Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
The study deals with morphological research into dynamics of electron density in the ionosphere at altitudes of 200–400 km based on continuous series of observations at Irkutsk Incoherent Scatter Radar in 2007–2014. Daily altitude variations of average electron density for all seasons (winter, spring, summer, and autumn) and for two levels of solar activity (low and moderate) are presented. We compared our results with those of similar investigations at incoherent scatter radars such as Millstone Hill, Arecibo, EISCAT, ESR, and AMISR. Daily variations of the electron content for two altitude ranges of 180–250 and 250–600 km from data of Irkutsk Incoherent Scatter Radar and ionosonde were analyzed.
incoherent scattering, ionosphere, electron density
ВВЕДЕНИЕ
Благодаря обширной сети ионозондов наиболее исследованной является часть ионосферы до высоты максимума электронной концентрации. В отличие от ионозондов, радары некогерентного рассеяния (НР) способны измерять электронную концентрацию до высоты ~1000 км. Метод НР до сих пор остается наиболее совершенным наземным средством диагностики верхней атмосферы. В настоящее время в мире действуют десять радаров НР, каждый из которых уникален по своей конструкции и методам диагностики. В их число входит единственный в России Иркутский радар некогерентного рассеяния (ИРНР).
В последнее время большое внимание уделяется исследованию особенностей поведения параметров (электронная концентрация, ионная и электронная температуры) ионосферной плазмы в зависимости от сезона и уровня солнечной активности по длительным непрерывным наблюдениям на радарах НР. Исследования позволяют усовершенствовать как региональные, так и глобальные модели поведения ионосферной плазмы, что даст возможность в будущем с большой точностью предсказывать состояние ионосферы в зависимости от сезона, уровня солнечной активности и географического местоположения. Исследуются усредненные по сезонам данные с целью выявления особенностей, характерных для конкретного сезона, и суточные вариации параметров ионосферной плазмы на большом интервале времени [Zhang, Holt, 2004; Zhang et al., 2004; Cai et al., 2007; Lei et al., 2007; Sojka et al., 2009].
В данной статье представлены результаты морфологического исследования особенностей поведения электронной концентрации Ne для разных сезонов (лето, осень, зима, весна) и двух уровней солнечной активности (низкой, умеренной) по данным ИРНР. Сравнение полученных результатов с данными радаров НР Миллстоун-Хилл, Аресибо, EISCAT, ESR, AMISR [Cai et al., 2007; Sojka et al., 2009; Lei et al., 2007] позволяет выявить региональные особенности поведения ионосферы над Восточной Сибирью. Физические основы полученных особенностей не рассматриваются - это является темой дальнейших исследований.
В статье также проводится сопоставление данных ИРНР и иркутского ионозонда DPS-4 [Reinisch et al., 1997; Ратовский и др., 2004]. Все ионограммы ионозонда были обработаны с помощью программного комплекса интерактивной обработки ионограмм SAO Explorer [Reinisch et al., 2004; Khmyrov et al., 2008]. До высоты максимума профиль электронной концентрации восстанавливался методом NHPC [Reinisch and Huang, 1983]. Выше высоты максимума профиль экстраполировался слоем Чепмена с масштабной высотой, рассчитанной методом, описанным в работе [Reinisch and Huang, 2001].
1. Davies K. Ionospheric radio waves. Blaisdell Publishing Company, Division of Ginn and Company Waltham, Massachusetts-Toronto-London. 1969, 502 p.
2. Cai H.T., Ma S.Y., Fan Y., et al. Climatological features of electron density in the polar ionosphere from long-term observations of EISCAT/ESR radar. Ann. Geophys. 2007, vol. 25, pp. 2561-2569.
3. Khmyrov G.M., Galkin I.A., Kozlov A.V., Reinisch B.W., McElroy J., Dozois C. Exploring digisonde ionogram data with SAO-X and DIDBase. Radio Sounding and Plasma Physics. 2008, AIP Conf. Proc. 974, pp. 175-185.
4. Lei J., Roble R.G., Wang W., et al. Electron temperature climatology at Millstone Hill and Arecibo. J. Geophys. Res. 2007, vol. 112, A02302. DOI:https://doi.org/10.1029/2006JA012041.
5. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Studying of the spatial-temporal structure of wavelike ionospheric disturbances on the base of Irkutsk incoherent scatter radar and digisonde data. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2013, vol. 105/106, pp. 350-357. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.09.001.
6. Ratovsky K.G., Oinats A.V. Local empirical model of ionospheric plasma density derived from digisonde measurements at Irkutsk. Earth, Planets, Space. 2011, vol. 63, no. 4, pp. 351-357.
7. Ratovsky K.G., Potekhin A.P., Medvedev A.V., Kurkin V.I. Modern digital ionosonde DPS-4 and its possibilities. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2004, Iss. 5, pp. 102-104 (in Russian).
8. Reinisch B.W., Huang X. Automatic calculation of electron density profiles from digital ionograms, 3. Processing of bottomside ionograms. Radio Sci. 1983, vol. 18, no. 3, pp. 477-492.
9. Reinisch B.W., Huang X. Vertical electron content from ionograms in real time. Radio Sci. 2001, vol. 36, no. 2, pp. 335-342.
10. Reinisch B.W., Haines D.M., Bibl K., Galkin I., Huang X., Kitrosser D.F., Sales G.S., Scali J.L. Ionospheric sounding support of OTH radar. Radio Sci. 1997, vol. 32, no. 4, pp. 1681-1694.
11. Reinisch B.W., Galkin I.A., Khmyrov G., Kozlov A., Kitrosser D.F. Automated collection and dissemination of ionospheric data from the digisonde network. Adv. Radio Sci. 2004, vol. 2, pp. 241-247.
12. Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation measurements on a radar with single linear polarization. Radio Sci. 2004, vol. 39. RS3001. DOI:https://doi.org/10.1029/2001RS002523.
13. Sojka J.J., Nicolls M.J., Heinselman C.J., Kelly J.D. The PFISR IPY observations of ionospher ic climate and weather. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2009, vol. 71, pp. 771-785.
14. Zhang S.-R., Holt J.M. Ionospheric plasma temperatures during 1976-2001 over Millstone Hill. Adv. Space Res. 2004, vol. 33, pp. 963-969.
15. Zhang S.-R., Holt J.M., Zalucha A.M., Amory-Mazaudier C. Midlatitude ionospheric plasma temperature climatology and empirical model based on Saint Santin incoherent scatter radar data from 1966 to 1987. J. Geophys. Res. 2004, vol. 109, A11311. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010709.
