СВОЙСТВА ИЗМЕНЧИВОСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ МАКСИМУМА F2-СЛОЯ НАД ИРКУТСКОМ ПРИ РАЗНЫХ УРОВНЯХ СОЛНЕЧНОЙ И ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
По часовым данным ст. «Иркутск» за 1958–1992 гг. проведен анализ изменчивости электронной концентрации в максимуме F2-слоя Nm при разных уровнях солнечной и геомагнитной активности. В качестве характеристик этой изменчивости использованы стандартное отклонение s(x) флуктуаций Nm относительно спокойного уровня (x=(Nm/Nm0–1)·100 %) и средний сдвиг этих флуктуаций x-ave. Для этого создана эмпирическая модель электронной концентрации Nm0 в максимуме F2-слоя для магнитоспокойных условий. Получено, что изменчивость Nm слабо зависит от уровня солнечной активности и в первом приближении эту зависимость можно не учитывать. Зависимость изменчивости Nm от геомагнитной активности является одной из основных, наряду с зависимостями от времени суток и сезона. В целом дисперсия флуктуаций Nm для спокойных условий меньше, чем для периодов высокой геомагнитной активности. Однако в периоды высокой геомагнитной активности ее дальнейший рост не приводит к увеличению этой дисперсии. При высокой геомагнитной активности сдвиг x-ave в основном отрицателен, и с ростом геомагнитной активности он продолжает увеличиваться по абсолютной величине. В результате при достаточно высокой геомагнитной активности возможно выполнение условия xave2>2(x)..

Ключевые слова:
ионосфера, максимум F2-слоя, электронная концентрация, изменчивость
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

ВВЕДЕНИЕ

Изменчивость концентрации максимума F2-слоя ионосферы Nm (или критической частоты fоF2~Nm1/2 ) исследовалась неоднократно [Forbes et al., 2000; Rishbeth, Mendillo, 2001; Araujo-Pradere et al., 2005; Fotiadis, Kouris, 2006; Altadill, 2007; Zhang, Holt, 2008; Pirog et al., 2011; Deminov et al., 2011, 2013; Ratovsky et al., 2014]. В этих работах изменчивость Nm оценивалась по величине стандартного (среднеквадратичного) отклонения Nm относительно фона. В качестве фона выбирались средние за месяц значения Nm или foF2 [Forbes et al., 2000; Rishbeth, Mendillo, 2001; Araujo-Pradere et al., 2005], локальные модели средних за месяц значений высотного распределения концентрации электронов [Altadill, 2007; Zhang, Holt, 2008], медианы Nm или foF2 за 15 дней для периодов низкой солнечной и геомагнитной активности [Deminov et al., 2011, 2013], медианы Nm за 27 дней [Ratovsky et al., 2014] или медианы foF2 за месяц [Fotiadis, Kouris, 2006].

Среднее за месяц значение и медиана Nm зависят от геомагнитной активности. Однако эта зависимость обычно неизвестна, поэтому для сравнительных оценок изменчивости Nm при разных уровнях геомагнитной активности этих характеристик ионосферы недостаточно. Например, использование средних за месяц значений Nm в качестве фона делает невозможной оценку среднего сдвига (систематического изменения) концентрации электронов в максимуме F2-слоя при изменении геомагнитной активности. Поэтому задачу корректного определения свойств изменчивости Nm при разных уровнях геомагнитной активности нельзя считать решенной.

Более точный подход к оценке изменчивости электронной концентрации этого максимума связан с использованием в качестве фона средних значений Nm для низкой геомагнитной активности. Получение таких значений Nm сопряжено с определенными трудностями, поскольку продолжительные периоды низкой геомагнитной активности наблюдаются нечасто (см., например, [Rishbeth, Mendillo, 2001]). Один из путей решения этой проблемы связан с построением локальной эмпирической модели Nm (или foF2) для низкой геомагнитной активности по данным конкретной станции за интервал не менее 30 лет, поскольку число магнитоспокойных дней в таком большом массиве данных обычно является достаточным для построения модели [Deminov et al., 2009]. Такая модель позволила получить корректные оценки изменчивости foF2 на средних широтах при низкой геомагнитной активности [Deminov et al., 2009]. Тем не менее в первом варианте модели была принята линейная зависимость foF2 от эффективного индекса солнечной активности [Deminov et al., 2009], что не позволяло использовать ее для анализа изменчивости foF2 при высокой солнечной активности.

Целью данной работы было установление статистических свойств флуктуаций Nm относительно спокойного уровня при разных уровнях солнечной и геомагнитной активности по данным конкретной среднеширотной ионосферной станции. Одним из этапов исследования было получение локальной эмпирической модели Nm для низкой геомагнитной активности, которая была бы применима при любом уровне солнечной активности.

Ниже представлены результаты анализа данных ст. «Иркутск» (52.5° N, 104° E) за 1958-1992 гг. Эти результаты приведены в следующей последовательности: локальная модель Nm для спокойных условий, статистические свойства флуктуаций Nm относительно магнитоспокойных условий при разных уровнях солнечной и геомагнитной активности в полдень и полночь, обсуждение этих свойств и выводы.

 

Список литературы

1. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 189 с.

2. Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок: пер. с англ. М.: Мир, 1985. 272 с.

3. Altadill D. Time/altitude electron density variability above Ebro, Spain // Adv. Space Res. 2007. V. 39. P. 962–969.

4. Araujo-Pradere E.A., Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V. STORM: An empirical Storm-Time Ionospheric Correction Model. 1. Model description // Radio Sci. 2002. V. 37. P. 1070. DOI: 10.1029/2001RS002467.

5. Araujo-Pradere E.A., Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V., Bilitza D. Characteristics of the ionospheric variability as a function of season, latitude, local time, and geomagnetic activity // Ibid. 2005. V. 40. RS5009. DOI: 10.1029/2004RS003179.

6. Bilitza D., McKinnell L.-A., Reinisch B., Fuller-Rowell T. The international reference ionosphere today and in the future // J. Geodesy. 2011. V. 85. P. 909–920.

7. Buonsanto M.J. Ionospheric storms: A review // Space. Sci. Rev. 1999. V. 88. P. 563–601.

8. Deminov M.G., Zherebtsov G.A., Pirog O.M., Shubin V.N. Regular changes in the critical frequency of the F2 layer of the quiet midlatitude ionosphere // Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49. P. 374–380.

9. Deminov M.G., Deminova G.F., Zherebtsov G.A., et al. Variability of parameters of the F2-layer maximum in the quiet midlatitude ionosphere under low solar activity: 1. Statistical properties // Ibid. 2011. V. 51. P. 348–355.

10. Deminov M.G., Deminova G.F., Zherebtsov G.A., Polekh N.M. Statistical properties of variability of the quiet ionosphere F2-layer maximum parameters over Irkutsk under low solar activity // Adv. Space Res. 2013. V. 51. P. 702–711.

11. Forbes J.M., Palo S.E., Zhang X. Variability of the ionosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. V. 62. P. 685–693.

12. Fotiadis D.N., Kouris S.S. A functional dependence of foF2 variability on latitude // Adv. Space Res. 2006. V. 37. P. 1023–1028.

13. Lei J., Liu L., Wan W., Zhang S.-R. Variations of electron density based on long-term incoherent scatter radar and ionosonde measurements over Millstone Hill // Radio Sci. 2005. V. 40. RS2008. DOI: 10.1029/2004RS003106.

14. Liu L., Wan W., Ning B., et al. Solar activity variations of the ionospheric peak electron density // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. A08304. DOI: 10.1029/2006 JA011598.

15. Ma R., Xu J., Wang W., Yuan W. Seasonal and latitudinal differences of the saturation effect between ionospheric NmF2 and solar activity indices // Ibid. 2009. V. 114. A10303. DOI: 10.1029/2009JA014353.

16. Mikhailov A.V., Perrone L. On the mechanism of seasonal and solar cycle NmF2 variations: A quantitative estimate of the main parameters contribution using incoherent scatter radar observations // Ibid. 2011. V. 116. A03319. DOI: 10.1029/ 2010JA016122.

17. Pirog O., Deminov M., Deminova G., et al. Peculiarities of the nighttime winter foF2 increase over Irkutsk // Adv. Space Res. 2011. V. 47. P. 921–929.

18. Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V. Diurnal, seasonal and solar activity pattern of ionospheric variability from Irkutsk Digisonde data // Ibid. 2014. DOI: org/10. 1016/j.asr.2014.08.001.

19. Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: A solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 8981–8992.

20. Richards P.G., Woods T.N., Peterson W.K. HEUVAC: A new high resolution solar EUV proxy model // Adv. Space Res. 2006. V. 37. P. 315–322.

21. Rishbeth H., Mendillo M. Patterns of F2-layer variability // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63. P. 1661–1680.

22. Wrenn G.L. Time-weighted accumulations ap(τ) and Kp(τ) // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 10125–10129.

23. Wrenn G.L., Rodger A.S. Geomagnetic modification of the mid-latitude ionosphere – Toward a strategy for the improved forecasting of foF2 // Radio Sci. 1989. V. 24. P. 99–111.

24. Zhang S.-R., Holt J.M. Ionospheric climatology and variability from long-term and multiple incoherent scatter radar observations: Variability // Ann. Geophys. 2008. V. 26. P. 1525–1537.

25. URL: http://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation.