Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Нижний Новгород, Россия
Представлены результаты экспериментальных исследований отклика нижней ионосферы Земли на частное солнечное затмение, которые проводились методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях (ИПН) ионосферной плазмы. Неоднородности создавались в поле стоячей волны при отражении от ионосферы мощной радиоволны, создаваемой излучением в зенит передатчиками среднеширотного нагревного стенда СУРА. Во время локации периодической структуры пробными радиоволнами при выполнении условия обратного рассеяния Вульфа—Брэгга принимался рассеянный сигнал, измерялись его амплитуда и фаза. После окончания воздействия на ионосферу ИПН постепенно исчезали (релаксировали). Исследованы вариации характеристик рассеянных сигналов. Во время затмения амплитуда рассеянного сигнала возрастала на 30–40 дБ, время релаксации — в 1.5–2.0 раза. В отдельных случаях наблюдалось расслоение амплитуды сигнала в D-области, обусловленное расслоением профиля электронной концентрации. На основе анализа высотных профилей времени релаксации получены температура и плотность нейтральной компоненты, высота турбопаузы и турбулентная скорость. Скорость вертикального регулярного движения плазмы на каждой высоте измерялась по временному изменению фазы рассеянного сигнала. По результатам измерения характеристик рассеянных сигналов во время четырех частных зат-мений получено уменьшение температуры нейтральной компоненты в среднем на 50–70 K. В вариациях температуры, вертикальной скорости плазмы, высоты турбопаузы наблюдались глубокие квазипериодические вариации с периодами от 15 мин до нескольких часов, характерными для распространения внутренних гравитационных волн. В высотных профилях температуры и скорости отмечались высотные изменения с масштабами от 5 до 30 км. Сравнение с результатами исследований нижней ионосферы в восходно-заходные часы показало идентичность ее реакции во время частного затмения и перехода к ночному режиму. По измерениям методом частичных отражений во время затмения 01.08.2008 наблюдалось уменьшение электронной концентрации в области D в 3–5 раз. Сделан вывод о значительном изменении во время затмения как ионизованной, так и нейтральной составляющих атмосферы на высотах нижней ионосферы.
ионосфера, плазма, нейтральная атмосфера, затмение Солнца, восход, заход, высокочастотный нагрев, искусственные периодические неоднородности, температура, вертикальная скорость, турбулентность, внутренние гравитационные волны, стенд СУРА
1. Акимов Л.А., Григоренко Е.И., Таран В.И. и др. Комплексные радиофизические и оптические исследования динамических процессов в атмосфере и геокосмосе, вызванных солнечным затмением 11 августа 1999 г. Успехи современной радиоэлектроники. 2002. № 2. С. 25−63.
2. Артемьева Г.М., Беликович В.В., Бенедиктов Е.А. и др. Измерения поглощения космического радиоизлучения во время солнечного затмения 15.02.1961 г. Геомагнетизм и аэрономия. 1962. Т. 2, № 1. С. 58−60.
3. Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н. Вертикальные движения плазмы в динамике мезосферы и нижней термосферы Земли. Химическая физика. 2022. Т. 41, № 10. С.65–83. DOI:https://doi.org/10.31857/S0207401X2210003X.
4. Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева А.В. Исследование неоднородной структуры нижней ионосферы с помощью рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях. Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т. 44, № 12. С. 1003–1014.
5. Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Каган Л.М., Понятов А.А. Заходно-восходные характеристики спорадических слоёв ионизации в нижней ионосфере, наблюдаемые методом резонансного рассеяния радиоволн на искусственных периодических неоднородностях ионосферной плазмы. Известия вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48, № 1. С. 16–32.
6. Бахметьева Н.В., Беликович В.В., Егерева М.Н., Толмачева А.В. Искусственные периодические неоднородности в нижней ионосфере, волновые явления и спорадический слой Е. Изв. вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53, № 2. С. 77–90.
7. Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Вяхирев В.Д. и др. Реакция нижней ионосферы на частные солнечные затмения 1 августа 2008 г. и 20 марта 2015 г. по наблюдениям рассеяния радиоволн естественными и искусственными неоднородностями ионосферной плазмы. Изв. вузов. Радиофизика. 2016. Т. 59, № 10. С. 873−886.
8. Бахметьева Н.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е., Комраков Г.П. Нижняя ионосфера Земли во время частных солнечных затмений по наблюдениям вблизи Нижнего Новгорода. Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57, № 1. С. 64–78.
9. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Виноградов Г.Р. и др. Параметры атмосферной турбулентности и динамика нижней ионосферы в исследованиях на стенде СУРА. Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61, № 6. С. 777–793. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794021060031.
10. Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е. Влияние природных факторов на температуру нижней термосферы. Химическая физика. 2023. Т. 42, № 10. С. 50–63.
11. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А. Исследование нижней части D-области ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Изв. вузов. Радиофизика. 1986. Т. 29, № 11. C. 1283–1296.
12. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А. Исследование сумеречной D-области ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Изв. вузов. Радиофизика. 2002. Т. 45, № 6. С. 502–508.
13. Беликович В.В., Гончаров Н.П. Исследование D-области ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 34, № 6. С. 84–95.
14. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Бубукина В.Н., Вяхирев В.Д. Искусственные периодические неоднородности и модель нижней части области D. Изв. вузов. Радиофизика. 1999а. Т. 42, № 5. С. 431–437.
15. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачева А.В., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Нижний Новгород, ИПФ РАН. 1999б. 155 с.
16. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Трунов Д.В. Высотные профили амплитуды и времени релаксации ИПН в области D. Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т. 40, № 6. С. 55–64.
17. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. и др. Исследование D-области ионосферы методом частичных отражений на средних широтах и в авроральной зоне. Изв. вузов. Радиофизика. 2003а. Т. 46, № 3. С. 181–191.
18. Беликович В.В., Караштин А.Н., Комраков Г.П., Шлюгаев Ю.В.. Одновременное радиозондирование среднеширотной мезосферы в СВ- и KB-диапазонах. Геомагнетизм и аэрономия. 2003б. Т. 43, № 1. С. 1–6.
19. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. и др. Отклик ионосферы на частное солнечное затмение 29 марта 2006 г. по наблюдениям в Нижнем Новгороде и Мурманске. Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48, № 1. С. 103–108.
20. Бенедиктов Е.А., Вяхирев В.Д., Гончаров Н.П. и др. Вариации электронной концентрации в D-области ионосферы. Изв. вузов. Радиофизика. 1978. Т. 21, № 3. С. 348–351.
21. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
22. Вертоградов Г.Г., Вертоградова Е.Г., Урядов В.П. Отклик ионосферы на солнечное затмение 29 марта 2006 г. по данным наклонного ЛЧМ зондирования. Гелиогеофизические исследования. 2015. Вып. 11. С. 53–57.
23. Гершман Б.Н. Динамика ионосферной плазмы. М.: Наука, 1974. 256 с.
24. Гершман Б.Н., Игнатьев Ю.А., Каменецкая Г.Х. Механизмы образования ионосферного спорадического слоя на различных широтах. М.: Наука, 1976. 108 с.
25. Данилкин Н.П., Коченова Н.А., Свечников А.М. Состояние ионосферы над Ростовом-на-Дону в период солнечного затмения 15 февраля 1961 г. Геомагнетизм и аэрономия. 1961. Т. 1, № 4. С. 612–615.
26. Жеребцов Г.А., Перевалова Н.П., Шпынев Б.Г. и др. Волновые процессы в атмосфере Земли и их влияние на ионосферу. М. ГЕОС, 2020. 198 с.
27. Иванов В.А., Иванов Д.В., Рябова Н.В., Рябова М.И. Исследование особенностей распространения высокочастотных сигналов на наклонных и NVIS радиолиниях в периоды солнечных затмений. Вестн. Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 2 (1). С. 59–65.
28. Клименко В.В., Бессараб Ф.С., Кореньков Ю.Н. Численное моделирование эффектов солнечного затмения 11 августа 1999 года во внешней ионосфере. Космические исследования. 2007. Т. 45, № 2. С. 114–121.
29. Ковалев А.А., Колесник А.Г., Колесник С.А. и др. Ионосферные эффекты солнечных затмений на средних широтах. Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 4. С. 500–506.
30. Ладынин А.В., Семаков Н.Н., Хомутов С.Ю. Изменение суточного хода геомагнитного поля во время полного солнечного затмения 1 августа 2008 г. Геология и геофизика. 2011. Т. 52, № 3. С. 439–449.
31. Терещенко В.Д., Васильев Е.Б., Якимов М.В. и др. Радиолокационные наблюдения за нижней полярной ионосферой во время неполного солнечного затмения 11 августа 1999 г. Радиолокационное исследование природных сред. Труды XVI-XIX Всероссийских симпозиумов. С.-Петербург: изд-во ВИККА им. А. Ф. Можайского. 2001. Вып. 2. С. 347–352.
32. Урядов В.П., Леонов А.М., Понятов А.А. и др. О вариациях характеристик КВ-сигнала на трассе наклонного зондирования во время солнечного затмения 11 августа 1999 г. Изв. вузов. Радиофизика. 2000. Т. 43, № 8. С. 682–686.
33. Черногор Л.Ф. Физические эффекты солнечных затмений в атмосфере и геокосмосе. Харьков: изд-во Харьковского национального ун-та им. В.Н. Каразина, 2013. 480 с.
34. Afraimovich E.L., Palamartchouk K.S., Perevalova N.P., et al. Ionospheric effects of the solar eclipse of March 9, 1997, as deduced from GPS data. Geophys. Res. Lett. 1998. Vol. 25, iss. 4. P. 465–469.
35. Afraimovich E.L., Kosogorov E.A., Lesyuta O.S., et al. Geomagnetic control of the spectrum of traveling ionospheric disturbances based on data from a global GPS network. Ann. Geophys. 2001. Vol. 19, no 7. P.723–731.
36. Babakhanov I.Y., Belinskaya A.Y., Bizin M.A., et al. The geophysical disturbance during the total eclipse of the 1 August 2008 in Novosibirsk, Russia. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2013. Vol. 92. P. 1–6.
37. Bakhmetieva N.V., Grigoriev G.I. Study of the Mesosphere and Lower Thermosphere by the Method of Creating Artificial Periodic Irregularities of the Ionospheric Plasma. Atmosphere. 2022. Vol. 13. 1346. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos13091346.
38. Bakhmetieva N.V., Kulikov Y.Y., Zhemyakov I.N. Mesosphere ozone and the lower Ionosphere under plasma disturbance by powerful high-frequency radio emission. Atmosphere. 2020. Vol. 11, iss. 11. P. 1154.
39. Bamford R.A. The effect of the 1999 total Solar eclipse on the ionosphere. Phys. Chem. Earth (C). 2001. Vol. 26, no. 5. P. 373–377. DOI:https://doi.org/10.1016/S1464-1917(01)00016-2.
40. Barad R.K., Sripathi S., England S.L. Multi-instrument observations of the ionospheric response to the 26 December 2019 solar eclipse over Indian and Southeast Asian longitudes. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2022. Vol. 127. e2022JA030330. DOI:https://doi.org/10.1029/2022JA030330.
41. Baumann C., Kero A., Raizada S., et al. Arecibo measurements of D-region electron densities during sunset and sunrise: implications for atmospheric composition. Ann. Geophys. 2022. Vol. 40. P. 519–530. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-40-519-2022.
42. Belikovich V.V., Benediktov E.A., Terina G.I. Diagnostics of the lower ionosphere by the method of resonance scattering of radio waves. J. Atmos. Terr. Phys.1986. Vol. 48, no. 11-12. P. 1247–1253.
43. Belikovich V.V., Benediktov E.A., Tolmacheva A.V., Bakhmet’eva N.V. Ionospheric Research by Means of Artificial Periodic Irregularities. Copernicus GmbH, Katlenburg-Lindau, Germany. 2002, 160 p.
44. Bischoff K., Taubenheim J. A study of ionospheric pulse absorption (A1) on the 4 Mc/s during the solar eclipse of May 20, 1966. J. Atmos. Terr. Phys. 1967. Vol. 29, no. 9. P. 1063−1069. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(67)90140-7.
45. Chandra H., Sharma Som, Lele P.D., et al. Ionospheric measurements during the total solar eclipse of 11 August 1999. Earth Planets Space. 2007. Vol. 59. P. 59−64. DOI: 10.1186/ BF03352023.
46. Cherniak I., Zakharenkova I. Ionospheric total electron content response to the great American solar eclipse of 21 August 2017. Geophys. Res. Lett. 2018. Vol. 45, no. 3. P. 1199–1208. DOI:https://doi.org/10.1002/2017GL075989.
47. Dang T., Lei J., Wang W., et al. Global responses of the coupled thermosphere and ionosphere system to the August 2017 Great American Solar Eclipse. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. Vol. 123, no 5. P. 7040–7050. DOI: 10.1029/ 2018JA025566.
48. Farges T., Le Pichon A., Blanc E., et al. Response of the lower atmosphere and the ionosphere to the eclipse of August 11, 1999. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2003. Vol. 65, no 6. P. 717–726. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(03)00078-6.
49. Huijun Le, Libo Liu, Xinan Yue, Weixing Wan, Baiqi Ning. Latitudinal dependence of the ionospheric response to solar eclipses. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2009. Vol. 114, iss. A7. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014072.
50. Kagan L.M., Nicolls M.J., Kelley M.C., et al. Observation of Radio-Wave-Induced Red Hydroxyl Emission at Low Altitude in the Ionosphere. Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94, 095004.
51. Kane J.A. D-region electron density measurements during the solar eclipse of May 20, 1966. Planet. Space Sci. 1969. Vol. 17, no. 4. P. 609–616. DOI:https://doi.org/10.1016/0032-0633(69)90183-4.
52. Karashtin A.N., Shlyugaev Y.V., Abramov V.I., et al. First HF radar measurements of summer mesopause echoes at SURA. Ann. Geophys. 1997. Vol. 15, no. 7. P. 935–941.
53. Lei J., Dang T., Wang W., et al. Long-lasting response of the global thermosphere and ionosphere to the 21 August 2017 solar eclipse. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018. Vol. 123, no. 5. P. 4309–4316. DOI:https://doi.org/10.1029/2018JA025460.
54. MacPherson B., Gonzales S.A., Sulzer M.P., et al. Measurements of the topside ionosphere over Arecibo during the total solar eclipse of February 26, 1998. J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105, no. 10. P. 23055–23067. DOI:https://doi.org/10.1029/2000JA000145.
55. Madhav Haridas M.K., Manju G. On the response of the ionospheric F region over Indian low-latitude station Gadanki to the annular solar eclipse of 15 January 2010. J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117. A01302. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016695.
56. Manju G., Sridharan R., Ravindran Sudha, et al. Rocket born in-situ electron density and neutral wind measurements in the equatorial ionosphere – Results from the January 2010 annual solar campaign from India. J. Atmos. Terr. Phys. 2012. Vol. 86. P. 56–64. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2012.06.009.
57. Mathews J.D. Sporadic E: current views and recent progress. J. Atmos. Terr. Phys. 1998. Vol. 60, no. 4. P. 413–435.
58. Panasenko S.V., Yuichi Otsuka, Max van de Kamp, et al. Observation and characterization of traveling ionospheric disturbances induced by solar eclipse of 20 March 2015using incoherent scatter radars and GPS networks. J. Atmos. Solar–Terr. Phys. 2019. Vol. 191. 105051. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.05.015.
59. Rishbeth H. Solar eclipses and ionospheric theory. Space Sci. Rev. 1968. Vol. 8, no. 4. P. 543–544.
60. Salah J.F., Oliver W.L., Foster J.C., et al. Observations of the May 30, 1984, annular solar eclipse at Millstone Hill. J. Geophys. Res. 1986. Vol. 91, no. A2. P. 1651–1660. DOI: 10.1029/ JA091iA02p01651.
61. Sneva Y., Rupesh M.D., Dabas R.S., Gwal A.K. The response of sporadic E-layer to the total solar eclipse of July 22, 2009 over the equatorial ionization anomaly region of the Indian zone. Adv. Space Res. 2013. Vol. 51. P. 2043–2047.
62. Thomas L., Astin I., Prichard T. The characteristics of VHF echoes from the summer mesopause region at mid-latitudes. J. Atmos. Terr. Phys. 1992. Vol. 54. P. 969–977.
63. Tolmacheva A.V., Belikovich V.V. Measurements of the temperature and density of the upper atmosphere using artificial periodic irregularities during the summer seasons of 1999–2002. Int. J. Geomagn. Aeron. 2004. Vol. 5. G11008. DOI:https://doi.org/10.1029/2004G1000061.
64. Tsai H.F., Liu J.Y. Ionospheric total electron contents response to solar eclipse. J. Geophys. Res. 1999. Vol. 104, no. 6. P. 12657–22668.
65. Wang X., Berthelier J.J., Lebreton J.P. DEMETER observations during the March 29, 2006 solar eclipse. Geophysical Research Abstracts. 2008. Vol. 10. EGU2008-A-06988.
66. Verronen P.T., Ulich Th., Turunen E., Rodger C.J. Sunset transition of negative charge in the D-region ionosphere during high-ionization conditions. Ann. Geophys. 2006. Vol. 24. P. 187–202. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-24-187-2006.
67. Whitehead J.D. Recent work on mid-latitude and equatorial sporadic-E. J. Atmos. Terr. Phys. 1989. Vol. 51, no. 5. P. 401–424. DOI:https://doi.org/10.1134/S1990793123050160.
68. URL: http://www.wdcb.ru/stp/index.ru.html (дата обращения 22 марта 2024 г.).
69. URL: https://www.izmiran.ru/ionosphere/moscow/ (дата обращения 22 марта 2024 г.).
