ВВЕДЕНИЕ
Внезапными стратосферными потеплениями (ВСП) называют сильные непредсказуемые повышения температуры в полярной и субполярной стратосфере зимой, иногда на 50° и более, продолжающиеся в течение нескольких суток или недель. По классификации стратосферные потепления подразделяют на незначительные, или слабые, типа «minor» (наблюдаются каждую зиму) и значительные, или сильные, типа «major» [Labitzke, 1981]. Сильные потепления наблюдаются реже, как правило, захватывают стратосферу и мезосферу и носят глобальный характер. При этом меняется знак меридионального градиента температуры над полушарием, а также происходит смена направления зональной стратосферной циркуляции на высоте 10 гПа с западного на восточное — происходит разрушение и/или смещение зимнего циркумполярного вихря, и формируется стратосферный полярный антициклон [Charlton, Polvani, 2007]. Возвращение стратосферы к нормальному режиму (так называемая стадия восстановления) происходит медленнее, чем развитие потепления. Общепринятым в развитии ВСП является механизм, впервые предложенный в работе [Matsuno, 1971], согласно которому развитие ВСП происходит вследствие интенсификации и проникновения из тропосферы в стратосферу планетарных волн (ПВ) и их нелинейного взаимодействия с западным стратосферным потоком. Результатом такого взаимодействия является диссипация волн, а также замедление и разрушение полярного вихря, после чего в стратосфере высвобождается большое количество кинетической энергии. Развитие стратосферного антициклона приводит к формированию нисходящего вертикального переноса в стратосфере, а опускание воздушных масс — к адиабатическому нагреву воздуха. Наблюдения показывают, что ВСП начинаются на больших высотах, а затем спускаются в нижнюю стратосферу и тропосферу [Schoeberl, 1978]. В мезосфере, напротив, наблюдается остывание воздуха над зоной потепления в стратосфере [Labitzke, 1972].
Влияние ВСП на состояние ионосферной плазмы исследуется довольно давно. Так, считается, что явление «зимней аномалии» поглощения радиоволн в D-области ионосферы тесно связано с процессами переноса в периоды ВСП. В указанные периоды в D-слое резко возрастает электронная концентрация и, следовательно, поглощение [Kazimirovsky, 2002].
Отрицательные отклонения fоF2 порядка 0.7–0.8 МГц, а также высоты главного максимума ионизации в ионосфере экваториальных и средних широт в период ВСП 2007/2008 и 2008/2009 гг. зарегистрированы в работе [Pancheva, Mukhtarov, 2011]. Анализ профилей электронной плотности, полученных по измерениям спутника COSMIC во время ВСП 2009 г., выявил увеличение максимальной частоты fmF2 и высоты максимума hmF2 F-слоя ионосферы, а также полного электронного содержания (ПЭС) в утренние часы и уменьшение указанных параметров в вечерние часы относительно значений, регистрируемых в спокойные дни [Yueetal., 2010]. На высоких широтах, напротив, наблюдалось уменьшение hmF2 и увеличение fmF2 и ПЭС в течение всех суток. Указанные явления авторы связывают с изменением вертикального дрейфа плазмы, индуцированным возмущенной системой ветров нижней термосферы. Моделирование, выполненное в работе [Bessarabetal., 2012], показало, что отклонения электронной плотности в F2-области ионосферы во время ВСП могут быть вызваны также возмущениями в форме стационарных ПВ на нижней границе термосферы.
Большое количество эффектов ВСП в экваториальной ионосфере выявлено в работе [Sumodetal., 2012]. Среди основных особенностей в поведении ионосферы в период ВСП зимой 2007/2008 гг. авторами отмечены уменьшение значений fоF2 в утренние и вечерние часы и увеличение в послеполуденные, смещение суточного максимума ПЭС в сторону более ранних часов местного времени, необычное уменьшение интенсивности дневного свечения атмосферы в длине волны 630 нм. В работах [Goncharenkoetal., 2010a, b] зарегистрированы крупномасштабные колебания ПЭС с полусуточным периодом, наблюдавшиеся в экваториальной ионосфере в течение нескольких дней после потепления. Авторы работы [Pedatella, Forbes, 2010] на основе анализа данных GPS выявили значительное усиление интенсивности полусуточных приливов в экваториальных широтах ионосферы во время ВСП. Эффекты ВСП в низкоширотной ионосфере связаны с изменениями электрических полей в экваториальной электроструе [Chau et al., 2009, 2010, 2012; Fejer et al., 2010]. Они также являются проявлением взаимодействия распространяющихся из низлежащих атмосферных слоев ПВ с термосферными приливами [Pedatella, Forbes, 2010].
Результаты исследования динамики ионосферы во время мощного ВСП 2009 г. на сети сибирских ионозондов представлены в работе [Шпынев и др., 2013]. Авторами показано, что интенсивность и знак ионосферного отклика на ВСП зависит от местоположения пункта наблюдения относительно зон с различными типами стратосферной циркуляции. Максимальные вариации параметров F2-слоя наблюдаются вблизи тех границ между циклоном и антициклоном, где циркуляция направлена к северу. Так, наибольшее повышение высоты максимума слоя было зафиксировано над Якутском и составило около 50 км, в то время как в пунктах, находящихся внутри циклонической циркуляции (Новосибирск, Иркутск), напротив, регистрировалось опускание высоты F2.
В данной работе нами проведено исследование возможного отклика ПЭС на события ВСП в среднеширотной ионосфере в областях, располагающихся непосредственно над очагами потеплений в стратосфере (под очагом ВСП здесь и далее понимается область наибольшего повышения температуры).
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Впервые статья опубликована на английском языке в «Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics». 2014. V. 120. Р. 15–23. DOI: 10.1016/j.jastp.2014.08.011. На русском языке публикуется впервые в сокращенном варианте по лицензии издательства.
