Эмпирическая модель месячного медианного состояния ионосферы SIMP-1 (System of Ionosphere Monitoring and Prediction) включает ряд блоков, предназначенных для глобального описания ионосферы в областях D, E, слоях F1 и F2. В настоящей работе изложены принципы построения блока месячных медиан foF2 по северному полушарию, который включает локальные модели foF2, построенные по данным станций наземного ионосферного зондирования, и метод мультиквадриков в качестве метода картирования.
Для ионосферных станций северного полушария, где имеются данные наблюдений foF2 по крайней мере за два цикла солнечной активности, построены локальные модели медиан foF2 для 24 моментов времени UT, 12 месяцев года и произвольного уровня солнечной активности, характеризуемого индексом Т. Достаточно длинные ряды надежных данных наблюдений позволили это сделать для 75 станций. На основе этих модельных значений построены карты распределения foF2 по северному полушарию.
Такой подход к построению глобальных ионосферных моделей является принципиально новым – существующие модели Прогноз МПЧ и CCIR используют разложения по сферическим функциям.
Для картирования foF2 использован метод мультиквадриков, позволяющий восстанавливать поверхность строго через значения foF2 на данной станции. Хотя метод мультиквадриков является весьма эффективным при проведении даже весьма сложных поверхностей, результаты анализа показывают, что ошибки экстраполяции и интерполяции в области, где отсутствуют наблюдения foF2, заметно уменьшаются, если исходный массив точек предварительно отнормировать на модель CCIR для тех же самых гелиогеофизических условий. Это связано с тем, что карта, построенная в мировом времени UT, включает разные местные времена, и перепад значений foF2 на разных станциях может достигать порядка величины. Нормировка на модель CCIR уравнивает все точки, участвующие в построении поверхности, поскольку все значения foF2 оказываются близки к единице и на карте отсутствуют большие градиенты foF2. Этот прием положительно сказывается на точности пространственной интерполяции и экстраполяции.
Поскольку основной целью разработки SIMP-1 является мониторинг фонового состояния ионосферы над территорией РФ, то для апробации были выбраны субароральные и авроральные станции ионосферного зондирования на территории РФ и прилегающих областях Западной Европы, где имеются достаточно длинные ряды надежных наблюдений. Апробация вновь разработанной модели предполагает сопоставление с существующими месячными медианными моделями, и для полноты такого сопоставления наряду с авроральными станциями был рассмотрен и ряд среднеширотных станций.
Проведенное сопоставление модели SIMP-1 с моделями CCIR, Прогноз МПЧ и СМИ-88, являющейся стандартом ионосферы РФ показало, что локальные модели демонстрируют высокую точность аппроксимации наблюдаемых вариаций foF2, а метод мультиквадриков обеспечивает в целом более высокую точность описания планетарного распределения foF2. Полученные результаты подтверждают высокую эффективность использования предложенного подхода.