Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

Механизмы передачи тропосферных возмущений в ионосферу в случаях крупных тропических циклонов 2014г по in-sity данным об электронной концентрации

Захаров В.И. (1,2), Пилипенко В. А. (3,4), Сигачев П.К. (1)
(1) МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва, Россия
(2) Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, Москва, Россия
(3) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва, РФ
(4) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
В настоящее доказано, что сильные метеорологические и литосферные возмущения могут оказывать влияние на ионосферу Земли. Кроме того, ионосфера является открытой системой, на состояние которой оказывают значительное влияние и явления космической погоды.
В этой связи актуально изучение и верификация способов передачи влияния атмосферно-литосферных процессов на ионосферные высоты. Они представляют собой набор нескольких физически оправданных, хотя и недостаточно изученных, предположений. В качестве возможных механизмов такого воздействия принято рассматривать два. Первый связан с возникновением и развитием атмосферной турбулентности (вихря), которые могут сопровождаться генерацией волновых структур, что распространяются на ионосферные высоты. В этом случае обычно говорят об акустической ветви колебаний возмущений плотности, которые могут модулировать электронную концентрацию в ионосфере или, при определенных условиях, способствовать нагреву плазмы. С другой стороны, турбулентные движения приводят к увлечению заряженных частиц движениями нейтральной компоненты ионосферы и, таким образом, к генерации биполярных изменений электрического поля и возмущений плотности плазмы. Возбуждаемая таким образом токовая система включает продольные токи, которые переносят возмущение в верхнюю ионосферу.
В работе использована методика, подробно изложенная в [1,2], с помощью которой рассмотрены экспериментальные проявления атмосферно-ионосферного взаимодействия, выявленного в время действия крупнейших тропических циклонов и тайфунов 2014г. В работе использованы также данные измерений локальной электронной концентрации на спутниках SWARM в спокойных гео-гелиомагнитных условиях. Общая статистика наблюдаемых ТЦ составляет 19 событий (6 достигли 5-ой категории по шкале Саффира- Симпсона и 13 - 4-ой), которые имеют полную активную фазу действия (категория более 3) более 48 суток для циклонов 5 категории и 62 - для циклонов 4 категории.
В периоды максимального развития циклонов большой мощности в экспериментальных данных об электронной концентрации, регистрируемой на ИСЗ SWARM, наблюдаются различные проявления атмосферной активности.
Предварительная полученная нами статистика имеет следующий вид. Нами обработаны данные о почти 250 пролетах ИСЗ SWARM над областью шторма при силе ТЦ не ниже 3 категории. Размер области, которую охватывают возмущения, может достигать до нескольких тысяч км, эта область в ионосфере превосходит область шторма в атмосфере. Всего для наиболее сильных циклонов 5 категории возмущения в ионосфере выделяются почти для 2/3 случаев пролетов над областью шторма, для циклонов 4 категории возмущения выделены в 50% случаев.
В ряде случаев, нами в полосе частот 10...200 сек зарегистрированы колебания электронной концентрации с локализацией и масштабами, характерными для акустических колебаний. Относительная величина возмущения составляет обычно 3-5%, в ряде случаев она достигает 10% в выбранной полосе частот и пропорциональна силе ТЦ. В то же время, в ряде случаев прецизионные методики с использованием пространственных градиентов поля электронной концентрации [1,2] выделяют области возмущений электронной концентрации, которые топологически определяются местоположением TЦ, что может быть связано с полевыми механизмами передачи возмущения. В условиях вечерней и ночной ионосферы в ряде случаев несколько чаще наблюдались возмущения неволнового характера, захватывающие всю область действия TЦ. Указанные возмущения могут проявляться в вариациях магнитного поля [3] или в виде электростатических шумов, часто регистрируемых бортовой аппаратурой современных ИСЗ. В работе обсуждаются частоты появлений рассмотренных выше типов возмущений.
Полученные нами результаты свидетельствуют о действиях конкурирующих и принципиально различных механизмах передачи возмущения в ионосферу. Указанное обстоятельство можно рассматривать как иллюстрацию сложной системы передачи возмущений разных масштабов из нижней атмосферы на ионосферные высоты.
Работа выполнена в рамках Государственного задания МГУ и ИКИ РАН, при частичной поддержке грантами РФФИ 18-05-00108 (ПВА), 19-05-00941 (ЗВИ) и фонда "Базис", 19-2-6-23-1 (ПКС).

Ключевые слова: тропический циклон, ионосфера, электронная концентрация, акустические волны, геомагнитное поле, спутники SWARM, продольные токи
Литература:
  1. Zakharov V.I., Pilipenko V.A., Grushin V.A., Khamidullin A.F. IMPACT OF TYPHOON VONGFONG 2014 ON THE IONOSPHERE AND GEOMAGNETIC FIELD ACCORDING TO SWARM SATELLITE DATA: 1. WAVE DISTURBANCES OF IONOSPHERIC PLASMA // Solar-Terrestrial Physics. 2019. Vol. 5. Iss. 2. p. 101-108 doi DOI: 10.12737/stp-52201914
  2. Zakharov V.I., Khamidullin A.F. Description of Ionosphere Disturbances Using Swarm Satellite Data Obtained During Hagupit Tropical Cyclone. // Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes (2018) by Karev V., Klimov D., Pokazeev K. (eds). Springer Proceedings in Earth and environmental Sciences. Springer, 2019, pp 287-294. doi: 10.1007/978-3-030-11533-3_28.
  3. Мартинес-Беденко В.А., Пилипенко В.А., Захаров В.И., Грушин В.А. Влияние тайфуна VongFong 2014 г. на ионосферу и геомагнитное поле по данным спутников SWARM: 2. Геомагнитные возмущения // Солнечно-земная физика, 2019, т.5, N4. с. 90-98, doi: 10.12737/szf-54201910

Презентация доклада

Дистанционное зондирование ионосферы

478