Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год
Появляемость дневных мелкомасштабных ПИВ на ионограммах
Акчурин А.Д. (1), Смирнов Г.С. (1)
(1) Казанский (Приволжский) федеральный университет, казань, Россия
Как известно, в семействе перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) самыми малоисследоваными являются мелкомасштабные ММ ПИВ (горизонтальные размеры менее ~100 км), что объясняется сложностью их регистрации. Сложность их обнаружения обусловлена их низкой интенсивностью dN/N, которая, в среднем, не превышает 10%, и это делает невозможным их наблюдение в широко используемых ныне данных ПЭС (Sherstyukov et al., 2017). Если не принимать в расчет НР-радары, работающие на плазменной линии, и спутниковые измерения, то единственными обнаружителями, способными выполнять продолжительные измерения, являются ионозонды (квази)вертикального зондирования. Единственным условием является высокая периодичность зондирования не хуже 1 ионограммы за минуту, т.к. время наблюдения ММ ПИВ на ионограммах от нескольких минут до 10.
Сложность обнаружения возмущений с горизонтальными размерами менее 100 км и отсутствие продолжительных измерений породила также некоторую неразбериху в классификации таких возмущений, которые также как и в (Evans, 1977) мы отнесли к ММ ПИВ. Хотя в зависимости от вкусовых предпочтений авторов можно встретить работы, где неоднородности такого масштаба называются крупномасштабными неоднородностями (Davies, 1980), если автор считал их порождением случайного/турбулентного процесса, или возмущениями промежуточного масштаба (Афраймович, Перевалова, 2006), если автор видел их скорее порождением внутренних гравитационных волн, чем продуктом случайных процессов с теми же пространственными размерами.
На ионограммах ВЗ неоднородности с горизонтальными масштабами менее 100 км проявляются в виде дополнительных следов серповидной или клювовидной формы или в англоязычной терминологии cusp и hook, соответственно. Для простоты их обозначения далее мы будем использовать короткий термин касп. Их, каспов, типичное продвижение вниз по частоте и высоте вдоль основного слоя F от его критической частоты к его началу за временной интервал порядка 5-10 минут вводит в искушение - считать этот период временем существования неоднородности, породившей касп на ионограмме, например, в предположении вертикально спускающейся вниз неоднородности. Однако наблюдательные возможности ионозонда не позволяют исключать горизонтальное движение более долгоживущей неоднородности, что нуждается в дальнейшем исследовании. Тем не менее, несмотря на неопределенность в определении и времени существования, и периодичности появления, мы относим эти ионограммные сигнатуры к возмущениям малого масштаба (а не крупномасштабным неоднородностям), т.к. на ионограммах они видны как дискретное событие, последовательно продвигающееся по ионограмме от зондирования к зондированию, как это происходит с «классическими» более крупномасштабными ПИВ.
Анализ появления вышеописанных каспов или ММ ПИВ базировался на косвенном подходе - анализе изменения хвостовой части следа F слоя (его касповой дуги). Такой подход анализ пока оказался более продуктивным, чем пытаться выделять и разбираться во всех многочисленных формах появления ММ ПИВ на ионограммах (Akchurin et al., 2011). Использование касповой дуги слоя F как прокси-детектора ММ ПИВ оказалось вполне оправданным, т.к. появление каспов/клювов практически всегда сопровождается изменением в форме касповой дуги. Для фиксации таких изменений нами введены специальные параметры, базирующихся на подборе дифференциального поворота хвостовой части следа F слоя, превращающего его касповую дугу при критической частоте в горизонтальную полосу (Akchurin, Smirnov, 2017). Суточные вариации такого параметра, связанного с дифференциальным поворотом, позволили обнаружить суточные вариации в интенсивности ММ ПИВ в осенних наблюдениях. А именно, в суточных вариациях интенсивности ММ ПИВ наблюдаются примерно 2-х часовые периоды повышенной и пониженной интенсивности (или модуляция интенсивности ММ ПИВ). Так за весь осенний период эти 2-х часовые периоды образуют полосы, примерно параллельные положению вечернего терминатора. Интересно, что полоса пониженной интенсивности занимает 2-х часовый временной интервал до вечернего терминатора. Параметры обнаруженной модуляции интенсивности среднеширотных ММ ПИВ геомагнитно-спокойного времени схожи с аналогичными параметрами, регистрируемые ионозондами (Whalen, 1989) и радарами некогерентного рассеяния (Foster, Vo, 2002), (Foster, 2016) при движении главного ионосферного провала в геомагнитно-возмущенные периоды в субавроральных широтах.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00593 и за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Ключевые слова: ионограмма, слой F, серпообразные следы, мелкомасштабные ПИВ, модуляция интенсивности ПИВЛитература:
- Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
- Akchurin A.D., Bochkarev V.V., Ildiryakov V.R., Usupov, K.M. TID selection and research of its characteristics on ionograms // Proceedings of 30th URSI General Assembly and Scientific Symposium, URSI GASS 2011, art. 6050965, (IEEE Xplore Digital Library) doi: 10.1109/URSIGASS.2011.6050965.
- Akchurin A., Smirnov G. MSTID extraction from more frequent ionograms // Proceedings of 32nd URSI General Assembly and Scientific Symposium, URSI GASS 2017, art. 8105046, (IEEE Xplore Digital Library) doi: 10.23919/URSIGASS.2017.8105046.
- Davies K. Recent progress in satellite radio beacon studies with particular emphasis on the ATS-6 radio beacon experiment // Space Science Reviews,1980. Vol. 25. Iss. 4. P. 357-430. doi: 10.1007/BF00241558.
- Evans J. V. Satellite beacon contributions to studies of the structure of the ionosphere // Reviews of Geophysics, 1977. Vol. 15. No. 3. P. 325-350. doi:10.1029/RG015i003p00325.
- Foster J.C. Cold plasma redistribution throughout geospace // Science China Technological Sciences, 2016. Vol. 59. No. 9. P. 1340-1345. doi: 10.1007/s11431-016-6047-9.
- Foster J. C., Vo H. B. Average characteristics and activity dependence of the subauroral polarization stream // Journal of Geophysical Research, 2002. Vol. 107. No. A12, P. 1475. doi:10.1029/2002JA009409.
- Sherstyukov R.O., Akchurin A.D., Sherstyukov O.N. Collocated ionosonde and dense GPS/GLONASS network measurements of midlatitude MSTIDs // Advances in Space Research, 2018. Vol. 61. Iss. 7, P. 1717-1725. doi: 10.1016/j.asr.2017.11.026.
- Whalen J. A. The daytime F layer trough and its relation to ionospheric-magnetospheric convection // Journal of Geophysical Research, 1989. Vol. 94. No. A12. P. 17169-17184. doi: 10.1029/JA094iA12p17169.
Дистанционное зондирование ионосферы
469