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

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

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 ПИВ
Литература:
  1. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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