Метеорологические эффекты в ионосферной возмущенности по данным GPS/ГЛОНАСС над регионом Восточной Сибири

В работе выполнено исследование ионосферной возмущенности на основе анализа вариаций полного электронного содержания (ПЭС) над регионом Восточной Сибири за период с 2004 по 2015 гг. Данные ПЭС получены по измерениям двухчастотных фазовых приемников GPS/ГЛОНАСС, расположенных в среднеширотном (Иркутск, 52°с.ш., 104°в.д.; 42°N Glat, 177°E Glon) и высокоширотном (Норильск, 69°с.ш., 88°в.д.; 60°N Glat, 166°E Glon; Тикси, 72°с.ш., 129°в.д.; 66°N Glat, 198°E Glon) регионах. Расчет вертикального полного электронного содержания из исходных рядов проводился на основе разработанной модели "абсолютного" ПЭС с учетом дифференциальных кодовых задержек (Yasukevich et al., 2015). В качестве характеристики ионосферной возмущенности использовался коэффициент вариаций ПЭС, представляющий собой нормированную дисперсию в дневное время. По сути, данный коэффициент пропорционален амплитуде вариаций с периодами порядка несколько часов и отражает активность внутренних гравитационных волн (ВГВ) в ионосфере. Выявлены существенные изменения коэффициента вариаций ПЭС в течение года. Наименьшие значения коэффициента вариаций ПЭС на всех станциях наблюдались в летние месяцы и составляли, в среднем, около 10%. Максимальный уровень вариаций ПЭС регистрировался в зимние периоды и до 6 раз превышал уровень ВГВ-активности летом. Данные вариации наблюдались регулярно, из года в год, и не были связаны с изменениями гелио- геофизической обстановки.
Отмечено, что сезонные изменения коэффициента вариаций ПЭС полностью идентичны вариациям высокочастотной составляющей изменчивости в максимуме электронной концентрации F2-слоя (в диапазоне периодов от 0,5 до 6 ч.) по данным ионозондов DPS-4 в Иркутске и Норильске в 2008-2010 гг. (Черниговская и др., 2015; Chernigovskaya et al., 2015). Это подтверждает, что основной вклад в ПЭС вносит область ионосферы, расположенная в окрестностях главного максимума ионизации.
Сезонная зависимость ВГВ-активности на высотах максимума электронной концентрации ионосферы связана, на наш взгляд, с влиянием метеорологических факторов, т.е. процессов, происходящих в нижележащих слоях атмосферы (мезосфере, стратосфере). Вариации параметров ионосферы могли быть вызваны волновыми возмущениями различных пространственно-временных масштабов (в том числе, ВГВ), распространяющимися в термосферу из нижележащей атмосферы. Источник генерации среднемасштабных волн на высотах страто-мезосферы связан с развитием неустойчивостей в пространственно неоднородном, высокоскоростном струйном течении, ассоциированным с зимним циркумполярным вихрем (Shpynev et al., 2015). Циркумполярный вихрь трансформируется в течение зимы, особенно существенно в периоды развития зимних внезапных стратосферных потеплений. На основе анализа данных архива реанализа ECMWF Era Interim выявлено существенное повышение волновой активности на высотах страто-мезосферы с ноября по февраль для всех анализируемых лет.
Волновые возмущения, генерируемые над зоной зимнего стратосферного циркумполярного вихря, частично могут передаваться вверх. Посредством распространяющихся вверх ВГВ осуществляется вертикальный перенос компонентов атмосферы в мезосферу и нижнюю термосферу. Это приводит к оттоку или притоку молекулярного газа на этих высотах, изменяя баланс [O]/[N2] и вызывая, как следствие, вариации ионосферных параметров.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-05-05227, а также в рамках гранта Президента РФ государственной поддержки ведущих научных школ РФ № НШ-6894.2016.5.