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

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).