Влияние метеорологических штормов в Калининградском регионе на параметры ионосферы

Воздействие природных и техногенных явлений в нижней атмосфере на ионосферу осуществляется двумя способами: 1) вследствие электрических и электромагнитных явлений, таких как грозы, спрайты и т.п. 2) посредством распространения различного типа волн (планетарные волны, приливы, гравитационные волны, инфразвук) с периодами от нескольких секунд до нескольких дней. Экспериментальные исследования состояния и динамики ионосферы над областями развития особо экстремальных метеорологических событий, таких как ураганы и тайфуны, демонстрируют формирование различного рода эффектов, в т.ч. перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), возмущений электрического поля, полного электронного содержания, возникновений оптических эмиссий, явлений F-рассеивания и других с пространственными масштабами до нескольких сотен километров и временами существования от нескольких часов до 1–2 суток в зависимости от интенсивности, продолжительности и масштаба события. Так, по оценкам некоторых авторов, вклад от метеорологических возмущений составляет ~15–35% от всех факторов изменчивости ионосферы при спокойной геомагнитной обстановке. В работе проанализированы локальные вариации ионосферы в Калининграде (54° N, 20°E) во время продолжительных метеорологических событий в регионе за 2010–2018 гг. Для анализа были выбраны метеорологические события, когда максимальная скорость приземного ветра в Калининграде достигала 17 м/с и более, что соответствует по шкале Бофорта 8 баллам и выше в периоды для спокойных геомагнитных условий. Для анализа возмущений критической частоты F2 слоя (foF2) и полного электронного содержания (TEC) были определены отклонения данных величин в i-й момент времени относительно скользящей медианы, отцентрированной на день рассматриваемого дня, с окном 13 суток до и после рассматриваемого момента времени. Всего по указанным критериям для окончательного анализа было отобрано шесть событий продолжительностью от одного до трех дней. Во всех рассмотренных случаях в условиях прохождения метеорологических штормов, над областью метеорологического шторма возникают ионосферные возмущения, наблюдающиеся на протяжении не менее 3 ч. Наиболее часто возникающие ионосферные возмущения проявляются в понижении дневных значений ТЕС и foF2 и реже в повышении этих параметров.
Изменчивость скорости ветра в нижней атмосфере характеризует неустойчивость динамики атмосферы и, следовательно, усиление волновой активности. Наиболее вероятной причиной отрицательных возмущений ионосферы являются процессы, связанные с диссипацией акустико-гравитационных волн (АГВ), распространяющихся из области метеорологического шторма и усилением турбулентности в нижней термосфере. Для исследования частотных характеристик вариаций ТЕС в период метеорологических штормов в 2017, 2018 гг. были рассмотрены наблюдения на среднеширотной станции VIS0, находящейся на острове Готланд в Балтийском море в 200 км от Калининграда, находящихся непосредственно в области метеорологического возмущения. В наблюдениях частотных характеристик вариаций ТЕС над станцией VIS0 отмечается существенное усиление амплитуд гармоник с периодами 10-16 минут с максимумом в день метеорологического шторма, что соответствует периодам АГВ. Усиление вариаций с периодами АГВ в день метеорологического шторма согласуется с положением области низкого давления в приземной атмосфере и возмущениям, регистрируемыми в E и F областях ионосферы по данным вертикального зондирования на ст. Калининград. В условиях метеорологических штормов усиливаются процессы возбуждения АГВ в нижней атмосфере. Распространение таких волн в верхнюю атмосферу приводит к формированию возмущений состояния термосферы на пространственных масштабах, определяемых длительностью и пространственными размерами области, находящейся в зоне метеорологического возмущения. Появление таких областей влияет на циркуляцию и электродинамические процессы в термосфере и ионосфере, локальным ионосферным возмущениям, проявляющимся в изменениях ионосферных параметров в периоды метеорологических возмущений в нижней атмосфере.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Калининградской области в рамках научного проекта № 19-45-390005.