Особенности высотного разреза суточных вариаций электронной плотности верхней ионосферы по радиозатменным данным

На среднеширотных ионограммах вертикального зондирования часто появляются сигнатуры среднеширотных ПИВ среднего (с горизонтальными размерами 100-500 км) и малого масштабов. Причина их существования в среднеширотной ионосфере остается не полностью проясненной. В частности неясным вопросом является степень влияния состояния верхней/внешней ионосферы на появляемость среднеширотных дневных ПИВ. Однако возможности используемых сейчас методов зондирования (таких как некогерентное рассеяние, ионосферное затенение ГНСС-радиосигналов, прямые спутниковые замеры) не позволяют надежно и постоянно выделять проявления ПИВ в верхней ионосфере, сводя измерения либо к изучению редких конкретных случаев, либо к формированию усредненных картин суточно-сезонных вариаций параметров верхней ионосферы, например, электронной концентрации. Измерения на ионозонде, созданном в КФУ, показывают определенную картину суточных вариаций появляемости осенних дневных ПИВ, которая могла бы быть связана с изменениями в состоянии верхней ионосферы. Для этого мы изучили изменение состояния верхней ионосферы в форме суточной картины вертикального профиля электронной концентрации при двухмесячном усреднении радиозатменных данных. Профили используются для изучения внутрисуточных, высотных и полушарных (восточно-западных или грубых меридиональных) вариаций в зимний период (январь-февраль) и в периоды весеннего (март-апрель) и осеннего (сентябрь-октябрь) равноденствия.
В данной работе используются среднеширотные (40-60° северного полушария) профили электронной концентрации (Ne), полученные со спутников Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate (COSMIC) в период низкой солнечной активности (2009-2011) и (2017-2019). Были отбракованы профили, показывающие значения foF2 и hmF2 вне диапазона [1, 16] МГц и [150, 450] км, соответственно, как и профили с чрезмерными флуктуациями Ne. Рассматривались не только сами среднезональные профили электронной концентрации (Ne), но и профили среднеквадратического отклонения электронной концентрации от среднезонального значения (stdNe) в указанные периоды, а также производная среднего профиля электронной концентрации по высоте (dNe/dh). По суточному набору этих профилей собиралась среднесезонная картина высотно-суточного разреза вариаций Ne, stdNe и dNe/dh. Последние две картины считались опосредованными параметрами, характеризующими суточную появляемость и преобладающую высоту неоднородностей в различные сезоны.
Кроме суточного хода Ne, управляемого процессами ионизации и рекомбинации, выявляется более тонкая структура верхней ионосферы. В период осеннего равноденствия в западном полушарии среднесезонные картины электронной концентрации имеют четыре максимума в суточном ходе с 10 до 15 часов и два в восточном полушарии около 12 и 16 часов по местному времени. Зимой и весной такая суточная изменчивость не обнаруживается. Суточная картина dNe/dh, показывающая места с наибольшим высотным градиентом в верхней ионосфере потенциально благоприятным для создания неоднородностей при вертикальных перемещениях, имеет максимальные значения на высотах ~ 250 км. Однако расположения максимумов по времени и высоте в картине stdNe близки, но не совпадают, с расположением максимумов в картине dNe/dh. Это означает, что вертикальные перемещения вдоль силовых линий, например, под действием меридионального ветра не смогут полностью объяснить появления наблюдаемых неоднородностей в верхней ионосфере.
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.