Двадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XX.I.500
Связь сезонных вариаций высотных параметров дневных среднемасштабных ПИВ с сезонными вариациями склонения геомагнитного поля и наклоном кольцевого тока
Акчурин А.Д. (1)
(1) Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
Среднеширотные среднемасштабные перемещающие ионосферные возмущения (СМ ПИВ) при внешне кажущемся адекватном объяснении их происхождения из проходящих в термосфере внутренних гравитационных волн (ВГВ) продолжают таить неразрешенные загадки своего происхождения. Среди явных нестыковок можно указать явную недостаточность потенциальных источников ВГВ в нижней ионосфере для создания постоянно присутствующих днем в среднеширотной ионосфере ПИВ. А ведь основным аргументом в пользу нижнеатмосферных ВГВ как неиссякаемого источника возмущений в нейтральной части средней атмосферы, необходимых для образования постоянно существующих СМ ПИВ, послужила надежда на постоянную «бомбардировку» нижнеатмосферными ВГВ верхней мезосферы-нижней термосферы. Однако список общепринятых источников нижнеатмосферных ВГВ сильно ограничен. Это - тропосферные фронты, облачно-конвективная активность в тропической тропосфере, стратосферные струйные течения (Ionosphere-thermosphere interaction, 2022; Tsuda, 2014), если не учитывать очень редкие события землетрясений, торнадо и ураганов и не рассматривать малопонятные по степени влияния на появляемость СМ ПИВ внезапные стратосферные потепления и полярный вихрь с его непонятной динамикой недельного масштаба (Frissell et al., 2016), а также довольно сомнительный c точки эффективности генерации ВГВ источник в виде волновых пакетов на поверхности океанов (Vadas et al., 2015). Если даже не учитывать затруднения при распространении нижнеатмосферных ВГВ вверх сквозь высотные слои различных надтропосферных ветров, указанных выше источников явно не хватает для объяснения постоянного присутствия СМ ПИВ в среднеширотной ионосфере. Это значит, что для генерации СМ ПИВ нужно привлекать иные возможные источники. Один вариант - ВГВ, рожденные в средней атмосфере без джоулева нагрева с наиболее вероятным местом в субавроральных широтах. Другой вариант - вариации проводимости ионосферы и воздействие быстропроникающих электрических полей в субавроральных широтах, ведущих к появлению на высотах нижней ионосферы искажений в Sq токовой системе, например, в виде аномальной Sq токовой системы (Butcher et al., 1993).
В настоящей работе решено было проверить действенность возможной связи между вариациями высотных параметров СМ ПИВ (в виде прокси-параметра - сжатость касповой части слоя F, косвенно описывающего полуширину слоя F (Akchurin et al., 2021)), регистрируемых на ионозонде КФУ и вариациями склонения геомагнитного поля D. Выявлены схожие сезонные тренды в межсуточных вариациях ~4 мин в день в вариациях магнитного склонения на экваториальных станциях (Fukushima, 1994). Такой тренд имеют появляемость схожих осенних СМ ПИВ и изменение среднесуточного склонения, что указывает на возможную связь между появляемостями СМ ПИВ и искажений в Sq токовой системе.
Продолжительный поиск в литературе сезонных трендов 4 мин/день в различных ионосферных параметрах и искажений токовых Sq-вихрей позволил найти близкий сезонный сдвиг ~4 мин/день во времени появления второго максимума в суточных вариациях вертикального ПЭС в тропической ионосфере (Wang et al., 2022). Наличие двух максимумов в суточных вариациях ПЭС (в англоязычной литературе DDM или diurnal double-maxima) связано с появлением в тропической ионосфере так называемого выкуса (bite-out) в электронном содержании или Nmax.
Совместный анализ вариаций магнитного склонения и параметров среднеширотных СМ ПИВ и низкоширотных DDM привел к возможной общей причине всех этих явлений – сезонным изменениям наклона кольцевого тока, установленным ранее по наземным магнитным данным (Malin, Işikara, 1976). Такие сезонные вариации наклона кольцевого тока подтверждены и ныне, но по данным группировки Swarm (Ou et al., 2022). Дальнейшее исследование такой малоисследованной и интригующей связи кольцевого тока и среднеширотных СМ ПИВ позволит понять причины природы появления ПИВ, не связанных с тропосферными ВГВ, и их постоянного присутствия 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.
Ключевые слова: среднемасштабные ПИВ, Sq-токовая система, склонение геомагнитного поля, кольцевой ток, выкус, двойные максимумы в суточной ПЭС
Литература:
- Akchurin A., Smirnov G., Ildiryakov V. Isolation of the Small-Scale and Weak Medium-Scale TIDs on Daytime Midlatitude Ionograms // Proc. of 34th URSI GASS. 2021. https://doi.org/10.23919/URSIGASS51995.2021.9560394.
- Butcher E.C., McCreadie H., Schlapp D.M. A worldwide study of the H, D and Z variation on Abnormal Quiet Days (AQDs) // Geophys. J. R. astr. Soc. 1993. V. 114(1). P. 175–184. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1993.tb01477.x.
- Frissell N. A., Baker J. B. H., Ruohoniemi J. M., Greenwald R. A., Gerrard A. J., Miller E. S., West M. L. Sources and characteristics of medium-scale traveling ionospheric disturbances observed by high-frequency radars in the North American sector // J. Geophys. Res. Space Physics. 2016. V. 121. P. 3722-3739. https://doi.org/10.1002/2015JA022168.
- Fukushima N. Some topics and historical episodes in geomagnetism and aeronomy // J. Geophys. Res. 1994. V. 99(A10), 19113-19142. https://doi.org/10.1029/94JA00102.
- Ionosphere-thermosphere interaction: chapter 7 in Cross-Scale Coupling and Energy Transfer in the Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere System, ed., Nishimura Y., Verkhoglyadova O., Deng Y., Zhang S.-R. 2022. P. 357-440. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821366-7.00003-2.
- Malin S. R. C., Işikara A. M. Annual variation of the geomagnetic field // Geophys. J. R. astr. Soc. 1976. V. 47(3). P. 445-457. https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.1976.tb07096.x.
- Ou J., Du A., Ge Y., Luo H., Zhang Y., Guo Z. Statistical study on the north-south asymmetric distribution of the mid-low-latitude nightside disturbed magnetic fields // J. Geophys. Res. Space Physics. 2022. V. 127. e2021JA029970. https://doi.org/10.1029/2021JA029970.
- Tsuda T. Characteristics of atmospheric gravity waves observed using the MU (middle and upper atmosphere) radar and GPS (global positioning system) radio occultation. Proc. of the Japan Academy, Series B. 2014. V. 90(1). P. 12–27. https://doi.org/10.2183/pjab.90.12.
- Vadas S. L., Makela J. J., Nicolls M. J., Milliff R. F. Excitation of gravity waves by ocean surface wave packets: Upward propagation and reconstruction of the thermospheric gravity wave field // J. Geophys. Res. Space Physics. 2015. V. 120. P. 9748-9780. https://doi.org/10.1002/2015JA021430.
- Wang R., Chen P., Yao Y., An Z., Wang Z. Research on the ionospheric diurnal Double-Maxima patterns in Asia-Australian area based on the VTEC observations of BDS geostationary satellites // Adv. Space Res, 2022. V. 69(10). P. 3705-3716. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.02.041.
Презентация доклада
Видео доклада
Дистанционное зондирование ионосферы
354