Двадцать третья международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
XXIII.I.27
Вариации мощности дециметровых радиозатменных сигналов в высокоширотной ионосфере Земли во время магнитной бури в марте 2015 года
Губенко В.Н. (1), Андреев В.Е. (1), Кириллович И.А. (1)
(1) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал (ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН), Фрязино, Россия
Проанализированы результаты ~50 сеансов зондирования высокоширотной (>60° N) ионосферы Земли, проведенных 17–18 марта 2015 г. в радиозатменном эксперименте FORMOSAT-3/COSMIC для двух диапазонов L1 (~19.0 см) и L2 (~24.4 см) дециметровых (ДМ) волн. Корональные выбросы массы, достигшие магнитосферы Земли 17 марта, спровоцировали сильную магнитную бурю класса G4 (G4 = Kp – 4), в которой максимальные значения Kp-индекса были равны 8. Эта магнитная буря вызвала значительные возмущения характеристик ДМ-сигналов на трассах зондирования: навигационные спутники (GPS) – низкоорбитальные спутники (FORMOSAT-3/COSMIC).
Исходные экспериментальные данные о нормированной мощности P(h) радиоволн (частота выборки 50 Гц) сначала отфильтровывались методом скользящего среднего по 50 точкам. Таким образом, были получены вертикальные профили средней мощности Θ(h) ДМ-сигналов. При вертикальной скорости опускания луча в ионосфере Земли ~2 км/сек, это соответствует усреднению данных по интервалу в ~2 км. При таком усреднении сохраняется практически вся информация о вертикальной структуре ионосферы, которую можно разрешить при анализе методом геометрической оптики (ГО). Вертикальное разрешение ГО-метода определяется размером (диаметром df = 2rf ) физического луча. Величина rf составляет ~ 800 м для диапазонов L1 и L2 [1], поэтому ГО-метод применим при распространении радиоволн диапазонов L1 и L2 в среде с вертикальными масштабами неоднородностей не менее df = 2rf ≈ 1.6 км. Масштаб дифракционных неоднородностей ограничен сверху размером первой зоны Френеля, поэтому усреднение данных по 50 точкам методом скользящего среднего приводит к фильтрации (вымыванию) высокочастотных пространственных компонент, в том числе, и дифракционных.
Анализ профилей рефракционного ослабления X(h) показал, что регулярное (осредненное) рефракционное ослабление мощности радиоволн в сеансах измерений на высотах >50 км практически отсутствует. Поэтому, мы полагали, что наблюдаемое ослабление нормированной средней мощности Θ(h) ДМ-сигналов может быть связано с поглощением радиоволн в нижней ионосфере Земли [2–8].
Наиболее заметные вариации мощности радиоволн наблюдались в E-области нижней ионосферы Земли на высотах ниже ~110 км. Здесь возмущения мощности ДМ-сигналов, обусловленные неоднородностями с вертикальными размерами <2 км (дифракционные масштабы), были максимальны во время второй стадии (М2) главной фазы магнитной бури и изменялись от –3.0 до +2.5 дБ.
Работа выполнена в рамках государственного задания Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.
Ключевые слова: радиозатменные измерения, рефракционное ослабление и мощность радиоволн, высокоширотная ионосфера Земли, магнитная буря
Литература:
- Горбунов М.Е. Физические и математические принципы спутникового радиозатменного зондирования атмосферы Земли. М.: ГЕОС, 2019. 288 с.
- Andreev V.E., Gubenko V.N., Pavelyev A.A., Kirillovich I.A., Gubenko T.V. Absorption of decimetre radio waves in the Earth's high-latitude ionosphere during a geomagnetic storm in June 2015. Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1632, no. 1, 012008. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1632/1/012008.
- Andreev V.E., Gubenko V.N., Kirillovich I.A. GPS L1 signals absorption in high-latitude lower ionosphere during severe geomagnetic storm in June 2015. Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1991, no. 1, 012006. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1991/1/012006.
- Gubenko V.N., Andreev V.E., Kirillovich I.A., Gubenko T.V., Pavelyev A.A., Gubenko D.V. Radio Occultation Studies of Disturbances in the Earth’s Ionosphere During a Magnetic Storm on June 22–23, 2015. Geomagnetism and Aeronomy. 2021, vol. 61, no. 6, pp. 713–722. https://doi.org/10.1134/S0016793221060050.
- Gubenko V.N., Andreev V.E., Kirillovich I.A., Gubenko T.V., Pavelyev A.A. Variations in the Parameters of Radio Waves in the Earth’s High-Latitude Ionosphere on the Satellite–Satellite Paths during the Geomagnetic Storm of June 22–23, 2015. Cosmic Research. 2021, vol. 59, no. 3, pp. 157–161. https://doi.org/10.1134/S0010952521030047.
- Gubenko V.N., Andreev V.E., Kirillovich I.A., Gubenko T.V., Pavelyev A.A., Gubenko D.V. The Absorption Coefficient of Decimeter Radio Waves (~19 cm) in the Earth’s Ionosphere Based on the Inverse Problem Solution in Radio Occultation Satellite Studies during the June 2015 Magnetic Storm. Cosmic Research. 2022, vol. 60, no. 6, pp. 437–444. https://doi.org/10.1134/S001095252206003X.
- Gubenko V.N., Andreev V.E., Kirillovich I.A., Gubenko T.V., Pavelyev A.A., Gubenko D.V. Determination of the Effective Collision Frequency of Electrons in the E and D Regions of the High-Latitude Ionosphere from Analysis of Radio-Occultation Measurements. Cosmic Research. 2023, vol. 61, no. 6, pp. 454–460. https://doi.org/10.1134/S0010952523700491.
- Губенко В.Н., Андреев В.Е., Кириллович И.А. Изучение вариаций мощности радиозатменных сигналов в высокоширотной ионосфере Земли во время магнитной бури в марте 2015 года // Радиотехника и электроника. 2025, Т. 70, № 10, С. 21–30.
Презентация доклада
Дистанционное зондирование ионосферы
445