Влияние геомагнитных бурь G4/G5-класса в 25 солнечном цикле на ионосферу и точность позиционирования

Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) являются источником данных, которые используются для изучения влияния различных факторов космической погоды. Одним из наиболее значимых факторов космической погоды являются геомагнитные бури, во время которых усиливается и расширяется авроральный овал, изменяется электронная концентрация в ионосфере, появляются ионосферные неоднородности различного масштаба [1]. Геомагнитные бури оказывают значительное воздействие на ионосферу, что приводит к снижению точности позиционирования ГНСС. Кроме того, точность позиционирования также зависит от интенсивности геомагнитной бури. В то же время очень сильные (класс G4, Kp = 8, Dst < –200 нТл) и экстремальные (класс G5, Kp = 9, Dst < –350 нТл) геомагнитные бури происходят редко [2]. Малая статистика и существенные отличия очень сильных и экстремальных бурь не позволяют строить удовлетворительных прогнозов таких редких, но опасных воздействий. Поэтому каждая новая очень сильная или экстремальная буря представляет огромный интерес. В данной работе исследуется влияние геомагнитных бурь G4/G5-класса в 25 солнечном цикле на ионосферу и качество высокоточного GPS-позиционирования.
Основными анализируемыми параметрами являлись авроральный овал, экваториальная аномалия и 3D-ошибки позиционирования. Для исследования состояния ионосферы использовались карты ROTI (Rate Of TEC Index) [3] и глобальные ионосферные карты UQRG [4]. В работе использовались данные Международной сети приемников ГНСС, федерального центра навигационных данных и сети базовых станций CORS. Координаты приемников рассчитывались в режиме высокоточного позиционирования kinematic PPP (Precise Point Positioning) с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом GAMP (GNSS Analysis software for Multi-constellation and multi-frequency Precise positioning) [5].
Геомагнитные бури оказывают влияние не только на положение аврорального овала и интенсивность мелкомасштабных неоднородностей внутри него, но и на положение гребней экваториальной аномалии. Во время главной фазы геомагнитной бури произошло усиление аврорального овала и расширение его границы в сторону экватора. В зависимости от интенсивности геомагнитной бури авроральный овал расширился до 30° с.ш. в американском секторе и до 45° с.ш. в европейско-азиатском секторе. Значения ROTI достигли 2 TECU/мин. В то же время гребни экваториальной аномалии усилились (до 200 TECU) и в зависимости от интенсивности геомагнитной бури сместились к полюсам. Встречные процессы распространения привели к уникальному явлению – пересечению границ аврорального овала и гребней экваториальной аномалии в Северной Америке [6]. В частности, такое пересечение наблюдалось во время геомагнитных бурь 10-11 мая 2024 г. (Kp = 9, Dstmin = –412 нТл) и 10-11 октября 2024 г. (Kp = 9-, Dstmin = –333 нТл). Кроме того, геомагнитные бури оказывают существенное влияние на точность позиционирования: значения ошибок позиционирования увеличились в 1,5-5 раз в области аврорального овала. Таким образом, мощные геомагнитные бури существенно влияют на ионосферу и качество высокоточного позиционирования, что создает угрозу для различных приложений, основанных на навигации и связи.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-17-00157, https://rscf.ru/project/23-17-00157/.