Научная статья на тему 'ИОНОСФЕРНЫЕ ВАРИАЦИИ ОТО ДНЯ КО ДНЮ И ИХ СВЯЗЬ С ПРОЦЕССАМИ В ГЕОКОСМОСЕ, ТРОПОСФЕРЕ И ЛИТОСФЕРЕ'

ИОНОСФЕРНЫЕ ВАРИАЦИИ ОТО ДНЯ КО ДНЮ И ИХ СВЯЗЬ С ПРОЦЕССАМИ В ГЕОКОСМОСЕ, ТРОПОСФЕРЕ И ЛИТОСФЕРЕ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
3
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
изменчивость ионосферы ото дня ко дню / солнечно-земные связи / литосферно-тропосферно-ионосферные связи / открытая нелинейная диссипативная система / day-to-day ionospheric variability / solar-terrestrial coupling / lithosphere-troposphere-ionosphere coupling / open nonlinear dissipative system

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Захаров И.Г.

Рассмотрены возможные причины высокой изменчивости ионосферы ото дня ко дню под одновременным влиянием процессов в геокосмосе, тропосфере и литосфере. Показано, что даже при отсутствии мощных событий ионосфера испытывает влияние как "сверху", так и "снизу", при этом ионосфера может реагировать на внешнее воздействие как открытая нелинейная диссипативная система.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Захаров И.Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IONOSPHERIC DAY-TO-DAY VARIABILITY AND ITS COUPLING WITH PROCESS IN GEOSPACE, TROPOSPHERE AND LITHOSPHERE

The possible reasons for the high day-to-day ionospheric variability under the influence of the simultaneous processes in geospace, troposphere and lithosphere are considered. It is shown that even in the absence of powerful events ionosphere is influenced by both the "top" and "bottom", and ionosphere may be respond to external action as an open nonlinear dissipative system.

Текст научной работы на тему «ИОНОСФЕРНЫЕ ВАРИАЦИИ ОТО ДНЯ КО ДНЮ И ИХ СВЯЗЬ С ПРОЦЕССАМИ В ГЕОКОСМОСЕ, ТРОПОСФЕРЕ И ЛИТОСФЕРЕ»

EARTH SCIENCES

Захаров И. Г.

Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, г. Харьков, Украина, Старший научный сотрудник кафедры космической радиофизики, канд. физ.-мат. наук

ИОНОСФЕРНЫЕ ВАРИЦИИ ОТО ДНЯ КО ДНЮ И ИХ СВЯЗЬ С ПРОЦЕССАМИ В ГЕОКОСМОСЕ, ТРОПОСФЕРЕ И ЛИТОСФЕРЕ

IONOSPHERIC DAY-TO-DAY VARIABILITY AND ITS COUPLING WITH PROCESS IN GEOSPACE, TROPOSPHERE AND LITHOSPHERE

Zakharov I.G., Kharkiv V. Karazin National University, Kharkiv, Ukraine, Senior Scientist at Department of Space Radio Physics, Ph.D. in Physics and Mathematics

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены возможные причины высокой изменчивости ионосферы ото дня ко дню под одновременным влиянием процессов в геокосмосе, тропосфере и литосфере. Показано, что даже при отсутствии мощных событий ионосфера испытывает влияние как "сверху", так и "снизу", при этом ионосфера может реагировать на внешнее воздействие как открытая нелинейная диссипативная система.

ABSTRACT

The possible reasons for the high day-to-day ionospheric variability under the influence of the simultaneous processes in geospace, troposphere and lithosphere are considered. It is shown that even in the absence of powerful events ionosphere is influenced by both the "top" and "bottom", and ionosphere may be respond to external action as an open nonlinear dissipative system.

Ключевые слова: изменчивость ионосферы ото дня ко дню, солнечно-земные связи, литосферно-тропосферно-ионосферные связи, открытая нелинейная диссипативная система.

Keywords: day-to-day ionospheric variability, solar-terrestrial coupling, lithosphere-troposphere-ionosphere coupling, open nonlinear dissipative system.

Введение

Изучение закономерностей и механизмов взаимодействия земных оболочек имеет несомненный практический интерес. Несмотря на фактически вековую историю, многие годы проводились исследования весьма ограниченного круга линейных (квазилинейных) явлений, обусловленных поступлением в одну из оболочек значительного количества вещества и/или энергии, полностью определяющих отклик данной оболочки на внешнее воздействие.

В конце 20-го века сформировался принципиально новый подход к изучению природных явлений, в котором принимается, что оболочки планеты Земля образуют единую открытую нелинейную динамическую иерархическую систему (см., например, [8, 15, 17, 20]). В таких системах реализуются процессы как самоорганизации, приводящие к появлению, усложнению и сохранению системы в целом (переход от хаоса к детерминированным процессам), так и процессы саморганизованной критичности, которые закономерным образом приводят систему или ее элементы к потере устойчивости.

Прежде всего, речь идет о единстве трех наиболее крупных подсистем: Земля - атмосфера -магнитосфера, каждая из которых также имеет сложное строение. Учитывая, что под термином "атмосфера" чаще всего понимают нейтральную атмосферу, а также особый статус ионосферы как ионизированной компоненты атмосферы и ее важную роль во взаимодействии как с нейтральной ат-

мосферой, так и с магнитосферой, на практике часто рассматривают систему Земля - атмосфера -ионосфера - магнитосфера (ЗАИМ).

Достаточно часто в единую систему включают также области вокруг планеты Земля, а именно рассматривают систему Солнце - межпланетная среда - Земля - атмосфера - ионосфера - магнитосфера. Целесообразность такого подхода удобно проиллюстрировать одной известной фразой: "мы живем в короне Солнца", ставшей в свое время названием книги [11]. В случае, когда солнечное влияние принимается заданным (внешним фактором для земных процессов) и физические процессы на Солнце не являются предметом изучения, для большинства задач достаточно рассматривать систему ЗАИМ.

Степень взаимодействия между отдельными подсистемами ЗАИМ может заметно различаться, что позволяет во многих случаях рассматривать как самостоятельный объект более узкий набор подсистем. Такой подход оправдан также тем, что объем информации о различных составляющих системы ЗАИМ существенно различается. Исходя из этого, во многих работах в качестве единой системы рассматривают более узкий набор подсистем, из которых чаще всего присутствуют литосфера (тектоно-сфера), тропосфера, ионосфера, магнитосфера, которые мы и будем рассматривать в данной работе.

С точки зрения взаимодействия земных оболочек между собой и их отклика на внешнее воздействие, принципиальной особенностью нового подхода является возможность значительного отклика даже на слабые внешние (к данной подсистеме) воздействия, а также наличие собственных ритмов в

системе. Возникает вопрос: в какой мере реализуются эти возможности в системе в целом или в одной из подсистем или пребладает линейный отклик систем и подсистем на внешнее воздействие? Рассмотрим этот вопрос на примере ионосферы.

Хорошо известно, что основным влияющим фактором на ионосферу является ионизирующеее ультрафиолетовое (УФ) излучение и его изменения как 11-летнем цикле солнечной активности (СА), так и в течение 27-суточного солнечного оборота вокруг своей оси за счет неравномерного распределения активных областей по диску Солнца. Факторы, связанные с геокосмическими бурями (ГКБ)

_ 74

являются сильными, но относительно кратковременными (несколько суток) источниками воздействия, а характер их влияния на ионосферу достаточно хорошо изучен [4, 18, 22]. Влияние других факторов является кратковременным или незначительным по сравнению с основными, указанными выше. Таким образом, приходим к выводу, что изменения ионосферы ото дня ко дню в спокойных условиях должны следовать за изменениями ионизирующего УФ излучения (при наличии некоторого "шума" от неучтенных источников влияния), нарушаемые значительными вариациями на протяжении нескольких дней в периоды ГКБ.

У*, МГц

25 30 Сутки

Рис. 1. Вариации критической частоты слоя F2 ионосферы ото дня ко дню на ст. Eglin в январе 1997 г. в сравнении с вариациями солнечной и геомагнитной (Ар) активностей

Фактические изменения в ионосфере ото дня ко дню часто имеют совсем иной характер. В качестве примера на рис. 1 показаны изменения критической частоты слоя F2 (/^2) на среднеширотной ионосферной станции Eglin {30 N 86 W} в январе 1997 года. Видно, что вместо следования за изменениями солнечной и геомагнитной активностей (ГМА) в течение нескольких недель подряд наблюдаются изменения f0F2 с периодами 3 - 4 суток и размахом колебаний до 40 %. Правда, сутки с более высокими значениями /Р2, в основном, согласуются с усилениями СА (для оценки СА использован индекс -Рщ7), однако количественно они несопоставимы: наблюдаемым изменениям -Рщ7, согласно [10], соответствуют изменения ионизирующего УФ излучения не более чем на 5%, что почти на порядок меньше фактического размаха колебаний ионосферного параметра.

Представленный на рис. 1 пример 3 - 4 суточной изменчивости реализуется наиболее часто (не менее 50 %) для околополуденных часов независимо от фазы 11 -летнего солнечного цикла, тогда как в другие часы, особенно в 15 - 18 часов местного времени - заметно реже [6]. Следовательно, можно предположить, что в ионосфере существуют

всегда или создаются достаточно часто условия, при которых внешнее влияние проявляется значительно сильнее или иным образом, чем это следует из известных физических моделей ионосферы.

В связи с этим правомерным является вопрос: в какой мере ионосфера ведет себя как открытая нелинейная самоорганизующаяся подсистема, возможны ли в ней собственные ритмы и как они связаны с ритмами других подсистем? Проведенные ранее исследования не дают ответа на этот вопрос, поскольку сконцентрированы на анализе, как правило, локальных явлений в ионосфере или при отклике ионосферы на отдельные сильные возмущения в других земных оболочках, прежде всего, в тропосфере (см., например, [14, 17]).

Представляется, что анализ изменений ионосферы ото дня ко дню и их связь с изменениями в других оболочках Земли является оправданным подходом для изучения этого вопроса. Отметим, что поиск причин высокой изменчивости ионосферы ото дня ко дню является одной из актуальных и сложных задач современной физики ионосферы [23]. Важно проводить такой анализ для произвольных условий без разделения их на

"спокойные" и "возмущенные", которые часто оказываются условными.

Цель работы - изучить особенности постоянно существующей изменчивости ионосферы под одновременным воздействием факторов космической погоды, тропосферы и литосферы на примере одного из основных параметров - критической частоты слоя F2 ионосферы, и оценить обоснованность представлений об ионосфере как нелинейной открытой самоорганизующейся системе.

Данные и методы анализа

В работе использованы ежедневные данные двух ионосферных станций, расположенных на большом расстоянии друг от друга (для исключения роли локальных эффектов): Боулдер {40 N 255 Е} и Хабаровск {48 N 135 Е} за период с октября 2010 по декабрь 2011 года в 00, 04 (ночные условия), 12 и 16 (дневные условия) часов местного времени (ЬТ). Обычно используют данные для 00 и 12 LT; в нашем исследовании дополнительно использованы данные для 04 и 16 ЬТ, которые благодаря инерционности ионосферных процессов лучше отражают типичные дневные и ночные условия в ионосфере, а также позволяют более полно оценить изменчивость ионосферы в течение дня или ночи.

Для учета различных влияний на ионосферу использованы следующие данные:

СА: число Вольфа W и плотность потока радиоизлучения Солнца Fщ7 - отражают изменения ионизирующего УФ излучения;

ГМА: индекс АР - косвенно отражает динамические процессы в ионосфере, обусловленные ГКБ, в том числе сопровождающиеся изменениями нейтрального состава;

приземное атмосферное давление, которое для краткости обозначим как Р: косвенно отражает перестройки атмосферной циркуляции, в том числе с созданием условий, благоприятных для проникновения в ионосферу акустико-гравитационных волн;

данные о землетрясениях (ЗТ): число ЗТ с маг-нитудой М > 5, которое является удобным индикатором уровня глобальной сейсмической активности (ГСА) [21]. Данные об атмосферном давлении взяты с сайта www.gismeteo.ru, о ЗТ - с сайта www.ncedc.org, все остальные данные - с сайта http://sec.noaa.gov/Data. Землетрясения с такой маг-нитудой происходят на земном шаре практически ежедневно, так что данный критерий в полной мере отражает регулярные изменения ГСА и не ограничивает исследование отдельными мощными событиями.

Исследования проведены с использованием спектрального анализа (быстрого преобразования Фурье) и метода наложенных эпох (МНЭ) с проверкой достоверности результатов расчетов по непараметрическому критерию Фридмана [2]. Особено-стью критерия Фридмана является то, что он вычисляется по ранжированным значениям

исследуемого показателя, и, таким образом, полностью определяется характером изменения и не зависит от абсолютных значений показателей. Как следствие, достоверность сходства и различия изменения величин определяется непосредственно по уровню статистической значимости р, тогда как стандартная ошибка среднего ("усы" на графиках) является неинформативной.

После выбора нулевых дат по одному из показателей (таких дат было от 9 до 12 за рассматриваемый временной интервал) характерные изменения рассчитывались методом наложенных эпох для всех рассматриваемых параметров, в том числе для сомнительных, с физической точки зрения, влияний, например, влияния изменений приземного атмосферного давления на солнечную активность. Такой подход позволяет оценить роль скрытых пе-риодичностей (случайного совпадения периодов) на результат. Отметим, что для таких нефизических связей, как и следовало ожидать, во всех случаях получено надежное отсутствие связи между исследуемыми переменными.

Рассматривались изменения ото дня ко дню для так называемых "изолированных" событий, т.е. достаточно резких изменений внешних факторов после периода относительного затишья, что исключало возможность наложения эффектов от двух близких возмущений. Спектры рассчитывались по скользящим интервалам в 30 и 60 дней со смещением на 15 дней: так как речь идет о возмущениях, имеющих ограниченную длительность проявления, целесообразно максимально уменьшить длину ряда, но до уровня, обеспечивающего получение достоверного результата. При длине ряда 30 дней достоверные спектральные максимумы получены только для отдельных интервалов, 60 дней - для всех интервалов.

Результаты

Рассмотрим сначала изменения в ионосфере, тропосфере и литосфере после начала изолированных ГКБ. В целом, выбранные геомагнитные возмущения не были сильными: максимальные значения АР достигли 67. Видимо, поэтому очевидным эффект ГКБ в ионосферных данных на обеих станциях был только для ночных условий (уменьшение

после первоначального увеличения), тогда как в дневные часы имели место квазипериодические вариации^2 с периодами 2 - 4 суток.

Заслуживает внимания достоверный (р < 0.05) скачок Р на обеих станциях после начала ГКБ. В последние десятилетия получены достаточно убедительные свидетельства влияния космической погоды на процессы в тропосфере, при этом отмечается [1, 4], что эта связь осуществляется на основе триггерных механизмов, так как энергия ГКБ на несколько порядков ниже энергии тропосферных циклонов (см. также [19]).

Сутки

Рис. 2. Сравнение изменений ото дня ко дню foF2 в 16 LT с изменениями приземного давления

Изменения ионосферных и тропосферных показателей на каждой из станций имели очевидные сходства (рис. 2) и заметно отличались от результатов для другой станции, при этом связь проявилась без заметного запаздывания по времени. Существенно, что мы не рассматривали экстремальные явления (мощные циклоны, сильные ионосферные бури и др.,), т.е. связь проявилась для достаточно типичных условий в тропосфере и в ионосфере.

Резкие изменение давления Р в Хабаровске или в Боулдере сопровождались определенными изменениями в ионосфере с запаздываем не более суток. Отметим, что Р в Боулдере и Хабаровске изменялось в противофазе (р<0.05). Учитывая, что расстояние между этими городами более десяти тысяч километров, для такой синхронизации необходимо наличие закономерностей в поведении атмосферы планетарного масштаба, например, перемещения больших масс воздуха, в том числе между

восточным и западным полушариями [3]. Значения foF2 ото дня ко дню в двух городах также проявляли тенденцию к изменению в противофазе, но она не была очевидной на фоне вариаций другой природы. На основании приведенных данных не ясно, можно ли отнести изменения f0F2 к влиянию тропосферы, так как одновременно наблюдались заметные изменения ГМА, хотя и при отсутствии сильных ГКБ.

Число ЗТ с М > 5 после начала ГМБ резко увеличилось примерно с 5 до 30. Такой выраженный эффект обусловлен мощной серией ЗТ вблизи Японии 11 марта 2011 г. (около 280 ЗТ с М > 5 в течение суток!), однако, при использовании для расчета ранжированных значений, эффект, хоть и слабый, сохраняется (р < 0.1). О возможности триггерного запуска подготовленных ЗТ при изменении ГМА многократно отмечалось в литературе (см., например, [5, 16]), хотя механизмы такого явления, если оно реально, пока не ясны.

132 -

, мм.рт.ст.

/ - ___/

124 I I I I I

-2

50

EQ

40

30 - \

20 - \_

/о I I I I I

-2

0

2 4 6 Сутки

Рис. 3.

Связь изменений разности давлений в Хабаровске и Боулдере и числа землетрясений с М >5.

Более выраженный результат (р < 0.05) в изменении числа ЗТ получен после скачка атмосферного давления, а максимальный эффект (р < 0.01) наблюдался после резкого изменения разности давлений между Хабаровском и Боулдером (рис. 3). Напомним, что во всех вариантах расчетов изменения атмосферного давления на этих станциях изменялись преимущественно в противофазе, что можно объяснить наличием крупномасштабных потоков воздушных масс. Отметим, что именно такой процесс рассматривают как один из механизмов запуска подготовленных ЗТ (см., например, [3]), так как изменение силы при переходе от антициклона к циклону, действующей на земную поверхность на площади типичного циклона, составляет 1015 - 1016 Н, что равно весу такой горы как Эльбрус. В частности, получено [3], что усиление числа ЗТ с М > 5.5 происходит после резкого уменьшения разности давлений между Восточной Сибирью и западным побережьем Северной Америки, что хорошо согласуется с нашими результатами.

Рассмотрим реакцию/^2 и других параметров на резкие изолированные усиления ГСА после периода относительного затишья, а именно после увеличения числа ЗТ с М > 5. Отметим, прежде всего, небольшие по величине, но значимые (р < 0.05) изменения индекса АР после резкого усиления ГСА (рис. 4), при этом уровень ГМА остался, в целом, низким (АР < 10). Этот результат, в целом, согласуется с полученным ранее [16].

Сутки

Рис. 4. Изменения геомагнитной активности после усиления глобально сейсмической активности.

Сходство спектров характеризуется достоверными коэффициентами корреляции 0.50 - 0.78 (р < 0.05). За исследуемый период среди спектров, рассчитанных по данным за 60 дней, высокое сходство с указаным критерием имели 17 % спектров в интервале периодов 2.1 - 9.0 суток, и еще столько же

Изменения Р и /^2 после резкого усиления ГСА имели сложный характер, который трудно однозначно связать с влиянием ГСА, несмотря на достаточно высокий уровень статистической значимости: р < 0.01 для связи Р и/0Р2 в 00 Ш ир < 0.05 для в другие часы суток. Однако очевидным, как и в случае с влиянием "сверху", является сходство изменений Р и2 на каждой из станций (рис. 5: приведен пример для Хабаровска).

Полученный результат наглядно демонстрирует целесообразность комплексного анализа с использованием данных для нескольких геосфер (подсистем) в системе Солнце - межпланетная среда - Земля (СМСЗ): несмотря на достоверный результат об изменении ионосферных показателей после усиления ГСА, более очевидным является отклик ионосферы на процессы в тропосфере. Этот результат не исключает наличия реакции /^2 на процессы в литосфере, но в данном случае эта реакция не проявилась или была незаметна на фоне вариаций другой природы.

Приведенный пример показывают, что даже самый тщательный отбор данных не позволяет избавиться от влияния других факторов на исследуемый показатель. Более того, во многих случаях проявляется тенденция к синхронизации процессов в разных геосферах (подсистемах системы СМСЗ). В частности, если обычно в спектрах ионосферных данных имеются только отдельные общие периоды со спектрами ГМА и Р, то при наличии сходства временных вариаций ГМА и Р сходными становятся спектры в целом (рис. 6).

Сутки

Рис. 5. Изменения Р и/ср2 в 00 ЬТ в Хабаровске после усиления глобальной сейсмической активности

- в более узком интервале 2.1 - 5.2 суток. Среди спектров по данным за 30 дней сходные спектры встречались несколько чаще, однако, точность расчета спектров здесь была ниже.

Таким образом, развитие квазисинхронных процессов в нескольких геосферах (подсистемах)

одновременно - это достаточно типичное явление, найти объяснение которому в рамках известных механизмов взаимодействия сложно, так как возникают ограничения как по времени развития отклика, так и по энергии процессов.

Обсуждение результатов

Обычно (в рамках линейного подхода) при анализе влияния различных факторов на ионосферу рассматривают явления, в которых внешний фактор за счет привнесенной энергии полностью определяет вариации ионосферного параметра, при этом величина отклика пропорциональна величине воздействия. Частое отсутствие ожидаемого пропорционального отклика на внешнее воздействие, наличие квазисинхронных изменений характеристик разных подсистем ситемы СМСЗ) указывает на необходимость привлечения к объяснению высокой изменчивости ионосферы ото дня ко дню, наряду с известными, принципиально иных, триг-герных механизмов, которые лишь запускают ионосферный процесс, а его развитие определяется энергией системы. Наличие значительной энергии, запасенной в термосфере (1015 Дж), способно обеспечить их протекание. Значительные запасы энергии характерны и для других земных оболочек [17].

Как известно, подобные механизмы широко рассматриваются при анализе возможного влияния СА на земную погоду и биосферу (см., например, [1, 12, 13, 17, 19]). Скорее всего, одновременно может реализовываться несколько механизмов влияния солнечной активности на земные процессы и взаимодействие земных оболочек между собой. В конечном счете, подобный "информационный" обмен может привести к установлению квазисинхронных изменений в различных оболочках земной атмосферы. Таким образом, даже при отсутствии мощных возмущений ионосфера на протяжении длительных периодов или даже непрерывно "чувствует" влияние как "сверху", так и "снизу". Такие процессы характерны для системы Земля - атмосфера - геокосмос как открытой динамической нелинейной системы [8, 15, 17, 20].

В целом, полученные в данном исследовании численные оценки изменений показателей в одной из геосфер под воздействием процессов в других геосферах или в геокосмосе, невелики. Прежде всего, это связано с тем, что мы не рассматривали мощные явления. Определенное значение могло иметь также то, что рассматриваемые процессы имеют особенности, которые невозможно в полной мере учесть в данных с дискретностью в одни сутки (например, давно установленная зависимость вероятности появления положительной фазы ионосферной бури от местного времени начала ГКБ [9]). В частности, для данных, примеры которых приведены на рис. 2 (после начала ГКБ), получены следующие численные значения размаха колебаний критической частоты /0Р2: 0.32 (\2.2 %), 0.64 (\8.6 %), \.20 (\5.5 %) и 0.78 МГц (11.3 %) в 00, 04, 12 и 16 ЬТ, соотвественно. При этом характер изменения критической частоты - более уверенно в ноч-

ные часы с переходом от положительной к отрицательной фазе ионосферной бури - полностью соответствует ожидаемым.

Достоверность изменений подтверждается проведенными статистическими оценками: критерий Фридмана для приведенных выше значений ^2 составил 36.6, 29.5, 17.7 и 19.9 соответственно, что обеспечивает при использованном числе усреднений уровень значимостир от 0.05 до 0.01.

Напомним также, что мы проводили расчеты для изолированных событий, что исключало наложение эффектов от нескольких возмущений, тогда как при частом следовании возмущений поведение ионосферных параметров может существенно отличаться от типичных для данного явления даже при регистрации значительных вариаций ионосферных параметров.

Полученные результаты позволяет по-новому взглянуть на проблему разделения условий в ионосфере на спокойные (фоновые) и возмущенные. Расчеты для изолированных событий показывают наличие изменений параметров ионосферы даже при сравнительно небольших возмущениях выше и ниже ионосферы, т.е. в других подсистемах системы СМСЗ. Несмотря на относительную слабость влияния, принципиальным является практически непрерывная связь земных геосфер между собой и с Солнцем, в том числе, возможно, способная обеспечить долговременные тренды в изменении ионосферных и атмосферных показателей.

Кроме того, результаты длительного воздействия на ионосферу могут быть восприняты как фоновые вариации. В связи с этим упомянем установленные ранее особенности широтного распределения электронной концентрации слоя F2 ионосферы, а именно наличие максимума электронной кон-цетрации и полного электронного содержания ионосферы на широте около 50 градусов (исследования проводились только для северного полушария) [7, 24]. Существенно, что максимум приурочен именно к географической широте, что отчетливо проявляется при сравнении данных для европейского и американского секторов, где на одних и тех же географических широтах геомагнитные широты заметно различаются.

Заключение

Анализ изменений ионосферы ото дня ко дню с использованием длительных рядов данных с одновременным учетом процессов в подсистем си-темы СМСЗ показывает, что имеющиеся представления о спокойных и возмущенных условиях в ионосфере далеки от реальности. Ионосфера посто-яно и в значительной мере находится под воздействием как "сверху", так и "снизу". Наиболее ярко это проявляется в том, что вариации ото дня ко дню часто оказываются более сходными с вариациями приземного атмосферного давления в том же пункте наблюдения, чем с вариациями в удаленном пункте наблюдения. Принципиально важным является то обстоятельство, что мы не рассматривали экстемальные атмосферные возмущения (сильные ГКБ, крупные циклоны и др.), речь идет о

типичных для рассмотренных пунктов изменений атмосферного давления.

Существенной также является установленная закономерность, согласно которой изменения в любой из подсистем ситемы СМСЗ в той или иной мере проявляется и в других геосферах, при этом величина отклика может быть заметно больше, чем это следует из известных физических механизмов в рамках линейных представлений. В некоторых случаях это приводило к значительному сходству спектров рассмотренных характеристик на интервалах времени в единицы дней, что указывает на возможность появления квазисинхронных вариаций в системе СМСЗ.

Исходя из этого, можно допустить, что информационные (триггерные) механизмы взаимодействия подсистем играют значительно более существенную роль, чем принято считать в настоящее время. Как известно, подобные процессы характерны для открытых нелинейных самоорганизующихся систем.

Полученные результаты указывают на иионо-сферу как неотъемлемый элемент единой нелинейной открытой системы СМСЗ, в которой даже малые внешние воздействия или изменения в одной из подсистем могут сопровождаться заметными изменениями параметров системы.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность проф. Черногору Л.Ф. за полезные советы и замечания.

Список литературы

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Авдюшин С.И., Данилов А.Д. Солнце, погода и климат: сегодняшний взгляд на проблему (Обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. - 2000. - T. 40, № 5. - C. 3-14.

2. Браунли К.А. Статистическая теория и методология в науке и технике. - М.: Наука, 1977. - 245 с.

3. Гордиец Б.Ф., Марков М.Н., Шелепин Л.А. Солнечная активность и Земля.-М.:Знание,1980-64

4. Данилов А.Д. Реакция области F на геомагнитные возмущения (Обзор) // Гелиогеофизические исследования. - 2013. - Вып. 5. - С. 1-33.

5. Закржевская Н.А., Соболев Г.А. Влияние магнитных бурь с внезапным началом на сейсмичность в различных районах // Вулканология и сейсмология. - 2004. - № 3. - С. 63-75.

6. Захаров И.Г. Ионосфера как индикатор процессов в околоземном процессе, тропосфере и литосфере // Вюник Харшвського нацюнального ун-ту iменi В.Н. Каразша. Серiя "Радiофiзика та електрошка". Вип. 19. - 2013. - № 1011. - С. 82-85.

7. Захаров И.Г., Ляшенко М.В. Сравнение экспериментальных и модельных значений полного электронного содержания в ионосфере над Восточной Европой. Радиофизика и электроника (Харьков). - 2003. - Т. 8, № 3. - С. 280-286.

8. Иванов-Холодный Г.С., Могилевский Э.И., Чертопруд В.Е. Фрактальная размерность изменения энергии магнитного поля Солнца и квазидвухлетние колебания солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия.-2006.-Т. 46,№ 2. - С. 147-153.

9. Ионосферное прогнозирование / Отв. ред. Р.А.Зевакина, Н.П. Сергеенко. -М.:Наука, 1982.-199с

10. Казачевская Т.В., Нусинов А.А. Прогностическая модель коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца // Геомагнетизм и аэрономия. - 1986. - Т. 15, № 2. - С. 593-596.

11. Казимировский Э.С. Мы живем в короне Солнца. - М.: Наука, 1983. - 130 с.

12. Кравцов Ю.А. Земля как самоорганизующаяся климато-экологическая система // Соросов-ский Образовательный Журнал. - 1995. - № 1. - С. 82-87.

13. Пудовкин М.И. Влияние солнечной активности на состояние нижней атмосферы и погоды // Соровский образовательный журнал. - 1996. - № 10. - С. 106-113.

14. Пулинец С.А., Узунов Д.П., Карелин А.В., Давиденко Д.В. Физические основы генерации краткосрочных предвестников землетрясений. Комплексная модель геофизических процессов в системе литосфера - атмосфера - ионосфера - магнитосфера, инициируемых ионизацией // Геомагнетизм и аэрономия. - 2015. - Т. 55, № 4. - С. 1-19.

15. Рузмайкин А. Климат как игра случая // Успехи физических наук. - 2014. - Т. 184, № 3. - С. 297-311.

16. Тертышников А.В. Оценка практической значимости геомагнитных предвестников сильных землетрясений // Гелиогеофизические исследования. - 2013. - Вып. 3. - С. 63-70.

17. Черногор Л.Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радиоастрономия. - 2003. - Т. 8, № 1. - С. 59-106.

18. Черногор Л.Ф., Домнин И.Ф. Физика геокосмических бурь: Монография. - Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, Институт ионосферы НАН и МОН Украины, 2014. - 408 с.

19. Черногор Л.Ф. Тропический циклон как элемент системы Земля - атмосфера - ионосфера -магнитосфера // Космiчна наука i технология. -2006. - Т. 12. - № 2/3. - С. 16-26.

20. Bak P. How nature works: The science of self-organized criticality. - Springer-Verlag, New York, Inc. - 1996. - 212p.

21. Bogdanov Yu.A., Zakharov I.G. Electromagnetic and acoustic emissions associated with seismic activity // Proceeding of the 6th Int. Conference "Problem of Geocosmos". May 23-27, 2006. St. Petersburg, Petrodvorets. - 2006. - P. 357-360.

22. Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V., Moffett R.J., Quegan S. Response of the thermosphere and ionosphere to geomagnetic storms // J. Geophys. Res. -1994. - V. 99. - P. 3893-3914.

23. Pulinets S., Boyarchuk K. Ionospheric Precursors of Earthquakes. - Berlin-Heidelberg: SpringerVerlag, 2004. - 315 p.

24. Taran V.I., Zakharov I.G., Tyrnov O.F., Lyashenko M.V. Spatial and Temporal Distribution of the Total Electron Content Inferred from Beacon-Satellite Observations and Kharkiv Incoherent Scatter Radar Data // Adv. Space Res. - 2007. - V. 39, N. 5. - P. 803-807.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.