CC BY
28
Библиографический список
1. Быков Н.И., Попов Е.С. Наблюдения за динамикой снежного покрова в ООПТ Алтае-Саянского экорегиона: методическое руководство. Красноярск, 2011. 64 с.
2. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Иркутской области за 2010 год. Иркутск: оОо Форвард, 2011. 400 с.
3. Налимов В.В. Применение математической статистики
при анализе вещества. М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1960. 216 с. 4. Возможность детоксикации модельных субстратов, загрязненных солями мышьяка, с помощью гуминовых препаратов / Д.И. Стом, А.С. Коновалов, А.В. Богданов [и др.] // Вестник ИрГСХА. 2012. №50. С.81-86.
УДК 550.338.2
ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИЗНАКОВ ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ПО ДАННЫМ КВАЗИВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ
© В.И. Куркин1, О.А. Ларюнин2, А.В. Подлесный3, М.Д. Пежемская4, Л.В. Чистякова5
ФГБУН Институт солнечно-земной физики СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 126а.
Выполнен статистический анализ ионограмм квазивертикального зондирования, полученных на собственной сети ЛЧМ-зондирования ИСЗФ СО РАН, работающей в режиме мониторинга. Типичной является ситуация, когда на некоторых ионограммах помимо основного трека появляется дополнительный, называемый «серпом», который обычно свидетельствует о наличии перемещающегося ионосферного возмущения. Для зимнего и летнего сезонов исследованы: частотность появления серпов на ионограммах в зависимости от времени суток, среднее время их жизни, морфологические особенности. Высокая скважность получения ионограмм в точке приема (1 мин) позволила проследить динамику и эволюцию серпов. Ил. 8. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: ионограмма; перемещающиеся ионосферные возмущения; ЛЧМ-зондирование ионосферы.
STUDYING MORPHOLOGICAL FEATURES OF TRAVELLING IONOSPHERIC DISTURBANCES
BY QUASI-VERTICAL IONOSPHERIC SOUNDING DATA
V.I. Kurkin, O.A. Laryunin, A.V. Podlesny, M.D. Pezhemskaya, L.V. Chistyakova
Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS, 126а Lermontov St, Irkutsk, 664033, Russia.
The authors performed a statistical analysis of quasi-vertical sounding ionograms obtained on the ISTP SB RAS own chirp sounding network operating in a monitoring mode. It is typical when some ionograms demonstrate apart from the main track, an additional track called "a sickle", which usually indicates the presence of a traveling ionospheric disturbance. The frequency of sickle occurrence on ionograms depending on the time of the day, their average lifetime and morphological features has been studied for winter and summer seasons. The high pulse ratio of ionogram obtaining in the receiver point (1 min) allowed to trace the dynamics and evolution of sickles. 8 figures. 8 sources.
Key words: ionogram; travelling ionospheric disturbances; chirp ionospheric sounding.
Введение. Статистический анализ ионограмм, полученных на ионозонде вертикального зондирования «Циклон» за 30 зимних дней 2011 г., выполнен в [1]. Авторы рассмотрели «классические» серпы (далее -серпы 1 типа) «Nose» (Нос) и «U-shaped» (U-образные) согласно [2]. В ряде работ [3-6] дана интерпретация серпов данного типа с привлечением численного моделирования. Так, в [3] авторы показа-
ли, что серповидная часть ионограммы обусловлена «боковыми» (т.е. не вертикальными) траекториями. Авторы [2] подтвердили данный вывод, рассмотрев параболическую фоновую модель ионосферы, содержащую при наличии возмущения горизонтальные градиенты электронной концентрации. В [7] рассмотрен случай, когда возмущенная ионосфера остается слоистой, соответственно траектории лучей строго верти-
1Куркин Владимир Иванович, доктор физико-математических наук, зам. директора, тел.: (3952) 428265, e-mail: [email protected]
Kurkin Vladimir, Doctor of Physico-mathematical sciences, Deputy Director, tel.: (3952) 428265, e-mail: [email protected]
2Ларюнин Олег Альбертович, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, тел.: 89149024373, e-mail: [email protected]
Laryunin Oleg, Candidate of Physico-mathematical sciences, Research worker, tel.: 89149024373, e-mail: [email protected]
3Подлесный Алексей Витальевич, младший научный сотрудник, тел.: (3952) 428265, e-mail: [email protected] Podlesny Aleksei, Junior Researcher, tel.: (3952) 428265, e-mail: [email protected]
4Пежемская Маргарита Дмитриевна, инженер-программист 1 категории, тел.: (3952) 428265, e-mail: [email protected] Pezhemskaya Margarita, 1st Category Programmer Engineer, tel.: (3952) 428265, e-mail: [email protected]
5Чистякова Лидия Васильевна, инженер-программист 1 категории, тел.: (3952) 428265, e-mail: [email protected] Chistyakova Lidia, 1st Category Programmer Engineer, tel.: (3952) 428265, e-mail: [email protected]
кальны и исследованы искажения высотно-частотной характеристики в зависимости от параметров возмущения.
Статистическая обработка. На рис.1 показано расположение средств ЛЧМ-зондирования: длина слабонаклонной радиотрассы Усолье-Торы составляет 120 км. Географические координаты точек излучения и приема равны соответственно 52053'с.ш.Д03°16'в.д. и 51048'с.ш.Д03°5'в.д.
К анализу привлекались данные за два периода времени: зимний (декабрь 2011 - март 2012 г.) и летний (май 2011 - август 2011 г.). Для летнего периода имеет место характерное расслоение с наличием Р1 слоя, тогда как для зимнего периода данное явление отсутствует.
Условно все серпы были поделены на пять наиболее часто встречающихся типов.
К первому типу относится большинство случаев, когда имеет место классический серп, который смещается в область меньших групповых задержек и меньших частот (вниз и влево по ионограмме) и исчезает в нижней части слоя. Пример такого случая приведён на ионограммах (рис.2) за 7 ноября 2011 г. в период 04:08 - 04:18 ит (11:08 - 11:18 И).
Второй тип, более редкий, - серп движется в противоположном направлении (вверх и вправо по ионо-грамме).
К третьему типу отнесены серпы, передвигающие-
ся сначала сверху вниз, а потом движущиеся вверх [8].
К четвёртому типу отнесены сложные случаи, когда наблюдается переплетение нескольких серпов, которые движутся как единое целое (рис.3,а).
К пятому типу ПИВ отнесены также сложные случаи, когда на одной ионограмме наблюдаются два и более независимых переплетения (рис.3,б).
Было выявлено, что серпы первого типа по частотности появления являются превалирующими. Так, например, для декабря 2011 г. число их появлений (234) относительно общего числа (321) составило 73% (рис.4).
Рассмотрено число появлений серпов различных типов в зависимости от времени суток. На рис.5 представлены помесячные зависимости числа появлений серпов внутри часовых интервалов в расчете на одни сутки. Можно видеть, что наибольшая вероятность обнаружения серпа приходится на окрестность полудня по 1_Т.
Для летнего периода первый тип серпов также является доминирующим, серпы сложных типов встречаются довольно редко. Для данного сезона характерно «расслоение» в области Р на слои Р1 и Р2 в дневные часы, и серпы могут появляться в первой области (Р2), во второй (Р1), а также переходить из одной в другую (Р2+Р1) (рис.6).
Рис.1. Схема эксперимента
д
Рис. 2. Эволюция серпа первого типа на ионограммах
Рис.3. Ионограммы со сложными серпами
б
а
|\|,%
80
60 —
40
20 —
0
1 2 3 4 5 Типы ПИВ
Рис.4. Число появлений серпов различных типов, декабрь 2011
0.4 -
0 -'
4 5 6 7 8 9
11 12 13 14 15 16
Январь 2012г.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 иТ 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1.Т
п/Ы п/Ы
Рис.5. Среднее число появлений серпов различных типов внутри часовых интервалов в расчете на одни сутки для месяцев зимнего сезона. Сплошная линия - первый тип, пунктирная - второй, штриховая - третий, штрихпунктирная - сложные типы (четвёртый и пятый)
Рис.6. Серпы на летних ионограммах
На рис.7 приведен суточный ход числа появлений серпов, усредненный по летнему сезону.
n/N
Рис.7. Среднее число появлений серпов различных типов внутри часовых интервалов, усредненное по четырем месяцам летнего сезона. Точки - серп в слое F2; штриховая линия - серп в слое F1; крестики - серп в слое F2 с переходом в слой F1 ^2^1)
Из рис.7 видно, что серпы появляются чаще в области F2 с максимумом в интервале 03.00 - 08.00 UT ( 10.00 - 15.00 LT), серпы в области F1 наблюдаются значительно реже, максимум их появления 08.00 -10.00 UT (15.00 - 17.00 LT). Серпы, появляющиеся сначала в области F2, а потом спускающиеся в область F1, наблюдаются равномерно в течение всего интервала с 22.00 до 11.00 UT (05.00 - 18.00 LT).
На рис.8 представлена сводная картина в зимний и летний сезоны для серпов первого типа: показано число появлений серпов внутри часового интервала в расчете на одни сутки. Можно видеть, что диапазон времени, в котором наблюдаются серпы, существенно шире для летнего сезона, чем для зимнего. Кроме того, число появлений серпов для летнего сезона примерно вдвое больше, чем для зимнего.
Из обработанного массива данных летнего периода 15% ионограмм содержали серпы, тогда как в зимний период серпы имели место на 8% ионограмм. Также следует отметить, что свойств периодичности
1. Akchurin A.D., Bochkarev V.V., Ildiryakov V.R., Usupov K.M. TID selection and research of its characteristics on ionograms // 30th URSI General Assembly and Scientific Symposium, Istanbul 2011.
2. Lobb R.J., Titheridge J.E. The effects of travelling ionospheric disturbances on ionograms // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1977. Vol.39. P.129-138.
3. Munro G.H., Heisler L.H. Cusp type anomalies in variable frequency ionospheric records // Australian Journal of Physics. 1956. Vol.9. P.343-358.
4. Cooper J., Cummack C.H. The analysis of travelling ionospheric disturbance with nonlinear ionospheric response // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1986. Vol.48. №1. P.61-64.
5. Крашенинников И.В., Лянной Б.Е. Обратная задача верти-
при появлении серпов на ионограммах практически не наблюдалось.
n/N
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1_Т
Рис.8. Среднее число появлений серпов первого типа внутри часовых интервалов в расчете на одни сутки, усредненное по четырем месяцам зимнего сезона (пунктир) и четырем месяцам летнего сезона (сплошная линия)
Заключение. По результатам проведенной обработки данных слабонаклонного зондирования исследованы статистические характеристики серпообразных особенностей на ионограммах. Выявлено, что в большинстве случаев серпы на ионограммах смещаются из области высоких частот и высоких групповых задержек в сторону уменьшения частоты и групповой задержки (сверху вниз и справа налево вдоль основного трека ионограммы). Наблюдались также случаи движения серпа в противоположном направлении, а также смены направления движения, однако такие случаи были довольно редки. Была исследована зависимость среднего числа появлений и времени жизни серпов от времени суток. Обнаружено, что в летний сезон ночной интервал времени, в течение которого серпы отсутствуют, меньше, чем соответствующий интервал в зимний сезон.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-05-00892-а.
ский список
кального радиозондирования при наличии сильного волнового возмущения ионосферы. Алма-Ата: Динамика ионосферы, 1991. Ч.3. 256 c.
6. Калихман А.Д. Перемещающиеся ионосферные возмущения в среднеширотной ионосфере: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. Иркутск, 2000.
7. Vesnin A.M., Ratovsky K.G. Modelling of the effect of the «Apparent F1 layer» observed in the Radar-Progress experiment with the help of the software for automated processing of vertical sounding ionograms // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. Vol.51. №7. P.923-929.
8. Harris T., Cervera M. // Investigations into small-scale disturbances in the ionosphere using SPICE. 30th URSI General Assembly and Scientific Symposium, Istanbul 2011.
