Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование ионосферных возмущений, связанных с источниками в нижней нейтральной атмосфере, по данным GPS/глонасс-радиозондирования

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследование ионосферных возмущений, связанных с источниками в нижней нейтральной атмосфере, по данным GPS/глонасс-радиозондирования"

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук

На правах рукописи УДК 550.388.2

Полякова Анна Сергеевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ С ИСТОЧНИКАМИ В НИЖНЕЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ АТМОСФЕРЕ, ПО ДАННЫМ СРв/ГЛОНАСС-РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

15 ЯНВ го 15

Иркутск - 2014

005557623

005557623

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

Перевалова Наталья Петровна, кандидат физико-математических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН), ведущий научный сотрудник

Официальные оппоненты:

Рябова Наталья Владимировна, доктор физико-математических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «ПГТУ»), зав. кафедрой радиотехники и связи

Шагимуратов Ирк Ибрагимович, кандидат физико-математических наук, Западное отделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук (ЗО ИЗМИРАН), директор

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики атмосферы им. A.M. Обухова Российской академии наук (ИФА РАН)

Защита состоится «17» марта 2015 г. в « ^У» часов на заседании диссертационного совета Д 003.034.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 126а, а/я 291, ИСЗФ СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться на сайте http://www.iszf.irk.ru и в библиотеке ИСЗФ СО РАН

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат физико-математических наук Поляков В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и степень разработанности темы исследования

Исследование процессов, протекающих в атмосфере Земли, составляет одну из приоритетных задач современной геофизики. Ионосфера - ионизованная часть атмосферы Земли - представляет собой достаточно сложную динамическую систему, поведение которой связано не только с изменениями геомагнитного поля и процессами на Солнце, но и с состоянием нейтральной атмосферы. В последние годы существенно вырос интерес к изучению взаимодействий между различными слоями атмосферы и механизмов передачи энергии между ними. Современные исследования свидетельствуют о том, что степень воздействия источников, располагающихся в нижних слоях атмосферы, на состояние ионосферной плазмы выше, чем было принято считать ранее. Так, изменчивость электронной концентрации в максимуме F-слоя, вызванная влиянием метеорологических факторов, в спокойных геомагнитных условиях может достигать 35 % от фонового уровня [1]. Ионосферные возмущения, в том числе связанные с нижележащими источниками, могут сильно изменять условия распространения и характеристики радиосигналов в ионосфере. Экспериментально установлено, например, что возмущения ионосферы оказывают значительное влияние на функционирование спутниковых навигационных систем [2-4], что обусловливает необходимость учета состояния ионосферы при решении задач позиционирования.

Одними из наиболее мощных нестационарных процессов в нижних атмосферных слоях являются внезапные стратосферные потепления (ВСП) и тропические циклоны (ТЦ). Известно, что развитие и существование данных явлений сопровождается интенсификацией внутренних атмосферных волн (ВАВ) различного масштаба (приливы, планетарные волны, акустико-гравитационные волны (АГВ)) [5-7]. Достигая при определенных условиях высот термосферы, ВАВ способны оказывать влияние на характеристики нейтрального газа, что может приводить к изменению электронной концентрации ионосферы. Поэтому ВАВ считаются одним из основных механизмов передачи энергии возмущения от нижней атмосферы на ионосферные высоты [8,9].

Новые возможности в изучении неоднородностей ионосферы появились в последние десятилетия благодаря созданию и развитию глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Помимо определения координат, данные системы позволяют получать вариации полного электронного содержания (ПЭС) с беспрецедентно высоким временным разрешением, не доступным классическим средствам исследования ионосферы [10]. Это дает возможность получать новые сведения об ионосферных процессах. ПЭС представляет собой полное количество электронов в столбе единичного радиуса. Единицей измерения ПЭС является 1 TECU =10 м

При исследовании вариаций ПЭС различного происхождения необходима информация о поведении ионосферы в спокойных условиях. Исследования характера суточного хода ПЭС в спокойных условиях на отдельных приемных станциях или в отдельных регионах ведутся с помощью как низкоорбитальных и геостационарных спутников Земли, так и спутниковой радиона-

вигационной системы GPS [11-13]. Однако вопрос о морфологии суточного хода ПЭС в спокойных условиях в различных географических областях в разные сезоны года остается все еще недостаточно освещенным.

Влияние ВСП на состояние ионосферной плазмы исследуется довольно давно. Известно, например, что явление «зимней аномалии» поглощения радиоволн в D-области ионосферы тесно связано с процессами перестройки циркуляции нейтральной атмосферы в периоды ВСП [9].

В последние годы обнаружено большое количество неоднородностей в экваториальной ионосфере, связанных с событиями ВСП. Выявлены наличие крупномасштабных колебаний ПЭС с полусуточным периодом; уменьшение /0F2 в утренние и вечерние часы и увеличение в полуденные; смещение суточного максимума ПЭС в сторону более ранних часов местного времени и т. п. [14-16]. Исследование на сети ионозондов динамики среднеширотной ионосферы в период мощного потепления 2009 г. показало, что интенсивность и знак эффектов ВСП зависят от местоположения пункта наблюдения относительно зоны стратосферной циркуляции [17]. Следует отметить, однако, что поведение среднеширотной ионосферы (в частности, ПЭС) непосредственно вблизи области наибольшего потепления стратосферы изучено в значительно меньшей степени, чем экваториальной.

Ионосферные возмущения, связанные с действием ТЦ, наблюдались различными радиофизическими методами. Так, среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения с периодами от 13 до 90 мин, интенсивность которых возрастала, когда циклон достигал побережья, регистрировались по данным доплеровского зондирования ионосферы [18], фарадеев-ского вращения сигнала геостационарного спутника [19], радаров некогерентного рассеяния [20]. Усиление вариаций параметров Р2-области с периодом 1.5-6 ч в период действия ТЦ обнаружено в работе [21]. Данные томографического зондирования ионосферы позволили установить, что изменения/0F2 могут достигать 10-20 % в моменты прохождения ТЦ вблизи побережья [22]. Можно заключить, что в настоящее время имеется большое количество свидетельств воздействия ТЦ на ионосферу, однако результаты регистрации ионосферных возмущений во время действия ТЦ зачастую противоречивы и имеют единичный характер, что не дает возможности получить полную картину ионосферного отклика на действие ТЦ.

Таким образом, фундаментальный научный интерес к изучению процессов, протекающих в атмосфере Земли, обусловливает актуальность выполненных в настоящей работе исследований. Полученные результаты имеют также практическую ценность во многих прикладных вопросах распространения радиосигналов.

Предметом исследования настоящей диссертации являются возмущения ионосферы различного масштаба, связанные с источниками в нижней нейтральной атмосфере (тропическими циклонами и стратосферными потеплениями), а также морфология суточного хода ПЭС в спокойных гелио-геомагнитных условиях.

Цель н задачи работы

Данная работа посвящена изучению влияния возмущений в нижней нейтральной атмосфере на состояние ионосферной плазмы. Целью работы является выявление и анализ ионосферных возмущений, связанных с мощными нестационарными процессами, протекающими в нижних слоях нейтральной атмосферы (внезапные стратосферные потепления и тропические циклоны), а также определение морфологии суточного хода ПЭС в спокойных гелиогеомагнитных условиях. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование характера суточного хода ПЭС в спокойных гелиогеомагнитных условиях. Получение статистических оценок максимального и минимального значений ПЭС в течение суток, а также амплитуды суточных вариаций ПЭС в разные сезоны в различных широтно-долготных секторах.

2. Исследование возмущений ПЭС, связанных с событиями внезапных стратосферных потеплений, на средних широтах, вблизи области наибольшего потепления стратосферы; определение особенностей динамики ПЭС на средних широтах во время ВСП.

3. Статистический анализ характеристик волновых ионосферных неод-нородностей, связанных с действием тропических циклонов, получение количественных оценок отклика ионосферы на ТЦ.

Научная новизна исследования

1. Впервые на основе данных глобальных карт ПЭС проведен статистический анализ характера суточного хода ПЭС в различных регионах земного шара во все сезоны года. Установлены основные морфологические особенности суточного хода ПЭС в различных частях земного шара в спокойных гелиогеомагнитных условиях. Получены статистические оценки величин суточного максимума и минимума ПЭС, а также амплитуды суточных вариаций ПЭС в зависимости от сезона и уровня солнечной активности.

2. На основе совместного анализа вариаций ПЭС и параметров стратосферы выполнено исследование возмущений ионосферы в Азиатском регионе России во время внезапных стратосферных потеплений зим 2008/2009 и 2012/2013 гг. Впервые обнаружено, что во время сильных ВСП в ионосфере средних широт регистрируется уменьшение суточной амплитуды ПЭС примерно в два раза относительно спокойных дней. При этом наблюдается уменьшение значений полуденного максимума ПЭС и рост ночного/утреннего ПЭС. Показано, что интенсивность отклонений ПЭС от фонового уровня возрастает в периоды ВСП. Впервые показано, что характер изменений ПЭС во время ВСП оказывается схожим для обоих рассматриваемых событий, несмотря на существенное различие геофизических условий.

3. Впервые на основе данных фазовых двухчастотных измерений ПЭС во время действия одиннадцати тропических циклонов различной мощности выполнен статистический анализ характеристик ионосферных возмущений, вызванных действием ТЦ. получены количественные оценки интенсивности ионосферного отклика. Показано, что в ионосфере над циклонами в периоды их наивысшего развития регистрируется увеличение средней амплитуды вариаций ПЭС относительно фонового уровня до двух-трех раз для ::рупно-

масштабных (периоды 20-60 мин) колебаний ПЭС и до полутора-двух раз для колебаний ПЭС мелкого масштаба (периоды менее 20 мин). На основе моделирования показано, что различие в интенсивности ионосферного отклика на действие ТЦ сопоставимой мощности может объясняться влиянием фоновых характеристик атмосферы на распространение ВАВ над циклонами.

Практическая и теоретическая значимость работы

Полученные в работе результаты позволяют расширить современные представления о тропосферно-стратосферно-ионосферных связях и могут быть использованы при коррекции и разработке различных атмосферных и ионосферных моделей. Результаты также могут быть учтены при решении задач повышения эффективности функционирования ГНСС.

Методология и методы исследования

Результаты, представленные в работе, получены на основе анализа данных радиозондирования ионосферы с помощью сигналов навигационных систем GPS и ГЛОНАСС, данных глобальных карт вертикального ПЭС GIM (Global Ionospheric Maps), метеоданных архивов реанализа, а также данных атмосферной температуры микроволнового зонда MLS (Microwave Limb Sounder, Earth Observing System (EOS) Aura).

При проведении исследований использовались методика выделения вариаций ПЭС из данных двухчастотных фазовых измерений GPS/ГЛОНАСС [11], метод картирования вариаций ПЭС, методика расчета суточного хода ПЭС по данным GIM, методика построения рядов интенсивности вариаций ПЭС по данным измерений на одной двухчастотной приемной станции GPS/ГЛОНАСС, а также методика детектирования срывов сопровождения фазы и псевдозадержки навигационного сигнала GPS/ГЛОНАСС.

Личный вклад автора

Основные результаты работы являются оригинальными и получены непосредственно автором либо при его участии.

Автором были разработаны и реализованы методики расчета суточного хода ПЭС по данным глобальных карт GIM, проведено исследование суточного хода ПЭС в различных географических секторах в разные сезоны года. Выполнено исследование возмущений ионосферы во время мощных внезапных стратосферных потеплений зимой 2008/2009 и 2012/2013 гг. Проведен сравнительный статистический анализ характеристик волновых возмущений ПЭС во время действия одиннадцати ТЦ и получены количественные оценки интенсивности ионосферного отклика на действие ТЦ. Следует отметить также участие автора в реализации метода картирования вариаций ПЭС.

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 24 работы, в том числе 5 - в российских рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, 6 - в журналах, входящих в международные базы систем цитирования, и 2 - в монографиях.

Достоверность результатов

Достоверность представленных в настоящей работе результатов обусловливается использованием физически обоснованных методов и большой статистики наблюдений. Полученные экспериментальные результаты и модельные расчеты находятся в качественном и количественном соответствии с исследованиями, опубликованными в работах других авторов.

Апробация работы

Основные результаты и выводы, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах: XI, XII, XIII конференции молодых ученых БШФФ-2009, -2011, -2013 (Иркутск); Седьмая, восьмая, десятая, одиннадцатая всероссийские открытые ежегодные конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (2009, 2010, 2012, 2013 г., Москва); Российская научная конференция «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой» (2010 г., Улан-Удэ); V международная конференция «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений» (2010 г., с. Паратунка); 38th (2010 г., Германия), 39,h (2012 г., Индия), 40 (2014 г., Москва) СО SPAR Scientific Assembly; Всероссийская конференция «Солнечно-земная физика», посвященная 50-летию создания ИСЗФ СО РАН, (2010 г., Иркутск); XVIII международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (2012 г., Иркутск); Вторая Международная научно-техническая конференция «Навигационные спутниковые системы, их роль и значение в жизни современного человека» (2012 г., Железногорск); Второй всероссийский семинар-совещание «Триггерные эффекты в геосистемах» (2013 г Москва); Всероссийская конференция, посвященная 100-летию со дня рождения члена-корреспондента РАН В.Е. Степанова (2013 г., Иркутск); XXIV Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», посвященная 100-летию со дня рождения профессора В.М. Полякова (2014 г., Иркутск); 31st URSI GASS (2014 г., Китай); семинары отдела физики околоземного космического пространства ИСЗФ СО РАН.

Положения, выносимые на защиту

1. Установлены морфологические особенности суточного хода ПЭС в различных широтно-долготных секторах в спокойных гелиогеомагнитных условиях; получены статистические оценки амплитуды суточных вариации и величин суточного максимума и минимума ПЭС, характерных для трех широтных поясов в Северном и Южном полушариях в разные сезоны года.

2. Выявлено, что в период основной фазы ВСП в среднеширотной ионосфере регистрируется уменьшение амплитуды суточных вариаций ПЭС до двух раз относительно спокойных условий, обусловленное значительным снижением околополуденных и ростом ночных величин ПЭС; наблюдается также рост интенсивности отклонений ПЭС от фонового уровня.

3. Получены количественные оценки отклика ионосферы на действие тропических циклонов: в периоды наивысшего развития ТЦ в области до 3000 км от циклона регистрируется увеличение средней амплитуды крупномасштабных

(периоды 20-60 мин) колебаний ПЭС в два-три раза относительно фонового уровня флуктуаций; для мелкомасштабных (периоды менее 20 мин) вариаций увеличение составляет полтора-два раза в радиусе менее 2000 км от центра ТЦ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 205 ссылок. Общий объем диссертации — 199 страниц, в том числе 6 таблиц и 48 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, отражена актуальность ее темы, сформулированы цели диссертации и решаемые задачи, приведено краткое содержание диссертации.

В первой главе приведены краткие сведения о глобальных навигационных спутниковых системах, описаны общие принципы радиозондирования ионосферы с помощью сигналов ГНСС, данные, используемые в диссертации для исследования ионосферных вариаций, а также методики обработки данных.

Во второй главе представлены результаты статистического анализа характера суточного хода ПЭС в спокойных гелиогеомагнитных условиях в разных регионах земного шара. Проведено сравнение усредненных суточных вариаций ПЭС с поведением критической частоты слоя F2 ионосферы и данными регистрации ПЭС с помощью геостационарного спутника ATS-3 (Applications Technology Satellite 3).

Исследование суточного поведения ПЭС проводилось по данным глобальных карт GIM (ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/products/ionex), позволяющих получить картину распределения ПЭС вокруг всего земного шара и проследить его динамику. Были выбраны данные за годы, соответствующие спаду и минимуму солнечной активности (2005-2008 гг.). Рассматривались суточные вариации ПЭС для четырех месяцев, соответствующих наиболее стабильным условиям в ионосфере: март, сентябрь (весеннее и осеннее равноденствия), июнь, декабрь (летнее и зимнее солнцестояния) на трех долготах (75° Е; 15° Е; 115° Е) в различных широтных поясах Северного и Южного полушарий: экваториальном (0-20°), среднеширотном (40-55°) и высокоширотном (60-87.5°). В каждом месяце определялся средний суточный ход ПЭС за десять геомагнитно-спокойных дней. Спокойными считались условия, когда значение индекса Кр не превышали 4, а индекс Dst не опускался ниже—50 нТл.

На основе полученных усредненных суточных вариаций определены основные параметры суточного хода ПЭС: величины суточного максимума ( Z™3*) и минимума (/™'п); время, в которое они регистрируются, а также амплитуда А суточных вариаций ПЭС как разница между суточным максимумом и минимумом ПЭС: А = I"™* -Г™п. Значения указанных параметров в обоих полушариях представлены в табл. 1. В скобках указано местное время LT, в которое наблюдаются суточный максимум и минимум ПЭС.

Таблица 1.

Параметры суточного хода ПЭС__

Время года Параметр Севепное полушарие, широты Южное полушарие, широты

низкие средние высокие низкие средние высокие

Лето А 20-25 9-Ю 2 25-30 10 7

30-35 (14) 15-17(19) 12 (12-16) 32-37 (14) 15-22 (14-19) 15-17 (10-12)

5(05) 6-7 (03) 10(00-05) 7-10 (05) 5-10(03) 10 (00-02)

Осень А 28-30 8-10 5-6 35-40 10-13 5-10

1™{ЬТ) 33-35 (14) 14-17(14) 10-12 (12-16) 40—45 (14) 15-20(14) 10-15 (12-13)

5(05) 6-7 (05) 5-6 (03-04) 5-7 (05) 2-7 (05) 5(04-05)

Зима А 15-25 7-8 3-5 15-20 5-10 3-5

7™* (¿Г) 20-30 (14) 13-15(14) 5-7(13) 17-27 (14) 10-12(12) 5-7 (12-13)

5 (05) 6-7 (07) 2 (00-07) 5-7 (05) 2-5 (05) 2 (00-07)

Весна А 30-35 9-10 5-6 20-28 10-12 5-7

35—40 (14) 15-17(19) 12(13-14) 25-35 (14) 12-17 (12-14) 7-10(13)

5 (05) 6-7 (03) 5-6 (03-04) 5-7 (05) 3-7 (03) 2-5 (00-02)

На рис. 1 показан суточный ход ПЭС, определенный по данным ЯМ, в Северном полушарии для четырех сезонов года.

Северное полушарие

Экваториальные широты Средние шпроты Высокие широты

ьт ьт и

Рис. 1. Суточный ход ПЭС, рассчитанный по данным ИМ, в экваториальном (слева), среднеширотном (в центре) и высокоширотном (справа) поясах Северного полушария для четырех сезонов года. Вертикальными отрезками отмечено СКО.

В экваториальных (низких) широтах, изменения ПЭС в течение суток шиболее значительны. Средняя амплитуда суточных вариаций ПЭС составляет 25 ТЕСи, ее значение меняется в течение года: от 30-35 ТЕСи в марте (рчс 1, г), до 15-20 ТЕШ зимой (рис. 1, в). Величина суточного максимума ПсС колеблется от 20-25 ТЕШ зимой до 35-42 ТЕШ в периоды равноденствия (рис. 1, б, г). Максимум значений ПЭС регистрируется около 14 ЬТ, минимум (5-7 ТЕШ) наблюдается в 05 ЬТ. В пределах СКО суточные вариации на трех долготах идентичны. Полученные результаты согласуются с

выводами работ [11-12].

Отмечена несимметричность поведения ПЭС в Северном и Южном полушариях в периоды равноденствия (осенью амплитуда суточных вариаций выше в Южном полушарии, весной - в северном) и солнцестояния (среднесуточные значения ПЭС оказываются выше зимой в Северном полушарии и летом - в Южному Асимметрия в распределении ПЭС в периоды солнцестояния зарегистрирована также в [23].

На средних широтах амплитуда суточных вариаций ПЭС (7-10 ТЕШ) в 2.5-3 раза меньше чем на экваториальных. Сезонный ход выражен слабо и проявляется главным образом в изменении характера суточного хода. Осенью, зимой и весной максимум ПЭС приходится на 14-15 ЬТ. Минимум значений ПЭС (6-7 ТЕШ) наблюдается в районе 03-05 ЬТ часов местного времени. Особый характер суточный ход ПЭС имеет летом. В европейском (15° Е) и азиатском (115° Е) секторах (рис. 1, д) около 14-15 ЬТ в поведении ПЭС наблюдается локальный минимум. Максимум значений ПЭС на всех долготах смещен к 19 ЬТ.

На высоких широтах суточные изменения ПЭС выражены слабее всего: амплитуда суточных вариаций составляет от 2 ТЕСЫ (зимой и летом) до 5-6 ТЕСЫ (осенью и весной), что в 5-10 раз меньше, чем на экваториальных широтах. Суточные вариации ПЭС в различных долготных секторах практически совпадают. Минимальные значения ПЭС (-10 ТЕШ летом и -5 ТЕШ в другие сезоны) наблюдаются в течение ночи. Суточный максимум ПЭС весной и осенью составляет около 10 ТЕШ и приходится на 14 ЬТ. Зимой и летом максимум располагается около 13 ЬТ, но выражен очень слабо.

В Южном полушарии наблюдается аналогичная картина за исключением летних вариаций на долготе -75° Е: ПЭС демонстрирует аномальное поведение с хорошо выраженным минимумом в дневные часы (аномалия моря Уэдделла).

Сравнение рассчитанных нами по данным в1М вариаций ПЭС с ходом ПЭС, полученным по измерениям на геостационарном спутнике АТБ-3 [24], показало, что характер определенного по данным ИМ суточного хода ПЭС соответствует его прямым экспериментальным измерениям. Поэтому суточные вариации ПЭС, рассчитанные на основе карт &М, могут быть использованы для описания состояния ионосферы в спокойных условиях.

Поведение ПЭС сравнивалось с суточным ходом критической частоты /0¥2, которая является функцией электронной концентрации в максимуме иони-

зации. С этой целью использовались данные вертикального зондирования, полученные на ионосферных станциях, имеющих долготы, близкие к выбранным для исследования суточного хода ПЭС. Суточные вариации/0Р2 рассчитывались путем усреднения данных за те же периоды, что и ПЭС. Суточный ход ПЭС и/<£2 в средних широтах на долготе -75° Е показан на рис. 2. Видно, что характер суточного хода ПЭС, рассчитанный по картам СЯМ, повторяет характер вариаций критической частоты. В вариациях/оР2 наблюдаются те же особенности, которые были отмечены выше для ПЭС. Это является дополнительным свидетельством того, что основной вклад в ПЭС вносит область ионосферы, расположенная в окрестностях главного максимума ионизации.

Iv, TECU 20 ~> Июнь 15 —

10

-75°Е, 40-55°N

Iv, TECU

f0F2(WI)

f0F->, МГц Г- 8

Iv, TECU

20 — 15 10

Сентябрь

f0F2, МГц 8 6 4 2 0

20

15 —I

10 5 0

0

ly, TECU 20 —1

15 10 5 0

Декабрь

f0F2, МГц 8 6 4 2 0

Рис. 2. Сравнение суточного хода ПЭС (черные кривые) h/oF2 (маркеры) в американском секторе на средних широтах Северного полушария. Маркерами обозначены вариации fi!F2 на ионосферных станциях Wallops Island (WI, звездочки), Millstone Hill (MH, треугольники), Eglyn (Eg, квадраты), Dyess (Ds, ромбы).

Аномальные явления (околополуденный минимум, вечерний максимум) в суточных вариациях /0Р2 на средних и высоких широтах Южного полушария являются следствием системы атмосферных ветров, индуцирующей вертикальный ионосферный дрейф, который в 09-18 ЬТ направлен вниз и является причиной дневного спада критической частоты слоя Р2 в обсуждаемых регионах. В вечерние и ночные часы образуемый той же системой ветров вертикальный дрейф направлен вверх, что приводит к росту /0Р2 [25].

В работе получены оценки изменения параметров суточного хода ПЭС в зависимости от уровня солнечной активности. Показано, что с 2005 по 2008 г. в экваториальных широтах наблюдается снижение суточного максимума ПЭС в среднем на 20 TECU (изменение относительно уровня 2005 г. составляет 40-45 %) в марте-июне, на 16 TECU (38 %) в сентябре и на 8 TECU (28 %) в декабре. На средних и высоких широтах соответствующие понижения максимума составляют 5-7 TECU (33^-0 %) в марте-июне и 3-5 TECU (30-33 %) в сентябре-декабре.

Амплитуда суточных вариаций в тот же период уменьшается в экваториальных широтах на 15-18 TECU (изменение относительно уровня 2005 г. составляет 40-45 %) в марте-сентябре и на 7 TECU (41 %) в декабре. Снижение амплитуды суточных вариаций на средних широтах составляет в среднем 5-6 TECU (40-43 %), а на высоких широтах - около 2 TECU (40 %) во все сезоны. На других долготах наблюдается аналогичная картина. В то же время с 2005 по 2008 г. произошло падение интенсивности потока радиоизлучения Солнца на 25 %.

Таким образом, зависимость А и /™х от величины потока радиоизлучения Солнца имеет нелинейный характер и сильнее выражена в экваториальных широтах, что согласуется с результатами работы [23].

В третьей главе представлены результаты исследования ионосферных возмущений в Азиатском регионе России во время мощных внезапных стратосферных потеплений зимой 2008/2009 и 2012/2013 гг.

Стратосферными потеплениями называют сильные и внезапные повышения температуры в полярной и субполярной стратосфере зимой, иногда на 50° С и более, продолжающиеся в течение нескольких суток или недель. Рассматриваемые события ВСП 2008/2009 гг. и 2012/2013 гг. относятся к классу сильных потеплений, т. е. в Северном полушарии во время ВСП на высоте 10 гПа (~30 км) произошла смена знака меридионального температурного градиента в стратосфере, а также направления стратосферной циркуляции с западного на восточное.

Геомагнитная обстановка в период обоих рассматриваемых событий была спокойной. Событие ВСП 2008/2009 гг. произошло в период глубокого минимума солнечной активности (F 10.7=65—70 в ед. 10" Вт/(Гц м2)). В период же максимального развития ВСП 2012/2013 гг. зарегистрировано существенное усиление потока радиоизлучения Солнца: с 31 декабря по 10 января значение Fl0.7 увеличилось более чем на 50 %, что потребовало более тщательного анализа результатов.

Исследование проводилось на основе данных G1M. Из данных карт G1M построены непрерывные ряды ПЭС, а также ряды отклонений ПЭС (dlw) от фоновых значений. Фоновые значения ПЭС для каждого месяца рассчитывались как средние в данный момент суток ПЭС по всем геомагнитно спокойным дням. Кроме того, были рассчитаны амплитуды А суточных вариаций ПЭС.

Распределения отклонений ПЭС от фонового уровня, а также амплитуды суточных вариаций ПЭС во время ВСП 2012/2013 гг. в четырех пунктах (Якутск, Иркутск, Новосибирск, Паратунка) показаны на рис. 3. В период максимальной фазы ВСП в области наибольшего увеличения температуры стратосферы находились города Иркутск и Новосибирск. Поселок Паратунка располагался в зоне стратосферного антициклона, в зоне более низких температур. Стратосферная температура на уровне 10 гПа начала увеличиваться с 21 декабря 2012 г., а реверс ветра произошел 6 января - ВСП в этот день достигло своего максимума.

Во всех пунктах с 20 декабря по 5 января наблюдалось уменьшение амплитуды суточных вариаций ПЭС относительно соседних дней (рис. 3, серая линия). При этом наименьшая амплитуда регистрировалась в Новосибирске (рис. 3, в): 29 декабря А в этой точке составляла менее 8 ТЕС11, что практически в два раза меньше характерных при данном уровне солнечной активности значений по результатам главы 2. После максимума ВСП амплитуда суточных вариаций ПЭС возрастала, наибольший рост был отмечен в Иркутске и Новосибирске. В этих пунктах 11-18 января А достигала 20 ТЕШ. Подобное поведение амплитуды суточных вариаций ПЭС регистрировалось также для ВСП 2008/2009 гг.

di

Рис. 3. Отклонения ПЭС от фоновых значений dl\¡ и поведение амплитуды А суточных вариаций ПЭС во время ВСП 2012/2013 гг. Серой заливкой показано изменение потока солнечного радиоизлучения F10.7, цифрами показаны значения F10.7. Серыми прямоугольниками выделены периоды слабых геомагнитных возмущений, вертикальной штриховой линией обозначен максимум ВСП 2012/2013 гг.

Схожие изменения амплитуды суточных вариаций ПЭС наблюдались в начале декабря 2012 г.: 5-10 декабря А уменьшилась во всех рассматриваемых пунктах в среднем на 2 TECU, а после 10 декабря регистрировался быстрый

рост амплитуды. Однако продолжительность и интенсивность изменений А была меньше, чем во время максимального развития ВСП 2012/2013 гг. Предположительно, наблюдаемые вариации связаны с явлением слабого стратосферного потепления, наблюдавшегося в начале декабря 2012 г.

Величина отклонений ПЭС от фонового уровня возросла в период основной фазы ВСП (рис. 3, черная линия). При этом отмечалась похожая динамика отклонений во всех исследуемых пунктах. В период интенсивного развития потепления с 24 декабря по 6 января, регистрировались значительные отрицательные отклонения ПЭС. Наибольшее уменьшение ПЭС наблюдалось в Иркутске (до -6 TECU, рис. 3, б) и в Новосибирске (до -8 TECU, рис. 3, в). Наименьшие значения отклонений ПЭС были зарегистрированы в Паратунке (рис. 3, г) - в пункте, находящемся в зоне стратосферного антициклона. Величина dlv в этой точке в период ВСП примерно в два раза ниже, чем в пунктах, расположенных в области максимального потепления. После 6 января, напротив, регистрировались значительные положительные отклонения ПЭС: 10-14 января величина dlv в Новосибирске и в Паратунке достигала +8 TECU.

Следует отметить также, что во всех исследуемых пунктах наблюдалось усиление интенсивности вариации ПЭС 17-18 января и 25-27 января, связанное со слабыми геомагнитными возмущениями (Кр=4, Dst=-50 пТл, серые прямоугольники на рис. 3).

Интенсивность отклонений ПЭС от фонового уровня в период ВСП 2008/2009 гг. также возрастала.

Подробный анализ показал, что зарегистрированные в периоды ВСП вариации ПЭС и амплитуды суточных вариаций ПЭС нельзя полностью объяснить гелиофизическими условиями. Так, в период ВСП зимой 2008/2009 гг. значимых гелиофизических вариаций не наблюдалось. Во время события 2012/2013 гг. фаза максимального развития ВСП сопровождалась ростом уровня солнечной активности. Однако изменение амплитуды суточных вариаций ПЭС было выше, чем можно ожидать по результатам главы 2. Кроме того, величины dlw и А продолжали возрастать в течение пяти дней, после того как значения F 10.7 начали быстро снижаться. Значительное увеличение ПЭС в период ВСП 2012/2013 гг. зафиксировано также в экваториальных широтах [26]. Авторы работы [26] показали, что наблюдаемые явления связаны с изменениями вертикального электрического дрейфа, возникающими в периоды сильных ВСП. В среднеширотной ионосфере обнаруженные эффекты, вероятнее всего, обусловлены процессами перестройки циркуляции нейтрального газа, связанными с развитием ВСП, которые могут приводить к изменению электронной концентрации ионосферной плазмы [9,17].

Для анализа изменения суточной динамики ПЭС во время ВСП 2012/2013 гг. проанализированы суточно-временные распределения отклонений ПЭС dly в исследуемых регионах (цветная заливка на рис. 4). По вертикальной шкале отложено местное время, по горизонтальной - дни с декабря 2012г.по январь 2013 г.

Якутск

« Г!

.........

...I...

ш

* i

i

1

01 05 09 13 17 21 25 29 02 06 10 14 18 22 26 30 01 05 09 13 17 21 25 29 02 06 10 14 18 22 26 30div.TEcu

Новосибирск

- 20

! 15 к

[ 10 #

! 5 Ш-

0

Паратун!

< *

1 | I

01 05 09 13 17 21 25 29 02 06 10 14 IS 22 26 30 01 05 09 13 17 21 25 29 02 06 10 14 IX 22 26 ЗОаГуТЕси Декабрь 2012 - Январь 2013 Декабрь 2012 - Январь 2013

Рис. 4. Суточно-временная динамика отклонений ПЭС (rf/v) в декабре - январе 2012/2013 гг. Вертикальной штриховой линией отмечен максимум ВСП 2012/2013 гг.

Изменения в суточном ходе ПЭС в период ВСП 2012/2013 гг. хорошо выражены: во время развития ВСП (31 декабря - 6 января) наблюдается значительное уменьшение околополуденных значений ПЭС. Наибольшие отрицательные отклонения ПЭС регистрируются около 12 LT и превышают-5 TECU. После максимума ВСП (6 января) регистрируется рост дневных значений ПЭС. Наибольшие изменения, как и в случае с амплитудой суточных вариаций, регистрируются в Иркутске и Новосибирске - пунктах, соответствующих области наибольших температур (рис. 4, а, в). В Паратунке картина менее отчетливая (рис. 4, б). Регистрируется также небольшой рост ночных значений ПЭС.

Следовательно, наблюдаемое в период ВСП понижение суточной амплитуды ПЭС обусловлено значительным уменьшением полуденного максимума ПЭС и небольшим увеличением ПЭС в ночные часы.

В четвертой главе по данным фазовых двухчастотных приемников GPS выполнен сравнительный статистический анализ возмущений полного электронного содержания над зонами действия одиннадцати тропических циклонов различной интенсивности. Проведено моделирование вертикальной структуры акустико-гравитационных волн над зонами действия ТЦ.

Для детектирования возмущений ионосферной плазмы, связанных с действием ТЦ, использовались данные вариаций ПЭС, полученные на глобальной сети фазовых двухчастотных приемников GPS (http://sopac.ucsd.edu). Исходные ряды данных фильтровались в диапазонах периодов 2-10, 10-20, 2-20 и 20-60 мин с целью выделения колебаний ПЭС dl{t) соответствующих периодов. Волновые возмущения указанных периодов регистрировались ра-

нее при исследовании отклика ионосферы на ТЦ [18-20]. Анализировались данные, соответствующие только ночным часам местного времени и спокойной геомагнитной обстановке, чтобы избежать влияния на полученные результаты прочих геофизических факторов (геомагнитных возмущений, экваториальной аномалии ионизации, солнечного терминатора и т. п.).

Сравнительный анализ проводился для девяти циклонов различной мощности, действовавших в конце лета - начале осени 2005 г. в акваториях Атлантического: (Katrina, максимальная скорость ветра Ктах=78 м/с; Rita, 79 м/с; Wilma, 78 м/с) и Тихого (Damrey, 46 м/с; Saola, 51м/с; Longwang, 67 м/с; Kirogi 64 м/с; Tembin, 23 м/с и Bolaven, 38 м/с) океанов, а также двух мощных циклонов, наблюдавшихся осенью 2012 г. (Sanba, 90 м/с и Sandy, 54 м/с) (hhtp://wunderground.com/hurricane; http://nhc.noaa.gov).

На рис. 5 представлены примеры возмущений ПЭС в диапазоне периодов 10-20 мин для ТЦ Sanba и Sandy и 2-20 мин для семи циклонов осени 2005 г. Показаны вариации ПЭС, зарегистрированные во время наивысшего развития данных циклонов, на станциях, расположенных вблизи центров ТЦ. Видно, что практически во всех случаях наблюдалось усиление возмущений ПЭС. Наибольшие колебания зарегистрированы для ТЦ Sanba, Damrey, Saola и Katrina (рис. 5, а, в, г, ж), Причем циклоны Damrey и Saola в наивысшей стадии развития находились одновременно. Максимальная амплитуда вариаций ПЭС для четырех указанных циклонов превышала 1 TECU. Для ТЦ Wilma, несмотря на большую мощность этого циклона (Ктах> 70 м/с), интенсивность вариаций ПЭС была значительно меньше (рис. 5, з): максимум амплитуды не превысил 0.5 TECU. Для ТЦ Tembin не наблюдается существенного увеличения амплитуды вариаций ПЭС (рис. 5, и), что объясняется небольшой мощностью циклона. Следовательно, возмущения ПЭС, вызванные действием ТЦ, регистрируются только в том случае, когда циклон достигает стадии урагана/тайфуна (т. е. Fmax> 33 м/с).

Для количественной оценки интенсивности ионосферного отклика на действие циклонов для каждой пары «станция-спутник GPS» была рассчитана средняя за сутки амплитуда возмущений ПЭС. Расчет проведен в дни максимального развития ТЦ на станциях, близких к центру ТЦ (табл. 2, жирный шрифт) и удаленных на расстояние 1500-2000 км от его центра (жирный курсив). Справа от черты в каждой ячейке приведена средняя амплитуда колебаний ПЭС, рассчитанная для той же пары «станция-спутник GPS» в спокойный день, когда отсутствовали ТЦ.

d¡. TECH I

ТС SANBA 14.09 -20121 TWTf

dl. TECH I

TC DAM REY 25.09.2005 PiMO

У*=90 и/f !4||l|l|lMI4

¡4 IS 16 17 18 19 20 2 ! 22

12' 14 1« 18 20 22

i' i' 11|'i ч ' IH11' I 12 14 16 18 20 22

12 14 16 18 20 22

TC KA TRINA ж 28.08.2005

dl.TECU M1A3

~' 02 V™78 м/с

-1 ■■ i i i i i i i i.....i

' I > Г

23456789 10

dl, TECV

1 -i

TC TEMB1N 10.11.2005 PIMO

^ í0 Щ-

V=23 м/с

11111111 M ч ' i ч ч1 m

12 14 16 IS 20 22 UT

Рис. 5. Вариации ПЭС с периодами 10-20 мин для ТЦ Sanba и Sandy и 2-20 мин для остальных ТЦ в дни максимального развития циклонов на станциях, находящихся вблизи центров ТЦ. Числами отмечены номера спутников GPS.

Таблица 2.

Средняя амплитуда колебаний ПЭС

Katrina 28.08 Rita 22.09 Wilma 19.10 Saola 24.09 Dam rey 25.09 Longwang 29.09 Kirogi 12.10 Tembin 10.11 Boiaven 17.11 Sanba 14.09 Sandy 25. Ю"

78 м/с 79 м/с 82 м/с 51 м/с 46 м/с 67 м/с 59 м/с 23 м/с 38 м/с 90 м/с 54 м/с

20-60 мин

0.32/0.17 (kiwi) 0.16/0.10 (kiwi) 0.22/0.12 (elen) 0.44/0.2 4 (cnmr) 0.33/0.18 (kunm) 0.24/0.09 (cnmr) 0.20/0.0 7 (ccjm) 0.12/0.0 9 (pimo) 0.22/0.14 (pimo) 0.55/0.21 (pimo) 0.45/0.2 5(cnl2)

0.19/0.13 (агрЗ) 0.21/ 0.13 (stl3) 0. W/0.08 (engl) Ö. i 7/0.1 4 (suwn) 0.18ЮЛА (suwn) 0.20ЮЛ2 (yssk) 0.1110.0 8 (suwn) 0.09/0.0 6 (suwn) 0.07/0.06 (suwn) 0.3 H0.16 (ulab) 0.25/0.1 7 (frdn)

2-20 мин 10-20 мин

0.10/0.04 (kiwi) 0.03/0.03 (kiwi) 0,05/0.03 (elen) 0.10/0.0 5 (cnmr) 0.06/0.04 (kunm) 0.07/0.04 (cnmr) 0.08/0.0 3 (ccjm) 0.04/0.0 3 (pimo) 0.04/0.03 (pimo) 9.18/0.06 (pimo) 0.09/0.0 4(cn40)

0.06/0.03 (ulab) 0.05/0.0 3 (frdn)

2-10 мин

0.08/0.05 (агрЗ) 0.04/0.03 (S113) 0.04/0.02 (engl) ftiW/0.0 3 (suwn) 0.04ют (suwn) 0.05/ 0.03 (yssk) 0.04/0.0 4 (suwn) 0.02/0.0 2 (suwn) 0.03! 0.02 (suwn) 0.09/0.04 (pimo) 0.05/0.0 3(cnl2)

0.03/0.02 (ulab) 0.03/0.0 2 (frdn)

Для крупномасштабных (20-60 мин) колебаний в дни максимальной фазы ТЦ на станциях, расположенных вблизи траектории циклонов, наблюдается увеличение средней амплитуды колебаний ПЭС в 2.5-3 раза. Для мелкомасштабных (до 20 мин) вариаций увеличение составляет 1.5-2 раза. Наибольшая средняя амплитуда была зарегистрирована для ТЦ Katrina и Samba, а также тайфунов Saola и Damrey, которые находились в максимальной стадии одновременно. На удаленных от траектории ТЦ станциях также имелось усиление средней амплитуды крупномасштабных вариаций ПЭС, но в меньшей степени. Для мелкомасштабных колебаний заметного усиления на удаленных станциях не обнаружено. Это свидетельствует о том, что область, охватываемая колебаниями с периодами 20-60 мин, составляет не менее 2000 км, а для колебаний с периодом до 20 мин не превышает 1500 км.

Можно отметить, что для ТЦ Rita и Wilma, несмотря на их большую мощность, средняя амплитуда колебаний ПЭС была достаточно низкой. Причина этого явления может заключаться в различии во время действия этих ТЦ фоновых атмосферных условий, оказывающих влияние на распространение В AB.

Для проверки этого предположения с использованием численной модели вертикальной структуры АГВ в неизотермической, стратифицированной атмосфере с учетом фонового ветра и молекулярной диссипации [27] проведено моделирование гравитационных волн в период действия ТЦ Katrina и Wilma. Все начальные параметры источника и волны при моделировании для обоих ТЦ задавались одинаковыми. В то же время характеристики нейтральной атмосферы, в частности, профиль фонового ветра, были различными. Результаты моделирования показали, что на высотах F-слоя ионосферы максимальная амплитуда возмущений температуры ТА (относительно фонового уровня Г0), вызванных АГВ с периодом 20 мин, распространяющимися от приземного источника, в период действия ТЦ Wilma действительно оказались ниже, чем во время ТЦ Katrina (табл. 3). Максимальное значение ТА/Т0 на высоте 180 км для ТЦ Wilma было в 1.8 раза меньше, чем для ТЦ Katrina, а на высоте 200 км это отношение отличалось более чем в два раза (1.6 % для ТЦ Wilma и 3.6 % для ТЦ Katrina). Таким образом, можно ожидать, что эффекты волн, сгенерированных приземными источниками, на высоте ионосферы будут сильнее выражены в период действия ТЦ Katrina, в сравнении с ТЦ Wilma.

Таблица 3.

Максимальная интенсивность возмущений температуры относительно

И, км ТЦ Katrina ТЦ Wilma

150 5 5.1

180 5.4 3.0

200 3.6 1.6

250 0.6 0.4

Для исследования пространственно-временной динамики ионосферных возмущений, связанных с действием ТЦ, использовался метод картирования вариаций ПЭС. Данный метод позволяет выявить и проследить пространственно-временную связь между усилением интенсивности вариаций ПЭС в ионосфере и перемещением ТЦ. Суть метода заключается в том, что на карты приземных метеопараметров (давление, скорость ветра и т. п.) наносятся координаты ионосферных точек луча «приемник-спутник ГНСС». При этом их размер пропорционален модулю амплитуды отфильтрованных колебаний ПЭС, зарегистрированной на рассматриваемом луче в конкретный момент времени. Распределения приземных параметров строились на основе данных метеорологического архива NCEP/NCAR Rea-nalysis (http://esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/reanalysis/).

На рис. б показана пространственно-временная динамика ПЭС с периодом 10-20 мин и приземного давления во время действия ТЦ Sandy. Циклон на такой карте представляется как область пониженного давления (более темный цвет). Черные точки разного диаметра отображают абсолютные значения амплитуды вариаций ПЭС в диапазоне периодов 10-20 мин. Белым крестом отмечен центр циклона. Видно, что интенсивность вариаций ПЭС начинает увеличиваться, когда скорость ветра в ТЦ превышает пороговое значение V=33 м/с (рис. 6, б). Наибольшие возмущения ПЭС наблюдаются 25 октября (рис. 6, в), когда скорость ветра максимальна. Амплитуда колебаний ПЭС при этом значительно превышает уровень флуктуации в спокойных метеоусловиях (рис. 6, а). Размер области, в которой регистрируется усиление возмущений ПЭС, достигает до 3000 км, что находится в согласии с оценками, приведенными в [22]. При уменьшении скорости ветра в ТЦ амплитуда колебаний ПЭС уменьшается до невозмущенного уровня (рис. 6, г).

Пространственно-временная картина вариаций ПЭС во время действия других рассмотренных нами ТЦ была аналогичной. Тот факт, что динамика ПЭС во время действия одиннадцати различных ТЦ оказывается схожей при отсутствии других видимых геофизических факторов, оказывающих влияние на состояние ионосферной плазмы, позволяет сделать вывод, что обнаруженные возмущения обусловлены именно воздействием ТЦ на ионосферу.

Рис. 6. Интенсивность колебаний ПЭС с периодами 10-20 мин и вариации приземного давления (заливка) во время действия ТЦ Sandy. Области наибольшего возрастания амплитуды колебаний ПЭС выделены белой штриховой кривой. Белым шрифтом приведена скорость ветра в ТЦ.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

1. На основе анализа данных глобальных карт ПЭС (GIM) установлены основные морфологические особенности суточного хода ПЭС в различных частях земного шара в спокойных гелиогеомагнитных условиях. Получены статистические оценки величин суточного максимума и минимума ПЭС, а также амплитуды суточных вариаций ПЭС в зависимости от сезона и уровня солнечной активности. Установлено, что величина ночного минимума ПЭС лежит в пределах 5-7 TECU независимо от сезона, широты и долготы местности. Минимального значения ПЭС достигает около 05 LT. Максимум суточного хода ПЭС регистрируется в 14-15 LT. Величина максимума составляет 35±10 TECU в экваториальных широтах, 15±5 TECU на средних широтах, 11±4 TECU на высоких широтах. Долготные вариации практически не наблюдаются. Показано, что уменьшение уровня солнечной активности на 25 % приводит к снижению амплитуды суточных вариаций ПЭС на 40-45 % для всех широтных поясов. Изменение суточного максимума ПЭС в зависимости от уровня солнечной активности сильнее выражено в экваториальных широтах.

2. Анализ ионосферных эффектов в период сильных стратосферных потеплений зимой 2008/2009 и 2012/2013 гг. в Азиатском регионе России показал, что во время основной стадии ВСП в ионосфере средних широт наблюдается уменьшение амплитуды суточных вариаций ПЭС до двух раз относительно спокойных дней. Кроме того, возрастает интенсивность отклонений ПЭС от фонового уровня. При этом наибольшие отклонения ПЭС во время ВСП регистрируются в околополуденные часы местного времени. В суточном ходе отмечается значительное уменьшение дневных значений и рост ночных/утренних величин ПЭС относительно спокойных дней. После максимума ВСП в ионосфере наблюдается рост ПЭС и амплитуды суточных вариаций ПЭС. Характер их изменений оказывается схожим для обоих ВСП, несмотря на существенное различие гелиофизических условий в период данных событий.

3. На основе сравнительного статистического анализа вариаций ПЭС во время действия одиннадцати тропических циклонов различной интенсивности получены количественные оценки реакции ионосферы на действие ТЦ. Показано, что в периоды максимального развития циклонов большой мощности наблюдается увеличение амплитуды колебаний ПЭС с периодами, характерными для ВАВ различного масштаба (от 2 до 60 мин). При этом средняя амплитуда крупномасштабных (периоды 20-60 мин) колебаний ПЭС в 2-3 раза превышает уровень фоновых флуктуаций. Для мелкомасштабных (периоды менее 20 мин) вариаций увеличение составляет 1.5-2 раза. Размер области, которую охватывают возмущения ПЭС, может достигать 3000 км для крупномасштабных вариаций ПЭС, а д ля колебаний ПЭС малых периодов он не превышает 2000 км. Интенсивность возмущений ионосферной плазмы оказывается тем выше, чем больше мощность циклона. Результаты моделирования показали, что наблюдаемое различие в интенсивности отклика ионосферы на действие ТЦ сопоставимой мощности можно объяснить характеристиками нейтральной атмосферы, влияющими на распространение ВАВ над циклонами.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в российских рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук:

1. Исследование волновых возмущений ионосферной плазмы по данным дистанционного зондирования во время урагана Katrina / Н. П. Перевалова, А. С. Полякова, А. Б. Ишин, С. В. Воейков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2010. - Т. 7, № 1. - С. 190-200.

2. Сравнительный анализ вариаций ионосферных и метеорологических параметров над зонами действия тропических циклонов Rita (1826.09.2005) и Wilma (15-25.10.2005) / Н. П. Перевалова, А. С. Полякова, А. Б. Ишин, С. В. Воейков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.-2011.-Т. 8,№1.-С. 303-312.

3. Перевалова Н. П. Исследование характеристик акустико-гравитаци-онных волн на основе моделирования / Н. П. Перевалова, А. С. Полякова, А. И. Погорельцев // Геомагнетизм и аэрономия. - 2013. - Т. 53, № 3. - С. 414-426.

4. Полякова А. С. Сравнительный анализ возмущений полного электронного содержания над зонами действия девяти тропических циклонов / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.-2013.-Т. 10,№2.-С. 197-205.

5. Полякова А. С. Ионосферные эффекты внезапных стратосферных потеплений в Восточносибирском регионе России / А. С. Полякова, М. А. Черниговская, Н. П. Перевалова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2014. - Т. 10, № 1. - С. 85-96.

Публикации в рецензируемых научных журналах, включенных в международные базы систем цитирования и рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук:

1. Perevalova N. P. Diurnal variations of the total electron content under quiet helio-geomagnetic conditions / N. P. Perevalova, A. S. Polyakova, A. V. Zalizovski // J. Atm. Solar-Terr. Phys. - 2010. - Vol. 72, N 13. - P. 997-1007.

2. Polyakova A. S. Investigation into impact of tropical cyclones on the ionosphere using GPS sounding and NCEP/NCAR Reanalysis data / A. S. Polyakova, N. P. Perevalova // Adv. Space Res. - 2011. - Vol. 48. - P. 1196-1210.

3. Polyakova A. S. Comparative Analysis of TEC Disturbances over Tropical Cyclone Zones in the North-West Pacific Ocean / A. S. Polyakova, N. P. Perevalova // Adv. Space Res. - 2013. - Vol. 52. - P. 1416-1426.

4. A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena / E. L. Afraimovich, E. I. Astafyeva, V. V. Demyanov, I. K. Edemskiy, N. S. Gavrilyuk, A. B. Ishin, E. A. Kosogorov, L. A. Leonovich, O. S. Lesyuta, K. S. Palamartchouk, N. P. Perevalova, A. S. Polyakova, G. Y. Smolkov, S. V. Voeykov, Y. V. Yasyukevic, I. V. Zh'ivetiev // J. Space Weather Space Clim. - 2013. - Vol. 3. - A27.

5. Stability of the seasonal variations in diurnal and semidiurnal components of mid-latitude F2 layer parameters / N. Zolotukhina, N. Polekh, E. Romanova, A. Polyakova // Adv. Space Res. - 2014. - Vol. 54, Iss. 3. - P. 342-354.

6. Polyakova A. S. Ionospheric Effects of Sudden Stratospheric warmings in Eastern Siberia Region / A. S. Polyakova, M. A. Chernigovskaya, N. P. Perevalova // J. Atm. Solar-Terr. Phys. - 2014. - Vol. 120. - P. 15-23.

Монографии

1. Особенности вариаций полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере над Байкальской рифтовой зоной / Ю. В. Ясюкевич, А. С. Полякова, И. В. Живетьев, А. В. Лухнев // Сейсмоионосферные и сейсмомагнит-ные процессы в Байкальской рифтовой зоне / ред. Жеребцов Г. А. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. - С. 165-177. - (Интеграционные проекты СО РАН; вып. 35).

2. Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS / Ю. В. Ясюкевич, Н. П. Перевалова, И. К. Едемский, А. С. Полякова. - Иркутск: Изд-во ИГУ, 2013. - 271 с. - (Солнечно-земная физика; вып. 5).

Прочие публикации

1. Перевалова Н. П. Суточные вариации «вертикального» полного электронного содержания в спокойных геомагнитных условиях / Н. П. Перевалова, А. С. Полякова, А. В. Зализовский // Солнечно-земная физика. -2009. - вып. 14. - С. 82-88.

2. Полякова А. С. Исследование суточного хода «вертикального» ПЭС в спокойных геомагнитных условиях / А. С. Полякова // Труды XI Конференции молодых ученых «Гелио- и геофизические исследования», БШФФ-2009. - Иркутск, 2009. - С. 174-177.

3. Полякова А. С. Суточные вариации полного электронного содержания в Восточносибирском регионе в августе 2009 г. / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Журнал Радиоэлектроники. Материалы Российской научной конференции «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой» (06-10 сентября 2010 г., г. Улан-Удэ). - 2010. - С. 259-268.

4. Полякова А. С. Исследование возмущений полного электронного содержания над зонами действия тропических циклонов в северо-западной части Тихого океана / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Сборник Трудов XII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом» БШФФ-2011. - Иркутск, 2011 - С. 248-251.

5. Исследования ионосферных возмущений методами GPS-радиозондирования в ИСЗФ СО РАН / Э. Л. Афраймович, Э. И. Астафьева, С. В. Воейков, Н. С. Гаврилюк, И. К. Едемский, И. В. Живетьев, А. Б. Ишин, Е. А. Косогоров, Л. А. Леонович, О. С. Лесюта, К. С. Паламарчук, Н. П. Перевалова, А. С. Полякова, Г. Я. Смольков, Ю. В. Ясюкевич // Солнечно-земная физика. - 2011. - Вып. 18. - С. 24-39.

6. Полякова А. С. Вариации ионосферных и метеорологических параметров во время действия циклонов Damrey, Saola, Longwang / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Сборник докладов XVIII Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». - Иркутск, 2012. - С. D-44-D-47.

7. Полякова А. С. Исследование волновых возмущений полного электронного содержания во время действия мощных тропических циклонов Sanba и Sandy / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Труды XIII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом» БШФФ-2013. - Иркутск, 2013. - С. 203-205.

8. Исследование метеорологических эффектов в вариациях ионосферных параметров / В. И. Куркин, М. А. Черниговская, Н. П. Перевалова, Н. М. Полех, Н. А. Золотухина, Б. Г. Шпынев, К. Г. Ратовский, А. В. Ойнац, А. С. Полякова // Материалы второго Всероссийского семинара-совещания Триг-герные эффекты в геосистемах (Москва, 18—21 июня 2013 г.) / под ред. В. В. Адушкина, Г. Г. Кочаряна. -М.: ГЕОС, 2013. - С. 302-311.

9. Полякова А. С. Волновые возмущения полного электронного содержания над зонами мощных тропических циклонов Sanba и Sandy 2012 г. / А. С. Полякова, Н. П. Перевалова // Труды Всероссийской конференции по солнечно-земной физике, посвященной 100-летию со дня рождения члена-корреспондента РАН В. Е. Степанова (16-21 сентября 2013 г., Иркутск). -Издательский отдел ИСЗФ СО РАН, Иркутск, 2013. - С. 192-195.

10. Polyakova A. S. TEC variations during the sudden stratospheric warming of winter 2012/2013, according to GPS-sounding data / A. S. Polyakova, S. V. Voeykov // Proc. of XXXIth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS) 2014. - Beijing, China, 2014. - GP2.23.

11. Полякова А. С. Вариации ПЭС во время внезапного стратосферного потепления 2012/2013 гг. по данным GPS-радиозондирования / А. С. Полякова [и др.] // Труды XXIV Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», посвященной 100-летию со дня рождения профессора В. М. Полякова. - Иркутск, 2014. - Том 1. - С. 280-283.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Forbes J. М. Variability of the ionosphere / J. M. Forbes, S. E. Palo, X. Zhang // J. Atm. Solar-Terr. Phys. - 2000. - Vol. 62. - P. 685-693.

2. Afraimovich E. L. Degradation of performance of the navigation GPS system in geomagnetically disturbed conditions / E. L. Afraimovich, V. V. Demyan-ov, T. N. Kondakova // GPS Solutions. - 2003. - Vol. 7, N 2. - P. 109-119.

3. Ionospheric space weather effects monitored by simultaneous ground and space based GNSS signals / N. Jakowski [et al.] // J. Atm. Solar-Terr. Phys. -2005. - Vol. 67. - P. 1074-1084.

4. Hernández-Pajares M. Medium-scale traveling ionospheric disturbances affecting GPS measurements: Spatial and temporal analysis / M. Hernández-Pajares,

M. Juan, J. Sanz//J. Geophys. Res. - 2006. - Vol. 111. - A07S11.

5. Gravity waves generated by a tropical cyclone during the STEP Tropical Field Program. A case study / L. Pfister [et al.] // J. Geophys. Res. - 1993. - Vol.

98 (D5).-P. 8611-8638.

6. Pedatella N. M. Evidence for stratosphere sudden warming ionosphere coupling due to vertically propagating tides / N. M. Pedatella, J. M. Forbes // Geophys. Res. Lett.-2010. - Vol. 37. - LI 1104. .

7. Yigit E. Gravity waves in the thermosphere during a sudden stratospheric warming / E. Yigit, A. S. Medvedev // Geophys. Res. Lett. - 2012. - Vol. 39. -L21101.

8 Lastovicka J. Forcing of the ionosphere by waves from below / J. Lastov-

icka//J. Atm. Solar-Terr. Phys. - 2006. - Vol. 68. - P. 479-497.

9. Kazimirovsky E. S. Coupling from below as a source of ionospheric variability: a review / E. S. Kazimirovsky // Ann. of Geophys. - 2002. - Vol. 45, N. 1. -

P 10. Афраймович Э. Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э. Л. Афраймович, Н. П. Перевалова. - Иркутск: Изд-во ГУ НЦ PBX ВСНЦ

СО РАМН, 2006.-480 с.

11 Mansilla G. A. Seasonal variation of the total electron content, maximum electron density and equivalent slab thickness at a South-American station / G. A. Mansilla, M. Mosert, R. G. Ezquer // J. Atm. Terr. Phys. - 2005. - Vol. 67. -

P. 1687-1690. ^ ...

12. Spatio-temporal characteristics of the ionospheric TEC variation tor GPSnet-based real-time positioning in Victoria / S. Wu [et al.] // J. Global Positioning Systems. - 2006. - Vol. 5, N 1-2. - P. 52-57.

13. Temporal and spatial variations in TEC using simultaneous measurements from the Indian GPS network of receivers during the low solar activity period of2004-2005 / P. V. S. Ramo Rao [et al.] // Ann. Geophys. - 2006. - Vol. 24. - P. 3279-3292.

14. Unexpected connections between the stratosphere and ionosphere / L. P. Goncharenko [et al.] // Geophys. Res. Lett. - 2010. - Vol. 37. - L10101.

15. Pancheva D. Stratospheric warmings: The atmosphere-ionosphere coupling paradigm / D. Pancheva, P. Mukhtarov // J. Atm. Solar-Terr. Phys. — 2011. — Vol. 73.-P. 1697-1702.

16. Signatures of sudden stratospheric warming on the equatorial ionosphere-thermosphere system / S. G. Sumod [et al.] // Planetary and Space Sci. - 2012. -Vol. 63-64. - P. 49-55.

17. Отклик ионосферы над регионом Восточной Сибири во время внезапного стратосферного потепления 2009 г. по данным наземного и спутникового радиозондирования / Б. Г. Шпынев [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.-2013.-Т. 10. № 1.-С. 153-163.

18. Morphological features of ionospheric response to typhoon / Z. Xiao [et al.] // J. Geophys. Res. - 2007. - Vol. 112. - A04304.

19. Bertin F. Medium scale gravity waves in the ionospheric F-region and their possible origin in weather disturbances / F. Bertin, J. Testud, L. Kersley // Planet. Space Sci. - 1975. - Vol. 23. - P. 493-507.

20. Arecibo observations of ionospheric perturbations associated with the passage of Tropical Storm Odette / R. L. Bishop [et al.] // J. Geophys. Res. - 2006. -Vol. 111.-A11320.

21. Perevalova N. P. An investigation of the upper atmosphere response to cyclones using ionosonde data in Eastern Siberia and the Far East / N. P. Perevalova, N. M. Polekh // Proceedings SPIE, 2009. - Vol. 7296. - P. 72960.

22. Vanina-Dart L. B. Influence of a tropical cyclone on the upper ionosphere according to tomography sounding data over Sakhalin Island in November 2007 / L. B. Vanina-Dart, A. A. Romanov, E. A. Sharkov // Geomagnetism and Aerono-my. - 2011. - Vol. 51, N 6. - P. 774-782.

23. Liu L. Climatology of the mean total electron content derived from GPS global ionospheric maps / Liu L. [et al.] // J. Geophys. Res. - 2009. - Vol. 114. -A06308.

24. Mendillo M. Storms in the ionosphere: patterns and processes for total electron content / M. Mendillo // Rev. Geophys. - 2006. - Vol. 44. - RG4001.

25. Kohl H. Atmospheric winds between 100 and 700 km and their effects on the ionosphere / H. Kohl, J. W. King // J. Atm. Terr. Phys. - 1967. - Vol. 29. -P. 1045-1062.

26. Ionospheric effects of sudden stratospheric warming during moderate-to-high solar activity: Case study of January 2013 / L. P. Goncharenko [et al.] // Geophys. Res. Lett. - 2013. - Vol. 40. - P. 1-5.

27. Погорельцев А. И. Влияние фонового ветра на формирование структуры акустико-гравитационных волн в термосфере / А. И. Погорельцев, Н. Н. Перцев // Известия АН. Физика атмосферы и океана. - 1995. - Т. 31, № 6. -С. 755-760.

Отпечатано в издательском отделе ИСЗФ СО РАН Заказ № 159 от 5 декабря 2014 г. Объем 28 с. Тираж 150 экз