Геомагнитные возмущения на высотах слоя F1 ионосферы в различных условиях солнечной активности над Норильском
Автор: Кушнаренко Г.П., Яковлева О.Е., Кузнецова Г.М.
Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika
Статья в выпуске: 2 т.5, 2019 года.
Бесплатный доступ
Исследовано влияние геомагнитных возмущений на электронную концентрацию N e на ионосферной станции Норильск (69° N; 88° E) на высотах слоя F1 (120-200 км). Анализировались 25 умеренных и слабых геомагнитных возмущений для двух сезонов - весны и осени - в период 2003-2014 гг. На основе значений N e, полученных по измерениям с помощью дигизонда на ст. Норильск за этот период, проведен анализ изменений N e во время геомагнитных возмущений весной и осенью за длительный промежуток времени. Выявлена весенне-осенняя асимметрия, которая присутствует во все периоды солнечной активности и проявляется в значительном понижении электронной концентрации во время главной фазы осенних штормов на всех высотах по сравнению со спокойными днями: до 2.6 раз на высоте 200 км и несколько меньше на нижних высотах. Во время весенних возмущений такого явления не наблюдается: изменения N e гораздо слабее.
Геомагнитные возмущения, электронная концентрация, весенне-осенняя асимметрия
Короткий адрес: https://sciup.org/142220329
IDR: 142220329 | DOI: 10.12737/szf-52201916
Текст научной статьи Геомагнитные возмущения на высотах слоя F1 ионосферы в различных условиях солнечной активности над Норильском
Известно, что основной причиной изменений электронной плотности во время геомагнитных возмущений является изменение нейтрального состава термосферы. Каждая область ионосферы имеет свои уникальные структурные особенности и различный нейтральный состав и поэтому отвечает на возмущения, вызванные геомагнитным штормом, по-своему.
Влияние геомагнитных штормовых эффектов на высотах F1-слоя довольно мало исследовалось до недавнего времени. Согласно работам [Кушнаренко и др., 2012, 2013; Buresova, Lastoviska, 2001; Bu-resova et al., 2002; Mikhailov, 2008] , проявления возмущений в нижней части области F ионосферы сложны и неоднозначны, и отклики на геомагнитные возмущения на высотах 120–200 км изучены значительно меньше, чем в области F2. Обнаружено, что в условиях низкой солнечной активности эффекты возмущений слабо проявляются ниже 170 км.
В связи с регулярными измерениями цифровыми ионозондами на ионосферных станциях Иркутск и Норильск и накоплением данных по электронной концентрации появилась возможность исследовать проявления воздействия геомагнитных возмущений на N e на высотах слоя F1 (120–200 км) в условиях разной солнечной активности в период 2003– 2014 гг.
В работе [Кушнаренко и др., 2018] проведен анализ изменений N e во время геомагнитных возмущений на высотах слоя F1 в период 2003–2014 гг. по данным цифровой ионосферной станции Иркутск (52° N, 104° Е). Обнаружена весенне-осенняя асимметрия эффектов геомагнитных бурь на указанных высотах.
В настоящей работе мы продолжаем изучение отклика ионизации на этих высотах на геомагнитные бури в 2003–2014 гг. на высокоширотной станции Норильск при различной солнечной активности.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Была исследована реакция электронной концентрации на высотах слоя F1 (120–200 км) в регионе Норильска на геомагнитные возмущения двух сезонов — весны и осени. Для этой цели использованы значения N e, полученные по измерениям с помощью дигизонда (69° N, 88° E) на ст. Норильск в 2003–2014 гг. Были выделены и проанализированы 25 умеренных и слабых геомагнитных бурь исследуемого периода. Характеристики этих возмущений показаны в табл. 1. Из всего объема исследованных возмущений (25 событий) в качестве наглядного примера были выбраны бури для трех периодов, соответствующих разным фазам солнечной активности (табл. 2): спаду (2003), минимуму (2008) и максимуму (2014).
При обработке массива данных N e мы столкнулись с многочисленными пропусками и отсутствием данных при наличии даже слабых геомагнитных возмущений. Воздействие сильных бурь на ионизацию на высотах слоя F1 очень сложно проследить, поскольку из-за эффектов поглощения в нижних слоях ионосферы отсутствуют данные на указанных высотах.
ВЕСЕННЕ-ОСЕННЯЯ АСИММЕТРИЯ ГЕОМАГНИТНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
На рис. 1 показаны изменения N e для ст. Норильск в весенний период для трех выбранных лет, соответствующих разным фазам солнечной активности: спаду (2003), минимуму (2008) и максимуму (2014). Слева — изменения N e на высотах 150, 180, 190 и 200 км в дни максимального развития трех весенних бурь, справа — изменения N e на тех же высотах в соответствующие каждой буре спокойные дни.
На высотах слоя F1 отсутствует заметное влияние весенних геомагнитных штормов на электронную концентрацию. Отметим, что в 12 LT концентрация N e уменьшилась в среднем в 1.6 раза на высотах 190 и 200 км для всех трех бурь и изменилась в 1.1–1.4 раза на нижних высотах слоя F1 (150 км). Такое поведение N e соответствует почти всем рассмотренным весенним бурям.
Вариации N e во время осенних геомагнитных возмущений значительно отличаются от весенних. Электронная концентрация существенно понижается на всех высотах во время главной фазы шторма (рис. 2). Осенний эффект заключается в уменьшении N e на высоте 200 км в 2–2.6 раза и в заметном понижении — в 1.4–1.8 и 1.5 раза — на высотах 180 и 150 км соответственно. Такие изменения характерны почти для всех осенних бурь.
Наблюдаемая весенне-осенняя асимметрия геомагнитных бурь, возможно, связана с сезонным изменением высоты уровня перехода области преобладания атомарных ионов над молекулярными [Bu-resova, Lastovicka, 2001] , что приводит к изменению высоты максимума F1-cлоя. Во время возмущений на электронную концентрацию на высотах слоя F1 оказывают значительное влияние изменения состава нейтральной атмосферы и скорости ионизации,
Рис . 1 . Поведение N e в дни максимального развития трех весенних бурь (левая панель) и в соответствующие бурям спокойные дни (правая панель) на высотах: 1 — 150 км, 2 — 180 км, 3 — 190 км, 4 — 200 км
Рис. 2. То же, что на рис. 1, для осеннего периода: 1 — 150 км, 2 — 180 км, 3 — 190 км, 4 — 200 км
а также фотохимические процессы. Влияние фотохимических процессов при понижении F1-cлоя становится преобладающим в более плотных слоях атмос-
Таблица 1
Анализируемые геомагнитные возмущения
|
Спокойные дни |
День начала бури |
Индексы ( А р , Dst ) |
Максимум бури (дата и UT) |
|
10–12.10.2003 |
14.10.2003 |
А р =66, Dst =–85 |
14.10 в 23:00 |
|
18–20.04.2003 |
30.04.2003 |
А р =45, Dst =–67 |
30.04 в 03:00 |
|
04.05. 2003 |
23.04.2003 |
А р =27, Dst =–39 |
23.04 в 06:00 |
|
06–08.03.2004 |
10.03.2004 |
А р =94, Dst =–105 |
10.03 в 08:00 |
|
12.09.2004 |
14.09.2004 |
А р =56, Dst =–50 |
14.09 в19:00 |
|
28.04.2005 |
01.05.2005 |
А р =39, Dst =–47 |
01.05 в 04:00 |
|
02.04.2005 |
04.04.2005 |
А р =80, Dst =–55 |
04.04 в 23:00 |
|
30.08.2005 |
01.09.2005 |
А р =67, Dst =–80 |
01.09 в 24:00 |
|
12.04.2006 |
14.04.2006 |
А р =80, Dst =–111 |
14.04 в 10:00 |
|
05.03.2006 |
10.03.2006 |
А р =39, Dst =–37 |
10.03 в 23:00 |
|
12.10.2006 |
13.10.2006 |
А р =56, Dst =–49 |
13.10 в 23:00 |
|
06.03.2008 |
09.03.2008 |
А р =67, Dst =–72 |
09.03 в 05:00 |
|
26.10.2008 |
29.10.2008 |
А р =32, Dst =–24 |
29.10 в 08:00 |
|
10.04. 2010 |
06.04.2010 |
А р =56, Dst =–59 |
06.04 в 11:00 |
|
01.10.2010 |
24.09.2010 |
А р =27, Dst =–30 |
24.09 в 17:00 |
|
29.10.2010 |
23.10.2010 |
А р =48, Dst =–35 |
23.10 в 14:00 |
|
01.10.2010 |
24.09.2010 |
А р =27, Dst =–26 |
24.09 в 17:00 |
|
04.04.2012 |
05.04.2012 |
А р =27, Dst =–54 |
05.04 в 10:00 |
|
10.09.2012 |
04.09.2012 |
А р =32, Dst =–63 |
04.09 в 08:00 |
|
15.09.2013 |
13.09.2013 |
А р =22, Dst =–7 |
13.09 в 17:00 |
|
29.09.2013 |
24.09.2013 |
А р =32, Dst =–24 |
24.09 в14:00 |
|
06.03.2013 |
02.03.2013 |
А р =27, Dst =–16 |
02.03 в 02:00 |
|
18.04.2014 |
20.04.2014 |
А р =48, Dst =–28 |
20.04 в 14:00 |
|
11.03.2014 |
13.03.2014 |
А р =27, Dst =–29 |
13.03 в 02:00 |
|
26.08.2014 |
29.08.2014 |
А р =27, Dst =–33 |
29.08 в 11:00 |
Индексы Ар, F10.7 и Dst получены из базы данных WDC-C2 в Киото [].
Таблица 2
Среднегодовые F 10.7 в период 2003–2014 гг.
Еще одной возможной причиной наблюдаемой асимметрии является более глубокое проникновение в осенние сезоны возмущений из авроральных областей на более низкие широты. В возмущенной области, по данным спутниковых измерений [Goncharenko et al., 2006] , наблюдается увеличение доли нейтрального компонента термосферы, что влечет за собой изменения ионного состава на высотах слоя F1 и приводит к уменьшению электронной концентрации на рассматриваемых высотах.
ВЫВОДЫ
В регионе Норильска в эффектах геомагнитных бурь, влияющих на электронную концентрацию, присутствует весенне-осенняя асимметрия на высотах слоя F1, которая проявляется во все периоды солнечной активности 2003–2014 гг.
Во время осенних геомагнитных возмущений наблюдается значительное уменьшение электронной концентрации (до 2.6 раз) на верхних высотах слоя F1 — 190 и 200 км — и меньший эффект на нижних высотах. Напротив, для весенних бурь характерно слабое уменьшение Ne на высотах 150–200 км в сравнении со спокойными условиями.
Электронная концентрация во все рассмотренные периоды возмущений на высотах слоя F1 всегда уменьшается.
Работа выполнена в рамках базового финансирования проекта II.16.1.1 «Исследование влияния солнечной активности и процессов в нижней атмосфере на изменения термодинамических характеристик атмосферы, Мирового океана и климат». Результаты получены с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Ангара» [http//ckp-rf.ru/ckp/3056].
Список литературы Геомагнитные возмущения на высотах слоя F1 ионосферы в различных условиях солнечной активности над Норильском
- Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М., Ратовский К.Г., Колпакова О.Е. Отклик некоторых параметров ионосферы на геомагнитные возмущения на высотах ниже максимума слоя F2 в сентябре и апреле 2005 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 3. С. 378-385.
- Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М., Полех Н.М., Ратовский К.Г. Эффекты геомагнитных бурь на высотах ионосферного слоя F1 в регионе Иркутска в период спада и минимума солнечной активности//Солнечно-земная физика. 2013. Вып. 22. С. 31-34.
- Кушнаренко Г.П., Кузнецова Г.М., Яковлева О.Е. Эффекты геомагнитных бурь на высотах слоя F1 в разные периоды солнечной активности (ст. Иркутск) // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58, № 2. С. 211-216 DOI: 10.7868/S0016794018020062
- Buresova D., Lastovicka J. Changes in the F1 region electron density during geomagnetic storms at low solar activity//J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63, iss. 5. P. 537-544 DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00167-X
- Buresova D., Lastovicka J., Altadill D., Miro G. Daytime electron density at the F1-region in Europe during geomagnetic storms//Ann. Geophys. 2002. V. 20. P. 1007-1021 DOI: 10.5194/angeo-20-1007-2002
- Goncharenko L., Salah J., Crowley G., et al. Large variations in the thermosphere and ionosphere during minor geomagnetic disturbances in April 2002 and their association with IMF By//J. Geophys. Res. 2006. V. 111. A03303. 010683
- DOI: 10.1029/2004JA
- Mikhailov A.V. Ionospheric F1 layer long-term trends and the geomagnetic control concept//Ann. Geophys. 2008. V. 26. P. 3793-3803
- DOI: 10.5194/angeo-26-3793-2008
- URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp (дата обращения 1 октября 2018 г.).
- URL: http//ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 1 октября 2018 г.).
- Buresova D., Lastovicka J. Changes in the F1 region electron density during geomagnetic storms at low solar activity. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001, vol. 63, iss. 5, pp. 537-544
- DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00167-X
- Buresova D., Lastovicka J., Altadill D., Miro G. Daytime electron density at the F1-region in Europe during geomagnetic storms. Ann. Geophys. 2002, vol. 20, pp. 1007-1021
- DOI: 10.5194/angeo-20-1007-2002
- Goncharenko L., Salah J., Crowley G., Paxton L.J., Zhang Y., Coster A., Rideout W., Huang C., Zhang S., Reinisch B., Taran V. Large variations in the thermosphere and ionosphere during minor geomagnetic disturbances in April 2002 and their association with IMF By. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A03303
- DOI: 10.1029/2004JA010683
- Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M., Ratovsky K.G., Kolpakova O.E. Some ionospheric parameters response on geomagnetic disturbances at the heights lower layer F1 maximum during September and April 2005. Geomagnetizm i aeronomiya . 2012, vol. 52, no. 3, pp. 378-385..
- Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M., Polekh N.M., Ratovsky K.G. The geomagnetic storms effects at ionospheric layer F1 heights in Irkutsk during decrease and minimum of solar activity. Solnechno-zemnaya fizika . 2013, no. 22, pp. 31-34..
- Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M., Yakovleva O.E. The geomagnetic storms effects at ionospheric layer F1 heights during the different periods of solar activity (st. Irkutsk). Geomagnetizm i aeronomiya 2018, vol. 58, no. 2, pp. 211-216.
- DOI: 10.7868/S0016794018020062
- Mikhailov A.V. Ionospheric F1 layer long-term trends and the geomagnetic control concept. Ann. Geophys. 2008, vol. 26, pp. 3793-3803
- DOI: 10.5194/angeo-26-3793-2008
- URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp (accessed October 1, 2018).
- URL: http//ckp-rf.ru/ckp/3056 (accessed October 1, 2018).
