К вопросу о формировании слоя F1 во время внезапных стратосферных потеплений

К вопросу о формировании слоя F1 во время внезапных стратосферных потеплений

Автор: Полех Н.М., Черниговская М.А., Яковлева О.Е.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 3 т.5, 2019 года.

Бесплатный доступ

На основе данных вертикального зондирования, полученных с помощью Иркутского дигизонда DPS-4 в течение 2003-2016 гг., проведено исследование частоты появления слоя F1 в зимних условиях. Показано, что при любом уровне магнитной активности частота появления слоя F1 в декабре-январе более чем в два раза ниже по сравнению с февралем. В спокойных геомагнитных условиях при умеренной и низкой солнечной активности появлению слоя F1 в средних широтах Северного полушария в зимние месяцы могут способствовать активные термодинамические процессы на высотах средней атмосферы, которые приводят к трансформации или разрушению циркумполярного вихря. Такие глобальные динамические перестройки, происходящие в зимней стратомезосфере, часто связаны с событиями внезапных стратосферных потеплений, которые сопровождаются усилением генерации атмосферных волн различного масштаба. Эти волновые возмущения могут распространяться вверх на высоты нижней термосферы и ионосферы, перенося с собой значительный вертикальный поток энергии и вызывая вариации состава и термодинамических параметров нейтральной атмосферы и ионосферы.

Еще

Ионосфера, нижняя атмосфера, стратосферное потепление, слой f1

Короткий адрес: https://sciup.org/142222481

IDR: 142222481   |   DOI: 10.12737/szf-53201914

Список литературы К вопросу о формировании слоя F1 во время внезапных стратосферных потеплений

  • Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
  • Варгин П.Н., Медведева И.В. Исследование температурного и динамического режимов внетропической атмосферы Северного полушария в период внезапного стратосферного потепления зимой 2012-2013 гг. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51, № 1. С. 20-38. DOI: 10.7868/S0002351514060170
  • Деминов М.Г., Деминова Г.Ф., Жеребцов Г.А. и др. Изменчивость параметров максимума F2-слоя спокойной среднеширотной ионосферы при низкой солнечной активности: статистические свойства // Геомагнетизм и аэрономия. 2011a. Т. 51, № 3. С. 352-359.
  • Деминов М.Г., Романова Е.Б., Тащилин А.В. Зависимость возникновения условия G в области F ионосферы от солнечной и геомагнитной активностей // Геомагнетизм и аэрономия. 2011б. Т. 51. С. 683-689.
  • Иванов-Холодный Г.С., Никольский Г.М. Солнце и ионосфера. М.: Наука, 1969. 466 с.
  • Поляков В.М., Щепкин Л.А., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Ионосферные процессы. Новосибирск: Наука, 1968. 536 с.
  • Фишкова Л.М. О колебаниях интенсивности ночного излучения верхней атмосферы в периоды стратосферных потеплений // Геомагнетизм и аэрономия. 1978. Т. 18, № 3. С. 143-148.
  • Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Ясюкевич А.С. и др. Ионосферная изменчивость над Европой зимой по данным ионозондов и GPS/ГЛОНАСС // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 4. С. 295-307.
  • Шпынев Б.Г., Панчева Д., Мухратов П. и др. Отклик ионосферы над регионом Восточной Сибири во время внезапного стратосферного потепления 2009 г. по данным наземного и спутникового радиозондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10, № 1. С. 153-163.
  • Шпынев Б.Г., Черниговская М.А., Хабитуев Д.С. Спектральные характеристики атмосферных волн, генерируемых зимним стратосферным струйным течением Северного полушария // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 2. С. 120-131.
  • DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-120-131
  • Щепкин Л.А., Кушнаренко Г.П., Фрейзон И.А., Кузнецова Г.М. Связь электронной концентрации в средней ионосфере с состоянием термосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т. 37, № 5. С. 106-113.
  • Ясюкевич А.С., Черниговская М.А., Мыльникова А.А. и др. Сезонные вариации ионосферной возмущенности в различных гелиогеомагнитных условиях по данным GPS/ГЛОНАСС над регионами Восточной Сибири и Дальнего Востока // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 4. С. 249-262.
  • DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-4-249-262
  • Bessarab F.S., Korenkov Yu.N., Klimenko M.V., et al. Modeling the effect of sudden stratospheric warming within the thermosphere-ionosphere system // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012. V. 90-91. P. 77-85.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2012.09.005
  • Buonsanto M.J. Ionospheric storms. A review // Space Sci. Rev. 1999. V. 88. P. 563-601.
  • Buresova D., Laštovička J. Changes in the F1 region electron density during geomagnetic storms at low solar activity // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V. 63. P. 537-544. 10.1016/ S1364-6826(00)00167-X.
  • DOI: 10.1016/S1364-6826
  • Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015. V. 136. P. 235-243.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.006
  • Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G., et al. Ionospheric response to winter stratosphere/lower mesosphere jet stream in the Northern Hemisphere as derived from vertical radio sounding data // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 180. P. 126-136.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2017.08.033
  • Danilov A.D., Laštovička J. Effects of geomagnetic storms on the ionosphere and atmosphere // Int. J. Geomagn. Aeron. 2001. V. 2. P. 209-224.
  • Funke B., Lopez-Puertas M., Bermejo-Pantalen D., et al. Evidence for dynamical coupling from the lower atmosphere to the thermosphere during a major stratospheric warming // Geophys. Res. Lett. 2010. L13803.
  • DOI: 10.1029/2010GL043619
  • Goncharenko L., Zhang S.-R. Ionospheric signatures of sudden stratospheric warming: ion temperature at middle latitude // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35, L21103. 10.1029/ 2008GL035684.
  • DOI: 10.1029/2008GL035684
  • Goncharenko L.P., Coster A.J., Chau J.L., Valladares C.E. Impact of sudden stratospheric warming on equatorial ionization anomaly // J. Geophys. Res. 2010а. V. 115, A00C07.
  • DOI: 10.1029/2010JA015400
  • Goncharenko L.P., Chau J.L., Liu H.-L., Coster A.J. Unexpected connections between stratosphere and ionosphere // Geophys. Res. Lett. 2010b. V. 37, L10101. 10.1029/ 2010GL043125.
  • DOI: 10.1029/2010GL043125
  • Goncharenko L.P., Hsu V.W., Brum C.G.M., et al. Wave signatures in the midlatitude ionosphere during a sudden stratospheric warming of January 2010 // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118, iss. 1. P. 472-487. 10.1029/20 12JA018251.
  • DOI: 10.1029/2012JA018251
  • Hocke K., Lainer M., Schanz A. Composite analysis of a major sudden stratospheric warming // Ann. Geophys. 2015. V. 33. P. 783-788.
  • DOI: 10.5194/angeocom-33-783-2015
  • Khmyrov G.M., Galkin I.A., Kozlov A.V., et al. Exploring digisonde ionogram data with SAO-X and DIDBase // Radio Sounding and Plasma Physics. AIP Conf. Proc. 2008. V. 974, iss. 1. P. 175-185.
  • DOI: 10.1063/1.2885027
  • Matsuno T. A dynamical model of the stratospheric sudden warming // J. Atmos. Sci. 1971. V. 28. P. 1479-1494.
  • Medvedeva I., Ratovsky K. Effects of the 2016 February minor sudden stratospheric warming on the MLT and ionosphere over Eastern Siberia // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 180. P. 116-125. DOI: 10.106/j.jastp.2017.09.007.
  • Medvedeva I.V., Semenov A.I., Chernigovskaya M.A., Perminov V.I. Studying manifestations of 2008-2011 sudden stratospheric warmings in East-Siberia and European Russia // Geophysica. 2012. V. 48, N 1-2. P. 91-103.
  • Pancheva D., Mukhtarov P. Stratospheric warming: The atmospherc-stratospheric coupling paradigm // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011. V. 73. P. 1697-1702. 10.1016/j. jastp.2011.03.006.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.006
  • Pedatella N.M., Forbes J.M. Evidence for stratosphere sudden warming-ionosphere coupling due to vertically propagating tides // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37, L11104.
  • DOI: 10.1029/2010GL043560
  • Polyakova A.S., Chernigovskaya M.A., Perevalova N.P. Ionospheric effects of sudden stratospheric warmings in Eastern Siberia region // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014. V. 120. P. 15-23.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2014.08.011
  • Prölss G.W. Storm-induced changes in the thermospheric composition at middle latitudes // Planet. Space Sci. 1987. V. 35, N 6. P. 807-811.
  • Polekh N.M., Romanova E.B., Ratovsky K.G., Shi J.K., Wang X., Wang G.J. Studying the G condition occurrence in different latitudes under solar minimum: Observation and modeling // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015. V. 130. P. 132-141.
  • Shpynev B.G., Kurkin V.I., Ratovsky K.G., et al. High-midlatitude ionosphere response to major stratospheric warming // Earth, Planets and Space. 2015a. V. 67, article id. 18.
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0187-1
  • Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar strato-sphere/mesosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015b. V. 136. P. 201-215.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.005
  • Sumod S.G., Pant T.K., Jose Lijo., et al. Signature of sudden stratospheric warming on equatorial ionosphere-termosphere system // Planet. Space Sci. 2012. V. 63-64. P. 49-55.
  • DOI: 10.1016/j.pss.2011.08.005
  • Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric Polar Vortices // Тhe Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. 2010. P. 43-57. (Geophys. Monogr. Ser. V. 190.) 10.1029/ 2009GM000887.
  • DOI: 10.1029/2009GM000887
  • Yigit E., Medvedev A. Internal wave coupling processes in Earth's atmosphere // Adv. Space Res. 2015. V. 55. P. 983-1003.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.020
  • Yigit E., Medvedev A.S., England S.L., Immel T.J. Simulated variability of the high-latitude thermosphere induced by small-scale gravity waves during a sudden stratospheric warming // J. Geophys. Res. 2014. V. 119, iss. 1, P. 357-365.
  • DOI: 10.1002/2013JA019283
  • Bessarab F.S., Korenkov Yu.N., Klimenko M.V., Klimenko V.V., Karpov I.V., Ratovsky K.G., Chernigovskaya M.A. Modeling the effect of sudden stratospheric warming within the thermosphere-ionosphere system. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012, vol. 90-91, pp. 77-85.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2012.09.005
  • Brunelli B.E., Namgaladze A.A. Fizika ionosfery [Physics of the Ionosphere]. Moscow, Nauka Publ., 1988. 528 p. (In Russian).
  • Buonsanto M.J. Ionospheric Storms. A review. Space Sci. Rev. 1999, vol. 88, pp. 563-601.
  • 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, pp. 537-544. 10.1016/ S1364-6826(00)00167-X.
  • DOI: 10.1016/S1364-6826
  • Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015, vol. 136, pp. 235-243.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.006
  • Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G., Belinskaya A.Yu., Stepanov A.E., Bychkov V.V., Grigorieva S.A., Panchenko V.A., Korenkova N.A., Mielich J. Ionospheric response to winter stratosphere/lower mesosphere jet stream in the Northern Hemisphere as derived from vertical radio sounding data. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 180, pp. 126-136.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2017.08.033
  • Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Yasyukevich A.S., Mylnikova A.A., Khabituyev D.S., Knizhova Koutska P., Kouba D., Melich I., Kozlovsky A. Ionospheric variability over Europe in winter from the ionosonde and GPS/ GLONASS data. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2018, vol. 15, no. 4, pp. 295-307. (In Russian).
  • Danilov A.D., Laštovička J. Effects of geomagnetic storms on the ionosphere and atmosphere. Int. J. Geomagn. Aeron. 2001, vol. 2, pp. 209-224.
  • Deminov M.G., Deminova G.F., Zherebtsov G.A., Pirog O.M., Polekh N.M. Variability of parameters of the F2-layer maximum of the quiet midlatitude ionosphere under low solar activity: 1. Statistical properties. Geomagnetism and Aeronomy. 2011a, vol. 51, iss. 3, pp. 348-355. 10.1134/ S001679321102006X.
  • DOI: 10.1134/S001679321102006
  • Deminov M.G., Romanova E.B., Tashchilin A.V. Origi-nation of G conditions in the ionospheric F region depending on solar and geomagnetic activity. Geomagnetism and Aeronomy, 2011b, vol. 51, iss. 5, pp. 669-675. 10.1134/ S0016793211050045.
  • DOI: 10.1134/S0016793211050045
  • Fishkova L.M. On variations of intensity of the upper atmosphere nightglow during sudden stratospheric warmings. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1978, vol. 18, no. 3. pp. 143-148. (In Russian).
  • Funke B., Lopez-Puertas M., Bermejo-Pantalen D., Garca-Comas M., Stiller G.P., von Clarmann T., Kiefer M., Linden A. Evidence for dynamical coupling from the lower atmosphere to the thermosphere during a major stratospheric warming. Geophys. Res. Lett. 2010, L13803.
  • DOI: 10.1029/2010GL043619
  • Goncharenko L., Zhang S.-R. Ionospheric signatures of sudden stratospheric warming: ion temperature at middle latitude. Geophys. Res. Lett. 2008, vol. 35, L21103. 10.1029/ 2008GL035684.
  • DOI: 10.1029/2008GL035684
  • Goncharenko L.P., Coster A.J., Chau J.L., Valladares C.E. Impact of sudden stratospheric warming on equatorial ionization anomaly. J. Geophys. Res. 2010а, vol. 115, A00C07.
  • DOI: 10.1029/2010JA015400
  • Goncharenko L.P., Chau J.L., Liu H.-L., Coster A.J. Unexpected connections between stratosphere and ionosphere. Geophys. Res. Lett. 2010b, vol. 37, L10101. 10.1029/ 2010GL043125.
  • DOI: 10.1029/2010GL043125
  • Goncharenko L.P., Hsu V.W., Brum C.G.M., Zhang S.-R., Fentzke J.T. Wave signatures in the midlatitude ionosphere during a sudden stratospheric warming of January 2010. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013, vol. 118, iss. 1, pp. 472-487.
  • DOI: 10.1029/2012JA018251
  • Hocke K., Lainer M., Schanz A. Composite analysis of a major sudden stratospheric warming. Ann. Geophys. 2015, vol. 33, pp. 783-788.
  • DOI: 10.5194/angeocom-33-783-2015
  • Ivanov-Kholodny G.S., Nikolsky G.M. Solntse i ionosfera [The Sun and the Ionosphere]. Moscow, Nauka Publ., 1969. 466 p. (In Russian).
  • Khmyrov G.M., Galkin I.A., Kozlov A.V., Reinisch B.W., McElroy J., Dozois C. Exploring digisonde ionogram data with SAO-X and DIDBase. Radio Sounding and Plasma Physics. AIP Conf. Proc. 2008, vol. 974, iss. 1, pp. 175-185.
  • DOI: 10.1063/1.2885027
  • Matsuno T. A dynamical model of the stratospheric sudden warming. J. Atmos. Sci. 1971, vol. 28, pp. 1479-1494.
  • Medvedeva I., Ratovsky K. Effects of the 2016 February minor sudden stratospheric warming on the MLT and ionosphere over Eastern Siberia. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 180, pp. 116-125.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2017.09.007
  • Medvedeva I.V., Semenov A.I., Chernigovskaya M.A., Perminov V.I. Studying manifestations of 2008-2011 sudden stratospheric warmings in East-Siberia and European Russia. Geophysica. 2012, vol. 48, no. 1-2, pp. 91-103.
  • Pancheva D., Mukhtarov P. Stratospheric warming: The atmospherc-stratospheric coupling paradigm. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011, vol. 73, pp. 1697-1702. 10.1016/j.jastp. 2011.03.006.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.006
  • Pedatella N.M., Forbes J.M. Evidence for stratosphere sudden warming-ionosphere coupling due to vertically propagating tides. Geophys. Res. Lett. 2010, vol. 37, L11104.
  • DOI: 10.1029/2010GL043560
  • Polyakova A.S., Chernigovskaya M.A., Perevalova N.P. Ionospheric effects of sudden stratospheric warmings in eastern Siberia region. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014, vol. 120, pp. 15-23.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2014.08.011
  • Prölss G.W. Storm-induced changes in the thermospheric composition at middle latitudes. Planet. Space Sci. 1987, vol. 35, no. 6, pp. 807-811.
  • Polekh N.M., Romanova E.B., Ratovsky K.G., Shi J.K., Wang X., Wang G.J. Studying the G condition occurrence in different latitudes under solar minimum: Observation and modeling. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015, vol. 130. pp. 132-141.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2015.06.001
  • Polyakov V.M., Shchepkin L.A., Kazimirovsky E.S., Kokourov V.D. Ionosfernye protsessy [Ionospheric Processes]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1968, 536 p. (In Russian).
  • Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Freizon I.A., Kuznetsova G.M. Connection between electron density in the middle ionosphere and thermospheric conditions. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1997, vol. 37, no. 5, pp. 106-113. (In Russian).
  • Shpynev B.G., Pabcheva D., Mukhratov P., Kurkin V.I., Ratovsky K.G., Chernigovskaya M.A., Belinskaya A.Yu., Stepanov A.E. Ionosphere response over Eastern Siberia during the 2009 sudden stratospheric warming derived from data of ground based and satellite radio sounding. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2013, vol. 10, no. 1, pp. 153-163. (In Russian).
  • Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015a, vol. 136, pp. 201-215.
  • DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.005
  • Shpynev B.G., Kurkin V.I., Ratovsky K.G., Chernigovskaya M.A. Belinskaya A.Yu., Grigorieva S.A., Stepanov A.E., Bychkov V.V., Pancheva D., Mukhtarov P. High-midlatitude ionosphere response to major stratospheric warming. Earth, Planets and Space. 2015b, vol. 67, article id.18.
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0187-1
  • Shpynev B.G., Chernigovskaya M.A., Khabituyev D.S. Spectral characteristics of atmospheric waves generated by winter stratospheric jet flow of the Northern Hemisphere. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2016, vol. 13, no. 2, pp. 120-131. (In Russian).
  • DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-120-131
  • Sumod S.G., Pant T.K., Jose Lijo., Hossain M.M., Kumar K.K. Signature of Sudden stratospheric warming on equatorial ionosphere-termosphere system. Planet. Space Sci. 2012, vol. 63-64, pp. 49-55.
  • DOI: 10.1016/j.pss.2011.08.005
  • Vargin P.N., Medvedeva I.V. Research into temperature and dynamic conditions of the Northern Hemisphere extratropical atmosphere during the sudden stratospheric warming in winter 2012-2013. Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana [Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics]. 2015, vol. 51, no. 1, pp. 20-38. (In Russian).
  • DOI: 10.7868/S0002351514060170
  • Waugh D.W., Polvani L.M. Stratospheric Polar Vortices. The Stratosphere: Dynamics, Transport, and Chemistry. 2010, pp. 43-57. (Geophys. Monogr. Ser., vol. 190). 10.1029/ 2009GM000887.
  • DOI: 10.1029/2009GM000887
  • Yasyukevich A.S., Chernigovskaya M.A., Mylnikova A.A., Shpynev B.G., Khabituyev D.S. Seasonal variations of the ionospheric storminess during different heliogeomagnetic conditions from GPS/GLONASS data over East Siberia and Far East. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space]. 2017, vol. 14, no. 4, pp. 249-262.
  • DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-4-249-262
  • Yigit E., Medvedev A. Internal wave coupling processes in Earth's atmosphere. Adv. Space Res. 2015, vol. 55, pp. 983-1003.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.020
  • Yigit E., Medvedev A.S., England S.L., Immel T.J. Simulated variability of the high-latitude thermosphere induced by small-scale gravity waves during a sudden stratospheric warming. J. Geophys. Res. 2014, vol. 119, iss. 1, pp. 357-365.
  • DOI: 10.1002/2013JA019283
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp