Расчет нейтральных меридиональных ветров в средних широтах с помощью Иркутского радара НР
Автор: Щербаков А.А., Медведев А.В., Кушнарев Д.С., Толстиков М.В., Алсаткин С.С.
Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika
Статья в выпуске: 3 т.1, 2015 года.
Бесплатный доступ
Последовательно представлена методика расчета скоростей меридиональных нейтральных ветров по данным Иркутского радара некогерентного рассеяния (ИРНР). В силу конструктивных особенностей ИРНР применение успешно работающих на других радарах НР методик определения параметров ионосферы, в частности дрейфа плазмы, приводило к значительной дисперсии определяемых параметров. Для расчета скорости дрейфа плазмы с учетом таких особенностей ИРНР была разработана специальная методика на основе анализа фазы автокорреляционной функции сигнала НР. Подобная методика нуждается в экспериментальной проверке, для чего был проведен эксперимент по определению скорости низкоорбитальных спутников. Однако применение предложенных рядом авторов методик для расчетов нейтральных меридиональных ветров [Evans, 1970] с использованием полученных нами ранее скоростей дрейфа приводило к большим разногласиям с эмпирическими моделями ветров HWM93 и HWM07. К тому же одновременные измерения на двух частотах на ИРНР показали, что объяснить подобные расхождения без учета поперечных полю движений оказывается затруднительным. Возможный недоучет влияния движений, создаваемых электрическими полями, может вносить серьезную ошибку в определяемые скорости ветра. В работе рассмотрено усовершенствование методики расчета ветров и показано, что полученные с ее помощью результаты лучше согласуются с эмпирическими моделями ветров.
Динамика ионосферы, нейтральный ветер, термосферный ветер, некогерентное рассеяние
Короткий адрес: https://sciup.org/142103571
IDR: 142103571 | УДК: 537.86 | DOI: 10.12737/10962
Calculation of meridional neutral winds in middle latitudes from the Irkutsk incoherent scatter radar data
The paper sequentially presents technique for determining velocity of meridional neutral winds from the Irkutsk Incoherent Scatter Radar (IISR) data. Due to IISR specific features effective at other IS radars, techniques for determining ionosphere parameters, in particular plasma drift velocities, resulted in considerable variance of defined parameters. To measure the plasma drift velocity taking into account such IISR features, we have developed a special technique based on phase analysis of autocorrelation function of incoherent scatter signal. The technique needs to be tested, and for this purpose, an experiment was carried out to measure velocities of low-orbit satellites. However, methods for meridional neutral wind calculations used by many authors [Evans, 1970] with the use of drift velocities obtained before, resulted in great disagreements with empirical HWM93 and HWM07 wind models. In addition, simultaneous measurements at two frequencies at IISR showed that it was difficult to explain such differences without taking into account the cross-field movements. Possible underestimation of the impact of movements generated by electric fields can result in serious error in determining wind velocities. The paper considers improvements for methods of calculating winds, and shows that the results obtained with it are in a better agreement with wind models.
Список литературы Расчет нейтральных меридиональных ветров в средних широтах с помощью Иркутского радара НР
- Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
- Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Движения в ионосфере. Новосибирск, Наука, 1979. 344 с.
- Кринберг И.А., Тащилин А.В. Крупномасштабная модель верхней ионосферы//Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1979. Вып. 45. С. 122-127.
- Романова Е.Б., Жеребцов Г.А., Ратовский К.Г. и др. Сравнение отклика F2-области ионосферы на геомагнитные бури на средних и низких широтах//Солнечно-земная физика. 2013. Вып. 22. С. 27-30.
- Aponte N., Nicolls M.J., Gonza´lez S.A., et al. Instantaneous electric field measurements and derived neutral winds at Arecibo//Geophys. Res. Let. 2005. V. 32. Р. L12107 DOI: 10.1029/2005GL022609
- Beynon W.J.G., Williams P.J.S. 1978, Report Prog. Physics. V. 41, 909 p.
- Butler T.W., Semeter J., Heinselman C.J., Nicolls M.J. Imaging F region drifts using monostatic phased array incoherent scatter radar//Radio Sci. 2010. V. 45, N 5, rS5013.
- Dougherty J.P., Farley D.T. A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma//Proc. Roy. Soc. 1960, A259, pp. 79-99.
- Evans. J.V. Observation of F region vertical velocities at Millstone Hill. Evidence for drifts due to expansion, contraction and winds//Radio Sci. June 1971. V. 6, N 6. P. 609-626.
- Farley D.T. A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma//J. Geophys. Res. 1966. V. 71, N 17. P. 4091-4098.
- Griffin E.M., Aruliah A., Muller-Wodarg I.C.F., Aylward A. Meridional winds. I. Optical and radar experimental comparisons//Ann. Geophys. 2004a. V. 22. P. 849-862.
- Griffin E.M., Aruliah A., Muller-Wodarg I.C.F., Aylward A. Comparison of high-latitude thermospheric meridional winds. II. Combined FPI, radar and model. Climatologies//Ann. Geophys. 2004b. V. 22. P. 863-876.
- Grydeland T., Lind F.D., Erickson P.J., Holt J.M. Software radar signal processing//Ann. Geophys. 2005. V. 23. P. 109-121.
- Hedin A.E. MSIS-86 thermospheric model//J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 4649-4662.
- Jiuhou Lei, Libo Liu, Xiaoli Luan, Weixing Wan. Model study on neutral winds in the ionospheric F2 region and comparison with the equivalent winds derived from the Wuhan ionosonde data//Terr. Atm. Oceanic Sci. 2003. V. 14, N 1. P. 1-12.
- Kelley M.C. The Earth's Ionosphere: Plasma Physics & Electrodynamics. 2nd Ed. Academic Press, 2009. 575 p. Intern. Geophys. Ser. 2009. V. 96.
- Nicolls M.J., Cosgrove R., Bahcivan H. Estimating the vector electric field using monostatic, multibeam incoherent scatter radar measurements//Radio Sci. November 2014. P. 1124-1139.
- Potekhin A.P., Medvedev A.V., Zavorin A.V., et al. Development of diagnostic capabilities of the Irkutsk Incoherent Scattering Radar//Cosmic Res. 2008. V. 46, N 4. P. 347-353.
- Richards P.G., Nicolls M.J., Heinselman C.J., et al. Measured and modeled ionospheric densities, temperatures, and winds during the international polar year//J. Geophys. Res. 2009. V. 114, A12317 DOI: 10.1029/2009JA014625
- Salah J.E., Holt J.M. Midlatitude thermospheric winds from incoherent scatter radar and theory//Radio Sci. 1974. V. 9, no. 2. P. 301-313 DOI: 10.1029/RS009i002p00301
- Semeter J., Butler T., Heinselman C., et al. Volumetric imaging of the auroral ionosphere: Initial results from PFISR//J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2008. V. 71. P. 738-743.
- Semeter J., Butler T.W., Zettergren M., et al. Composite imaging of auroral forms and convective flows during a substorm cycle//J. Geophys. Res. 2010. V. 115. DOI: 10.1029/2009JA014931.
- Shchepkin L.A., Kuznetsova G.M., Kushnarenko G.P., Ratovsky K.G. Calculations of the ionization drift velocity by the Titheridge method, based on the data obtained at the Irkutsk digisonde//Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N 8. Special Iss. 2. P. 1308-1310.
- Shcherbakov A.A., Medvedev A.V., Kushnarev D.S. Correlation method for determining the ionospheric plasma drift velocity at the Irkutsk Incoherent Scatter Radar//Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N 7. P. 1028-1033.
- Shun-Rong Zhanga, Shoichiro Fukaoa Oliverc W.L., Yuichi Otsukaa. The height of the maximum ionospheric electron density over the MU radar//J. Atm. Solar-Terr. Phys. 1999. V. 61. P. 1367-1383.
- Schunk R.W., Nagy A.F. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. 2nd Ed. Cambridge Atmospheric and Space Science Series, 2009.
- Tashchilin A.V., Romanova E.B. Numerical modeling the high-latitude ionosphere//Proc. COSPAR. Colloquia Series. 2002. V. 14. P. 315-325.
- Titheridge J.A. Mean meridional wind in the ionosphere at 70° N//Planet Space Sci. 1991. V. 39, N 5. P. 657-669.
- Tobiska W.K. Revised solar extreme ultraviolet flux model//J. Atmos. Terr. Phys. 1991. V. 53. P. 1005-1018.
- Vickrey J.F., Wesley E.S., Farley D.T. Incoherent scatter measurements of ion counterstreaming//Geophys. Res. Let. 1976. V. 3, N 4. P. 217-220 DOI: 10.1029/GL003i004p00217
- Vila P., Rees D., Merrien P., Kone E. Fabry-Pérot interferometer measurements of neutral winds and F2 layer variations at the magnetic equator//Ann. Geophys. 1998. V. 16. P. 731-737.
- Witasse O., Lilensten J., Lathuillere C., Pibaret B. Meridional thermospheric neutral wind at high latitude over a full solar cycle//Ann. Geophys. 1998. V. 16. P. 1400-1409.
- Yemelyanov L.Ya., Dzyubanov D.A. The peculiarities of mid-latitude ionosphere plasma drift velocity determination//Telecommunications Radio Engineering. 2007. V. 66, N 14. P. 1313-1327.
- Yizengaw E. Global longitudinal dependence observation of the neutral wind and ionospheric density distribution//Intern. J. Geophys. V. 2012 DOI: 10.1155/2012/342581
