Сейсмоионосферные эффекты в F2-cлое во время гелиогеофизических возмущений

Происхождение перемещающихся ионосферных возмущений ( ПИВ ) может быть связано как с эндо генными , так и экзогенными причинами . Это дает предпосылки для использования ионосферных на блюдений для диагностики и прогноза различных процессов , в том числе и крупных землетрясений . Вместе с тем имеются и серьезные трудности , свя занные с построением оценок как на фоне флуктуа ций ото дня ко дню , так и во время гелиогеофизиче - ских возмущений . В условиях ионосферных бурь и суббурь в слое F2 могут возникать возмущения элек тронной концентрации , соизмеримые по характерным размерам и контрастности с сейсмогенными ПИВ , но с совершенно другим характером временных и про странственных изменений .

Исследования последних лет показали , что за 10–15 ч до главного толчка над эпицентром катастро фических землетрясений возникают неоднородности повышенной электронной концентрации с горизон тальными размерами 1–3 тыс . км , перемещающиеся примерно со звуковой скоростью на расстояния до 10– 15 тыс . км в области главного максимума ионосфе ры [1, 2]. Ниже приведены примеры возникнове ния сейсмогенных ПИВ в спокойных и возмущен ных условиях .

Анализ данных

Главным источником информации об ионосферных неоднородностях в данной работе являются массивы значений относительной вариации δ f0F2 мировой сети ионосферных станций вертикального зондирования [3]. Массивы {δf0F2} используются в практике краткосрочного ионосферного прогнозирования для обнаружения и численной характеристики возму-щенности слоя F2 ионосферы. Для описания геомаг- нитной обстановки использовались Kр-, Dst-, и АЕ -индексы.

Спокойные условия . На рис . 1, а представлены временные ряды δ f 0 F2, относящиеся к случаю Аля скинского землетрясения 9 марта 1985 г . ( ϕ =66.6 N; λ =150.5 W; t 0 =14:08 UT; M=6.2). Вертикальной ли нией показан момент землетрясения , наклонной – предполагаемое направление движения сейсмоген ного ПИВ . Появившееся перед землетрясением в области над эпицентром возмущение распространя ется через Азию в Индийский океан до АИС La Ren-ion. Также возмущения наблюдались на АИС в Се верной Америке . Заблаговременность возникнове ния сигналов оценивается как ∆ t = –13 ч . Амплиту ды сигналов δ f 0 F2 >20 %. Положительные импуль сы ( рис . 1, б ) появились на спокойном геомагнитном фоне : K р ≤ 2, АЕ < 200 нТл , D st не опускалось ниже – 20 нТл .

На рис . 1, в приведен фрагмент карты мира в про екции Меркатора , на котором затемненными кружка ми показано местоположение ионосферных станций ВЗ , где наблюдалось положительное возмущение . Не - заштрихованные кружки показывают расположения других АИС , где наблюдались отрицательные возму щения , или вообще не было никаких возмущений , или по каким - то причинам в рассматриваемый период измерений не проводилось . Штриховой кривой приве дена траектория движения этого возмущения , которая совпадает с участком дуги большого круга и направ лена в обе стороны от эпицентра .

Возмущенные условия . На рис . 2 представлены данные для Индонезийского землетрясения , которое произошло 1 марта 1985 г . ( ϕ =1.4 S; λ =119.6 E; t 0= 17:11 UT; М =6.4). На рис . 2, а , б приведены су точные зависимости δ f 0 F2( t ) для различных стан ций , расположенных в Азии , Европе , Австралии ,

Ю . К . Калинин , Н . П . Сергеенко

Северной Америке, а на рис. 2, г – вариации геомагнитных индексов для этих суток. Последние свидетельствуют, что 01.03.1985 наблюдалось умеренное геомагнитное возмущение (Dstmax~ –50 нТл, Kpmax=6). На фоне бури также произошла суббуря в ~5 ч UT (АЕmax ~ 800 нТл). Данные δ f0F2(t), приведенные на панели 3, б, свидетельствуют о двухфазном ионосферном возмущении в слое F2, происходящем на фоне начавшейся геомагнитной бури. Все графики содержат отчетливые положительные возмущения с амплитудой 15–30 % и длительностью 5–7 ч, начав- шиеся в дневные часы по местному времени (5 ч UT) в первые сутки геомагнитного возмущения. Примерно в 18 ч LT на всех станциях в той или иной степени возмущение перешло в отрицательную фазу. Очевидно, что положительную фазу ионосферной бури, наблюдающуюся практически одновременно на АИС, расположенных на различных широтах и долготах, никак нельзя отождествить с сейсмопредвестником.

Однако на панели 2, а представлены данные δ f 0 F2( t ), свидетельствующие о появлении за 13 ч до начала землетрясения положительных возмущений

Рис . 1. Данные для Аляскинского землетрясения 9 марта 1985 г .: а – зависимости δ f ₀F2( t ), б – вариации геомагнит ных индексов , в – карта мира в проекции Меркатора с указанием места землетрясения , штриховая линия – возможное направление движения этих неоднородностей .

Рис . 2. Данные для Индонезийского землетрясения 01 марта 1985 г .: а , б – зависимости δ f ₀F2( t ), в – карта мира в проекции Меркатора с указанием места землетрясения , штриховая линия – возможное направление движения этих не однородностей , г – вариации геомагнитных индексов

Сейсмоионосферные эффекты в F2-слое во время гелиогеофизических возмущений на станциях Manila и Vanimo, расположенных в регионе предстоящего землетрясения, и их последующем перемещении через станции азиатской и европейской частей до североафриканской станции Ouagadougou. Временные задержки их появления на соответствующих станциях указывают на кажущуюся скорость перемещения ~1000 км/ч, длительность импульсов составляет 3–4 ч. На фрагменте карты мира (рис. 2, в) приведена штриховая линия, указывающая направление движения ПИВ. В отличие от спокойных условий, движение от эпицентра было однонаправленным.

Отметим , что представленная на панели 2, а це почка импульсов δ f 0 F2 наблюдалась как в дневное , так и в вечернее местное время , в то время как по ложительная фаза двухфазного ионосферного воз мущения обычно происходит только в дневное вре мя (06–18 ч LT) и длится не менее 7–8 ч [4].

Обсуждение

В работе приведены примеры селекции сейсмо генных ПИВ в спокойных и возмущенных условиях . Для опознания динамики ПИВ требуется обработка данных по большим территориям ( сотни тысяч квадратных километров ).

Сформулируем основные различия между сейс могенными ПИВ повышенной концентрации и эф фектами гелиогеофизических возмущений в слое F2:

• •    Электронная концентрация во время ионо сферных суббурь увеличивается в результате дейст вия зональных и меридиональных электрических полей и под действием ВГВ днем после предвари тельного уменьшения . После возникновения неод нородности обычно распространяются от высоких широт к низким в меридиональном направлении [5], в то время как траектории движения сейсмогенных ПИВ совпадают с дугами большого круга .

Ионосферные эффекты ВГВ во время суббурь происходят с задержкой ~1 ч , эффекты электриче ских полей – практически без задержки по отноше нию к АЕ - индексу . Появление сейсмогенных неод нородностей не связано с изменениями АЕ - индекса .

• •    Ионосферная буря представляет собой непре рывный процесс , длящийся от нескольких часов до

нескольких суток , вариации параметров носят гло бальный характер . При отсутствии всплесков АЕ положительные импульсы в записях δ f ₀F2( t ) на фо не отрицательной фазы бури могут относиться к сейсмогенным ПИВ . Положительные возмущения электронной концентрации могут наблюдаться во время ионосферных бурь на ранних стадиях в днев ные часы ( положительная фаза ), а также на пере ходных и низких широтах . В отличие от них для сейсмогенных ПИВ не существует ни временных , ни пространственных ограничений .

• •    В заключение отметим , что компоновки дан ных типа тех , что представлены на рис . 1, 2, воз можны далеко не для всех землетрясений . Одна из причин этого состоит в реальных свойствах сети ионосферных станций – неравномерном простран ственном расположении и , естественно , только на суше . Другие трудности связаны с обнаружением сейсмогенных ПИВ на фоне неоднородностей дру гого генезиса в ионосфере .