Наклонное зондирование ионосферы в условиях магнитной активности в сентябре 2017 г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

НИРФИ ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, Россия

НАКЛОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ИОНОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ МАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ В СЕНТЯБРЕ 2017 Г.

В.П. Урядов,

Ф.И. Выборнов,

А.В. Першин

Аннотация. Представлены результаты экспериментальных исследований вариаций параметров ионосферного КВ канала во время магнитной активности в сентябре 2017 г. по данным наклонного ЛЧМ-зондирования. Установлено, что отрицательная фаза магнитной бури привела к сильной деградации ионосферного канала и длительному отсутствию приема КВ-сигналов на субавроральной трассе. Наблюдалось снижение 1FМНЧ на 2-3 МГц по сравнению с невозмущенными условиями. Показано, что во время магнитной бури на субавроральной трассе условия распространения через спорадический слой Es были существенно лучше, чем распространение F-модой через верхнюю ионосферу.

Ключевые слова: ионосфера; геомагнитная активность; наклонное ЛЧМ-зондирование; КВ-сигналы; субавроральная трасса.

Abstract. The results of experimental studies of variations in the parameters of the ionospheric HF channel during magnetic activity in September 2017 according to oblique chirp sounding are presented. It has been established that the negative phase of the magnetic storm led to a strong degradation of the ionospheric channel and the prolonged absence of reception of HF signals on the sub-auroral path. There was a decrease in 1FMOF by 2-3 MHz compared with undisturbed conditions. It is shown that during a magnetic storm on a subauroral path the propagation conditions through the sporadic layer Es were significantly better than those propagated by the F mode through the upper ionosphere.

Keywords: ionosphere; geomagnetic activity; oblique chirp sounding; HF signals; subauroral path.

зондирование ионосфера коротковолновый сигнал

Введение

Ионосферные возмущения, вызванные магнитной бурей, приводят к изменению регулярного распределения электронной концентрации, росту поглощения, усилению ионосферных неоднородностей, появлению аномальных сигналов. Всё это, вместе с изменением уровня помех, отрицательно влияет на работу радиоэлектронных систем различного назначения. В этой связи значительный научный и практический интерес представляет проведение исследований распространения КВ-сигналов в различных гелиогеофизических условиях. В докладе представлены результаты исследования воздействия на ионосферный канал слабой магнитной бури и серии магнитосферных суббурь, имевших место 14-17 сентября 2017 г.

Описание эксперимента и гелиогеофизические условия наблюдений

Сентябрь 2017г. интересен с точки зрения влияния солнечной и магнитной активности на распространение КВ-сигналов. Часть материала по событиям сильной магнитной бури, имевшей место 7-8 сентября, направлена на конференцию в Апатиты [1].

В настоящем докладе речь идет об особенностях распространения КВ-сигналов в условиях умеренной магнитной активности в период с 14 по 17 сентября.

Наблюдения проводились на субавроральной трассе Ловозеро (Мурманская обл., 68N, 35E) - Васильсурск (Нижегородская обл., 56.1N,46.1E) и среднеширотной трассе Горьковская (Ленинградская обл., 60.27N, 29.38E) - Васильсурск.

На рис. 1 показана гелиогеофизическая обстановка во время проведения эксперимента [2,3]. В период с 11 по 17 сентября поток протонов на 10 МэВ и 100 МэВ на геосинхронной орбите превышал их пороговые значения, как ответ на рентгеновскую вспышку X8, имевшей место 10 сентября. 14 сентября была слабая магнитная буря с Dstmin = -34 нтл (см. рис. 1а). Наблюдались вариации межпланетного магнитного поля (ММП) по величине и ориентации, южная компонента Bz достигла максимальной отрицательной величины -18 нТл (см. рис. 1б), а скорость солнечного ветра 15-17 сентября достигла максимума около 775 км/с [3]. В этот период наблюдалась серия магнитосферных суббурь, авроральный индекс АЕ достигал значений 600 - 900 нТл (см. рис. 1в). Во время магнитной активности 15 и 16 сентября максимальные значения индекса Kp принимали значения 5-6.

Результаты наблюдений

На рис.2, 3 для трасс Ловозеро - Васильсурск и Горьковская - Васильсурск показан временной ход 1FМНЧ и 1FННЧ для спокойных условий (пунктир, данные усреднены для 03, 23 и 24 сентября) и периода магнитной активности с 14 по 17 сентября (сплошные линии), когда наблюдалось возмущение ионосферы. Как видно из рис. 2, на субавроральной трассе наблюдались существенные вариации временного хода основных параметров ионосферного КВ канала по сравнению со спокойными условиями, в первую очередь, следует отметить существенное снижение 1FМНЧ на 2-3 МГц. Мы полагаем, что этот эффект связан с отрицательной фазой магнитной бури, начавшейся в 13 UT 14.09 (см. рис.1а), развитием серии магнитосферных суббурь 14-17 сентября (см. рис.1б), усилением аврорального электроджета и ростом поглощения. Отрицательная фаза магнитной бури обусловлена изменениями в термосферной циркуляции и молекулярном составе на высотах F-области из-за нагрева термосферы во время геомагнитных возмущений [4].

Отсутствие сигнала с 15 UT 14.09 и практически до 12 UT 15.09, и с 15 UT 15.09 до 7 UT 16.09, и с 16 UT 16.09 до 5 UT 17.09 хорошо коррелирует с сильным поглощением радиоволн в эти периоды по данным риометров в Финляндии [5], обусловленным дополнительной ионизацией в нижней ионосфере при высыпании заряженных частиц из магнитосферы, когда с ростом магнитной активности зона аврорального поглощения смещается на более низкие широты. При этом, первая половина субавроральной трассы проходит через область интенсивного поглощения в интервале широт, соответствующим широтам от Соданкюля (67.4N, 26.6E) до Оулу (65.0N, 25.47E). Как видно из рис.2 развитие магнитосферных суббурь привело к сильной деградации ионосферного КВ канала, вплоть до блэкаута на длительных временных интервалах и существенному сужению диапазона частот прохождения радиоволн f = 1FМНЧ - 1FННЧ.

Рис.1. Гелиогеофизическая обстановка 14-17.09.2017 г. а) - Dst индекс, б) - Bz-компонента ММП, в) - авроральный индекс АЕ

В отличие от субавроральной трассы, на среднеширотной трассе Горьковская - Васильсурск КВ-сигналы, распространяющиеся через F-область, в основном, принимались, но имел место эффект отрицательной фазы магнитной бури (см. рис. 3). Наиболее ярко он проявился 15 и 16 сентября, когда произошло заметное уменьшение 1FМНЧ на 1-2 МГц по сравнению с невозмущенными условиями, а диапазон частот прохождения f сузился с 3-4 МГц до 1-2 МГц.

В этот период значения 1FННЧ практически не изменились по сравнению со спокойными условиями. Таким образом, на среднеширотной трассе влияние умеренной магнитной активности 14-17 сентября проявилось только в верхней ионосфере посредством отрицательной фазы магнитной бури.

Рис.2. Временной ход 1FМНЧ (красный) и 1FННЧ (синий) для возмущенных (сплошные линии) и спокойных (треугольники) дней на субавроральной трассе Ловозеро - Васильсурск.

Рис.3. Временной ход 1FМНЧ (красный) и 1FННЧ (синий) для возмущенных (сплошные линии) и спокойных (треугольники) дней на среднеширотной трассе Горьковская - Васильсурск

С пространственно-временной изменчивостью высыпания заряженных частиц из магнитосферы связано существование спорадических слоев в Е-области полярной ионосферы, оказывающих существенное влияние на распространение радиоволн на авроральных и субавроральных трассах.

На рис. 4 показан временной ход максимальной (МНЧ) и наименьшей (ННЧ) наблюдаемых частот моды Es на субавроральной трассе Ловозеро - Васильсурск для периода активной фазы магнитной бури 14-17 сентября 2017г.

Рис.4. Временной ход EsМНЧ (красный) и EsННЧ (синий) для возмущенных (сплошные линии) и спокойных (треугольники) дней на субавроральной трассе Ловозеро - Васильсурск

В период магнитосферных суббурь развивается интенсивный спорадический слой Es, при этом наблюдается рост EsМНЧ, что особенно проявилось в вечернее время с 15 до 20 UT 14 и 17 сентября, когда увеличение EsМНЧ по сравнению с невозмущенными условиями достигало значений 7-13 МГц.

Как видно из сравнения рис. 3 и рис. 4, в отличие от распространения через F-область, при распространении через слой Es КВ-сигналы, в основном, принимались. Приема сигналов не было только 15 и 16 сентября примерно с 2-3 до 6-7 UT и с 13-14 до 17-19 UT. 17 сентября сигнал принимался в течение всего времени наблюдений, при этом с 18 до 20 UT наблюдался резкий рост EsМНЧ.

Таким образом, во время магнитной бури и серии магнитосферных суббурь, условия распространения КВ-сигналов на субавроральной трассе с отражением от спорадического слоя Es существенно лучше, чем распространение F-модой через верхнюю ионосферу.

Выводы

Отрицательная фаза магнитной бури 14-17 сентября и сопровождающее её усиление поглощения радиоволн оказали негативное влияние на ионосферный КВ канал как на субавроральной, так и на среднеширотной трассах. На субавроральной трассе Ловозеро - Васильсурск при распространении через F-область имел место длительный блэкаут, на среднеширотной трассе произошло уменьшение 1FМНЧ и сокращение диапазона частот прохождения Дf = 1FМНЧ ? 1FННЧ на 1-2 МГц по сравнению с невозмущенными условиями. С другой стороны, при образовании сильных спорадических слоёв Es во время магнитной бури распространение через слой Es оставалось возможным в течение длительного времени. При этом на субавроральной трассе диапазон частот прохождения через спорадический слой Es на 5ч13 МГц превышал диапазон частот прохождения сигналов в невозмущённой ионосфере.

Благодарности

Авторы благодарят всех сотрудников, обеспечивавших работу ЛЧМ передатчиков, благодарят сервисную службу World Data Center for Geomagnetism, Kyoto (Japan) за возможность получения данных по индексам Dst, AE и сервисную службу Space Weather Prediction Center (USA) за возможность получения данных GOES Satellite X-ray и данных АСЕ по параметрам солнечного ветра и межпланетного магнитного поля и сервисную службу Sodankyla Geophysical Observatory (Finland) за возможность получения данных сети риометров по поглощению радиоволн.

Работа выполнена при финансовой поддержке базовой части Госзадания Минобрнауки РФ (шифр 3.7939.2017/8.9).

ЛИТЕРАТУРА

1.Урядов В.П., Выборнов Ф.И., Першин А.В. Влияние солнечной и магнитной активности на ионосферный КВ канал по данным наклонного зондирования в сентябре 2017 г. // 42 Annual Seminar «Physics Auroral Phenomena». Apatity, 11-15 March 2019.

2.World Data Center for Geomagnetism, wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp, 06.02.2019 г

3.Space Weather Prediction Center (SWPC), www.swpc.noaa.gov, 06.02.2019 г.

4.Данилов А.Д. Реакция области F на геомагнитные возмущения // Гелиогеофизические исследования, 2013, Вып. 5. С. 1-33.

5.Sodankylд Geophysical Observatory, www.sgo.fi, 06.02.2019 г.

REFERENCES

1.Uryadov V.P., Vybornov F.I., Pershin A.V. Influence of solar and magnetic activity on ionospheric HF channel according to oblique sounding in September 2017. // 42 Annual Seminar «Physics Auroral Phenomena». Apatity, 11-15 March 2019.

2.World Data Center for Geomagnetism, wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp, 06.02.2019 г.

3.Space Weather Prediction Center (SWPC), www.swpc.noaa.gov, 06.02.2019 г.

4.Danilov A.D. Reaction of the F-region to geomagnetic disturbances // Geliogeophysical researches, 2013, Issue 5. Pp. 1-33.

5.Sodankylд Geophysical Observatory, www.sgo.fi, 06.02.2019 г.

Размещено на Allbest.ru