Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 192-202
Первый опыт оценки ионного состава над ионосферой по данным о частотной структуре излучения ИАР
А.С. Потапов
1 , Т.Н. Полюшкина
1 , А.В. Ойнац
1 , А.Ю. Пашинин
1 , Т. Райта
2 , Б. Цэгмэд
3 1 Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
2 Геофизическая обсерватория Соданкюля, Соданкюля, Финляндия
3 Институт астрономии и геофизики МАН, Улан-Батор, Монголия
Одобрена к печати: 26.02.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-192-202
В работе на примере анализа спектрограмм эмиссий ионосферного альвеновского резонатора (ИАР), построенных по наблюдениям обсерваторий в средних широтах (Монды, Восточная Сибирь) и в авроральной зоне (Соданкюля, Финляндия), показаны возможности получения информации об ионном составе на высотах от 2000 до 6000 км. Анализ выполнялся на основе сопоставления измеренных на спектрограммах разностей частот соседних гармоник излучения ∆f с характеристиками резонатора, вычисленными на основе модели IRI-2012, экстраполированной до высоты 10000 км. Путем подбора коэффициентов в формулах экстраполяции высотных профилей ионов для достижения минимальной невязки между измеренной ∆f и ее оценкой, вычисленной на основе модели, находились профили ионного состава в области выше предельной высоты модели IRI-2012, т.е, выше 2000 км. В результате получены графики высотных профилей содержания и абсолютной концентрации трех типов ионов: кислорода, водорода и гелия; прослежены изменения вычисленных профилей при переходе от дневного времени к ночному. Сравнение результатов, полученных для средних и высоких широт, показало их значительное различие. Так, если над обс. Монды относительное содержание ионов кислорода близко к нулю во всем исследуемом диапазоне высот, то на высоких широтах в ранние вечерние часы оно снижается от более 70% на высоте 2000 км до 20% на высоте 4000 км, при этом медленно убывая с приближением к ночи.
Ключевые слова: ионосфера, модель IRI-2012, ионосферный альвеновский резонатор, высотный профиль содержания ионов
Полный текстСписок литературы:
- Беляев П.П., Поляков С.В., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. Обнаружение резонансной структуры спектра атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций // Докл. АН СССР. 1987. Т. 297. С. 840–843.
- Беляев П.П., Поляков С.В., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. Теория формирования резонансной структуры атмосферного электромагнитного шумового фона в диапазоне короткопериодных геомагнитных пульсаций // Изв. вузов. Радиофизика. 1989. Т. 32. № 7. С. 802–810.
- Полюшкина Т.Н., Довбня Б.В., Потапов А.С., Цэгмэд Б., Рахматулин Р.А. Частотная структура спектральных полос ионосферного альвеновского резонатора и параметры ионосферы // Геофизические исследования. 2015. Т. 16. № 2. С. 39–57.
- Поляков С.В., Рапопорт В.О. Ионосферный альвеновский резонатор // Геомагнетизм и аэрономия. 1981. Т. 21. С. 610–614.
- Хабитуев Д.С., Шпынев Б.Г. Вариации высоты перехода О+/Н+ над восточной Сибирью по данным Иркутского радара НР и ПЭС GPS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 1. С. 107–117.
- Belyaev P.P., Polyakov S.V., Rapoport V.O., Trakhtengerts V.Y. The ionospheric Alfvén resonator // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1990. Vol. 52(9). P. 781–788.
- Demekhov A.G., Belyaev P.P., Isaev S.V., Manninen J., Turunen T., Kangas J. Modeling the diurnal evolution of the resonance spectral structure of the atmospheric noise background in the Pc1 frequency range // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2000. Vol. 62. P. 257–265. Doi: 10.1016/S1364-6826(99)00119-4.
- González S.A., Sulzer M.P., Nicolls M.J., Kerr R.B. Solar cycle variability of nighttime topside helium ion concentrations over Arecibo // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. A07302. Doi:10.1029/2003JA010100.
- Hebden S.R., Robinson T.R., Wright D.M., Yeoman T., Raita T., Bösinger T. A quantitative analysis of the diurnal evolution of ionospheric Alfvén resonator magnetic resonance features and calculation of changing IAR parameters // Ann. Geophys. 2005. Vol. 23. P. 1711–1721.
- Heelis R.A., Coley W.R., Burrell A.G., Hairston M.R., Earle G.D., Perdue M.D., Power R.A., Harmon L.L., Holt B.J., Lippincott C.R. // Geophys. Res. Lett. 2009. Vol. 36. L00C03. Doi:10.1029/2009GL038652.
- Lysak R.L. Magnetosphere-ionosphere coupling by Alfvén waves at midlatitudes // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. A07201. Doi:10.1029/2004JA010454.
- Lysak R.L., Yoshikawa A. Resonant cavities and waveguides in the ionosphere and atmosphere, in Magnetospheric ULF Waves // Geophys. Monogr. Ser. Vol. 169 / Ed. K. Takahashi et al. AGU, Washington, D. C., 2006. P.289–306.
- Potapov A.S., Polyushkina T.N., Dovbnya B.V., Tsegmed B., Rakhmatulin R.A. Emissions of ionospheric Alfvén resonator and ionospheric conditions // J. Atmosph. Solar Terr. Phys. 2014a. Vol. 119. P. 91–101. Doi: 10.1016/j.jastp.2014.07.001.
- Potapov A.S., Polyushkina T.N., Dovbnya B.V., Tsegmed B., Rakhmatulin R.A., Podlesnyi A.V. Frequency structure of IAR spectral bands and parameters of middle and upper ionosphere // Proceedings of General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS). 2014b. XXXIth URSI. P. 1–4. 16–23 Aug. 2014. Doi: 10.1109/URSIGASS.2014.6929785.
- Potapov A.S., Polyushkina T.N., Dovbnya B.V. Use of the International Reference Ionosphere 2012 model to calculate emission frequency scale of the ionospheric Alfvén resonator // J. Space Weather Space Clim. 2015a. Vol. 5. A14. Doi: 10.1051/swsc/2015018.
- Potapov A.S., Polyushkina T. N., Oinats A.V., Raita T., Tsegmed B. Adaptation of IRI-2012 model for estimation of IAR harmonic structure // PIERS Proceedings. 2015b. July 6–9, Prague, 2015b. P. 2012–2016.
- Truhlik V., Bilitza D., Třiskova L. Towards better description of solar activity variation in the International Reference Ionosphere topside ion composition model // Adv. Space Res. 2015. Vol. 55. P. 2099–2105. Doi:10.1016/j.asr.2014.07.033.
- Yahnin A.G., Semenova N.V., Ostapenko A.A., Kangas J., Manninen J., Turunen T. Morphology of the spectral resonance structure of the electromagnetic background noise in the range of 0.1–4 Hz at L = 5.2 // Ann. Geophys. 2003. Vol. 21. P. 779–786.