Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 204-215
Пространственные вариации параметров ионосферы северного полушария над зимними струйными течениями
Б.Г. Шпынев
1 , М.А. Черниговская
1 , В.И. Куркин
1 , К.Г. Ратовский
1 , А.Ю. Белинская
2 , А.Е. Степанов
3 , В.В. Бычков
4 , С.А. Григорьева
5 , В.А. Панченко
6 , Н.А. Коренькова
7 , В.С. Лещенко
7 , Й. Мелич
8 1 Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
2 Геофизическая служба СО РАН, Алтае-Саянский филиал, Новосибирск, Россия
3 Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН, Якутск, Россия
4 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Паратунка, Россия
5 Институт геофизики УрО РАН, Екатеринбург, Россия
6 Институт земного магнетизма и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Москва, Россия
7 КФ Института земного магнетизма и распространения радиоволн РАН, Калининград, Россия
8 Институт атмосферной физики им. Лейбница, Кюлунгсборн, Германия
Одобрена к печати: 27.08.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-5-204-215
Выполнен анализ влияния динамических процессов в нейтральной атмосфере на среднеширотную и субполярную ионосферу во время развития зимних струйных течений на высотах стратосферы и нижней мезосферы в северном полушарии в 2008–2013 гг. Для исследования динамики струйных течений использовались данные реанализа ECMWF Era Interim. Анализ глобального отклика ионосферы на стратосферную динамику проводился на основе данных цепочки ионозондов, расположенных в диапазоне широт 50–60° с.ш. в долготном секторе 0–158° в.д. через 15–20° по долготе и охватывающих весь Евразийский континент. По данным распределенной цепочки ионозондов выявлены региональные особенности реакции ионосферы на высотах F2-слоя, связанные с развитием и трансформацией в течение зимы циркумполярного вихря на высотах страто-мезосферы. Основным механизмом воздействия снизу на ионосферу средних и субполярных широт рассматривалось изменение концентрации молекулярного газа в нижней термосфере. Нерегулярные вариации параметров ионосферы также могли быть вызваны волновыми возмущениями различных пространственно-временных масштабов (в том числе, внутренними гравитационными волнами), распространяющимися в термосферу из нижележащей атмосферы. Источник генерации среднемасштабных волн на высотах страто-мезосферы связан с развитием неустойчивостей в пространственно неоднородном, высокоскоростном зимнем струйном течении. Отмечено существенное повышение волновой активности на высотах страто-мезосферы с ноября по февраль для всех анализируемых лет. Вариации ионосферных параметров, наблюдавшиеся на разных долготах северного полушария, существенно зависели от положения ионозондов относительно преобладающего зимнего струйного течения в страто-мезосфере. Разница в значениях критических частот для ионозондов, разнесенных по долготе всего на 15–20 градусов, могла достигать 1,5–2 МГц в зависимости от расположения пункта наблюдения под струйным течением или вне его, т.е. проявлялся так называемый долготный эффект.
Ключевые слова: средняя и верхняя атмосфера, ионосфера, взаимодействие слоев атмосферы, волновые возмущения
Полный текстСписок литературы:
- Педлоски Дж. Геофизическая гидродинамика: в 2 т. М.: Мир, 1984.
- Черниговская М.А., Сутырина Е.Н., Ратовский К.Г. Метеорологические эффекты ионосферной возмущенности над Иркутском по данным вертикального радиозондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 2. С. 264–274.
- Шпынев Б.Г., Панчева Д., Мухтаров П., Куркин В.И., Ратовский К.Г., Черниговская М.А., Белинская А.Ю., Степанов А.Е. 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.
- Abatzoglou J.T., Magnusdottir G. Wave breaking along the stratospheric polar vortex as seen in ERA-40 data // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. P. L08812. DOI:10.1029/2007GL029509.
- Bessarab F.S., Korenkov Yu.N., Klimenko M.V., Klimenko V.V., Karpov I.V., Ratovsky K.G., Chernigovskaya M.A., Shcherbakov A.A. Modeling the effect of Sudden Stratospheric Warming within the thermosphere-ionosphere system // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2012. Vol. 90–91. P. 77–85.
- Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2015. Vol. 136. P. 235–243.
- Danilov A.D. Long-term trends of foF2 independent on geomagnetic activity // Ann. Geophys. 2003. Vol. 21. No. 5. P. 1167–1176.
- Dee D.P., Uppala S.M., Simmons A.J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., Balmaseda M.A., Balsamo G., Bauer P., Bechtold P., Beljaars A.C.M., van de Berg L., Bidlot J., Bormann N., Delsol C., Dragani R., Fuentes M., Geer A.J., Haimberger L., Healy S.B., Hersbach H., Hólm E.V., Isaksen L., Kållberg P., Köhler M., Matricardi M., McNally A.P., Monge-Sanz B.M., Morcrette J.-J., Park B.-K., Peubey C., de Rosnay P., Tavolato C., Thépaut J.-N., Vitart F. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system // Q.J.R. Meteorol. Soc. 2011. Vol. 137. P. 553–597.
- Gardner C.S, Liu A.Z. Wave-induced transport of atmospheric constituents and its effect on the mesospheric Na layer // J. Geophys. Res. 2010. Vol. 115. P. D20302. DOI:10.1029/2010JD014140.
- Goncharenko L., Chau J.L., Condor P., Coster A., Benkevitch L. Ionospheric effects of sudden stratospheric warming during moderate-to-high solar activity: Case study of January 2013 // Geophys. Res. Lett. 2013. Vol. 40. P. 1–5.
- Goncharenko L.P., Chau J.L., Liu H.-L., Coster A.J. Unexpected connection between the stratosphere and ionosphere // Geophys. Res. Lett. 2010. Vol. 37. P. L10101. DOI:10.1029/2010GL043125.
- Laštovička J. Forcing of the ionosphere by waves from below // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2006. Vol. 68. Р. 479–497.
- Laštovička J. Global pattern of trends in the upper atmosphere and ionosphere: Recent progress // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2009. Vol. 71. No. 14–15. P. 1514–1528.
- Liou K., Newell P.T., Anderson B.J., Zanetti L., Meng C.-I. Neutral composition effects on ionospheric storms at middle and low latitudes // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. P. A05309. DOI:10.1029/2004JA010840.
- Liu H.-L., Richmond A.D. Attribution of ionospheric vertical plasma drift perturbations to large-scale waves and the dependence on solar activity // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2013. Vol. 118. P. 2452–2465.
- Matsuno T. A dynamical model of the stratospheric sudden warming // J. Atmos. Sci. 1971. Vol. 28. P. 1479–1494.
- Maute A., Richmond A.D., Roble R.G. Sources of low-latitude ionospheric ExB drifts and their variability // J. Geophys. Res., 2012. Vol. 117. A06312. DOI:10.1029/2011JA017502.
- Mukhtarov P., Pancheva D. Global ionospheric response to nonmigrating DE3 and DE2 tides forced from below // J. Geophys. Res.: Space Physics (1978-2012). 2011. Vol. 116. A05323. DOI:10.1029/2010JA016099.
- Pancheva D., Mukhtarov P. Strong evidence for the tidal control on the longitudinal structure of the ionospheric F-region // Geophys. Res. Lett. 2010. Vol. 37. L14105. DOI:10.1029/2010GL044039.
- Pancheva D., Mukhtarov P., Andonov B., Mitchell N.J., Forbes J. Planetary waves observed by TIMED/SABER in coupling the stratosphere-mesosphere-lower thermosphere during the winter of 2003/2004: Part 2 – Altitude and latitude planetary wave structures // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2009. V. 71. No. 1. P. 75–87.
- Pedatella N.M., Liu H.-L. The influence of atmospheric tide and planetary wave variability during sudden stratosphere warmings on the low latitude ionosphere // J. Geophys. Res.: Space Physics. 2013. Vol. 118. P. 5333–5347.
- Pogoreltsev A.I., Vlasov A.A., Fröhlich K., Jacobi Ch. Planetary waves in coupling the lower and upper atmosphere // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2007. Vol. 69. P. 2083–2101. DOI:10.1016/j.jastp.2007.05.014.
- Polyakova A.S., Chernigovskaya M.A., Perevalova N.P. Ionospheric effects of sudden stratospheric warmings in eastern Siberia region // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2014. Vol. 120. P. 15–23.
- Prölss G.W., Werner S. Vibrationally excited nitrogen and oxygen and the origin of negative ionospheric storms // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107. No. A2. P. 1016. DOI:10.1029/2001JA900126.
- Rishbeth H. F-regon links with the low atmosphere? // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2006. Vol. 68. Р. 469–478.
- Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2015. Vol. 136. P. 201–215.
- 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. 2015. Vol. 67:18. DOI:10.1186/s40623-015-0187-1.
- Vincent R.A. Gravity wave coupling from below: A review // Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES): Selected Papers from the 2007 Kyoto Symposium. Tokyo: TERRAPUB, 2009. Р. 279–293.
- Yiğit E., Medvedev A.S. Internal waves coupling processes in Earth's atmosphere // Adv. Space Res. 2015. Vol. 55. P. 983–1003.