Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 295-307
Ионосферная изменчивость над Европой зимой по данным ионозондов и GPS/ГЛОНАСС
М.А. Черниговская
1 , Б.Г. Шпынев
1 , А.С. Ясюкевич
1 , А.А. Мыльникова
1 , Д.С. Хабитуев
1 , П. Коуцка Книжова
2 , Д. Коуба
2 , Й. Мелич
3 , А. Козловский
4 1 Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
2 Институт физики атмосферы ЧАН, Прага, Чешская Республика
3 Институт атмосферной физики им. Лейбница, Кюлунгсборн, Германия
4 Географическая обсерватория Соданкюля, Оулу, Финляндия
Одобрена к печати: 28.05.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-4-295-307
Выполнено исследование широтной зависимости ионосферной изменчивости от конфигурации и параметров высокоскоростного струйного течения, ассоциированного с зимним циркумполярным вихрем на высотах страто-мезосферы, над средне- и высокоширотным регионами Европы в зимние месяцы (с декабря по февраль) в условиях низкой гелио-геомагнитной активности в 2007–2010 гг. Данные о значениях критической частоты, высоты максимума F2-слоя ионосферы и минимальной частоты отражения получены на основе измерений на меридиональной цепи ионозондов DPS-4 в Риме, Пругонице, Юлиусру, Соданкюля. Данные полного электронного содержания получены по измерениям на сети двухчастотных фазовых приёмников GPS/ГЛОНАСС, расположенных в диапазоне широт 40–70° с. ш. и в долготном секторе 10–30° в. д. Расчёт вертикального ПЭС из исходных рядов проводился на основе разработанной модели «абсолютного» полного электронного содержания с учётом дифференциальных кодовых задержек. Для исследования динамики зимних страто-мезосферных струйных течений в северном полушарии использовались данные реанализа ECMWF ERA-Interim. Отмечено существенное повышение волновой активности на высотах страто-мезосферы с ноября по февраль для всех анализируемых лет. Для анализа взаимозависимости ионосферной изменчивости и динамики страто-мезосферы рассматривались кросс-корреляционные функции межсуточной изменчивости параметров ионосферы (по данным ионозондов и GPS/ГЛОНАСС) и скоростей зонального и меридионального ветра в нижней мезосфере (~50 км) по данным реанализа ECMWF ERA-Interim. Выявлена зависимость вариаций ионосферных параметров, наблюдавшихся на разных широтах северного полушария, от положения станций относительно зимнего струйного течения в страто-мезосфере.
Ключевые слова: слова: средняя и верхняя атмосфера, ионосфера, взаимодействие слоёв атмосферы, волновые возмущения, ПЭС, GPS, ГЛОНАСС
Полный текстСписок литературы:
- Шпынев Б. Г., Ойнац А. В., Черниговская М. А., Орлов И. И., Белинская А. Ю., Грехов О. М. Проявление гравитационных приливов и планетарных волн в долгопериодных вариациях геофизических параметров // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 4. С. 540–552. DOI: 10.7868/S0016794014040166.
- Шпынев Б. Г., Черниговская М. А., Куркин В. И., Ратовский К. Г., Белинская А. Ю., Степанов А. Е., Бычков В. В., Григорьева С. А., Панченко В. А., Коренькова Н. А., Лещенко В. С., Мелич Й. (2016а) Пространственные вариации параметров ионосферы северного полушария над зимними струйными течениями // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 204–215. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-5-204-215.
- Шпынев Б. Г., Черниговская М. А., Хабитуев Д. С. (2016б) Спектральные характеристики атмосферных волн, генерируемых зимним стратосферным струйным течением северного полушария // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 120–131. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-120-131.
- Ясюкевич А. С., Черниговская М. А., Мыльникова А. А., Шпынев Б. Г., Хабитуев Д. С. Сезонные вариации ионосферной возмущенности в различных гелио-геомагнитных условиях по данным GPS/ГЛОНАСС над регионами Восточной Сибири и Дальнего Востока // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 4. С. 249–262. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-4-249-262.
- Chernigovskaya M. A., Shpynev B. G., Ratovsky K. G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 136. P. 235–243. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.006.
- Chernigovskaya M. A., Shpynev B. G., Ratovsky K. G., Belinskaya A. Yu., Stepanov A. E., Bychkov V. V., Grigorieva S. A., Panchenko V. A., Korenkova N. A., Mielich J. Ionospheric Response to Winter Stratosphere/Lower Mesosphere Jet Stream in the Northern Hemisphere as Derived from Vertical Radio Sounding Data // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2017. DOI: 10.1016/j.jastp.2017.08.033.
- 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 // Quarterly J. Royal Meteorological Society. 2011. V. 137. P. 553–597. DOI: 10.1002/qj.828.
- Dow J. M., Neilan R. E., Rizos C. The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems // J. Geodesy. 2009. V. 83. P. 191–198. DOI: 10.1007/s00190-008-0300-3.
- Goncharenko L. P., Hsu V. W., Brum C. G. M., Zhang S.-R., Fentzke J. T. Wave signatures in the midlatitude ionosphere during a sudden stratospheric warming of January 2010 // J. Geophysical Research. Space Physics. 2013. V. 118. P. 1–16. DOI: 10.1029/2012JA018251.
- Hoffmann P., Jacobi Ch., Borries C. Possible planetary wave coupling between the stratosphere and ionosphere by gravity wave modulation // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2012. V. 75–76. P. 71–80. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.07.008.
- Hunsucker R. D., Hargreaves J. K. The High-Latitude Ionosphere and Its Effects on Radio Propagation. N. Y.: Cambridge University Press, 2003. 617 p.
- Koucká Knížová P., Mošna Z., Kouba D., Potužníková K., Boška J. Influence of meteorological systems on the ionosphere over Europe // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 136. P. 244–250. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.017.
- Lieberman R. S., Riggin D. M., Ortland D. A., Oberheide J., Siskind D. E. Global observations and modeling of nonmigrating diurnal tides generated by tide-planetary wave interactions // J. Geophysical Research. Atmosphere. 2015. V. 120. P. 11419–11437. DOI: 10.1002/2015JD023739.
- Medvedeva I., Ratovsky K. Studying atmospheric and ionospheric variabilities fromlong-termspectrometric and radio sounding measurements // J. Geophysical Research. Space Physics. 2015. V. 120. P. 5151–5159. DOI: 10.1002/2015JA021289.
- Medvedev A. V., Ratovsky K. G., Tolstikov M. V., Alsatkin S. S., Scherbakov A. A. Studying of the spatial-temporal structure of wavelike ionospheric disturbances on the base of Irkutsk incoherent scatter radar and Digisonde data // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2013. V. 105–106. P. 350–357. DOI: 10.1016/j.jastp.2013.09.001.
- Pancheva D. Evidence for Nonlinear Interaction Between Quasi-2-Day Wave and Long-Period Oscillations in the Lower Thermosphere above Bulgaria // Comptes Rendus de l’Academie Bulgare des Sciences. 2001. V. 54. No. 2. P. 39–44.
- Pancheva D., Mukhtarov P. Strong evidence for the tidal control on the longitudinal structure of the ionospheric F-region // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. P. L14105. DOI: 10.1029/2010GL044039.
- Pancheva D. V., Mukhtarov P. J., Mitchell N. J., Fritts C. D., Riggin M. D., Takahashi H., Batista P. P., Clemesha B. R., Gurubaran S., Ramkumar G. Planetary wave coupling (5–6-day waves) in the low-latitude atmosphere-ionosphere system // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2008. V. 70. P. 101–122. DOI: 10.1016/j.jastp.2007.10.003.
- Pedatella N. M., Forbes J. M. Evidence for stratosphere sudden warming–ionosphere coupling due to vertically propagating tides // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37. P. L11104. DOI: 10.1029/2010GL043560.
- Polyakova A. S., Chernigovskaya M. A., Perevalova N. P. Ionospheric effects of sudden stratospheric warmings in eastern Siberia region // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2014. V. 120. P. 15–23. DOI: 10.1016/j.jastp.2014.08.011.
- Shpynev B. G., Churilov S. M., Chernigovskaya M. A. (2015а) Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 136. P. 201–215. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.005.
- 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. (2015b) High-midlatitude ionosphere response to major stratospheric warming // Earth, Planets and Space. 2015. V. 67. P. 18. DOI: 10.1186/s40623-015-0187-1.
- Yasyukevich Yu. V., Mylnikova A. A., Polyakova A. S. Estimating the total electron content absolute value from the GPS/GLONASS data // Results in Physics. 2015. V. 5. P. 32–33. DOI: 10.1016/j.rinp.2014.12.006.
- Yasyukevich A. S., Chernigovskaya M. A., Mylnikova A. A., Shpynev B. G., Khabituev D. S. Seasonal and helio-geomagnetic activity pattern of the ionospheric variability over Russia’s Eastern Siberia and Far East region from the GPS/GLONASS data // 2017 Progress in Electromagnetics Research Symposium ― Spring (PIERS). St. Petersburg. 2017. Р. 2015–2022. DOI: 10.1109/PIERS.2017.8262081.
- Zolotukhina N., Polekh N., Pirog O. Variability of the ionosphere over Irkutsk at low solar activity // Advances in Space Research. 2011. V. 48. No. 10. P. 1606–1612. DOI: 10.1016/j.asr.2011.08.006.
- Yiğit E., Medvedev A. S. Internal waves coupling processes in Earth’s atmosphere // Advances in Space Research. 2015. V. 55. P. 983–1003. DOI: 10.1016/j.asr.2014.11.020.