Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 18. № 1. С. 229-240

О возможности детектирования локальных особенностей зоны главного ионосферного провала по данным навигационных спутниковых систем

В.М. Смирнов 1 , Е.В. Смирнова 1 
1 Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал, Фрязино, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 26.01.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-229-240
Настоящая работа посвящена демонстрации возможности применения метода радиопросвечивания ионосферы Земли сигналами навигационных спутниковых систем для исследования особенностей состояния субавроральной ионосферы в главном ионосферном провале, которые проявились в аномальном положении плазмопаузы и снижении электронной концентрации. Аномалия была обнаружена при обработке экспериментального материала, полученного в ходе непрерывного мониторинга состояния ионосферы, осуществляемого с помощью аппаратно-программного комплекса, работающего по данным среднеорбитальных навигационных спутниковых систем GPS и ГЛОНАСС. Полученный эффект в виде резкого уменьшения электронной концентрации в F2-слое ионосферы наблюдался на широтах 57–59° и в двух долготных секторах, примерно 25–35° и 40–50° в. д. Обнаруженная зона локального снижения электронной концентрации наблюдалась внутри главного ионосферного провала по данным всех спутников, траектории подыоносферных точек для которых находились на широтах 57–59° в утренние, вечерние и ночные часы. Ширина зоны в утреннее время суток составила около 0,9°, в вечернее — около 0,5°. При этом наблюдалось уменьшение электронной концентрации более чем в 6 раз в утреннее время и в 4 раза — в вечернее. Ширина главного ионосферного провала составила в данном случае около 8°.
Ключевые слова: ионосфера, электронная концентрация, навигационные системы, авроральная зона, главный ионосферный провал, аппаратно-программный комплекс, радиопросвечивание
Полный текст

Список литературы:

  1. Андреева Е. С., Галинов А. В., Куницын В. Е., Мельниченко Ю. А., Терещенко Е. Д., Филимонов М. А., Черняков С. М. Радиотомографическая реконструкция провала ионизации околоземной плазмы // Письма в Журн. эксперим. и теорет. физики. 1990. Т. 52. № 3. С. 783–785.
  2. Бенькова Н. П., Козлов Е. Ф., Коченова Н. А., Саморокин Н. И., Флигель М. Д. Структура и динамика субавроральной ионосферы. М.: Наука, 1993. 144 с.
  3. Беспрозванная А. С. Планетарное распределение ночной ионизации в максимуме слоя F2 по данным наземного зондирования ионосферы // Тр. Аркт. и антаркт. научно-исследоват. ин-та. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. Т. 322. С. 195–197.
  4. Благовещенский Д. В., Жеребцов Г. В. Высокоширотные геофизические явления и прогнозирование коротковолновых радиоканалов. М.: Наука, 1987. 271 с.
  5. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.
  6. Гальперин Ю. И., Сивцева Л. Д., Филиппов В. М., Халипов В. Л. Субавроральная верхняя ионосфера. Новосибирск: Наука. СО РАН, 1990. 192 с.
  7. Деминов М. Г., Шубин В. Н. Динамика субавроральной ионосферы в возмущенных условиях // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. № 3. С. 398–403.
  8. Жеребцов Г. А., Мизун Ю. Г., Мингалев В. С. Физические процессы в полярной ионосфере. М.: Наука, 1988. 232 с.
  9. Индюков А. Е., Климов Н. Н., Васильев Г. В., Флигель М. Д. О положении главного ионосферного провала по данным внешнего зондирования // Высокоширотная ионосфера и магнитосферно-ионосферные связи: сб. науч. тр. Апатиты: Кольский филиал АН СССР, 1986. С. 67–71.
  10. Карпачев А. Т. Зависимость формы ГИП от долготы, высоты, сезона, местного времени, солнечной и магнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. Т. 43. № 2. С. 256–269.
  11. Карпачев А. Т. Крупномасштабная структура плазмы верхней ионосферы по данным спутниковых наблюдений // Энциклопедия низкотемпературной плазмы / под ред. В. Е. Фортова. М.: Янус-К, 2008. Сер. Б. Ч. 3. С. 381–446.
  12. Карпачев А. Т. Афонин В. В. Зависимость вероятности наблюдения ионосферных провалов от сезона, местного времени, долготы и уровня магнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т. 38. № 3. С. 79–91.
  13. Куркин В. И., Пономарчук С. Н., Смирнов В. Ф. О влиянии главного ионосферного провала на характеристики КВ-сигналов на трассах наклонного зондирования // Солнечно-земная физика. 2004. Вып. 5. С. 124–127.
  14. Мизун Ю. Г. Полярная ионосфера. Л.: Наука, 1980. 214 с.
  15. Портнягина О. Ю., Полех Н. М. Влияние положения главного ионосферного провала на характеристики КВ-радиоволн на трассе Норильск – Иркутск // Российская науч. конф. «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой»: сб. докл. 6–10 сент. 2010. Улан-Удэ. 2010. С. 302–311.
  16. Ружин Ю. Я., Парро М., Смирнов В. М., Депуев В. Х. Аномалия положения плазмопаузы и ионосферного провала по данным спутника DEMETER // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 6. С. 780–788.
  17. Смирнов В. М. Метод мониторинга ионосферы Земли на основе использования навигационных спутниковых систем: дис. … д-ра физ.-мат. наук. М.: ИРЭ РАН, 2007. 299 с.
  18. Смирнов В. М., Смирнова Е. В. Модуль ионосферного обеспечения на базе спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС // Журн. радиоэлектроники. 2010. № 6. 16 с. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun10/3/text.pdf.
  19. Смирнов В. М., Тынянкин С. И. Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления. Патент РФ 2421753. Рег. 20.06.2011.
  20. Смирнова Е. В., Смирнов В. М., Скобелкин В. Н., Тынянкин С. И., Мальковский А. П. Аппаратно-программный комплекс для мониторинга состояния ионосферы в режиме реального времени // Гелиогеофиз. исслед. 2013. Вып. 4. С. 32–38.
  21. Тащилин А. В. Формирование крупномасштабной структуры ионосферы в спокойных и возмущенных условиях: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2014, 265 с.
  22. Трошичев О. А. Ионосферно-магнитные возмущения в высоких широтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
  23. Туманова Ю. С., Андреева Е. С., Нестеров И. А. Наблюдения ионосферного провала над Европой при разных уровнях геомагнитной возмущенности по данным радиотомографии // Ученые записки физ. фак. 2016. № 3. С. 163906.
  24. Шаповалова Ю. А., Намгаладзе А. А., Намгаладзе А. Н., Худукон Б. З. Расслоение главного ионосферного провала как эффект несовпадения географической и геомагнитной осей Земли // Вестн. Мурманского гос. техн. ун-та. 2003. Т. 6. № 1. С. 171–177.
  25. Aa E., Zou S., Erickson P. J., Zhang S.-R., Liu S. Statistical analysis of the main ionospheric trough using Swarm in situ measurements // J. Geophysical Research: Space Physics. 2020. V. 125. Iss. 3. Art. No. e2019JA027583. 17 p. URL: https://doi.org/10.1029/2019JA027583.
  26. Ahmed M., Sagalyn R. C., Wildman P. J.L., Burke W. J. Topside Ionospheric Trough Morphology: Occurrence Frequency and Diurnal, Seasonal, and Altitude Variations // J. Geophysical Research. 1979. V. 84. No. A2. P. 498–498.
  27. Bates H. F., Belon A. E., Hansucker R. D. Aurora and the poleward edge of the main ionospheric trough // J. Geophysical Research. 1973. V. 78. No. 4. P. 648–658.
  28. Chappell C. R. The terrestrial plasma source: A new perspective in solarterrestrial processes from Dynamics Explorer // Reviews of Geophysics. 1988. V. 26. No. 6. P. 229–248.
  29. Ciraolo L., Spalla P. Preliminary study of the latitudinal dependence of TEC // Advances in Space Research. 1998. V. 22. No. 6. P. 807–810.
  30. He M., Liu L., Wan W., Zhao B. A study on the nighttime midlatitude ionospheric trough // J. Geophysical Research. 2011. V. 116. Iss. A5. Art. No. A05315. 11 p. DOI: 10.1029/2010JA016252.
  31. Karpachev A. T., Klimenko M. V., Klimenko V. V., Pustovalova L. V. Empirical model of the main ionospheric trough for the nighttime winter conditions // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2016. V. 146. P. 149–159. URL: https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.05.008.
  32. Kersley L., Pryse S. E., Walker I. K., Heaton J. A. T., Mitchell C. N., Williams M. J., Willson C. A. Imaging of electron density troughs by tomographic techniques // Radio Science. 1997. V. 32. P. 1607–1621.
  33. Krankowski A., Shagimuratov I. I., Ephishov I. I., Krypiak-Gregorczyk A., Yakimova G. The occurrence of the midlatitude ionospheric trough in GPS-TEC measurements // Advances in Space Research. 2009. V. 43. P. 1721–1731.
  34. Kunitsyn V. E., Tereshchenko E. D., Andreeva E. S. Khudukon B. Z., Melnichenko Y. A. Radiotomographic investigations of ionospheric structures at auroral and middle latitudes // Annales Geophysicae. 1995. V. 13. P. 1351–1359.
  35. Liu Y., Xiong C. Morphology evolution of the mid‐latitude ionospheric trough in nighttime under geomagnetic quiet conditions // J. Geophysical Research: Space Physics. 2020. V. 125. Iss. 8. Art. No. e2019JA027361. 14 p. URL: https://doi.org/10.1029/2019JA027361.
  36. Mitchell C. N., Spencer P. S. J. A three-dimensional timedependent algorithm for ionospheric imaging using GPS // Annales Geophysicae. 2003. V. 46. P. 687–696. URL: https://doi.org/10.4401/ag-4373.
  37. Moffett R. J., Quegan S. The Mid-Latitude through in the Electron Concentration of the Ionospheric F-Layer: A Review of Observations and Modelling // J. Atmospheric and Terrestrial Physics. 1983. V. 45. P. 315–343. URL: https://doi.org/10.1016/S0021-9169(83)80038-5.
  38. Muldrew D. B. F-layer ionization troughs deduced from Alouette data // J. Geophysical Research. 1965. V. 70. No. 11. P. 2635–2650.
  39. Natali M. P., Castaño J. M., Meza A. The northern and southern mid-latitude ionospheric trough using global IGS vTEC maps // Advances in Space Research. 2020. V. 65. Iss. 9. P. 2119–2130.
  40. Parker J. A. D., Pryse S. E., Jackson-Booth N., Buckland R. A. Modelling the main ionospheric trough using the Electron Density Assimilative Model (EDAM) with assimilated GPS TEC // Annals of Geophysics. 2018. V. 36. P. 125–138. URL: https://doi.org/10.5194/angeo-36-125-2018.
  41. Perevalova N. P., Romanova E. B., Tashchilin A. V. Detection of high-latitude ionospheric structures using GNSS // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2020. V. 207. Art. No. 105335. 14 p. URL: https://doi.org/10.1016/j.jastp.2020.105335.
  42. Pryse S. E., Kersley L., Rice D. L., Russell C. D., Walker I. K. Tomographic imaging of the ionospheric mid-latitude trough // Annales Geophysicae. 1993. V. 11. P. 144–149.
  43. Pryse S. E., Kersley L., Malan D., Bishop G. J. Parameterization of the main ionospheric trough in the European sector // Radio Science. 2006. V. 41. Iss. 5. Art. No. RS5S14. 9 p. DOI: 10.1029/2005RS003364.
  44. Shagimuratov I. I., Chernouss S. A., Yakimova G. A., Efishov I. I., Filatov M. V. Occurrence of the main ionospheric trough in GPS/GLONASS TEC measurements // Physics of Auroral Phenomena: Proc. XLI Annual Seminar. Apatity, 2018. P. 114–117. DOI: 10.25702/KSC.2588-0039.2018.41.114-117.
  45. Wildman P. J. L., Sagalin R. C., Ahmed M. Structure and morphology of the main plasma trough in the topside ionosphere: preprint / Air Force Geophysical Lab. Hanscom AFB, MA. 1976. 12 p.
  46. Yang N., Le H., Liu L. Statistical analysis of ionospheric mid-latitude trough over the Northern Hemisphere derived from GPS total electron content data // Earth Planets Space. 2015. V. 67. Art. No. 196. 11 p. URL: https://doi.org/10.1186/s40623-015-0365-1.