Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 3. С. 301-317
Солнечные вспышки в 25-м цикле активности: влияние на ионосферную возмущённость и мощность ГНСС-сигналов
Д.С. Максимов
1 , Д.А. Когогин
1 , И.А. Насыров
1 , Р.В. Загретдинов
1 1 Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
Одобрена к печати: 19.03.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-3-301-317
Представлены результаты исследования влияния солнечных вспышек и геомагнитных бурь, произошедших в первой половине 25-го цикла солнечной активности, на ионосферную возмущённость. Особое внимание уделено исследованию отношения сигнал/шум для различных сигнальных компонент на приёмниках глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Были зафиксированы отклики ионосферы в виде повышения медианных значений индекса ROTI (англ. Rate of Total Electron Content Index) по региону исследования во время действия солнечных вспышек X- и M-классов до 0,2 TECU/мин с длительностью до получаса. Также зафиксирован отклик ионосферы на мощную геомагнитную бурю 10–11 мая 2024 г. с повышением медианного ROTI до 0,24 TECU/мин. Возмущения ионосферы длились при этом в течение действия магнитной бури. При исследовании изменений медианных значений отношения сигнал/шум по региону исследования выявлены снижения во время отдельных солнечных вспышек как с резким, так и плавным градиентом. Вспышки, вызвавшие снижения отношения сигнал/шум, сопровождались радиоизлучением на рабочих частотах ГНСС. Значения снижения достигали 3–5 дБГц для большинства групп сигнальных компонент ГНСС, за исключением компоненты в частотном поддиапазоне L1. При рассмотрении отдельных векторов для пар спутник – приёмник были обнаружены сигналы со срывами передачи данных до 40 мин. Также были зафиксированы резкие снижения отношения сигнал/шум на 7 дБГц и более.
Ключевые слова: ГНСС, ионосфера, полное электронное содержание, ПЭС, ROTI, солнечная вспышка, солнечная активность, магнитные бури, отношение сигнал/шум, поток мощности солнечного радиоизлучения, 1415 МГц, ультрафиолет 26–34 нм
Полный текстСписок литературы:
- Афраймович Э. Л., Перевалова Н. П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
- Барабанова Л. П. К минимизации геометрических факторов GNSS // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2010. № 2. С. 145–152.
- Когогин Д. А., Насыров И. А., Шиндин А. В., Грач С. М., Максимов Д. С., Загретдинов Р. В., Дементьев В. О. Динамическая картина стимулированной мощным радиоизлучением области ионосферы, полученная по результатам совместного анализа снимков ночного неба в линии 630 нм и карт вариаций полного электронного содержания // Изв. вузов. Радиофизика. 2020. Т. 63. № 2. С. 89–104.
- Леонович Л. А. Отклик ионосферы на солнечные вспышки и магнитные бури по данным глобальной сети GPS: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Иркутск, 2003. 135 с.
- Максимов Д. С., Когогин Д. А., Насыров И. А., Загретдинов Р. В. Влияние солнечных вспышек 5–12 сентября 2017 г. на региональную возмущенность ионосферы Земли по данным ГНСС-станций, расположенных в Приволжском федеральном округе Российской Федерации // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9. № 2. С. 52–59. DOI: 10.12737/szf-92202306.
- Сыроватский С. В., Ясюкевич Ю. В., Веснин А. М., Едемский И. К., Воейков С. В., Живетьев И. В. Влияние солнечных вспышек на ионосферу Земли в 24-м цикле солнечной активности // Ученые записки физ. фак. Московского ун-та. 2018. № 4. С. 1840403-1–1840403-6.
- Язев С. А., Исаева Е. С., Хос-Эрдэнэ Б. 25-й цикл солнечной активности: первые три года // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9. № 3. С. 5–11. DOI: 10.12737/szf-93202301.
- Afraimovich E. L., Altyntsev A. T., Grechnev V. V., Leonovich L. A. Ionospheric effects of the solar flares as deduced from global GPS network data // Advances in Space Research. 2001. V. 27. Iss. 6–7. P. 1333–1338. DOI: 10.1016/S0273-1177(01)00172-7.
- Afraimovich E. L., Demyanov V. V., Ishin A. B., Smolkov G. Ya. Powerful solar radio bursts as a global and free tool for testing satellite broadband radio systems, including GPS–GLONASS–GALILEO // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2008. V. 70. No. 15. P. 1985–1994. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.09.008.
- Carrano C. S., Bridgwood C. T., Groves K. M. Impacts of the December 2006 solar radio bursts on the performance of GPS // Radio Science. 2009. V. 44. No. 1. Article RS0A25. 12 p. DOI: 10.1029/2008RS004071.
- de Paula E. R., Martinon A. R. F., Carrano C. et al. Solar flare and radio burst effects on GNSS signals and the ionosphere during September 2017 // Radio Science. 2022. V. 57. No. 10. Article e2021RS007418. 15 p. DOI: 10.1029/2021RS007418.
- Demyanov V. V., Afraimovich E. L., Jin S. An evaluation of potential solar radio emission power threat on GPS and GLONASS performance // GPS Solutions. 2012. V. 16. No. 4. P. 411–424. DOI: 10.1007/s10291-011-0241-9.
- Gurtner W., Estey L. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2.11. IGS/RTCM RINEX Working Group, 2007. 57 p.
- Gurtner W., Estey L. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 3.02. IGS/RTCM RINEX Working Group, 2013. 83 p.
- Lozitsky V. G., Efimenko V. M. Clarified forecast for the 25th cycle of solar activity // 17th Intern. Conf. “Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment”. 2023. Article Mon23-241. 5 p. DOI: 10.3997/2214-4609.2023520241.
- Pi X., Manucci A. J., Lindqwiser U. J., Ho C. M. Monitoring of global ionospheric irregularities using the worldwide GPS network // Geophysical Research Letters. 1997. V. 24. No. 18. P. 2283–2286. DOI: 10.1029/97GL02273.
- Sato H., Jakowski N., Berdermann J. et al. Solar radio burst events on 6 September 2017 and its impact on GNSS signal frequencies // Space Weather. 2019. V. 17. P. 816–826. DOI: 10.1029/2019SW002198.
- Qian L., Wang W., Burns A. G. et al. Solar flare and geomagnetic storm effects on the thermosphere and ionosphere during 6–11 September 2017 // J. Geophysical Research: Space Physics. 2019. V. 124. Iss. 3. P. 2298–2311. DOI: 10.1029/2018JA026175.
- Yasyukevich Yu. V., Yasyukevich A. S., Astafyeva E. I. How modernized and strengthened GPS signals enhance the system performance during solar radio bursts // GPS Solutions. 2021. V. 25. No. 2. Article 46. DOI: 10.1007/s10291-021-01091-5.