Метод построения пространственной картины распределения полного электронного содержания в области стимулированного оптического свечения ионосферы

И.А. Насыров1,2, Д.А. Когогин1, А.В. Шиндин 2, С.М. Грач2, Р.В. Загретдинов1, А.Б. Белецкий3, В.В. Емельянов1

1Казанский ( Приволжский ) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

3Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск, 664033, Россия

 

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF
DOI:

Для цитирования: Насыров И.А., Когогин Д.А., Шиндин А.В., Грач С.М., Загретдинов Р.В., Белецкий А.Б., Емельянов В.В. Метод построения пространственной картины распределения полного электронного содержания в области стимулированного оптического свечения ионосферы // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2021. – Т. 163, кн. 1. – С. 59–76. – doi: 10.26907/2541-7746.2021.1.59-76.

For citation: Nasyrov I.A., Kogogin D.A., Shindin A.V., Grach S.M., Zagretdinov R.V., Beletsky A.B., Emeljanov V.V. The method of plotting a spatial distribution pattern of the total electron content in the region of artificial airglow of the ionosphere. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya  Fiziko-Matematicheskie  Nauki,  2021,  vol.  163, no. 1, pp. 59–76. doi: 10.26907/2541-7746.2021.1.59-76. (In Russian)

Аннотация

Разработан метод построения пространственной картины распределения полного электронного содержания (ПЭС) в области стимулированного свечения ионосферы в красной линии оптического спектра (λ = 630 нм) в экспериментах по воздействию на ионосферу мощным радиоизлучением стенда СУРА. Для отработки метода был выбран сеанс измерений 29 августа 2016 г., в течение полутора часов которого (18:40–20:10 UTC) ионосферные и погодные условия варьировались незначительно и позволили провести синхронные оптические измерения стимулированного свечения ионосферы из двух пространственно разнесённых пунктов (п. Васильсурск и п. Магнитка, расположенный в ∼ 170 км к востоку от стенда СУРА). Проведённые оптические измерения позволили построить область искусственного свечения в трёхмерной проекции и определить пространственное положение возмущённой области ионосферы (ВО), стимулированной мощным радиоизлучением стенда СУРА. Метод построения пространственной картины распределения электронной плотности в ВО основан на проведении совместного анализа вариаций ПЭС на радиотрассах «навигационный спутник – наземный пункт» для ряда приёмных станций глобальных навигационных спутниковых систем, расположенных в радиусе ∼ 160 км от стенда СУРА. Применение метода позволяет получить значения вариаций электронной плотности для различных пространственных сечений ВО ионосферы. Анализ экспериментальных данных, проведённый при помощи разработанного метода, показал, что в поле мощной радиоволны возникает вытянутая вдоль силовых линий геомагнитного поля возмущённая область, которая имеет достаточно сложную структуру. На границах области с пониженной электронной концентрацией возникают плазменные неоднородности с повышенной электронной плотностью. Перепад ∆Ne/Ne на границах ВО, то есть между областями с повышенной и пониженной электронной концентрацией, может достигать ∼ 10%. Масштабы ВО составляют l⊥ ≈ 45 ÷ 60 км поперёк и l|| ≥ 70 км вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

Ключевые слова: ионосфера, ГНСС, полное электронное содержание, искусственные ионосферные неоднородности, мощное коротковолновое радиоизлучение, стенд СУРА, стимулированное свечение ионосферы

Благодарности. Эксперименты проведены на УНУ СУРА, УНУ СУРА поддержана грантом Министерства науки и высшего образования РФ, полученным в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», уникальный идентификатор проекта RFMEFI62020X0003, номер соглашения 075-15-2020-529. Метод обработки экспериментальных данных разработан при поддержке Российского научного фонда: обработка оптических измерений – проект № 20-12-00197; совместный анализ синхронных измерений вариаций ПЭС и искусственного свечения, визуализация результатов, подготовка текста публикации – проект № 19–72–00072.

Литература

  1. Шиндин А.В., Грач С.М., Сергеев Е.Н., Рябов А.В. Пространственная корреляция крупномасштабных неоднородностей плотности (по данным анализа GPS-сигналов) и искусственного оптического свечения в линии 630 нм в ионосфере, возмущенной мощной радиоволной // Вестн. Нижегор. ун-та им. Н. И. Лобачевского. – 2012. – Т. 4, № 1. – С. 105–113.
  2. Когогин Д.А., Шиндин А.В., Насыров И.А., Грач С.М. Синхронные измерения вариаций искусственного оптического свечения и полного электронного содержания ионосферы, стимулированных мощным радиоизлучением стенда «СУРА» // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2016. – Т. 158, кн. 3. – С. 434–447.
  3. Грач С.М., Насыров И.А., Когогин Д.А., Шиндин  А.В.,  Дементьев  В.О.,  Сергеев Е.Н., Акчурин А.Д. О связи пространственного поведения полного электронного содержания ионосферы на трассе GPS-сигналов и искусственного оптического свечения ионосферы в линии 630 нм // Изв. вузов. Радиофизика. – 2018. – Т. 61, № 3. – С. 181–197.
  4. Grach S.M., Nasyrov I.A., Kogogin D.A., Shindin A.V., Sergeev E.N., Razi Mousavi S.A. Mutual allocation of the artificial airglow patches and large-scale irregularities in the HF-pumped ionosphere // Geophys. Res. Lett. – 2018. – V. 45, No 23. – P. 12,749–12,756. - doi: 10.1029/2018GL080571.
  5. Kogogin D., Nasyrov I., Shindin A., Maksimov D., Grach S., Dementiev V., Zagretdinov R. The structure and dynamics of the HF-pumped ionosphere based on a joint analysis of the artificial airglow spots and two-dimensional maps of the total electron content // 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation, RWP: Proceedings. – IEEE, 2019. – P. 300–303. – doi: 10.1109/RWP.2019.8810188.
  6. 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 свечения 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.
  7. Шиндин А.В., Клименко В.В., Когогин Д.А.,  Белецкий  А. Б.,  Грач  С.М.,  Насыров И.А., Сергеев Е.Н. Пространственные характеристики области генерации искусственного свечения ионосферы в линии 630 нм при воздействии радиоизлучением стенда «СУРА» // Изв. вузов. Радиофизика. – 2017. – Т. 60, № 11. – С. 949–966.
  8. IGRF-13. The International Geomagnetic Reference Field. 13th Generation. – International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA), Division V-MOD: Geomagnetic Field Modeling. – URL: https://www.ngdc.noaa.gov/IAGA/vmod/home.html.
  9. Клименко В.В., Грач С.М., Сергеев Е.Н., Шиндин А.В. Характеристики искусственного свечения ионосферы при омическом нагреве и при ускорении электронов плазменной турбулентностью, инициированными мощным радиоизлучением стенда «Сура» // Изв. вузов. Радиофизика. – 2017. – Т. 60, № 6. – С. 481–501.
  10. IRI-2012. International Reference Ionosphere. – Greenbelt, Md.: National Aeronautics and Space Administration, NASA/GSFC, Heliospheric Physics Laboratory,  Code 672; Fairfax, Va.: George Mason University, Space Weather Laboratory. – URL: https://iri.gsfc.nasa.gov/.
  11. Tereshchenko E.D., Khudukon B.Z., Gurevich A.V., Zybin K.P., Frolov V.L., Myasnikov E.N., Muravieva N.V., Carlson H.C. Radio tomography and scintillation studies of ionospheric electron density modification caused by a powerful HF-wave and magnetic zenith effect at mid-latitudes // Phys. Lett. A. – 2004. – V. 325, No 5–6. – P. 381–388. – doi: 10.1016/j.physleta.2004.03.055.

Поступила в редакцию 03.12.2020

 

Насыров Игорь Альбертович,  кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиоэлектроники; старший научный сотрудник НИЛ кафедры распространения радиоволн и радиоастрономии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

пр. Гагарина, д. 23, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

E-mail: inasyrov@kpfu.ru

 

Когогин  Денис  Александрович, кандидат физико-математических наук, ассистент кафедры радиоэлектроники

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: dkogogin@kpfu.ru

 

Шиндин  Алексей  Владимирович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Математические методы в радиофизике»

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского пр. Гагарина, д. 23, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

E-mail: shindin@rf.unn.ru

 

Грач Савелий Максимович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры распространения радиоволн и радиоастрономии

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского пр. Гагарина, д. 23, г. Нижний Новгород, 603950, Россия

E-mail: sgrach@rf.unn.ru

 

Загретдинов Ренат Вагизович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры астрономии и космической геодезии

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Renat.Zagretdinov@kpfu.ru

 

Белецкий Александр Борисович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Институт солнечно-земной физики СО РАН

ул. Лермонтова, д. 126А, г. Иркутск, 664033, Россия E-mail: beletsky@mail.iszf.irk.ru

 

Емельянов Валерий Викторович, аспирант кафедры радиоэлектроники Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: evv960722@gmail.com

 

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.