Особенности наблюдения за малоинтенсивными среднемасштабными перемещающимися ионосферными возмущениями с помощью ГНСС-систем

Р.О. Шерстюков, А.Д. Акчурин

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

Полный текст PDF

Для цитирования: Шерстюков Р.О., Акчурин А.Д. Особенности наблюдения за малоинтенсивными среднемасштабными перемещающимися ионосферными возмущениями с помощью ГНСС-систем // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2018. – Т. 160, кн. 4. – С. 603–616. 

For citation: Sherstyukov R.O., Akchurin A.D. Observation of daytime medium-scale traveling ionospheric disturbances using GNSS systems. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2018, vol. 160, no. 4, pp. 603–616. (In Russian)

Аннотация

В работе рассмотрены проблемы детектирования среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений с малой интенсивностью неоднородности электронной концентрации ∆N/N с помощью метода трансионосферного зондирования сигналами ГНСС. Для сбора данных была использована плотная сеть ГНСС-приемников (более 150 шт.), расположенная на территории Российской Федерации. На основе полученных экспериментальных данных показана избирательность метода трансионосферного зондирования к среднемасштабным перемещающимся ионосферным возмущениям в зависимости от геометрических условий наблюдения. Так, использование двумерных карт вариаций полного электронного содержания позволило одномоментно наблюдать сигнатуры среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений с помощью спутников R03, G18, имеющих схожие геометрические условия наблюдения, и не наблюдать их с помощью спутника R18. Для данного пространственного расположения среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений максимальные амплитуды вариаций полного электронного содержания наблюдались при углах места зрительных осей спутник–приемник около 50^◦, а резкое падение амплитуды наблюдалось при углах места более 70^◦. На основе ГНСС-данных и представлений о пространственной форме, полученных с помощью радаров некогерентного рассеяния, построена схематическая модель, объясняющая причины ракурсности метода ГНСС трансионосферного зондирования. Предложенная модель позволила создать методику определения вертикального наклона среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений по данным ГНСС. Методика подразумевает наблюдение за динамикой амплитуды вариаций полного электронного содержания в зависимости от ракурсных условий.

Ключевые слова: ионосфера, среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения, неоднородности ионосферной плазмы, слой F2, двумерные карты вариаций полного электронного содержания, ионозонд, GPS/GLONASS

Благодарности. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00593.

Литература

1. Georges T.M. HF Doppler studies of traveling ionospheric disturbances // J. Atmos. Terr. Phys. – 1968. – V. 30, No 5. – P. 735–746. – doi: 10.1016/S0021-9169(68)80029-7.
2. Hunsucker R.D. Atmospheric gravity waves generated in the high-latitude ionosphere: A review // Rev. Geophys. Space Phys. – 1982. – V. 20, No 2. – P. 293–315. – doi: 10.1029/RG020i002p00293.
3. Francis S.H. Global propagation of atmospheric gravity waves: A review // J. Atmos. Terr. Phys. – 1975. – V. 37, No 6–7. – P. 1011–1054. – doi: 10.1016/0021-9169(75)90012-4.
4. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982–1995 // Ann. Geophys. – 1996. – V. 14. – P. 917–940. – doi: 10.1007/s00585-996-0917-6.
5. Akchurin A.D., Sherstyukov O.N., Zykov E.Yu. The influence of lower atmosphere dynamics on the mid-latitude sporadic E-layer // Adv. Space Res. – 1997. – V. 20, No 6. – P. 1309–1312. – doi: 10.1016/S0273-1177(97)00793-X.
6. Tsugawa T., Otsuka Y., Coster A.J., Saito A. Medium-scale traveling ionospheric disturbances detected with dense and wide TEC maps over North America // Geophys. Res. Lett. – 2007. – V. 34, No 22. – Art. L22101, P. 1–5. – doi: 10.1029/2007GL031663.
7. Djuth F.T., Sulzer M.P., Elder J.H., Wickwar V.B. High-resolution studies of atmosphere-ionosphere coupling at Arecibo Observatory, Puerto Rico // Radio Sci. – 1997. – V. 32, No 6. – P. 2321–2344. – doi: 10.1029/97RS02797.
8. Livneh D.J., Seker I., Djuth F.T., Mathews J.D. Omnipresent vertically coherent fluctuations in the ionosphere with a possible worldwide-midlatitude extent // J. Geophys. Res. – 2009. – V. 114, No A6. – Art. A06303, P. 1–12. – doi: 10.1029/2008JA013999.
9. Fejer B.G., Kelley M.C. Ionospheric irregularities // Rev. Geophys. – 1980. – V. 18, No 2. – P. 401–454. – doi: 10.1029/RG018i002p00401.
10. Sherstyukov R.O., Akchurin A.D., Sherstyukov O.N. Collocated ionosonde and dense GPS/GLONASS network measurements of midlatitude MSTIDs // Adv. Space Res. – 2018. – V. 61, No 7. – P. 1717–1725. – doi: 10.1016/j.asr.2017.11.026.
11. Ding F., Wan W., Li Q., Zhang R., Song Q., Ning B., Liu L., Zhao B., Xiong B. Comparative climatological study of large-scale traveling ionospheric disturbances over North America and China in 2011–2012 // J. Geophys. Res. Space Phys. – 2014. – V. 119, No 1. – P. 519–529. – doi: 10.1002/2013JA019523.
12. Otsuka Y., Suzuki K., Nakagawa S., Nishioka M., Shiokawa K., Tsugawa T. GPS observations of medium-scale traveling ionospheric disturbances over Europe // Ann. Geophys. – 2013. – V. 31, No 2. – P. 163–172. – doi: 10.5194/angeo-31-163-2013.
13. Kotake N., Otsuka Y., Ogawa T., Tsugawa T., Saito A. Statistical study of mediumscale traveling ionospheric disturbances observed with the GPS networks in Southern California // Earth Planets Space. – 2007. – V. 59, No 2. – P. 95–102. – doi: 10.1186/BF03352681.
14. Djuth F.T., Zhang L.D., Livneh D.J, Seker I., Smith S.M, Sulzer M.P., Mathews J.D., Walterscheid R.L. Arecibo’s thermospheric gravity waves and the case for an ocean source // J. Geophys. Res. – 2010. – V. 115, No A8. – Art. A08305, P. 1–22. – doi: 10.1029/2009JA014799.
15. Hoogeveen G.W., Jacobson A.R. Improved analysis of plasmasphere motion using the VLA radio interferometer // Ann. Geophys. – 1997. – V. 15, No 2. – P. 236–245. – doi: 10.1007/s00585-997-0236-6.
16. Kirkland M.W., Jacobson A.R. Drift-parallax determination of the altitude of traveling ionospheric disturbances observed with the Los Alamos radio-beacon interferometer // Radio Sci. – 1998. – V. 33, No 6. – P. 1807–1826. – doi: 10.1029/98RS02033.
17. Afraimovich E.L., Terekhov A.I., Udodov M.Iu., Fridman S.V. Refraction distortions of trasionospheric radio signals caused by changes in a regular ionosphere and by travelling ionospheric disturbances // J. Atmos. Terr. Phys. – 1992. – V. 54, No 7–8. – P. 1013– 1020. – doi: 10.1016/0021-9169(92)90068-V.
18. Шерстюков Р.О., Акчурин А.Д. Анализ дневных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений по двумерным картам вариаций полного электронного содержания и ионограммам // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 3. – С. 374–389.

Поступила в редакцию

27.06.18

Шерстюков Руслан Олегович, младший научный сотрудник лаборатории «Мониторинг неоднородной структуры ионосферы и атмосферы»

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

E-mail: sher-ksu@mail.ru

Акчурин Адель Джавидович, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой радиоастрономии

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

E-mail: Adel.Akchurin@kpfu.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.