Моделювання просторово-часових варіацій параметрів фізичних процесів в іоносферній плазмі над Україною на фазі максимуму 24-го циклу сонячної активності (2012–2015 рр.)
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2024.01.044Ключові слова:
іоносфера, динамічні та теплові процеси в іоносфері, моделювання іоносфери, радіофізичні методи дослідження геокосмосу, сонячна активністьАнотація
Об’єктом дослідження є фізичні процеси, що відбуваються в іоносферній плазмі. Предмет дослідження: просторово-часові залежності основних параметрів іоносферної плазми, отримані за допомогою радара некогерентного розсіяння. Методи дослідження охоплюють наземний радіофізичний метод некогерентного розсіяння радіохвиль, статистичний аналіз результатів спостереження та напівемпіричне моделювання параметрів динамічних і теплових процесів. Проведено моделювання та аналіз просторово-часових варіацій параметрів динамічних і теплових процесів в іоносфері на фазі максимуму 24-го циклу сонячної активності (2012–2015 рр.) з використанням експериментальних даних харківського радара некогерентного розсіяння. Для періодів рівнодень та сонцестоянь побудовано добові залежності параметрів процесів в іоносферній плазмі на висотах 210…450 км. Визначено значення спричинених амбіполярною дифузією швидкості перенесення плазми та густини потоку заряджених частинок, а також густини повного плазмового потоку. Розраховано значення енергії, яка надходить до електронного газу, густини потоку тепла, що переноситься електронами з плазмосфери до іоносфери, швидкості еквівалентного нейтрального вітру та меридіональної складової швидкості нейтрального вітру. Для розглянутих періодів виявлено, що ефекти варіацій космічної погоди та геомагнітної активності суттєво проявилися у варіаціях густини потоку плазми за рахунок амбіполярної дифузії, густини повного потоку плазми, а також енергії, яка підводиться до електрона за одиницю часу. Кількісні та якісні характеристики цих параметрів були типовими, але в деяких випадках істотно змінювалися (у 2…3 рази) навіть за незначним посиленням геомагнітної активності.
Посилання
Dzyubanov D. A., Lyashenko M. V., Chernogor L. F. (2008). Investigation and modeling of ionospheric plasma parameter variations during minimum period of the 23-th solar activity cycle. Space Science and Technology, 14, № 1, 44-56. doi: 10.15407/knit2008.01.044.
https://doi.org/10.15407/knit2008.01.044
Iskra D. A., Kolodyazhnyi V. V., Lyashenko M. V. (2019). Development of the CERIM IION regional ionosphere model as part of the creation of the space weather forecast service. Theoretical and applied aspects of radio engineering, instrument making and computer technologies. Proceedings of the IV International Scientific and Technical Conference, June 20-21, 2019: a collection of abstracts. Ternopil: Individual Entrepreneur Palyanytsya V A, 15-18.
Kolodyazhnyi V. V., Lyashenko M. V., Emelyanov L. Ya., Dziubanov D. A. Modeling of spatial-temporal variations of dynamic and thermal process parameters in geospace over Ukraine during the minimum of 24-th cycle of solar activity (2009, 2019). Space Science and Technology. 2023. 29, № 1 (140), 15-35. https://doi.org/10.15407/knit2023.01.015.
https://doi.org/10.15407/knit2023.01.015
Lyashenko M. V., Pulyaev V. A., Chernogor L. F. (2006). Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters during rise solar activity period. Space Science and Technology, 12, № 5/6, 58-68. doi: 10.15407/knit2006.05.058.
https://doi.org/10.15407/knit2006.05.058
Lyashenko M. V., Sklyarov I. B., Chernogor L. F., Chernyak Yu. V. (2006). Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters on solar activity abatement. Space Science and Technology, 12, № 2/3, 45-58. doi: 10.15407/knit2006.02.045.
https://doi.org/10.15407/knit2006.02.045
Lyashenko M. V., Chernogor L. F., Chernyak Yu. V. (2006). Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters at maximum solar activity period. Space Science and Technology, 12, № 4, 56-70. doi: 10.15407/knit2006.04.056.
https://doi.org/10.15407/knit2006.04.056
Chernogor L. F., Domnin I. F. (2014). Physics of Geospace Storms. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ., 407 p. [in Russian].
Buonsanto M. J., Holt J. M. (1995). Measurements of gradients in ionospheric parameters with a new nine-position experiment at Millstone Hill. J. Atmospheric and Terrestrial Phys., 57, 705-717.
https://doi.org/10.1016/0021-9169(94)00047-R
Cai, Y., Yue, X., Wang, W., Zhang, S., Liu, H., Lei, J., et al. (2022). Ionospheric topside diffusive flux and the formation of summer nighttime ionospheric electron density enhancement over Millstone Hill. Geophysical Research Letters. 49 (4). e2021GL097651.
https://doi.org/10.1029/2021GL097651
Chernogor L. F., Domnin I. F., Emelyanov L. Ya., Lyashenko M. V. (2019). Physical processes in the ionosphere during the solar eclipse on March 20, 2015 over Kharkiv, Ukraine (49.6° N, 36.3° E). J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 182, 1-9. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.10.016.
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.10.016
Chernogor L., Domnin I., Lyashenko M. (2010). Development of Central Europe Regional Ionospheric Model (CERIM IION) for Space Weather Forecasting. EGU General Assembly 2010 (Vienna, Austria, 2-7 May 2010). Geophys. Res. Abstract, 12, EGU2010-316-2.
Domnin I. F., Chepurnyy Ya. M., Emelyanov L. Ya., Chernyaev S. V., Kononenko A. F., Kotov D. V., Bogomaz O. V., Iskra D. A. (2014). Kharkiv incoherent scatter facility. Bull. NTU "KhPI". Ser. Radiophysics and ionosphere, № 47, (1089), 28-42. http://nbuv.gov.ua/UJRN/vcpiri_2014_47_7.
Emel'yanov L. Ya., Lyashenko M. V., Chernogor L. F., Domnin I. F. (2018). Motion of ionospheric plasma: results of observation above Kharkiv in solar cycle 24. Geomagnetism and Aeronomy, 58, № 4, 533-547. doi.org/10.1134/S001679321802007X.
https://doi.org/10.1134/S001679321802007X
Emelyanov, L. Ya., Katsko, S. V., Lyashenko, M. V., Chernogor, L. F. (2023). Ionosphere response to geospace storm on 25 September 2016 over Kharkiv (Ukraine). Adv. Space Res., 71, № 8, 3323-3345. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.02.004.
https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.02.004
Evans J. V. (1969). Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar. Proc. IEEE, 57, № 4, 496-530.
https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7005
Gordon W. E. (1958). Incoherent scatter of radio waves by free electrons with applications to space exploration by Radar. Proc. IRE, 46, 1824-1829.
https://doi.org/10.1109/JRPROC.1958.286852
Lei, J., Roble, R. G., Wang, W., Emery, B. A., and Zhang, S.-R. (2007). Electron temperature climatology at Millstone Hill and Arecibo. J. Geophys. Res., 112, A02302.
https://doi.org/10.1029/2006JA012041
Li, Q., Hao, Y., Zhang, D., & Xiao, Z. (2018). Nighttime enhancements in the midlatitude ionosphere and their relation to the plasmasphere. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 123 (9), 7686-7696. https://doi.org/10.1029/2018ja025422.
https://doi.org/10.1029/2018JA025422
Mathews, J. D. A short history of geophysical radar at Arecibo Observatory. Hist. Geo Space. Sci., 4, 19-33.
https://doi.org/10.5194/hgss-4-19-2013
Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. (2002). NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res., 107, № A12, 1-16.
https://doi.org/10.1029/2002JA009430
Richards P. G. (2001). Seasonal and solar cycle variations of the ionospheric peak electron density: Comparison of measurement and models. J. Geophys. Res., 106, № A7, 12803-12819.
https://doi.org/10.1029/2000JA000365
Rishbeth H., Sedgemore-Schulthess K. J. F., Ulich T. (2000). Annual and semiannual variations in the ionospheric F2-layer: II. Physical discussion. Ann. Geophysicae, 18, 945-956. doi.org/10.1007/s00585-000-0945-6.
https://doi.org/10.1007/s00585-000-0945-6
Salah J. E., Evans J., Wand R. N. (1974). Seasonal variations in the thermosphere above Millstone Hill. Radio Sci., 9, № 2, 231-238.
https://doi.org/10.1029/RS009i002p00231
Schunk R. W., Nagy A. F. (2000). Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. Cambridge, Atmospheric and Space Sci. Ser., 555 p.
https://doi.org/10.1017/CBO9780511551772
Sethi N. K., Dabas R. S., Vohra V. K. (2004). Diurnal and seasonal variations of hmF2 deduced from digital ionosonde over New Delhi and its comparison with IRI 2001. Ann. Geophysicae, 22, 453-458.
https://doi.org/10.5194/angeo-22-453-2004
Woodman, R. F., Farley, D. T., Balsley, B. B., and Milla, M. A. The early history of the Jicamarca Radio Observatory and the incoherent scatter technique. Hist. Geo Space. Sci., 10, 245-266.
https://doi.org/10.5194/hgss-10-245-2019
Wu, Q., Sheng, C., Wang, W., Noto, J., Kerr, R., McCarthy, M., et al. (2019). The midlatitude thermospheric dynamics from an interhemispheric perspective. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 124 (10), 7971-7983.
https://doi.org/10.1029/2019JA026967
Yemelyanov L. Ya. (2015). Radio physical observations of plasma drift velocities in the ionosphere near the maximum of solar cycle 24. Telecommunications and Radio Engineering, 74, № 20, 1841-1855.
https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i20.60
Yue, X. A., Wan, W. X., Xiao, H., Zeng, L. Q., Ke, C. H., Ning, B. Q., et al. (2020). Preliminary experimental results by the prototype of Sanya Incoherent Scatter Radar. Earth Planet. Phys., 4(6), 579-587. doi: 10.26464/epp2020063.
https://doi.org/10.26464/epp2020063
Zang S., Holt J. M., Zalucha A. M. (2004). Midlatitude ionospheric plasma temperature climatology and empirical model based on Saint Santin incoherent scatter radar data from 1966 to 1987. J. Geophys. Res., 109, № A11, 1-9.
