Моделювання просторово-часових варіацій параметрів динамічних та теплових процесів у геокосмосі над Україною в період мінімуму 24-го циклу сонячної активності (2009 та 2019 рр.)
DOI:
https://doi.org/10.15407/knit2023.01.015Ключові слова:
іоносфера, іоносферне моделювання, фізичні процеси в іоносферній плазмі, параметри динамічних та теплових процесів, радіофізичні методи досліджень геокосмосу, сонячна активність.Анотація
Об’єкт дослідження: фізичні процеси в іоносферній плазмі. Предмет дослідження: просторово-часові залежності основних
параметрів іоносферної плазми, отримані за допомогою радара некогерентного розсіяння. Методи дослідження —
наземний радіофізичний метод некогерентного розсіяння радіохвиль, статистичний аналіз результатів спостережень,
напівемпіричне моделювання параметрів динамічних і теплових процесів.
Виконано моделювання просторово-часових варіацій параметрів динамічних та теплових процесів у іоносферній плазмі
на фазах мінімуму 24-го циклу сонячної активності за даними харківського радара некогерентного розсіяння. Для типових геофізичних періодів (весняне та осіннє рівнодення, літнє та зимове сонцестояння) побудовано добові залежності
параметрів процесів у іоносферній плазмі на висотах від 210 до 450 км. Наведено аналіз просторових та часових варіацій
параметрів динамічних та теплових процесів у іоносфері. Розраховано значення швидкості перенесення плазми за рахунок
амбіполярної дифузії, щільності повного потоку плазми та потоку заряджених частинок за рахунок амбіполярної дифузії,
значення енергії, що підводиться до електронного газу, щільності потоку тепла, яке переноситься електронами з плазмосфери до іоносфери, а також швидкості еквівалентного нейтрального вітру та меридіональної складової швидкості
нейтрального вітру. Виявлено, що для більшості досліджуваних періодів слабкі варіації космічної погоди не призводять
до істотних змін у просторово-часових варіаціях параметрів динамічних та теплових процесів у іоносфері. Кількісні та
якісні характеристики цих параметрів та їхні добові варіації були типовими для сезонів, що розглядаються, за винятком
швидкості еквівалентного нейтрального вітру, яка суттєво змінювалася (до 2...2.5 раза) навіть при незначному посиленні
геомагнітної активності. Причинами таких змін можуть бути посилення горизонтальних термосферних вітрів та проникнення зональних магнітосферних електричних полів у середні широти у періоди рівнодень.
Отримані результати розрахунків можуть використовуватися у фундаментальних дослідженнях сонячно-земних
зв’язків і геокосмосу, для розв’язання прикладних задач, пов’язаних з можливістю прогнозування стану космічної погоди, а
також для подальшого розвитку регіональної моделі іоносфери CERIM IION
Посилання
Brjunelli B. E., Namgaladze A. A. Ionospheric physics, 528 p. (Nauka, Moscow, 1988) [in Russian].
Grigorenko Y. I., Lysenko V. N., Taran V. I. Chernogor L. F. (2003). Radio studies of processes in the ionosphere associated with the strongest September 25, 1998 geomagnetic storm. Uspekhi sovremennoi radioelektroniki, 9, 57-94 [in Russian].
Dzyubanov D. A., Lyashenko M. V., Chernogor L. F. Investigation and modeling of ionospheric plasma parameter variations during minimum period of the 23-th solar activity cycle. Space Science and Technology. 2008. V. 14, No. 1. P. 44-56.
https://doi.org/10.15407/knit2008.01.044
Ivanov-Kholodny G. S., Mikhailov A. V. Prediction of the State of the Ionosphere. Deterministic Approach, 190 p. (Gidrometeoizdat, Leningrad, 1980) [in Russian].
Iskra D. A., Kolodyazhnyi V. V, Lyashenko M. V. 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, 2019.P. 15-18.
Lyashenko M. V., Pulyaev V. A., Chernogor L. F. Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters during rise solar activity period. Space science and technology. 2006. V. 12, No. 5/6. P. 58-68.
https://doi.org/10.15407/knit2006.05.058
Lyashenko M. V., Sklyarov I. B., Chernogor L. F., Chernyak Yu. V. Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters on solar activity abatement. Space Science and Technology. 2006. V. 12, No. 2/3. P. 45-58.
https://doi.org/10.15407/knit2006.02.045
Lyashenko M. V., Chernogor L. F., Chernyak Yu. V. Diurnal and seasonal variations of ionospheric plasma parameters at maximum solar activity period. Space Science and Technology. 2006. V. 12, No. 4. P. 56-70.
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].
Banks P. M. Charged particle temperatures and electron thermal conductivity in the upper atmosphere. Ann. Geophys., 22, 577-584 (1966).
Banks P. M. The thermal structure of the ionosphere. Proceedings of the IEEE, 57 (3), 6-30 (1969).
https://doi.org/10.1109/PROC.1969.6959
Buonsanto M. J., and Holt J. M. Measurements of gradients in ionospheric parameters with a new nine-position experiment at Millstone Hill. J. Atmospheric and Terrestrial Physics, 57, 705-717 (1995).
https://doi.org/10.1016/0021-9169(94)00047-R
Chernogor L., Domnin I., Lyashenko M. Development of Central Europe Regional Ionospheric Model (CERIM IION) for Space Weather Forecasting // EGU General Assembly 2010 (Vienna, Austria, 02-07 May 2010). Geophysical Research Abstract. Vol. 12,EGU2010-316-2, 2010.
Dalgarno A., Degges T. C. Electron cooling in the upper atmosphere. Planet. Space Sci., 16, 125-132 (1968).
https://doi.org/10.1016/0032-0633(68)90049-4
Ding, Z., Wu, J., Xu, Z. et al. The Qujing incoherent scatter radar: system description and preliminary measurements. Earth Planets Space 70, 87 (2018).
https://doi.org/10.1186/s40623-018-0859-8
Domnin I. F., Chepurnyy Ya. M., Emelyanov L. Ya., Chernyaev S. V., Kononenko A. F., Kotov D. V., Bogomaz O. V., Iskra D. A. Kharkiv incoherent scatter facility // Bulletin of NTU "KhPI". Series: Radiophysics and ionosphere. Kharkiv: NTU "KhPI", 2014. No. 47 (1089). P. 28-42.
http://nbuv.gov.ua/UJRN/vcpiri_2014_47_7.
Emel'yanov L. Ya., Lyashenko M. V., Chernogor L. F., Domnin I. F. Motion of ionospheric plasma: results of observation above Kharkiv in solar cycle 24 // Geomagnetism and Aeronomy. 2018. V. 58, No. 4. P. 533-547.
https://doi.org/10.1134/S001679321802007X
Evans J. V. Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar. Proceedings of the IEEE. 1969. Vol. 57, No. 4. P. 496-530.
https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7005
Gordon W. E. Incoherent scatter of radio waves by free electrons with applications to space exploration by Radar. Proceedings IRE. 1958. Vol. 46. P. 1824-1829.
https://doi.org/10.1109/JRPROC.1958.286852
Huang, C.-S., J. C. Foster, L. P. Goncharenko, P. J. Erickson, W. Rideout, and A. J. Coster (2005). A strong positive phase of ionospheric storms observed by the Millstone Hill incoherent scatter radar and global GPS network. J. Geophys. Res., 110, A06303,
https://doi.org/10.1029/2004JA010865
Liu, L., H. Le, W. Wan, M. P. Sulzer, J. Lei, and M.-L. Zhang (2007). An analysis of the scale heights in the lower topside ionosphere based on the Arecibo incoherent scatter radar measurements. J. Geophys. Res., 112, A06307,
https://doi.org/10.1029/2007JA012250
Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, № A12. P. 1-16.
https://doi.org/10.1029/2002JA009430
Richards P. G. Seasonal and solar cycle variations of the ionospheric peak electron density: Comparison of measurement and models. J. Geophys. Res., 106 (A7), 12803-12819 (2001).
https://doi.org/10.1029/2000JA000365
Rishbeth H., Sedgemore-Schulthess K. J. F., Ulich T. Annual and semiannual variations in the ionospheric F2-layer: II. Physical discussion. Ann. Geophysicae, 18, 945-956 (2000).
https://doi.org/10.1007/s00585-000-0945-6
Salah J. E., Evans J., Wand R. N. Seasonal variations in the thermosphere above Millstone Hill. Radio Sci., 9 (2), 231-238 (1974).
https://doi.org/10.1029/RS009i002p00231
Schunk R. W., Nagy A. F. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. Cambridge atmospheric and space science series, 2000. 555 p.
https://doi.org/10.1017/CBO9780511551772
Sethi N. K., Dabas R. S., Vohra V. K. Diurnal and seasonal variations of hmF2 deduced from digital ionosonde over New Delhi and its comparison with IRI 2001. Ann. Geophysicae, 22, 453-458 (2004).
https://doi.org/10.5194/angeo-22-453-2004
Zang S., Holt J. M., Zalucha A. M. 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 (2004).
