Дослідження хвильових збурень у середньоширотній мезосфері за даними мережі ДНЧ-радіостанцій
Рубрика:
| Федоренко, АК, Крючков, ЄІ, 1Черемних, ОК, Жук, ІТ, Войцеховська, АД 1Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Київ |
| Косм. наука технол. 2019, 25 ;(1):48-61 |
| https://doi.org/10.15407/knit2019.01.048 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: Широка світова мережа передавачів та приймачів радіохвиль дуже низьких частот (ДНЧ) дозволяє систематично досліджувати стан нижньої іоносфери в глобальному масштабі. Проте визначення характеристик іоносферної плазми та нейтральної атмосфери за даними вимірювань амплітуд і фаз ДНЧ радіосигналів стикається зі значними труднощами. Їхньою причиною є складний характер взаємодії радіохвиль із середовищем під час відбиття хвиль від іоносфери, а також складність хімічних процесів, що протікають при наявності заряджених і нейтральних частинок у нижній іоносфері. У даній роботі в рамках уявлень геометричної оптики досліджено можливість встановлення властивостей акустико-гравітаційних хвиль за даними вимірювань амплітуд радіосигналів на відносно коротких трасах (протяжністю менше 1500 км).
Проаналізовано можливі фізичні механізми впливу поширення акустико-гравітаційних хвиль на іоносферних висотах на амплітуди ДНЧ-радіосигналів. Отримано теоретичні співвідношення, що дозволяють розрахувати флуктуації електронної концентрації, вертикальне зміщення висоти відбиття радіосигналів та оцінити амплітуди флуктуацій нейтральної концентрації внаслідок поширення акустико-гравітаційних хвиль. Досліджено сезонні та добові флуктуації амплітуд ДНЧ-радіохвиль на кількох європейських трасах протягом 2013—2014 рр., для чого було використано дані передавачів на станціях в Німеччині (DHO38), Великобританії (GQD) та Італії (ICV) з пунктом прийому у Франції (А118). Проаналізовано особливості флуктуацій амплітуд радіосигналів у денних та нічних умовах. За вимірами амплітуд ДНЧ-радіосигналів розраховано наближену оцінку фонового рівня акустико-гравітаційних хвиль на висотах відбиття, яка становить 200—400 м для флуктуацій вертикального зміщення об’єму та 1—2 % для флуктуацій відносної концентрації нейтральних частинок. Показано, що значення фонових рівнів АГХ у мезосфері середніх широт вдень на висотах 70 км і вночі на висотах 90 км є близькими.
|
| Ключові слова: іоносферне збурення, акустико-гравітаційна хвиля, радіохвиля дуже низької частоти |
References:
1. Bezrodny V. G., Bliokh P. B., Shubova R. S., Yampolskiy Yu. M. Fluctuations of superlong radio waves in the Earth-Ionosphere waveguide. 144 p. (Nauka, M., 1984) [in Russian].
2. Brunelli B. E., Namgaladze A. A. Physics of ionosphere. 528 p. (Nauka, M, 1988) [in Russian].
3. Danilov A. D., Kazimirovskiy E. S., Vergasova G. V., Khachikyan G. Y. Meteorological effects in ionosphere. 272 p. (St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1987) [in Russian].
4. Fedorenko A. K., Kryuchkov E. I. Distribution of medium-scale acoustic gravity waves in polar regions according to satellite measurement data. Geomagn. Aeron., 51 (4), 520—533 (2011) [Engl. Transl.].
5. Fedorenko A. K., Kryuchkov E. I. Observed features of acoustic gravity waves in the heterosphere. Geomagn. Aeron., 54 (N 1), 109—116 (2014) [Engl. Transl.].
6. Berry L. A. Wave Hop Theory of Long Distance Propagation of Low-Frequency Radio Waves. Radio Science Journal of Research., 68D (N12), 1275—1284 (1964).
7. Dudis J. J., Reber C. A. Composition effects in thermospheric gravity waves. Geophys. Res. Lett., 3 (N 12), 727— 730 (1976).
8. Fedorenko A. K., Bespalova A. V, Cheremnykh O. K, Kryuchkov E. I. A dominant acoustic-gravity mode in the polar thermosphere. Ann. Geophys., 33, 101—108 (2015).
doi:10.5194/angeo-33-101-2015.
9. Fedorenko A. K., Kryuchkov E. I., Cheremnykh O. K., Klymenko Yu. O., Yampolski Yu. M. Peculiarities of acoustic-gravity waves in inhomogeneous flows of the polar thermosphere. Journal of Atmospheric and SolarTerrestrial Physics, 178, 17—23 (2018).
doi.org/10.1016/j. jastp.2018.05.009.
10. Ferguson J. A. Computer Programs for Assessment of Long-Wavelength Radio Communications. Space and Naval Warfare Systems Center, San Diego, CA (Version 2.0) (1998).
11. Ferguson J. A., Snyder F. P. Approximate VLF/LF mode conversion model. Technical Document, 400. Naval Ocean Systems Center, San Diego, California, USA (1980).
12. Grubor D., Sulic D., Zigman V. Influence of splar X-ray flares on the earth ionosphere wave guide. Serb. Astron., 171, 29—35 (2005).
13. Hines C. O. Internal gravity waves at ionospheric heights. Can. J. Phys., 38, 1441—1481 (1960).
14. Kolarski A., Grubor D. Comparative Analysis of VLF Signal Variation along Trajectory Induced by X-ray Solar Flares. J. Astrophys. Astr., 36 (4), 565—579 (2015).
15. Kuang L. K., Liu Zh., Füllekrug M. Lower Ionosphere Effects on Narrowband Very Low Frequency Transmission Propagation: Fast Variabilities and Frequency Dependence. Radio Sci., 53 (5), 611—623 (2018).
https:// doi.org/10.1002/2017RS006456.
16. Makhlouf U. R., Dewan E. A., Isler J., Tuan T. F. On the importance of the purely gravitationally induced density, pressure and temperature variations in gravity waves: Their application to airglow observations. J. Geophys. Res., 95, 4103—4111 (1990).
17. Nina A., Cadež V. M. Detection of acoustic-gravity waves in lower ionosphere by VLF radio waves. Geophys. Res. Lett., Issue 18(40), 4803—4807 (2013).
doi:10.1002/ grl.50931.
18. Rozhnoi A., Hayakava M., Solovieva M., Hobara Y., Fedun V. Ionospheric effects of the Mt. Kirishima volcanic eruption as seen from subionospheric VLF observations. J. of Atmos. and Solar-Terr. Phys., 107, 54—59 (2014).
doi. org/10.1016/j.jastp.2013.10.014.
19. Simkhada D. B., Snively J. B., Taylor, M. J., Franke S. J. Analysis and modeling of ducted and avanescent gravity waves observed in the Havaiian airglow. Ann. Geophys., 27, 3213—3224 (2009).
20. Thomson N. R. Experimental daytime VLF ionospheric parameters. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 55 (2), 173—184 (1993).
21. Wait J. R., Spies K. P. Characteristics of the Earth-ionosphere waveguide for VLF radio waves. National Bureau of Standards, Technical Note. N 300 (1964).
22. Yoshida Y., Yamauchi T., Horie T., Hayakawa M. On the generation mechanism of terminator times in subionospheric VLF/ELF propagation and its possible application to seismogenic effects. Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 8, 129—134 (2008).