Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
Irkutsk, Russian Federation
We present the results of the analysis of annual variations in daily electron density (N) at heights 140–160 km for the last solar minimum (2007–2009) obtained from digisonde measurements at the ionospheric station Irkutsk (52 °N, 104 °E). New coefficients of the known semi-empirical model (SEM) describing the connection between N and thermospheric characteristics are calculated to identify regularities of these variations. We have revealed that a characteristic feature of the annual N variations during the solar minimum is a change in their phase by 180° in a relatively narrow altitude interval (170–180 km). These results and the new SEM coefficients are original and important for atmospheric and ionospheric physics.
semi-empirical model of electron density, annual variations, F1-layer heights
ВВЕДЕНИЕ
Параметры профиля электронной концентрации N(h) на высотах ионосферного слоя F1 (120–200 км) жестко связаны с состоянием нейтрального газа термосферы [Щепкин, Климов, 1980], поэтому величины N в этом высотном интервале должны контролироваться не только зенитным углом Солнца, но и концентрациями основных газовых частиц и их температурами. На этих высотах происходит быстрое изменение аэрономических характеристик: отмечаются большие градиенты температуры нейтрального газа и быстрые изменения температур электронов и ионов. Особенности этой области высот проявляются в образовании слоя F1, своеобразном изменении формы N(h)-профиля во времени, а также зависимости от уровня солнечной активности и магнитной возмущенности. Удобно рассмотреть такого рода вариации N, используя расчеты с помощью разработанной авторами полуэмпирической модели (ПЭМ) [Щепкин и др., 1997], описывающей электронную концентрацию в зависимости от состояния термосферы, при этом легко выделить вариации, связанные с временем года и суток, в условиях разной солнечной и магнитной активности.
Цель настоящей работы — анализ вариаций электронной концентрации N в годовом цикле на высотах ионосферного слоя F1 (140–200 км) в минимуме солнечной активности 2007–2009 гг. Рассматривались отклонения рассчитанных значений N от экспериментальных в разные месяцы этих лет и обсуждались возможные причины, их вызывающие. Отметим, что полученные результаты расчетов справедливы в рамках использованной в работе модели нейтральной атмосферы NRLMSISE-00 [Picone et al., 2002].
1. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. (GTD7-2000) NRLMSISE-00 Empirical model of the atmosphere: statistical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res. 2002, vol. 107, no. A12, pp. 1469. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009430.
2. Shchepkin L.A., Klimov N.N. The Earth thermosphere. Moscow: Nauka Publ., 1980, 220 p.
3. Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Freizon I.A., Kuznetsova G.M. The electron density connection with the thermospheric state in the middle ionosphere. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1997, vol. 37, no. 5, pp. 106-113. (In Russian).
4. Shchepkin L.A., Kushnarenko G.P., Kuznetsova G.M. Annual electron density variations in F1 region of ionosphere. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys]. 2005, vol. 7, pp. 62-65. (In Russian).
5. Shchepkin L.A., Kuznetsova G.M., Kushnarenko G.P., Ratovsky K.G. The interpretation of electron density measu-rements with using semiempirical model. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys]. 2007, vol. 10, pp. 89-92. (In Russian).
6. Shchepkin L.A., Kuznetsova G.M., Kushnarenko G.P., Ratovsky K.G. Approximation of electron density measurements data in middle ionosphere during the low solar activity. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys]. 2008, vol. 11, pp. 66-69. (In Russian).
7. Tobiska W.K., Eparvier F.G. EUV97: Improvements to EUV irradiance modeling in the soft x-rays and EUV. Solar Phys. 1998, vol. 147, no. 1, pp. 147-159.
