<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Solnechno-Zemnaya Fizika</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Solnechno-Zemnaya Fizika</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Солнечно-земная физика</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="online">2712-9640</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">20839</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.12737/szf-43201809</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Результаты  исследований</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Results of current research</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Результаты  исследований</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">Analysis of electron density calculations using deterministic-probabilistic model of the ionospheric D-region</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Анализ результатов расчетов концентрации электронов по детерминированно-вероятностной модели среднеширотной невозмущенной D-области ионосферы</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Беккер</surname>
       <given-names>Сусанна Зейтуллаевна</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Bekker</surname>
       <given-names>Susanna Zeytullaevna</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>susanna.bekker@gmail.com</email>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН</institution>
     <city>Москва</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of RAS</institution>
     <city>Moscow</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <volume>4</volume>
   <issue>3</issue>
   <fpage>84</fpage>
   <lpage>94</lpage>
   <self-uri xlink:href="https://zh-szf.ru/en/nauka/article/20839/view">https://zh-szf.ru/en/nauka/article/20839/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Работа посвящена разработке принципиально новой детерминированно-вероятностной методики моделирования D-области ионосферы и анализу результатов расчетов электронной концентрации (Ne), выполненных с использованием данного подхода. Это направление исследования имеет важное фундаментальное значение, связанное с отказом от детерминированного описания непрерывно изменяющихся сред, таких как ионосфера. Расчеты Ne проводятся по 5-компонентной системе уравнений ионизационно-рекомбинационного цикла D-области с учетом плотностей распределения входных параметров модели. При оценке плотности вероятности скорости ионообразования учитываются наиболее важные источники ионизации D-области. Определено количество итераций расчета, необходимое для сходимости электронной плотности вероятности P(Ne) в диапазоне высот h=50–85 км на сред-неширотной трассе в различных гелиогеофизических условиях. В результате сопоставления теоретических распределений с экспериментальными P(Ne), полученными по двум статистически обработанным банкам данных Ne, получено весьма хорошее согласие на высотах, значимых для распространения радиоволн СДВ–ДВ-диапазона (сверхдлинные — длинные волны). Обоснована необходимость более тщательной верификации P(Ne) по экспериментальным радиофизическим данным распространения СДВ–ДВ-волн.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The work is devoted to the development of a fundamentally new way of modeling the ionospheric D-region — deterministic-probabilistic. The results of electron density (Ne) calculations using this technique are analyzed. Research of this kind is of fundamental importance, related to the rejection of a purely deter-ministic description of a continuously changing envi-ronment such as the ionosphere. In this work, Ne is cal-culated using a five-component system of ionization-recombination cycle equations. Probability density functions (PDFs) of input parameters of the model are used to solve the system. The most important sources of the D-region ionization are taken into account to calculate PDFs of the ionization rate. The necessary number of iterations is determined by the convergence of PDFs of the electron density from 50 to 85 km at midlatitudes under different heliogeophysical conditions. Theoretical Ne PDFs have been shown to be in good agreement with two experimental databases on electron density, especially at large D-region heights. The next important stage of modeling is the thorough verification of  PDFs from experimental radiophysical data on VLF—LF propagation.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>моделирование D-области ионосферы</kwd>
    <kwd>вероятностно-статистическое моделирование</kwd>
    <kwd>теория вероятности</kwd>
    <kwd>скорость ионизации</kwd>
    <kwd>электронная концентрация</kwd>
    <kwd>распространение СДВ–ДВ</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>modeling of the ionospheric D-region</kwd>
    <kwd>probabilistic statistical modeling</kwd>
    <kwd>theory of probability</kwd>
    <kwd>ionization rate</kwd>
    <kwd>electron density</kwd>
    <kwd>VLF–LF propagation</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>ВВЕДЕНИЕНе вызывает вопросов, что ионосфера, как среда распространения радиоволн, оказывает существенное влияние на работу радиотехнических систем, следовательно, для компенсации ошибок при расчете распространения радиоволн необходимо знание параметров среды в весьма широком диапазоне высот и широт [Мощные…, 2013].Широко используемые на сегодняшний день детерминированные методы описания среды не учитывают нерегулярность и непрерывную изменчивость ионосферы и потому непригодны для оперативной коррекции радиолокационных данных. В последние несколько лет на примере D-области ионосферы и распространения через нее радиоволн СДВ–ДВ-диапазона активно разрабатывается принципиально новое направление моделирования — вероятностно-статистическое [Козлов и др., 2014]. Вероятностно-статистические модели позволяют получать плотности распределения ионосферных параметров во всем многообразии комбинаций гелиогеофизических условий. Эти параметры выби-раются согласно их законам распределения и используются при расчете радиофизических величин. В конечном счете имеем плотности вероятности амплитуды и фазы волны на выбранных трассе и частоте в разных условиях солнечной и магнитной активности, на разных широтах, в разные сезоны и время суток. Плотности распределения всех обсуж-даемых выше величин дают детальную картину геофизической и радиофизической обстановки на трассе, содержат в себе информацию о надежности установления связи в тех или иных условиях и дают практическую информацию разработчикам радио-технических систем указанного ранее диапазона о наиболее и наименее благоприятных условиях передачи информации. Все эти сведения не могут быть получены из детерминированных моделей, независимо от того, на каких принципах они строятся, как часто корректируются и какой объем экспериментальных данных используют.К настоящему моменту обоснованы два направления вероятностно-статистического моделирования: детерминированно-вероятностное и эмпирически-статистическое [Козлов и др., 2014]. Цель настоящей работы — расчет P(Ne) на основании детерминированно-вероятностного (Д-В) подхода и анализ полученных результатов. В основу данного подхода положены теоретические исследования (уравнения ионизационно-рекомбинационного цикла), в которых варьируются неизвестные параметры.Детерминированно-вероятностное моделирование состоит из следующих этапов.Определение неизвестных и наиболее изменчивых параметров ионосферы, входящих в уравнения ионизационно-рекомбинационного цикла D-области ионосферы.Нахождение законов распределения этих параметров с шагом по высоте в различных гелиогеофизических условиях по многолетним экспериментальным спутниковым данным.Генерация N профилей этих параметров согласно полученным функциям распределения с помощью генератора случайных чисел (сгенерированные значения должны описываться теми же распределениями, что и входные экспериментальные данные). Количество N определяется сходимостью решений уравнений ионизационно-рекомбинационного цикла.Решение системы дифференциальных уравнений при каждом наборе сгенерированных профилей.Использование полученных профилей Ne в качестве среды распространения радиоволн. Получение плотностей распределения радиофизических параметров на конкретных СДВ-трассах. Верификация функций распределения амплитуды и фазы волны проводится по независимо полученным экспериментальным данным комплексных радиофизических исследований геофизической обсерватории ИДГ РАН «Михнево». </p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Беккер С.З., Козлов С.И., Ляхов А.Н. О некоторых методах повышения точности статистических моделей D-области ионосферы // Труды IV Всероссийской научной конференции «Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды». Санкт-Петербург, 2016. С. 62-66.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., Chetwynd J.H., Shettle E.P. Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km). Environmental Res. Papers. 1986, no. 954, 46 p.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 528 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bekker S.Z., Kozlov S.I., Lyakhov A.N. On some methods of increasing the accuracy of statistical models of the D-region of the ionosphere. Trudy IV Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii “Problemy voenno-prikladnoi geofiziki i kontrolya sostoyaniya prirodnoi sredy”. [Proc. the IV National Scientific Conference “Problems of the Military-Applied Geophysics and Environment Control”]. St. Petersburg, 2016, pp. 62-66. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Данилов А.Д., Ледомская С.Ю. Окись азота в области D. I. Экспериментальные данные о распределении [NO] // Геомагнетизм и аэрономия, 1984. Т. 24, № 4. С. 614-619.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Brunelli B.E., Namgaladze A.A. Fizika ionosfery [Physics of the Ionosphere]. Moscow, Nauka Publ., 1988, 528 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Егошин А.А., Ермак В.М., Зецер Ю.И. и др. Влияние метеорологических и волновых процессов на нижнюю ионосферу в условиях минимума солнечной активности по экспериментальным данным по распространению СДВ-ДВ в средних широтах // Физика Земли, 2012. № 3. С. 101-112.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Danilov A.D., Ledomskaya S.Y. Nitric oxide in the D-region. I. Experimental data of the [NO] distribution. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy], 1984, vol. 24, no. 4, pp. 614-619 (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Козлов С.И., Ляхов А.Н., Беккер С.З. Основные принципы построения вероятностно-статистических моделей ионосферы для решения задач распространения радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия, 2014. Т. 54, № 6. С. 767-779.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Egoshin A.A., Ermak V.M., Zetzer Yu.I., Kozlov S.I., Kudryavtsev V.P., Lyakhov A.N., Poklad Yu.V., Yakimenko E.N. Influence of meteorological and wave processes on the lower ionosphere during solar minimum conditions according to the data on midlatitude VLF-LF propagation. Fizika Zemli [Physics of the Solid Earth]. 2012, vol. 48, no. 3, pp. 275-286. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Котов Ю.Д. Высокоэнергетичные вспышечные процессы на Солнце и их исследование на спутниках КОРОНАС // УФН, 2011. Т. 180, № 6. С. 647-661.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Heaps M.G. A parameterization of cosmic ray ionization. Planet Space Sci. 1978, vol. 26, pp. 513-517.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Кошелев В.В., Климов Н.Н., Сутырин Н.А. Аэрономия мезосферы и нижней термосферы. М.: Наука, 1983. 184 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kozlov S.I., Lyakhov A.N., Bekker S.Z. Key principles of constructing probabilistic statistical ionosphere models for the radiowave propagation problems. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy], 2014, vol. 54, no. 6, pp. 767-779. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических факторов на озоносферу Земли. М.: ГЕОС, 2009. 382 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kotov Y.D. High-energy solar flare processes and their investigation onboard Russian satellite missions CORONAS. Uspekhi fizicheskikh nauk [Adv. In Physical Sciences], 2011, vol. 180, no. 6, pp. 647-661 (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Мощные надгоризонтные РЛС дальнего обнаружения. Разработка. Испытания. Функционирование / под ред. Боева С.Ф. М.: Изд. Радиотехника, 2013. 168 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Koshelev V.V., Klimov N.N., Sutyrin N.A. Aer-onomiya mezosfery i nizhnei termosfery [Aeronomy of the Mesosphere and Lower Thermosphere]. Moscow, Nauka Publ., 1983, 184 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Нестерова И.И., Гинзбург Э.И. Каталог профи-лей электронной концентрации области D ионосферы. Новосибирск: изд-во ИГиГ, 1985. 210 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Krivolutsky A.A., Repnev A.I. Vozdeistvie kosmicheskikh faktorov na ozonosferu Zemli [Impact of Space Factors on Earth's Ozonosphere]. Moscow, GEOS, 2009, 382 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Из-лучение верхней атмосферы - индикатор ее структуры и динамики // М.: ГЕОС, 2006. 741 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Krivolutsky A.A., Cherepanova L.A., Vyushkova T.Yu., Repnev A.I. The three-dimensional numerical model CHARM-I: the incorporation of processes in the ionospheric D-region. Geomagnetism and Aeronomy. 2015, vol. 55, no. 4, pp. 468-487.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., et al. Atmospheric constituent profiles (0-120 km) // Environmental Res. Papers, 1986. N 954. 46 p.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Krivolutsky A.A., Vyushkova T. Yu., Mironova I.A. Changes in chemical composition of the atmosphere in polar regions after solar proton flares (3D modeling). Geomagnetism and Aeronomy. 2017, vol. 57, no 2, pp. 173-194.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Heaps M.G. A parameterization of cosmic ray ionization // Planet. Space Sci., 1978. V. 26. P. 513-517.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Moshchnye nadgorizontnye RLS dal'nego obnaruzheniya. Razrabotka. Ispytaniya. Funktsionirovanie [Powerful Over-Horizon Early Warning Radar. Development. Tests. Operation]. Ed. Boev S.F. Moscow, Radioengineering Publ., 2013, 168 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Krivolutsky A.A., Cherepanova L.A., Vyushkova T.Yu., Repnev A.I. The three-dimensional nu-merical model CHARM-I: the incorporation of processes in the ionospheric D-region // Geomagnetism and Aeronomy, 2015. V. 55, N 4. P. 468-487.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Nesterova I.I., Ginzburg E.I. Katalog profilei elektronnoi kontsentratsii oblasti D ionosfery [Catalog of the Electron Concentration Profiles of the Ionosphere D-region]. Novosibirsk, Inst. of Geology and Geochemistry Publ., 1985, 210 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B15">
    <label>15.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Krivolutsky A.A., Vyushkova T.Yu., Mironova I.A. Changes in chemical composition of the atmosphere in polar regions after solar proton flares (3D modeling) // Geomagnetism and Aer-onomy, 2017. V. 57, N 2. P. 173-194.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Paulsen D.E., Huffman R.E., Larrabe J.C. Improved photoionization rates of O2(1Δg) in the D region. Radio Sci. 1971, vol. 7, no. 1, pp. 51-55.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B16">
    <label>16.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Paulsen D.E., Huffman R.E., Larrabe J.C. Improved photoionization rates of O2(1Δg) in the D-region // Radio Sci., 1971. V. 7, N 1. P. 51-55.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Schumer E.A. Improved modeling of midlatitude D-region ionospheric absorption of high fre-quency radio signals during solar x-ray flares. Dissertation. Department of the Air Force Air University. Air Force institute of technology. 2009.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B17">
    <label>17.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Schumer E.A. Improved modeling of midlatitude D-region ionospheric absorption of high frequency radio signals during solar X-ray flares. Dissertation. Department of the Air Force Air University. Air Force Institute of Technology, 2009.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Shefov N.N., Semenov A.I., Khomich V.Yu. Izluchenie verkhnei atmosfery - indikator ee struktury i dinamiki [Upper Atmospheric Radiation As An Indicator of Its Structure and Dy-namics]. Moscow, GEOS Publ., 2006, 741 p. (In Russian).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B18">
    <label>18.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Thomas L., Bowman M.R. Model studies of the D-region negative-ion composition during day-time and night-time // J. Atmos. Terr. Phys., 1985. V. 47. N 6. P. 547-556.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Thomas L., Bowman M.R. Model studies of the D-region negative-ion composition during day-time and night-time. J. Atmos. Terr. Phys. 1985, vol. 47, no. 6, pp. 547-556.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B19">
    <label>19.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">URL: http://saber.gats-inc.com/browse_data.php (дата обращения 29 декабря 2017 г.).</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">URL: http://saber.gats-inc.com/browse_data.php (accessed December 29, 2017).</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
