с 01.01.2004 по настоящее время
Апатиты, Мурманская область, Россия
Мурманский арктический государственный университет
Апатиты, Россия
Мурманский арктический государственный университет
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
с 01.01.2010 по настоящее время
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
УДК 519.62 Численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений
Методами вычислительного эксперимента исследованы особенности распространения сигналов радиотехнической системы дальней навигации РСДН-20 в высокоширотном участке волновода Земля–ионосфера во время солнечных протонных событий. В работе рассмотрены два протонных события GLE (Ground Level Enhancement) — 13 декабря 2006 г. (GLE70) и 10 сентября 2017 г. (GLE72). Профили концентрации электронов строились по моделям GDMI (Global Dynamic Model of Ionosphere) и RUSCOSMICS, разработанной в Полярном геофизическом институте. Приведены оценки изменений фазы и амплитуды сигналов РСДН-20 во время высыпаний высокоэнергичных протонов в высокоширотной области волновода Земля–ионосфера. По результатам вычислительных экспериментов и анализа затухания электромагнитного сигнала на основе аналитических решений уравнений Максвелла в замагниченной ионосферной плазме обнаружена закономерность в частотной зависимости затухания сигнала, связанная одновременно с высотой отражения сигнала, профилями электронной концентрации и частотой столкновений электронов с нейтральными частицами и с ионами. Обсуждаются ограничения метода вычислительного эксперимента, приведено сравнение результатов моделирования с данными обсерваторий ПГИ «Ловозеро» и «Тулома».
численное моделирование, распространение радиоволн, ионосфера, высокие широты, GLE, ОНЧ, РСДН-20, GDMI
1. Ахметов О.И., Мингалев И.В., Мингалев О.В. и др. Определение характеристик ИНЧ-волн, наиболее сильно реагирующих на незначительные изменения электронной плотности ионосферы в области высоких широт. Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 4. С. 99-109. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-54201911.
2. Ахметов О.И., Мингалев И.В., Мингалев О.В. и др. Распространение электромагнитных волн в области высоких широт при различном состоянии ионосферы на частотах системы радионавигации РСДН-20 (Альфа). Геомагнетизм и аэрономия. 2021а. Т. 61, № 3. С. 366-378. DOI: 10.31857/ S0016794021030020.
3. Ахметов О.И., Мингалев И.В., Мингалев О.В. и др. Распространение электромагнитных волн в области высоких широт при различном состоянии ионосферы на частотах системы точного времени бета. Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2021б. Т. 85, № 3. С. 315-320. DOI:https://doi.org/10.31857/S0367676521020034.
4. Гаврилов Б.Г., Ермак В.М., Поклад Ю.В., Ряховский И.А. Оценка изменений параметров среднеширотной нижней ионосферы, вызванных солнечной вспышкой 10 сентября 2017 г. Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59, № 5. С. 628-634. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016794019050043.
5. Деминов М.Г., Шубин В.Н., Бадин В.И. Модель критической частоты E-слоя для авроральной области. Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61, № 5. С. 610-617. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794021050059.
6. Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. Теоретическая физика. Т. X. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1979. 527 с.
7. Маурчев Е.А., Балабин Ю.В. Модельный комплекс для исследования космических лучей. Солнечно-земная физика. 2016. Т. 2, № 4. С. 3-8. DOI:https://doi.org/10.12737/21289.
8. Шубин В.Н. Глобальная эмпирическая модель критической частоты F2-слоя ионосферы для спокойных геомагнитных условий. Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57, № 4. C. 450-462. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794017040186.
9. Шубин В.Н., Крашенинников И.В., Мерзлый А.М. и др. Динамическая модель высокоширотной ионосферы (DMHI - Dynamic Model of High-latitude Ionosphere): Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021616554 РФ. Опубл. 22.04.2021; заявитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт космических исследований Российской академии наук». 2021.
10. Akhmetov O.I., Belakhovsky V.B., Mingalev I.V., et al. About the propagation of RSDN-20 “Alpha” signals in the Earth-ionosphere waveguide during geomagnetic disturbances. Radio Sci. 2023. Vol. 58, e2022RS007490. DOI: 10.1029/ 2022RS007490.
11. Alken P., Thébault E., Beggan C.D., et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation. Earth Planets Space. 2021. Vol. 73, no. 49. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x.
12. Clilverd M., Seppälä A., Rodger C., et al. Modeling polar ionospheric effects during the October-November 2003 solar proton events. Radio Sci. 2006. Vol. 41. id RS2001. DOI:https://doi.org/10.1029/2005RS003290.
13. Dowden R.L., Adams C.D.D. Phase and amplitude perturbations on the NWC signal at Dunedin from lightning-induced electron precipitation. J. Geophys. Res.: Space Phys. 1989. Vol. 94, iss. A1. P. 497-503. DOI:https://doi.org/10.1029/JA094iA01p00497.
14. Gledhill J.A. The effective recombination coefficient of electrons in the ionosphere between 50 and 150 km. Radio Sci. 1986. Vol. 21, no. 3, P. 399-408. DOI:https://doi.org/10.1029/RS021i003p00399.
15. Hargreaves J.K. The upper atmosphere and solar-terrestrial relations: An introduction to the aerospace environment. Van Nostrand Reinhold; First Edition (January 1, 1979) 298 p.
16. Inan U.S., Cummer S.A., Marshall R.A. A survey of ELF and VLF research on lightning-ionosphere interactions and causative discharges. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. Vol. 115, iss. A6. P. A00E36. DOI:https://doi.org/10.1029/2009JA014775.
17. Knipp D., Ramsay A., Beard E., et al. The May 1967 great storm and radio disruption event: Extreme space weather and extraordinary responses. Space Weather. 2016. Vol. 14. P. 614-633. DOI:https://doi.org/10.1002/2016sw001423.
18. Korja T., Engels M., Zhamaletdinov A.A., et al. Crustal conductivity in Fennoscandia - a compilation of a database on crustal conductance in the fennoscandian shield. Earth Planets Space. 2002. Vol. 54, no. 5. P. 535-558. DOI:https://doi.org/10.1186/BF03353044.
19. Marshall R.A., Wallace T., Turbe M. Finite-difference modeling of very-low-frequency propagation in the Earth-ionosphere waveguide. IEEE Trans. Antennas Propag. 2017. Vol. 65, no. 12 P. 7185-7197. DOI:https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2758392.
20. Meyer P., Parker E.N., Simpson J.A. Solar cosmic rays of February 1956 and their propagation through interplanetary space. Phys. Rev. 1956. Vol. 104, no. 3. P. 768-783.
21. Mishev A., Velinov P.I.Y. Determination of medium time scale ionization effects at various altitudes in the stratosphere and troposphere during ground level enhancement due to solar cosmic rays on 13.12.2006 (GLE 70). C.R. Acad. Bulg. Sci. 2015. Vol. 68. P. 1427-1432.
22. Perez-Peraza J.A., Márquez-Adame J.C., Caballero-Lopez R.A., et al. Spectra of the two official GLEs of solar cycle 24. Adv. Space Res. 2020. Vol. 65, iss. 1. P. 663-676. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.10.021.
23. Schunk R., Nagy A. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry: 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2009. 355 p. (Cambridge Atmospheric and Space Science Series). DOI:https://doi.org/10.1017/CBO9780511635342.
24. Wait J.R., Spies K.P. Characteristics of the Earth-ionosphere waveguide for VLF radio waves. Technical Note 300. Boulder: National Bureau of Standards, 1964. 96 p.
