Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Комплексное исследование пространственно-временных вариаций геомагнитных, ионосферных и атмосферных параметров в области средних и высоких широт Cеверного полушария в период серии магнитных бурь в марте 2012 г. расширено включением в анализ данных вертикального полного электронного содержания (ПЭС) по измерениям на цепях двухчастотных фазовых приемников GPS/ГЛОНАСС. Установленные ранее по данным вертикального зондирования особенности долготных вариаций ионизации ионосферы над средними широтами Евразии подтверждены данными вертикального ПЭС. Подчеркнута сложная физика длительного магнитовозмущенного периода в марте 2012 г. с переключением между положительным и отрицательным эффектами ионосферной бури на одинаковых фазах магнитной бури для пространственно разнесенных среднеширотных областей восточного полушария. Такие смены эффектов ионосферной бури могли быть связаны с суперпозицией в регионе средних широт восточного полушария конкурирующих процессов из-за изменений состава термосферы, термосферных ветров и крупномасштабных электрических полей, влияющих на ионизацию ионосферы. Отмечены существенные различия в характере реакции ионизации ионосферы восточного и западного полушария на продолжительное геомагнитное возмущение в марте 2012 г. По данным ПЭС на долготах западного полушария в противоположность восточному наблюдался эффект пониженной ионизации ионосферы. Эффект отрицательной ионосферной бури был вызван образованием обширных областей атмосферного газа с пониженным отношением концентраций [O]/[N2] над регионом средних широт западного полушария в зоне максимального проникновения геомагнитных возмущений из высоких широт на средние. По данным цепей магнитометров сети INTERMAGNET для анализируемого периода магнитных бурь 7–20 марта 2012 г. в регионе средних широт Северного полушария максимальные вариации геомагнитного поля наблюдались именно в западном полушарии.
цепь приемников GPS/ГЛО-НАСС, цепь ионозондов, ионосферные и термосферные возмущения, вариации геомагнитного поля, геомагнитная буря
1. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ ВСНЦ СО РАМН, 2006. С. 90-94.
2. Данилов А.Д. Реакция области F на геомагнитные возмущения (обзор). Гелиогеофизические исследования. 2013. № 5. С. 1-33.
3. Клименко М.В., Клименко В.В., Бессараб Ф.С. и др. Влияние геомагнитных бурь 26-30 сентября 2011 года на ионосферу и распространение радиоволн КВ-диапазона. I. Ионосферные эффекты. Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55, № 5. C. 769-789. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794015050077.
4. Косов А.С., Чернышов А.А., Могилевский М.М. и др. Космический эксперимент по измерению ионосферных задержек сигнала ИЗРС (ионосферные задержки радиосигнала). Исследование Земли из космоса. 2018. № 6. C. 13-23. DOI:https://doi.org/10.31857/S020596140003364-1.
5. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 129 с.
6. Поляков В.М., Щепкин Л.А., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Ионосферные процессы. Новосибирск: Наука, 1968. 535 с.
7. Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Хабитуев Д.С. и др. Долготные вариации ионосферных и геомагнитных параметров в северном полушарии во время сильных магнитных бурь 2015 г. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 5. С. 336-347. DOI:https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-5-336-347.
8. Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Ясюкевич А.С., Хабитуев Д.С. Ионосферная долготная изменчивость в северном полушарии во время магнитных бурь по данным ионозондов и GPS/ГЛОНАСС. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 4. С. 269-281. DOI:https://doi.org/10.21046/2070-7401-2020-17-4-269-281.
9. Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Ясюкевич А.С. и др. Долготные вариации отклика среднеширотной ионосферы северного полушария на геомагнитную бурю в октябре 2016 г. с помощью мультиинструментальных наблюдений. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 5. С. 305-317. DOI:https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-5-305-317.
10. Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Хабитуев Д.С. и др. Исследование отклика среднеширотной ионосферы северного полушария на магнитные бури в марте 2012 года. Солнечно-земная физика. 2022а. Т. 8, № 4. С. 46-56. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-84202204.
11. Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Хабитуев Д.С. Отклик системы «ионосфера-термосфера» над регионом средних широт Евразии на геомагнитные бури в марте 2012 года. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022б. Т. 19, № 5. С. 303-315. DOI:https://doi.org/10.21046/2070-7401-2022-19-5-303-315.
12. Anagnostopoulos G.C., Menesidou S.-A.I., Efthymiadis D.A. The March 2012 heat wave in Northeast America as a possible effect of strong solar activity and unusual space plasma interactions. Atmosphere. 2022. Vol. 13, iss.6. P. 926. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos13060926.
13. Araujo-Pradere E.A., Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V., Bilitza D. Characteristics of the ionospheric variability as a function of season, latitude, local time, and geomagnetic activity. Radio Sci. 2005. Vol. 40. RS5009. DOI:https://doi.org/10.1029/2004RS003179.
14. Astafyeva E.I. Dayside ionospheric uplift during strong geomagnetic storms as detected by the CHAMP, SAC-C, TOPEX and Jason-1 satellites. Adv. Space Res. 2009. Vol. 43. P. 1749-1756. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.09.036.
15. Balan N., Otsuka Y., Tsugawa T., et al. Plasmaspheric electron content in the GPS ray paths over Japan under magnetically quiet conditions at high solar activity. Earth, Planets and Space. 2002. Vol. 54. P. 71-79. DOI:https://doi.org/10.1186/BF03352423.
16. Belehaki A., Kutiev I., Marinov P., et al. Ionospheric electron density perturbations during the 7-10 March 2012 geomagnetic storm period. Adv. Space Res. 2017. Vol. 59. P. 1041-1056. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.11.031.
17. Bilitza D. Evaluation of the IRI-2007 model options for the topside electron density. Adv. Space Res. 2009. Vol. 44, no. 6. P. 701-706. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.04.036.
18. Buonsanto M.J. Ionospheric storms - a review. Space Sci. Rev. 1999. Vol. 88. P. 563-601.
19. Burešová D., Laštovička J., de Franceschi G. Manifestation of Strong Geomagnetic Storms in the Ionosphere above Europe. In: Lilensten J. (ed.), Space Weather Springer. 2007. P. 185-202.
20. Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Yasyukevich A.S., et al. Longitudinal variations of geomagnetic and ionospheric parameters in the Northern Hemisphere during magnetic storms according to multi-instrument observations. Adv. Space Res. 2021. Vol. 67, no. 2. P. 762-776. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr. 2020.10.028.
21. Christensen A.B., Paxton L.J., Avery S., et al. Initial observations with the Global Ultraviolet Imager (GUVI) on the NASA TIMED satellite mission. J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108, no. A12. P. 1451, DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA009918.
22. Danilov A.D. Long-term trends of foF2 independent on geomagnetic activity. Ann. Geophys. 2003. Vol. 21, no. 5. P. 1167-1176.
23. Dudok de Wit T., Watermann J. Solar forcing of the terrestrial atmosphere. Comptes Rendus Geoscience. 2009. Vol. 342, no. 4-5. P. 259-272. DOI:https://doi.org/10.1016/j.crte.2009.06.001.
24. Habarulema J.B., Katamzi Z.T., Yizengaw E. First observations of poleward large-scale traveling ionospheric disturbances over the African sector during geomagnetic storm conditions. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. Vol. 120. P. 6914-6929. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021066.
25. Habarulema J.B., Katamzi Z.T., Yizengaw E., et al. Simultaneous storm time equatorward and poleward large-scale TIDs on a global scale. Geophys. Res. Lett. 2016. Vol. 43. P. 6678-6686. DOI:https://doi.org/10.1002/2016GL069740.
26. Habarulema J.B., Okoh D., Bergeot N., et al. Interhemispheric comparison of the ionosphere and plasmasphere total electron content using GPS, radio occultation and ionosonde observations. Adv. Space Res. 2021. Vol. 68, iss. 6. P. 2339-2353. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.05.004.
27. Huang C.M. Disturbance dynamo electric fields in response to geomagnetic storms occurring at different universal times. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. Vol. 118. P. 496-501. DOI:https://doi.org/10.1029/2012JA018118.
28. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Ratovsky K.G., et al. Numerical modeling of ionospheric effects in the middle- and low-latitude F region during geomagnetic storm sequence of 9-14 September 2005. Radio Sci. 2011. RS0D03. DOI: 10.1029/ 2010RS004590.
29. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E., et al. The global morphology of the plasmaspheric electron content during Northern winter 2009 based on GPS/COSMIC observation and GSM TIP model results. Adv. Space Res. 2015. Vol. 55, no. 8. P. 2077-2085. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.06.027.
30. Krypiak-Gregorczyk A. Ionosphere response to three extreme events occurring near spring equinox in 2012, 2013 and 2015, observed by regional GNSS-TEC model. Journal of Geodesy. 2019. Vol. 93. P. 931-951. DOI:https://doi.org/10.1007/s00190-018-1216-1.
31. Laštovička J. Monitoring and forecasting of ionospheric space weather effects of geomagnetic storms. J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2002. Vol. 64. P. 697-705. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(02)00031-7.
32. Liou K., Newell P.T., Anderson B.J., et al. Neutral composition effects on ionospheric storms at middle and low latitudes. J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. P. A05309. DOI:https://doi.org/10.1029/2004JA010840.
33. Loewe C.A., Prölss G.W. Classification and mean behavior of magnetic storms. J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102, no. A7. P. 14,209-14,213.
34. Matsushita S. A study of the morphology of ionospheric storms. J. Geophys. Res. 1959. Vol. 64, no. 3. P. 305-321. DOI:https://doi.org/10.1029/JZ064i003p00305.
35. Mayr H.G., Volland H. Magnetic storm effects in the neutral composition. Planet. Space Sci. 1972. Vol. 20. P. 379.
36. Mendillo M. Storms in the ionosphere: Patterns and processes for total electron content. Rev. Geophys. 2006. Vol. 44. RG4001. DOI:https://doi.org/10.1029/2005RG000193.
37. Prol F.S., Hoque M.M., Ferreira A.A. Plasmasphere and topside ionosphere reconstruction using METOP satellite data during geomagnetic storms. J. Space Weather Space Clim. 2021. Vol. 11, no. 5. DOI:https://doi.org/10.1051/swsc/2020076.
38. Prölss G.W. Ionospheric F-region storms / In: Volland H. (ed.), Handbook of atmospheric electrodynamics. CRC Press, Boca Raton. 1995. Vol. 2, Ch. 8. P. 195-248.
39. Prölss G.W., Werner S. Vibrationally excited nitrogen and oxygen and the origin of negative ionospheric storms. J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, no. A2. P. 1016. DOI: 10.1029/ 2001JA900126.
40. Rishbeth H. How the thermospheric circulation affects the ionospheric F2-layer. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1998. Vol. 60. P. 1385-1402.
41. Seaton M.J. A possible explanation of the drop in F-region critical densities accompanying major ionospheric storms. J. Atmos. Terr. Phys. 1956. Vol. 8. P. 122.
42. Shpynev B.G., Khabituev D.S. Estimation of the plasmasphere electron density and O+/H+ transition height Irkutsk incoherent scatter data and GPS total electron content. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2014. Vol. 119. P. 223-228. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2014. 01.007.
43. Shpynev B.G., Zolotukhina N.A., Polekh N.M., et al. The ionosphere response to severe geomagnetic storm in March 2015 on the base of the data from Eurasian high-middle latitudes ionosonde chain. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. Vol. 180. P. 93-105. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.014.
44. Tsurutani B., Mannucci A., Iijima B., et al. Global dayside ionospheric uplift and enhancement associated with interplanetary electric fields. J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. A08302. DOI:https://doi.org/10.1029/2003JA010342.
45. Tsurutani B., Echer E., Shibata K., et al. The interplanetary causes of geomagnetic activity during the 7-17 March 2012 interval: a CAWSES II overview. J. Space Weather Space Clim. 2014. Vol. 4, no. A02. DOI:https://doi.org/10.1051/swsc/2013056.
46. Verkhoglyadova O.P., Tsurutani B.T., Mannucci A.J., et al. Solar wind driving of ionosphere-thermosphere responses in three storms near St. Patrick’s Day in 2012, 2013, and 2015. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 8900-8923. DOI:https://doi.org/10.1002/2016JA022883.
47. Yasyukevich A.S., Yasyukevich Yu.V., Klimenko M.V., Vesnin A.M. Plasmasphere Contribution to Total Electron Content at High and Middle Latitudes. Proc. URSI GASS 2020, Rome, Italy, 29 Aug - 5 Sep 2020. PID6354063. https://www.ursi.org/proceedings/procGA20/papers/PID6354063.pdf.
48. Yasyukevich Yu.V., Mylnikova A.A., Polyakova A.S. Estimating the total electron content absolute value from the GPS/GLONASS data. Results Physics. 2015. Vol. 5. P. 32-33. DOI:https://doi.org/10.1016/j.rinp.2014.12.006.
49. Yizengaw E., Moldwin M.B., Galvan D., et al. Global plasmaspheric TEC and its relative contribution to GPS TEC. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. Vol. 70. P. 1541-1548. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2008.04.022.
50. URL: http://guvitimed.jhuapl.edu/guvi-galleryl3on2 (дата обращения 15 марта 2023 г.).
51. URL: http://www.intermagnet.org (дата обращения 20 февраля 2023 г.).
52. URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp (дата обращения 2 февраля 2023 г.).
53. URL: https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation (дата обращения 2 июня 2023 г.).
54. URL: https://giro.uml.edu/ionoweb (дата обращения 2 июня 2023 г.).
55. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (дата обращения 2 июня 2023 г.).
