Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Иркутск, Россия
Представлен обзор основных результатов исследования долговременных вариаций характеристик верхней нейтральной атмосферы и ионосферы, полученных в ходе выполнения Проекта РНФ № 22-17-00146 «Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействия нейтральной и ионизованной компонент атмосферы Земли». Проанализированы долговременные вариации максимума электронной концентрации NmF2 и температуры области мезопаузы Tm, их зависимости от солнечной, геомагнитной и атмосферной активности, а также долговременные тренды. Для анализа использованы данные многолетних измерений на комплексе инструментов ИСЗФ СО РАН. Данные NmF2 за 1955–1996 гг. получены на Иркутской аналоговой автоматической ионосферной станции, за 2003–2021 гг. — на Иркутском цифровом ионозонде DPS-4; данные Tm — по спектрометрическим наблюдениям эмиссии молекулы гидроксила (полоса ОН (6-2), 834.0 нм, высота максимума излучения ~87 км) в 2008–2020 гг. К анализу привлечены данные об индексах солнечной и геомагнитной активности F10.7 и Ар, а также данные о вариациях индекса Южной осцилляции (SOI). Использованы методы простой и множественной линейной регрессии. Обнаружено, что среднегодовые значения NmF2 преимущественно контролируются изменениями солнечного потока. Анализ регрессионных остатков показал, что наибольшие отклонения от регрессии (как для простой, так и для множественной регрессии) наблюдаются в годы вблизи максимумов солнечных циклов 19 (1956–1959 гг.) и 22 (1989–1991 гг.). Вариации среднегодовых значений изменчивости температуры области мезопаузы коррелируют с SOI: межсуточная изменчивость демонстрирует положительную корреляцию с SOI, внутрисуточная — отрицательную. Значимая связь между межгодовыми вариациями NmF2 и Tm не обнаружена.
долговременные вариации, максимум электронной концентрации, температура, область мезопаузы, солнечная активность, геомагнитная активность, долговременные тренды
1. Данилов А.Д., Ванина-Дарт Л.Б. Сравнение величин foF2 в дневное время и после захода Солнца. Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 1. C. 61–66. DOI: 10.1134/ S001679321001007X.
2. Данилов А.Д., Константинова А.В. Долговременные вариации параметров средней и верхней атмосферы и ионосферы (обзор). Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 4. С. 411–435. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794020040045.
3. Шубин В.Н., Деминов М.Г. Глобальная динамическая модель критической частоты F2-слоя ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59, № 4. С. 461–473. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016794019040151.
4. Altadill D. Time/altitude electron density variability above Ebro, Spain. Adv. Space Res. 2007. Vol. 3. P. 962–969. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.05.031.
5. 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.
6. Beig G. Long-term trends in the temperature of the mesosphere/lower thermosphere region: 2. Solar response. J. Geophys. Res. Atmos. 2011. Vol. 116. A00H12. DOI:https://doi.org/10.1029/2011ja 016766.
7. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., et al. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather. 2017. Vol. 15. P. 418–429. DOI:https://doi.org/10.1002/2016SW001593.
8. Bremer J. Trends in the ionospheric E and F regions over Europe. Ann. Geophys. 1998. Vol. 16, no 8. P. 986–996. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-998-0986-9.
9. Bremer J., Damboldt T., Mielich J., Suessmann P. Comparing long-term trends in the ionospheric F2 region with two different methods. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012. Vol. 77. P. 174–185. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.12.017.
10. Buresova D., Lastovicka J., Hejda P., Bochnicek J. Ionospheric disturbances under low solar activity conditions. Adv. Space Res. 2014. Vol. 54. P. 185–196. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.04.007.
11. Cnossen I., Franzke C. The role of the Sun in long-term change in the F2 peak ionosphere: new insights from Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) and numerical modeling. J. Geophys. Res. 2014. Vol. 119, no. 10. P. 8610–8623. DOI:https://doi.org/10.1002/2014JA020048.
12. Deminov M.G., Deminova G.F., Zherebtsov G.A., Polekh N.M. Statistical properties of variability of the quiet ionosphere F2-layer maximum parameters over Irkutsk under low solar activity. Adv. Space Res. 2013. Vol. 51. P. 702–711. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.09.037.
13. Drob D.P., Emmert J.T., Meriwether J.W., et al. An update to the Horizontal Wind Model (HWM): The quiet time thermosphere. Earth and Space Sci. 2015. Vol. 2. P. 301–319. DOI:https://doi.org/10.1002/2014EA000089.
14. Forbes J.M., Palo S.E., Zhang X. Variability of the ionosphere. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. Vol. 62. P. 685–693. DOI:https://doi.org/10.1016/s1364-6826(00)00029-8.
15. García-Herrera R., Calvo N., Garcia R.R., Giorgetta M.A. Propagation of ENSO temperature signals into the middle atmosphere: A comparison of two general circulation models and ERA-40 reanalysis data. J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111, D06101. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JD006061.
16. Khomich V.Y., Semenov A.I., Shefov N.N. Airglow as an Indicator of Upper Atmospheric Structure and Dynamics, Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2008.
17. Lastovicka J. Is the relation between ionospheric parameters and solar proxies stable? Geophys. Res. Lett. 2019. Vol. 46, no. 24. P. 14208–14213. DOI:https://doi.org/10.1029/2019GL085033.
18. Laštovička J., Burešová D. Relationships between foF2 and various solar activity proxies. Space Weather. 2023. Vol. 21. e2022SW003359. DOI:https://doi.org/10.1029/2022SW003359.
19. Medvedeva I., Ratovsky K. Studying atmospheric and ionospheric variabilities from long-term spectrometric and radio sounding measurements. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. Vol. 120. P. 5151–5159. DOI:https://doi.org/10.1002/2015ja021289.
20. Medvedeva I.V., Ratovsky K.G. Comparative analysis of atmospheric and ionospheric variability by measurements of temperature in the mesopause region and peak electron density NmF2. Geomagnetism and Aeronomy. 2017. Vol. 57. P. 217–228. DOI:https://doi.org/10.1134/s0016793217020104.
21. Medvedeva I.V., Semenov A.I., Perminov V.I., et al. Comparison of ground-based OH temperature data measured at Irkutsk (52° N, 103° E) and Zvenigorod (56° N, 37° E) stations with aura MLS v3.3. Acta Geophys. 2014. Vol. 62. P. 340–349.
22. Mielich J., Bremer J. Long-term trends in the ionospheric F2 region with two different solar activity indices. Ann. Geophys. 2013. Vol. 31, no. 2. P. 291–303. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-31-291-2013.
23. Mikhailov A.V., Förster M., Leschinskaya T.Y. On the mechanism of the post-midnight winter NmF2 enhancements: Dependence on solar activity. Ann. Geophys. 2000. Vol. 18. P. 1422–1434. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-000-1422-y.
24. Offermann D., Gusev O., Donner M., et al. III. Relative intensities of middle atmosphere waves. J. Geophys. Res. Atmos. 2009. Vol. 114. D06110. DOI:https://doi.org/10.1029/2008jd010662.
25. Pedatella N.M., Liu H.-L. Tidal variability in the mesosphere and lower thermosphere due to the El Niño-Southern Oscillation. Geophys. Res. Lett. 2012. Vol. 39. L19802. DOI:https://doi.org/10.1029/2012gl053383.
26. Pedatella N.M., Liu H.-L. Influence of the El Niño Southern Oscillation on the middle and upper atmosphere. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. Vol. 118 P. 2744–2755. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50286.
27. Perminov V.I., Semenov A.I., Medvedeva I.V., Zheleznov Y.A. Variability of mesopause temperature from the hydroxyl airglow observations over mid-latitudinal sites, Zvenigorod and Tory, Russia. Adv. Space Res. 2014a. Vol. 54. P. 2511–2517. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.01.027.
28. Perminov V.I., Semenov A.I., Medvedeva I.V., Pertsev N.N. Temperature variations in the mesopause region according to the hydroxyl-emission observations at midlatitudes. Geomagnetism and Aeronomy. 2014b. Vol. 54. P. 230–239. DOI:https://doi.org/10.1134/s001 6793214020157.
29. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107, no. A12. P. 1468–1483. DOI:https://doi.org/10.1029/2002JA009430.
30. Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V. Diurnal, seasonal and solar activity pattern of ionospheric variability from Irkutsk Digisonde data. Adv. Space Res. 2015. Vol. 55. P. 2041–2047. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.08.001.
31. Ratovsky K.G., Klimenko M.V., Dmitriev A.V., Medvedeva I.V. Relation of extreme ionospheric events with geomagnetic and meteorological activity. Atmosphere. 2022. Vol. 13, no. 146. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos13010146.
32. Rishbeth H., Mendillo M. Patterns of F2-layer variability. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. Vol. 63. P. 1661–1680. DOI:https://doi.org/10.1016/s1364-6826(01)00036-0.
33. Ropelewski C.F., Jones P.D. An extension of the Tahiti-Darwin Southern Oscillation Index. Monthly Weather Review. 1987. Vol. 115. P. 2161–2165.
34. Sassi F., Kinnison, D., Boville, B.A., et al. Effect of El Niño–Southern Oscillation on the dynamical, thermal, and chemical structure of the middle atmosphere. J. Geophys. Res. Atmos. 2004. Vol. 109. D17108. DOI:https://doi.org/10.1029/2003jd004434.
35. Semenov A.I. Variations in the atmospheric temperature response (30–100 km) to solar activity for equatorial and polar lati-tudes. Dokl. Earth Sci. 2008. Vol. 423. P. 1483–1487. DOI: 2008DokES.423.1483S.
36. Semenov A.I., Bakanas V.V., Perminov V.I., et al. The near infrared spectrum of the emission of the nighttime upper atmosphere of the Earth. Geomagnetism and Aeronomy. 2002. Vol. 42. P. 390–397.
37. Sun Y.-Y., Liu H., Miyoshi Y., et al. El Niño–Southern Oscillation effect on ionospheric tidal/SPW amplitude in 2007–2015 FORMOSAT-3/COSMIC observations. Earth Planets Space. 2019. Vol. 71, no. 35. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-019-1009-7.
38. Zhang S. Ionospheric Climate Change: a report on the ISSI team research efforts. Paper presented at the 10th Workshop on long-term changes and trends in the atmosphere (Hefei, China, May 14–18, 2018). 2018.
39. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html (дата обращения 3 августа 2022 г.).
40. URL: https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/soi/ (дата обращения 7 октября 2022 г.).
41. URL: https://rscf.ru/project/22-17-00146/ (дата обращения 3 августа 2022 г.).
42. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (дата обращения 3 августа 2022 г.).
