Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Москва, Россия
Москва, Россия
Институт космических исследований РАН
Москва, Россия
Москва, Россия
Петропавловск-Камчатский, Россия
Петропавловск-Камчатский, Россия
УДК 53 Физика
На основе измерений на региональных станциях сверхдлинноволнового радиопросвечивания и на спутниках миссии Swarm исследован отклик нижней и верхней ионосферы на прохождение внетропических циклонов в Дальневосточном регионе России в период 2014–2023 гг. Для двенадцати циклонов обнаружено, что возмущения в нижней ионосфере, отмечаемые по вариациям амплитуды и фазы СДВ-сигнала, а также сопряженные с ними вариации электронной плотности в верхней ионосфере на активной стадии циклонов соответствуют прохождению атмосферных внутренних гравитационных волн и их диссипации, что продемонстрировано на нескольких примерах. Рассмотрены механизмы воздействия внутренних атмосферных волн на ионосферу, позволяющие интерпретировать наблюдаемые в нижней ионосфере вариации фазы СДВ-сигнала и вариации электронной плотности в верхней ионосфере.
сверхдлинноволновое радиопросвечивание, атмосферные внутренние гравитационные волны, внетропические циклоны, ионосфера
1. Акперов М.Г., Бардин М.Ю., Володин Е.М. и др. Функции распределения вероятностей циклонов и антициклонов по данным реанализа NCEP/NCAR и модели климата ИВМ РАН. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. T. 43, № 6. С. 764–772. DOI:https://doi.org/10.1134/S0001433807060.
2. Бардин М.Ю., Полонский А.Б. Североатлантическое колебание и синоптическая изменчивость в Европейско-Атлантическом регионе в зимний период. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41, № 2. C. 3–13.
3. Ванина-Дарт Л.Б., Шарков Е.А. Основные результаты современных исследований физических механизмов взаимодействия тропических циклонов и ионосферы. Исследование Земли из космоса. 2016. № 3. С. 75–83.
4. Ванина-Дарт Л.Б., Покровская И.В., Шарков Е.А. Реакция нижней экваториальной ионосферы на сильные тропические возмущения. Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48, № 2. С. 255–260.
5. Голицын Г.С., Мохов И.И., Акперов М.Г., Бардин М.Ю. Функции распределения вероятности для циклонов и антициклонов в период 1952–2000 гг.: инструмент для определения изменений глобального климата. Доклады АН. 2007. Т. 413, № 2. C. 254–256.
6. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 267 с.
7. Дягилев Р.А., Сдельникова И.А. Уникальная научная установка «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира». Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13, № 2, 0591. DOI:https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0591.
8. Захаров В.И., Куницын В.Е. Региональные особенности атмосферных проявлений тропических циклонов по данным наземных GPS-сетей. Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 4. С. 562–574.
9. Захаров В.И., Пилипенко В.А., Грушин В.А., Хамидуллин А.Ф. Влияние тайфуна Vongfong 2014 на ионосферу и геомагнитное поле по данным спутников SWARM: 1. Волновые возмущения ионосферной плазмы. Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 2. C. 114–123. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-52201914.
10. Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Рожной А.А., Соловьева М.С. Вариации параметров СДВ-сигналов на радиотрассе Австралия–Камчатка во время магнитных бурь. Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, № 3. С. 1–9.
11. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Наука, 2006. 582 с.
12. Черниговская М.А., Куркин В.И., Орлов И.И. и др. Исследование связи короткопериодных временных вариаций параметров ионосферы в северо-восточном регионе России с проявлениями тропических циклонов. Исследование Земли из космоса. 2010. № 5. С. 32–41.
13. Шалимов С.Л., Соловьева М.С. Отклик ионосферы на прохождение тайфунов по наблюдениям методом СДВ радиопросвечивания. Солнечно-земная физика. 2022. Т. 8, № 3. С. 54–61. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-83202208. (Shalimov S.L., Solovieva M.S. Ionospheric response to the passage of typhoons observed by subionospheric VLF radio signals. Solar-Terr. Phys. 2022. Vol. 8, iss. 3. P. 51–57. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-83202208).
14. Шалимов С.Л., Захаров В.И., Соловьева М.С. и др. Об отклике ионосферы на сильные тропосферные возмущения. Исследование Земли из космоса. 2023а. № 6. C. 106–117. DOI:https://doi.org/10.31857/S0205961423060088.
15. Шалимов С.Л., Захаров В.И., Соловьева М.С. и др. Волновые возмущения нижней и верхней ионосферы во время тропического циклона Faxai 2019. Геомагнетизм и аэрономия. 2023б. Т. 63, № 1. С. 216–226. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794 022600442.
16. Швед Г.М. Введение в динамику и энергетику атмосферы. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2020. 396 с.
17. Ясюкевич Ю.В., Едемский И.К., Перевалова Н.П., Полякова А.С. Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS. Иркутск: ИГУ, 2013. 160 с.
18. Bertin F., Testud J., Kersley L. Medium-scale gravity waves in the ionospheric F-region and their possible origin in weather disturbances. Planet. Space Sci. 1975. Vol. 23. P. 493–507.
19. Chernogor L.F. A tropical cyclone or typhoon as an element of the Earth–atmosphere–ionosphere–magnetosphere system: Theory, simulations, and observations. Remote Sens. 2023. Vol. 15, iss. 20, 4919. DOI:https://doi.org/10.3390/rs15204919.
20. Chou M.Y., Lin C.H., Jia Yue, et al. Concentric traveling ionosphere disturbances triggered by Super Typhoon Meranti (2016). Geophys. Res. Lett. 2017a. Vol. 44. P. 1219–1226. DOI:https://doi.org/10.1002/2016GL072205.
21. Chou M.Y., Lin C.H., Jia Yue, et al. Medium-scale traveling ionospheric disturbances triggered by Super Typhoon Nepartak (2016). Geophys. Res. Lett. 2017b. Vol. 44. P. 7569–7577. DOI:https://doi.org/10.1002/2017GL073961.
22. Das B., Sen A., Pal S., Haldar P.K. Response of the sub-ionospheric VLF signals to the super cyclonic storm Amphan: First observation from Indian subcontinent. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2021. Vol. 220, 105668. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2021.105668.
23. 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.
24. Haldoupis C., Shalimov S. On the altitude dependence and role of zonal and meridional wind shears in the generation of E region metal ion layers. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2021. Vol. 214. 105537. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2021.105537.
25. Lutgens F.K., Tarbuck E.J., Herman R.L. The Atmosphere. An Introduction to Meteorology. 14 Edition. New York: Pearson, 2018. 1912 p.
26. Kelley M.C. The Earth’s Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. Academic Press, 1989. 500 p.
27. Medvedev А.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Relation of internal gravity wave anisotropy with neutral wind characteristics in the upper atmosphere. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. Vol. 122. P. 7567–7580. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JA024103.
28. Neu U., Akperov M.G., Bellenbaum N., et al. IMILAST: a community effort to intercompare extratropical cyclone detection and tracking algorithms. Bulletin of the American Meteorological Society. 2013. Vol. 94, no. 4. P. 529–547. DOI:https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00154.1.
29. Olsen N., Friis-Christensen E., Floberghagen R., et al. The Swarm Satellite Constellation Application and Research Facility (SCARF) and Swarm data products. Earth Planets Space. 2013. Vol. 65. P. 1189–1200.
30. Pal S., Sarkar Sh., Midya S.K., et al. Low-latitude VLF radio signal disturbances due to the extremely severe cyclone Fani of May 2019 and associated mesospheric response. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2020. Vol. 125, iss. 5, e2019JA027288. 11 p. DOI:https://doi.org/10.1029/2019JA027288.
31. Polyakova A.S., Perevalova N.P. Investigation into impact of tropical cyclones on the ionosphere using GPS sounding and NCEP/NCAR reanalysis data. Adv. Space Res. 2011. 48, P. 1196–1210. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.06.014.
32. Rozhnoi А., Solovieva М., Levin B., et al. Meteorological effects in the lower ionosphere as based on VLF/LF signal observations. Natural Hazards and Earth System Sciences. 2014. Vol. 14, iss. 10. P. 2671–2679. DOI:https://doi.org/10.5194/nhess-14-2671-2014.
33. Simmonds I., Keay K. Extraordinary September Arctic sea ice reductions and their relationships with storm behavior over 1979–2008. Geophys. Res. Lett. 2009. Vol. 36, no. 19. L19715. P. 1–5. DOI:https://doi.org/10.1029/2009GL039810.
34. Ulbrich U., Leckebusch G.C., Grieger J., et al. Are greenhouse gas signals of Northern Hemisphere winter extra-tropical cyclone activity dependent on the identification and tracking methodology? Meteorologische Zeitschrift. 2013. Vol. 22. P. 61–68. DOI:https://doi.org/10.1127/0941-2948/2013/0420.
35. Vadas S.L., Fritts D.C. Influence of solar variability on gravity wave structure and dissipation in the thermosphere from tropospheric convection. J. Geophys. Res. 2006. Vol. 111. A10S12. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011510.
36. URL: https://ckp-rf.ru/usu/507436/ (дата обращения 22 октября 2024 г.).
37. URL: http://www.gsras.ru/unu (дата обращения 22 октября 2024 г.).
38. URL: http://ultramsk.com (дата обращения 22 октября 2024 г.).
39. URL: http://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/s/Swarm (дата обращения 22октября 2022 г.).
