Иркутск, Россия
Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Калининград, Россия
Иркутск, Россия
с 01.01.2019 по настоящее время
Калининград, Калининградская область, Россия
Статья посвящена исследованию статистических закономерностей откликов регионального электронного содержания на геомагнитные события в высоких, средних и экваториальных широтах. Региональное электронное содержание представляет собой полное электронное содержание, усредненное по всем долготам в данной широтной зоне. Статистический анализ включает следующие составляющие: 1) идентификация геомагнитных событий на основе AE-индекса и расчет «эталонных» геомагнитных бурь; 2) расчет регионального электронного содержания (REC) для пяти широтных зон (экваториальная зона, среднеширотные зоны Северного и Южного полушарий и высокоширотные зоны Северного и Южного полушарий); 3) расчет возмущений REC (ΔREC), представляющих собой относительные (процентные) отклонения наблюдаемых значений от 27-дневного скользящего среднего значения REC; 4) получение «эталонного» ионосферного отклика в виде динамики среднего ΔREC, полученной методом наложенных эпох. Метод наложенных эпох реализован с часовым разрешением и ключевыми моментами, соответствующими максимуму AE-индекса. По сравнению с нашим предыдущим статистическим анализом, реализованным с суточным разрешением на основе идентификации геомагнитных бурь с использованием Dst-индекса, новый метод привел к существенному возрастанию амплитуды отклика и сокращению его продолжительности. Сезонное поведение ионосферных откликов было проанализировано на предмет соответствия концепции термосферной бури. Отклики экваториальной зоны и среднеширотной зоны Южного полушария соответствуют концепции термосферной бури. В среднеширотной зоне Северного полушария имеет место ряд исключений. Отклики высокоширотной зоны показывают необходимость учета механизмов формирования положительных возмущений, которые отсутствуют в концепции термосферной бури.
ионосферный отклик, геомагнитная буря, статистика, метод наложенных эпох, AE-индекс
1. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988, 528 с.
2. Ратовский К.Г., Клименко М.В., Клименко В.В. и др. Эффекты последействий геомагнитных бурь: статистический анализ и теоретическое объяснение. Солнечно-земная физика. 2018, т. 4, № 4, с.. 32–42. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-44201804 / Ratovsky K.G., Klimenko M.V., Klimenko V.V., Chirik N.V., Korenkova N.A., Kotova D.S. After-effects of geomagnetic storms: Statistical analysis and theoretical explanation. Solar-Terrestrial Phys. 2018, vol. 4, no. 4, pp. 26–32. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-44201804.
3. 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.
4. Astafyeva E., Zakharenkova I., Förster M. Ionospheric response to the 2015 St. Patrick’s Day storm: A global multi-instrument overview. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, no. 10, pp. 9023–9037. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021629.
5. Buonsanto M.J. Ionospheric Storms: A Review. Space Sci. Rev. 1999, vol. 88, no. 3-4, pp. 563–601. DOI: 10.1023/ A:1005107532631.
6. Burešová D., Laštovička J. Pre-storm enhancements of foF2 above Europe. Adv. Space Res. 2007, vol. 39, no. 8, pp. 1298–1303. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.03.003.
7. da Silva R.P., Denardini C.M., Marques M.S., et al. Ionospheric total electron content responses to HILDCAA intervals. Ann. Geophys. 2020, vol. 38, no. 1, pp. 27–34. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-38-27-2020.
8. 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. 2011, vol. 51, no. 5, pp. 702–711. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.09.037.
9. Ercha A., Ridley A.J., Zhang D., Xiao Z. Analyzing the hemispheric asymmetry in the thermospheric density response to geomagnetic storms. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, no. A08317. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA017259.
10. Field P.R., Rishbeth H. The response of the ionospheric F2-layer to geomagnetic activity: an analysis of wordwide data. J. Atmos. Terr. Phys. 1997, vol. 59, no. 2, pp. 163–180. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(96)00085-5.
11. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., et al. What is a geomagnetic storm? J. Geophys. Res. 1994, vol. 99, no. A4, pp. 5771–5792. DOI:https://doi.org/10.1029/93JA02867.
12. Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Clúa de Gonzalez A.L. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Sci. Rev. 1999, vol. 88, pp. 529–562. DOI:https://doi.org/10.1023/A:1005160129098.
13. 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, vol. 46, no. 3, RS0D03. DOI:https://doi.org/10.1029/2010RS004590.
14. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E., et al. Similarity and differences in morphology and mechanisms of the foF2 and TEC disturbances during the geomagnetic storms on 26–30 September 2011. Ann. Geophys. 2017, vol. 35, no. 4, pp. 923–938. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-35-923-2017.
15. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Sukhodolov T.V., et al. Role of internal atmospheric variability in the estimation of ionospheric response to solar and magnetospheric proton precipitation in January 2005. Adv. Space Res. 2023, vol. 71, iss. 11, pp. 4576–4586. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.01.012.
16. Lei J., Zhu Q., Wang W., et al. Response of the topside and bottomside ionosphere at low and middle latitudes to the October 2003 superstorms. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015, vol. 120, no. 8, pp. 6974–6986. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021310.
17. Liu J., Wang W., Burns A., et al. Profiles of ionospheric storm-enhanced density during the 17 March 2015 great storm. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2016, vol. 121, no. 1, pp. 727–744. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021832.
18. Lu G., Richmond A.D., Roble R.G., Emery B.A. Coexistence of ionospheric positive and negative storm phases under northern winter conditions: A case study J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, no. A11, pp. 24493–24504. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000003.
19. Marques de Souza Franco A., Hajra R., Echer E., Bolzan M.J.A. Seasonal features of geomagnetic activity: a study on the solar activity dependence. Ann. Geophys. 2021, vol. 39, no. 5, pp. 929–943. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-39-929-2021.
20. Mayr H.G., Harris I., Spencer N.W. Some properties of upper atmosphere dynamics. Rev. Geophys. Space Phys. 1978, vol. 16, pp. 539–565. DOI:https://doi.org/10.1029/RG016i004p00539.
21. 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.
22. Mikhailov A.V. Ionospheric F2-Layer Storms. Fis. Tierra. 2000, vol. 12, pp. 223–262.
23. Pedatella N.M. Impact of the lower atmosphere on the ionosphere response to a geomagnetic superstorm. Geophys. Res. Lett. 2016, vol. 43, pp. 9383–9389. DOI:https://doi.org/10.1002/2016GL070592.
24. Pedatella N.M., Liu H.-L. The influence of internal atmospheric variability on the ionosphere response to a geomagnetic storm. Geophys. Res. Lett. 2018, vol. 45, no. 10, pp. 4578–4585. DOI:https://doi.org/10.1029/2018GL077867.
25. Prölss G.W. Ionospheric F-region storms: unsolved problems. Characterizing the Ionosphere. Meeting Proc. RTO-MP739 IST-056. Paper 10. Neuilly-sur-Seine, France: RTO. 2006, pp. 10-1–10-20.
26. Prölss G.W. Ionospheric storms at mid-latitudes: a short review. Midlatitude Ionospheric Dynamics and Disturbances, AGU Monograph. 2008, vol. 181, pp. 9–24.
27. Ratovsky K.G., Klimenko M.V., Yasyukevich Y.V., et al. Statistical analysis and interpretation of high-, mid-and low-latitude responses in regional electron content to geomagnetic storms. Atmosphere. 2020, vol. 11, no. 12, p. 1308. DOI:https://doi.org/10.3390/atmos11121308.
28. Ratovsky K.G., Klimenko M.V., Vesnin A.M., et al. Comparative analysis of geomagnetic events identified according to different indices. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2024, vol. 88, no. 3, pp. 296–302. DOI:https://doi.org/10.1134/S1062873823705433.
29. Rishbeth H., Mendillo M. Patterns of F2-layer variability. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001, vol. 63, pp. 1661–1680. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(01)00036-0.
30. Rodger A.S., Wrenn G.L., Rishbeth H. Geomagnetic storms in the Antarctic F-region. II. Physical interpretation. J. Atmos. Terr. Phys. 1989, vol. 51, no. 11-12, pp. 851–866. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(89)90002-0.
31. Schaer S., Beutler G., Rothacher M. Mapping and predicting the ionosphere. Proc. IGS AC Workshop. Darmstadt, Germany, 1998, pp. 307–320.
32. Titheridge J.E., Buonsanto M.J. A Comparison of Northern and Southern hemisphere TEC storm behavior. J. Atmos. Terr. Phys. 1988, vol. 50, no. 9, pp. 763–780. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(88)90100-6.
33. Wrenn G.L., Rodger A.S., Rishbeth H. Geomagnetic storms in the Antarctic F-region. I. Diurnal and seasonal patterns for main phase effects. J. Atmos. Terr. Phys. 1987, vol. 49, no. 9, pp. 901–913. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(87)90004-3.
34. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov (дата обращения 6 мая 2023 г.).
35. URL: ftp://ftp.unibe.ch/aiub/CODE/ (дата обращения 1 декабря 2023 г.).
36. URL: https://simurg.iszf.irk.ru/ (дата обращения 1 декабря 2023 г.).
