Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Калининград, Россия
Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Калининград, Россия
Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Калининград, Калининградская область, Россия
УДК 551.55 Ветер и турбулентность
В работе представлены результаты моделирования пространственно-временных возмущений термосферы во время сильного метеорологического возмущения. Моделирование выполнено с использованием Глобальной самосогласованной модели термосферы, ионосферы и протоносферы (ГСМ ТИП). Воздействие тропосферных/стратосферных источников на термосферу при диссипации акустических и внутренних гравитационных волн, генерируемых в области метеорологического шторма, учитывалось в ГСМ ТИП путем задания дополнительного теплового источника на высоте 120 км. Результаты моделирования эффектов циклона в октябре 2017 г. показали, что действие локального дополнительного источника нагрева термосферы приводит к возмущениям параметров термосферы и ионосферы как непосредственно над областью источника, так и на значительном удалении от него. В области дополнительного нагрева отмечается понижение полного электронного содержания (ТЕС), достигающее в дневное время 20 % по сравнению с метеорологически-спокойным днем. Южнее и восточнее области локализации источника отмечаются положительные возмущения ТЕС с относительными амплитудами 5–10 % в дневное время. Физические процессы, определяющие реакцию ионосферы непосредственно в области источника, обусловлены нагревом термосферы и его влиянием на изменения нейтрального состава и циркуляции нейтрального ветра. Возмущения ТЕС в областях, удаленных от области источника, определяются динамическими процессами, которые приводят к переносу плазмы в восточном направлении и смещению ионосферных возмущений к низким широтам.
полное электронное содержание, термосфера, ионосфера, акустические волны, внутренние гравитационные волны, численное моделирование, метеорологический шторм
1. Бессараб Ф.С., Кореньков Ю.Н. Влияние окиси азота на глобальные распределения термосферных и ионосферных параметров. Геомагнетизм и аэрономия. 1998, т. 38, № 5, с. 131–140.
2. Захаров В.И., Куницын В.Е. Региональные особенности атмосферных проявлений тропических циклонов по данным наземных GPS-cетей. Геомагнетизм и аэрономия. 2012, т. 52, № 4, с. 562–574.
3. Карпов И.В., Васильев П.А. Возмущения ионосферы обусловленные воздействием локализованных термосферных источников. Геомагнетизм и аэрономия. 2020, т. 60, № 4, с. 496–501. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794020040069.
4. Карпов И.В., Кшевецкий С.П., Борчевкина О.П. и др. Возмущения верхней атмосферы и ионосферы, инициированные источниками акустико-гравитационных волн в нижней атмосфере. Химическая физика. 2016, т. 35, № 1, с. 59–64. DOI:https://doi.org/10.7868/S0207401X16010064.
5. Карпов И.В., Борчевкина О.П., Васильев П.А. Моделирование ионосферных эффектов, вызванных прохождением метеорологических штормов. Химическая физика. 2020, т. 39, № 4, с. 63–67. DOI:https://doi.org/10.31857/S0207401X20040081.
6. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. Численное моделирование электрического поля и зонального тока в ионосфере земли: динамо-поле и экваториальный электроджет. Геомагнетизм и аэрономия. 2006, т. 46, № 4, с. 485–494.
7. Клименко М.В., Клименко В.В., Захаренкова И.Е. Долготные вариации ионосферного, плазмосферного и полного электронного содержания в декабре 2009 года. Химическая физика. 2016, т. 35, № 1, с. 31–40. DOI:https://doi.org/10.7868/S0207401X1601009X.
8. Ясюкевич А.С., Клименко М.В., Куликов Ю.Ю. и др. Изменения параметров средней и верхней атмосферы во время внезапного стратосферного потепления в январе 2013 г. Солнечно-земная физика. 2018, т. 4, № 4, с. 62–75. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-44201807 / Yasyukevich A.S., Klimenko M.V., Kulikov Yu.Yu., Klimenko V.V., Bessarab F.S., Korenkov Yu.N., et al. Changes in the middle and upper atmosphere parameters during the January 2013 sudden stratospheric warming. Sol.-Terr. Phys. 2018, vol. 4, no. 4, pp. 48–58. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-44201807.
9. Artru J., Ducic V., Kanamori H., et al. Ionospheric detection of gravity waves induced by tsunamis. Geophysical Journal International. 2005, vol. 160, iss. 3, pp. 840–848. DOI:https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2005.02552.x.
10. Astafyeva E. Ionospheric detection of natural hazards. Rev. Geophys. 2019, vol. 57, pp. 1265–1288. DOI:https://doi.org/10.1029/2019RG000668.
11. Bishop R.L., Aponte N., Earle G.D., et al. Arecibo observations of ionospheric perturbations associated with the passage of tropical storm Odette. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, iss. A11, no. 320, pp. 1–9. DOI:https://doi.org/10.1029/2006JA011668.
12. Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G. Meteorological effects of ionospheric disturbances from vertical radio sounding data. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015, vol. 136, pp. 235–243. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.07.006.
13. Gavrilov N.M., Koval A.V., Kshevetskii S.P. Thermal effects of nonlinear acoustic-gravity waves propagating at thermospheric temperatures matching high and low solar activity. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2020, vol. 208, p. 105381. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2020.105381.
14. Hersbach H., Bell B., Berrisfordand P., et al. The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020, vol. 146, iss. 730, pp. 1999–2049. DOI:https://doi.org/10.1002/qj.3803.
15. Hickey M.P., Schubert G., Walterscheid R.L. Acoustic wave heating of the thermosphere. J. Geophys. Res. 2001, vol. 106, iss. A10, pp. 21543–21548. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000036.
16. Hickey M.P., Walterscheid R.L., Schubert G. Gravity wave heating and cooling of the thermosphere: Roles of the sensible heat flux and viscous flux of kinetic energy. J. Geophys. Res. 2011, vol. 116, p. A12326. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016792.
17. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E. et al. Formation mechanism of great positive TEC disturbances prior to Wenchuan earthquake on May 12, 2008. Adv. Space Res. 2011, vol. 48, no. 3, pp. 488–499. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.03.040.
18. Korenkov Yu.N., Bessarab F.S., Klimenko V.V., et al. Numerical modelling of the thermosphere-ionosphere coupling during substorm. Adv. Space Res. 1996, vol. 18, no. 3, pp. 41–44. DOI:https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00834-2.
19. Koucká Knížová P., Podolská K., Potužníková K., et al. Evidence of vertical coupling: Meteorological storm Fabienne on 23 September 2018 and its related effects observed up to the ionosphere. Ann. Geophys. 2020, vol. 38, pp. 73–93. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-38-73-2020.
20. Koucká Knížová P., Potužníková K., Podolská K., et al. Multi-instrumental observation of mesoscale tropospheric systems in July 2021 with a potential impact on ionospheric variability in midlatitudes. Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 2023, vol. 10, no. 1197157, pp. 1–22. DOI:https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1197157.
21. Koval A.V., Gavrilov N.M., Kandieva K.K., et al. Numerical simulation of stratospheric QBO impact on the planetary waves up to the thermosphere. Scientific Reports. 2022, vol. 12, 21701. DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-022-26311-x.
22. Kurdyaeva Yu., Bessarab F., Borchevkina O., Klimenko M. Model study of the influence of atmospheric waves on variations of upper atmosphere and ionosphere parameters during a meteorological storm on May 29, 2017. Adv. Space Res. 2024, vol. 74, no. 5, pp. 2463–2474. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.05.062.
23. Lay E. H. Ionospheric irregularities and acoustic-gravity wave activity above low-latitude thunderstorms. Geophys. Res. Lett. 2018, vol. 45, pp. 90–97. DOI:https://doi.org/10.1002/2017GL076058.
24. Li W., Yue J., Yang Y., et al. Analysis of ionospheric disturbances associated with powerful cyclones in East Asia and North America. J. Atmos. Solar.-Terr. Phys. 2017, vol. 161, pp. 43–54. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.06.012.
25. Namgaladze A.A, Korenkov Yu.N., Klimenko V.V., et al. Numerical modelling of the thermosphere-ionosphere-protonosphere system. J. Atmos. Terr. Phys. 1991, vol. 53, iss. 11-12, pp. 1113–1124. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90060-K.
26. Pancheva D., Mukhtarov P., Smith A. Climatology of the migrating terdiurnal tide (TW3) in SABER/TIMED temperatures. J. Geophys. Res.-Space. 2013, vol. 118, pp. 1755–1767. DOI:https://doi.org/10.1002/jgra.50207.
27. Pedatella N.M., Forbes J.M. Modulation of the equatorial F-region by the quasi-16-day planetary wave. Geophys. Res. Lett. 2009, vol. 36, L09105. DOI:https://doi.org/10.1029/2009GL037809.
28. 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, pp. 4578–4585. DOI:https://doi.org/10.1029/2018GL077867.
29. Rahmani Y., Alizadeh M.M., Schuh H., et al. Probing vertical coupling effects of thunderstorms on lower ionosphere using GNSS data. Adv. Space Res. 2020, vol. 66, no. 8, pp. 1967–1976. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.07.018.
30. Schaer S. Mapping and predicting the Earth’s ionosphere using the global positioning system: PhD thesis. Bern: University of Bern, 1999, 205 p.
31. Strickland D.J., Evans J.S., Paxton L.J. Satellite remote sensing of thermospheric O/N2 and solar EUV. 1. Theory. J. Geophys. Res. 1995, vol. 100, no. A7, pp. 12217–12226. DOI:https://doi.org/10.1029/95JA00574.
32. Šindelárova T., Burešová D., Chum J., et al. Doppler observations of infrasonic waves of meteorological origin at ionospheric heights. Adv. Space Res. 2009, vol. 43, pp. 1644–1651. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2008.08.022.
33. Wang J.C., Tsai-Lin R., Chang L.C., et al. Modeling study of the ionospheric responses to the quasi-biennial oscillations of the Sun and stratosphere. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 171, pp. 119–130. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.07.024.
34. Yiğit E., Medvedev A.S. Internal wave coupling processes in Earth’s atmosphere. Adv. Space Res. 2015, vol. 55, iss. 4, pp. 983–1003. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.11.020.
35. URL: https://guvitimed.jhuapl.edu (дата обращения 16 апреля 2025 г.).
36. URL: https://rscf.ru/project/25-27-00213/ (дата обращения 16 апреля 2025 г.).
