ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

Тырнов, ОФ, Федоренко, ЮП, Дорохов, ВЛ
Косм. наука технол. 2016, 22 ;(5):03-70
https://doi.org/10.15407/knit2016.05.003
Язык публикации: русский
Аннотация: 
Разработана полуэмпирическая модель перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), описывающая пространственно-временную динамику их параметров. Крупномасштабные и среднемасштабные ПИВ являются в ней различными стадиями развития единого волнового процесса. Модель базируется на предположении о том, что ПИВ порождаются в ходе распространения акустико-гравитационных волн и что все фрагменты пространственного цуга атмосферного давления перемещаются от локального источника в виде атмосферных волн, имеющих постоянные относительные амплитуды и постоянные горизонтальные скорости, и что величина скорости любого фрагмента цуга определяется задержкой его появления относительно начала возмущения. Проверка модели выполнена по возмущениям порожденным: наземными и высотными ядерными взрывами, извержениями вулканов, землетрясением, высыпаниями энергичных протонов в магнитосферный касп северного полушария Земли. Тестирование модели по данным, взятым из литературных источников, показало, что погрешность прогноза пространственных и временных периодов возмущений не превышает 12 %.
Ключевые слова: акустико-гравитационные волны, высыпание энергичных протонов, землетрясение, извержение вулкана, магнитосферный касп, перемещающиеся ионосферные возмущения, полуэмпирическая модель, цуг возмущения атмосферного давления, ядерный взрыв
References: 
1. Адушкин В. В., Горелый К. И. Реакция F-области ионосферы на воздушные ядерные взрывы. Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений // Сб. науч. тр. — М., 1994. — С. 239—248.
2. Афраймович Э. Л., Воейков С. В., Ратовский К. Г., Татаринов П. В. GPS-детектирование уединённых внутренних гравитационных волн, генерируемых во время мощных магнитных бурь // Сборник докладов 21 Всероссийской научн. конф. “Распространение радиоволн”. 25—27 мая 2005 г. Йошкар-Ола. — 2005. — 1. — С. 124—128.
3. Гальперин Ю. И., Сивцева Л. Д., Филиппов В. М., Халипов В. Л. Субавроральная верхняя ионосфера. — Новосибирск: Наука, 1990. — 191 с.
4. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. — М.: Мир, 1978. — 532 с.
5. Данилов А. Д., Казимировский Э. Я., Вергасова Г. В., Хачикян Г. Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 272 с.
6. Дёминов М. Г., Карпачёв А. Т., Афонин В. В., Шмилауэр Я. Изменение положения главного ионосферного провала в зависимости от долготы и геомагнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. — 1992. — 32, № 5. — С. 185—188.
7. Дорохов В. Л., Сомов В. Г., Федоренко В. Н., Федоренко Ю. П. Диагностика среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений при помощи
радиопросвечивания ионосферы сигналами низкоорбитных навигационных спутников Земли // Вiсник Харкiв. Нац. ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Сер. Радіофізика та електроніка. — 2004. — № 646, вип. 2. — С. 224—229.
8. Куницын В. Е., Сураев С. Н., Ахмедов Р. Р. Моделирование распространения акустико-гравитационных волн в атмосфере для различных поверхностных источников // Вестник Москов. Ун-та. Сер. 3. Физика. Астрономия. — 2007. — № 2. — С. 59—63.
9. Таран В. И., Подъячий Ю. И., Головин В. И., Ващенко В. И., Аркадьев И. В. Перемещающиеся ионосферные возмущения, обнаруженные методом некогерентного рассеяния // Ионосферные исслед. — 1979. —№ 27. — С. 102—110.
10. Таран В. И, Подъячий Ю. И., Смирнов А. Н., Герштейн Л. Я. Возмущения ионосферы после наземного взрыва по наблюдениям методом некогерентного
рассеяния // Изв. Акад. наук СССР. Физика Земли. — 1985. — № 11. — С. 75—79.
11. Тырнов О. Ф., Федоренко Ю. П., Черногор Л. Ф. Исследование волновых возмущений электронной концентрации с помощью радиопросвечивания ионосферы когерентными сигналами навигационных спутников Земли // Успехи современной радиоэлектроники. — 2005. — № 1. — С. 36—80.
12. Федоренко В. Н., Федоренко Ю. П., Шагимуратов И. И. Результаты исследования ионосферы, полученные при помощи пространственно разнесенного приёма радиосигналов низкоорбитных навигационных ИСЗ // Геомагнетизм и аэрономия. —1997. — 37, № 3. — С. 121—126.
13. Федоренко Ю. П., Тырнов О. Ф., Федоренко В. Н. Параметры эмпирической модели перемещающихся ионосферных возмущений // Электромагнитные
волны и электронные системы. — 2008. — 13, № 1. — С. 21—46.
14. Федоренко Ю. П., Тырнов О. Ф., Федоренко В. Н. Оценки параметров ионосферных возмущений, полученные на основе радиопросвечивания ионосферы сигналами низкоорбитных ИСЗ // Геомагнетизм и аэрономия. — 2010. — 50, № 4. — С. 514—529.
15. Федоренко Ю. П., Федоренко В. Н., Дорохов В. Л. Наклон фронта в вертикальной плоскости среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений и эффективная толщина слоя их наблюдения // Вісник Харків. нац. ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Сер. Радіофізика та електроніка. — 2010. — № 927, вип. 17. — С. 109—120.
16. Федоренко Ю. П., Федоренко В. Н., Дорохов В. Л. Определение параметров крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений при помощи радиопросвечивания ионосферы сигналами низкоорбитных навигационных ИСЗ // Вісник Харків. нац. ун-ту ім. В.Н. Каразіна. Сер. Радіофізика та електроніка. — 2012. — № 1010, вип. 20. — С. 97—112.
17. Федоренко Ю. П., Федоренко В. Н., Лысенко В. Н. Экспериментальные параметры модели среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений // Геомагнетизм и аэрономия. — 2011. — 51, № 1. — C. 90—106.
18. Шашунькина В. М. Ионосферный эффект внезапного начала магнитной бури 15 июля 1959 г. // Геомагнетизм и аэрономия. — 1966. — 6, № 1. — С. 146—149.
19. Шашунькина В. М. Вариации ионосферных параметров во время эффекта SC в зависимости от солнечной и магнитной активности по данным ст. Линдау // Геомагнетизм и аэрономия. — 1968. — 8, № 2. — С. 352—354.
20. Шашунькина В. М. Исследование планетарного ионосферного эффекта внезапного начала магнитной бури // Ионосферные исслед. — 1968. — № 16. —
С. 91—96.
21. Шашунькина В. М. Результаты исследования ионосферного эффекта внезапного начала магнитной бури // Ионосферные исслед. — 1972. — № 20. —
С. 154—165.
22. Яковец А. Ф., Водянников В. В., Гордиенко Г. И., Ашкалиев Я. Ф., Литвинов Ю. Г., Акасов С. Б. Отклик ночной среднеширотной ионосферы на прохождение атмосферной гравитационной волны // Геомагнетизм и аэрономия. — 2008. — 48, № 4. — С. 534—541.
23. Albee P. R., Kanellakos D. P. A spatial model of the Fregion ionospheric traveling disturbance following a lowaltitude nuclear explosion // J. Geophys. Res. — 1968. — 73 (3). — P. 1039—1053.
24. Beynon W. J. G. Evidence of horizontal motion in region F2 ionization // Nature. — 1948. — 162, N 4127. — P. 887.
25. Bowman G. G. Some effects of nuclear explosions on the ionosphere // Austral. J. Phys. — 1962. — 15, N 3. — P. 405—419.
26. Breitling W. J., Kupferman R. A. Traveling ionospheric disturbances associated with nuclear detonations // J. Geophys. Res. — 1967. — 72, N 1. — P. 307—315.
27. Bristow W. A., Greenwald R. A., Samson J. C. Identification of high-latitude acoustic gravity wave sources using the Goose Bay HF radar // J. Geophys. Res. — 1994. —99A, N 1. — P. 319—331.
28. Bullough R. K., Caudrey P. J. Solitons. — Berlin Heidelbern New York: Springer—Verlag, 1980. — 389 p.
29. Cole J. D., Greifinger C. Acoustic-gravity waves from an energy source at the ground in the isothermal atmosphere // J. Geophys. Res. — 1969. — 74, N 14. — P. 3693—3703.
30. Evans J. V., Holt J. M., Wand R. H. A differential Doppler study of traveling ionospheric disturbances from Millstone Hill // Radio Sci. — 1983. — 18, N 3. — P. 435—451.
31. Fedorenko Yu. P., Tyrnov O. F., Fedorenko V. N., Dorohov V. L. Model of traveling ionospheric disturbances // J. Space Weather Space Clim. — 2013. — 3, A30. — P. 1—28. — DOI: 10. 1051/swsc/2013052.
32. Francis S. H. A Theory of medium-scale traveling ionospheric disturbances // J. Geophys. Res. — 1974. — 79, N 34. — P. 5245—5260.
33. Francis S. H. Global propagation of atmospheric gravity waves: A review // J. Atmos. and Terr. Phys. — 1975. —37, N 6-7. — P. 1011—1054.
34. Hargreaves J. K. The solar-terrestrial environment. — Cambridge : Cambridge University Press, 1992. — 420 p.
35. Heisler L. H. Anomalies in ionosonde records due to traveling ionospheric disturbances // Austral. J. Phys. —1958. — 11. — P. 79—90.
36. Hines C. O. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights // Can. J. Phys. — 1960. — 38. — P. 1441—1481.
37. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and traveling ionospheric disturbances: 1982—1995 // Ann. Geophys. — 1996. — 14. — P. 917—940.
38. Hunsucker R. D. Atmospheric Gravity Waves Generated in the High-Latitude Ionosphere: A Review // Revs Geophys. and Space Phys. — 1982. — 20, N 2. — P. 293—315.
39. Igarashi K., Kainuma S., Nishimuta I., Okamoto S., Kuroiwa H., Tanaka T., Ogawa T. Ionospheric and atmospheric disturbances around Japan caused by the eruption of Mount Пинатубо on 15 June 1991 // J. Atmos. and. Terr. Phys. — 1994. — 56, N 9. — P. 1227—1234.
40. Iyer K. N. Effect of traveling ionospheric disturbances on HF Phase — Path Measurements // Indian J. Radio and Space Phys. — 1983. — 12. — P. 47—49.
41. Kanellakos D. P. Response of the ionosphere to the passage of acoustic-gravity waves generated by low-altitude nuclear explosions // J. Geophys. Res. — 1967. — 72, N 17. — P. 4559—4576.
42. Karpachev A. T., Beloff N., Carozzi T. D., Denisenko P. F., Karhunem T. J. T., Lester M. Detection of large scale TIDs associated with the dayside cusp Using SuperDARN Data // J. Atmos. and Solar-Terr. Phys. — 2010. — 72, N 9−10. — P. 653 — 661.
43. Köhnlein W., Raitt W. J. Position of the mid-latitude trough in the topside ionosphere as deduced from ESPO 4 observations // Planet. and Space Sci. — 1977. — 25. — P. 600—602.
44. Kotake N., Otsuka Y., Ogawa T., Tsugawa T., Saito A. Statistical study of medium-scale traveling ionospheric disturbances observed with the GPS networks in Southern California // Earth and Planets Space. — 2007. — 59. — P. 95—102.
45. Liu C. H., Yeh K. C. Exciting of acoustic-gravity waves in an isothermal atmosphere // Tellus. — 1971. — 23. — P. 150—163.
46. Lomax J. B., Donald L., Nielson D. L. Observation of acoustic gravity wave effects showing geomagnetic field dependence // J. Atmos. and Terr. Phys. — 1968. — 30, № 5. — P. 1033—1050.
47. Lonngren K., Scott A. Soliton in Actions. — New York — San Francisco — London: Academic Press, 1978. — 300 р.
48. Martyn D. F. Cellurar atmospheric waves in the ionosphere and troposphere // Proc. Roy. Soc. — 1950. — A201. —P. 216—234.
49. Munro G. H. Short-period changes in the F region of the ionosphere // Nature. — 1948. — 162. — P. 886—887.
50. Obayashi T. Widespread ionospheric disturbances due to nuclear explosions during October 1961 // Nature. — 1962. — 196, N 4849. — P. 24—27.
51. Ogawa T., Igarashi K., Aikyo K., Maeno H. Satellite observation of medium-scale traveling ionospheric disturbances over Syowa station // Proc. NIPR Symp. Upper
Atmosphere. — 1988. — 1. — P. 192—198.
52. Otsuka Y., Suzuki K., Nakagawa S., Nishioka1 M., Shiokawa1 K., Tsugawa T. GPS observations of mediumscale traveling ionospheric disturbances over Europe //
Ann. Geophys. — 2013. — 31. — P. 163—172. — www.ann-geophys. net/31/163/2013/doi:10. 5194/angeo-31-163-2013.
53. Roberts D. H., Klobuchar J. A., Fougere P. F., Hendrickson D. H. A large-amplitude traveling ionospheric disturbance produced by the May 18, 1980, explosion of Mount Сент-Хеленс // J. Geophys. Res. — 1982. — 87A, N 8. — P. 6291—6301.
54. Roberts D. H., Rogers A. E. E., Allen B. R., Bennett C. L., Bukker B. F., Greenfield P. E., Lawrence C. R., Clark T. A. Radio interferometric detection of a traveling ionospheric disturbance excited by Explosion of Mount Сент-Хеленс // J. Geophys. Res. — 1982. — 87A, N 8. — P. 6302—6306.
55. Row R. V. Acoustic-gravity waves in the upper atmosphere due to a nuclear detonation and an earthquake // J. Geophys. Res. — 1967. — 72 , N 5. — P. 1599—1610.
56. RTO Technical report TR-IST-051. Characterising the ionosphere. Final Report of Task Group IST-051. — Published January 2009. 1. 1. 1. 2 (Hawlitschka Stefan). 1. 3. 8 (Prikryl Paul).
57. Senior A., Kosch M. J., Yeoman T. K., Rietveld M. T., McCrea I. W. Effects of high latitude atmospheric gravity wave disturbances on artificial HF radar backscatter // Ann. Geophys. — 2006. — 24. — P. 2347—2361.
58. Song Q., Ding F., Wan W. X., Liu L. B., Ning B. Q. Monitoring nighttime medium-scale traveling ionospheric disturbances using the GPS network over North America // J. Geophys. — 2011. — 54 , N 2. — P. 162—168.
59. Tsugawa T., Kotake N., Otsuka Y. A. Medium-scale traveling ionospheric disturbances observed by GPS receiver network in Japan: a short review // GPS Solutions.— 2007. — 11 (2). — P. 139—144. —
doi:10.1007/s10291-006-0045-5. Key: citeulike:1207528.
60. Tsugawa T., Otsuka Y., Coster A. J., Saito A. New characteristics of medium-scale traveling ionospheric disturbances detected with dense wide-coverage TEC maps over North America // Geophys. Res. Lett. — 2007. — 34. —L22101.―
doi: 10. 1029/2007GL031663.
61. Vadas S. L., Crowley G. Sources of the traveling ionospheric disturbances observed by the ionospheric TIDDBIT sounder near Wallops Island on 30 October 2007 // J. Geophys. Res. — 2010. — 115, N A07324. — P. 1—24.
62. Vlasov A., Kauristie K., van de Kamp1 M., Luntama J.-P., Pogoreltsev A. A study of traveling ionospheric disturbances and atmospheric gravity waves using EISCAT Svalbard radar IPY-data // Ann. Geophys. — 2011. — 29. —P. 2101—2116. — www.ann-geophys.net/29/2101/2011.
63. Wand R. H., Mendillo M. Incoherent scatter observations of an artificially modified ionospere // J. Geophys. Res. — 1984. — 89A, N 1. — P. 203—215.
64. Welles H. W., Watts J. M., George D. E. Detection of rapidly moving ionosheric clouds // Phys. Rew. — 1946. — 69. — P. 540—541.
65. Wexler H., Hass W. A. Global atmospheric pressure effects of the October 30, 1961, explosion // J. Geophys. Res. — 1962. — 67, N 10. — P. 3875—3887.
66. Yeh K. C., Liu C. H. Acoustic-gravity waves in the upper atmosphere // Revs Geophys. and Space Phys. — 1974. — 12, N 2. — P. 193—216.