Связь ориентации поперечных осей мелкомасштабных анизотропных неоднородностей среднеширотной ионосферы с направлением дрейфа на высотах F-области

Введение. Ранее было установлено, что в полярной ионосфере мелкомасштабные неоднородности (МН), вытянутые вдоль магнитного поля, анизотропны в поперечном к магнитному полю направлении. При этом бо́льшая из поперечных осей МН имеет тенденцию ориентироваться вдоль направления дрейфа МН. Для средних широт прямые сопоставления направления анизотропии МН и направления ионосферного дрейфа отсутствовали.

Цель работы. Прямое сопоставление экспериментальных данных о форме МН с параметрами движения неоднородностей при измерениях в одном и том же месте (Москва), в одно и то же время. Ранее экспериментально полученные значения ориентации поперечной анизотропии МН в среднеширотной ионосфере сравнивались только с моделью нейтральных ветров.

Материалы и методы. Для определения параметров анизотропии МН использован томографический подход – обработка радиомерцаний сигналов при пролете ряда навигационных спутников, излучающих частоты 150 и 400 МГц. В рамках модели МН в виде ориентированных по магнитному полю эллипсоидов с тремя разными характерными масштабами размеров вдоль и поперек магнитного поля Земли получены оценки соотношения осей эллипсоидов и ориентации поперечных осей анизотропии. Параметры неоднородностей получены подбором параметров модели, при которых расчетный ход дисперсии логарифма относительной амплитуды сигналов спутников по мере их движения по орбите наиболее близок к экспериментально полученной зависимости. Оценки скорости и направления дрейфа среднемасштабных неоднородностей (СН) получены по данным ионо-зонда DPS-4, при радиолокации ионосферы декаметровыми волнами с поверхности Земли. Одновременные измерения доплеровских сдвигов частоты и углов прихода на землю рассеянных волн позволяют получить оценки трех компонент скорости дрейфа среднемасштабных неоднородностей.

Результаты. Обнаружено хорошее соответствие между направлением дрейфа среднемасштабных неоднородностей и ориентацией поперечной анизотропии мелкомасштабных неоднородностей. Разница в направлениях дрейфа СН и ориентацией поперечных осей МН изменялась от 3 до 10 градусов (при условии пространственного совпадения областей ионосферы, где проводились измерения).

Заключение. Обсуждаемая связь ориентации поперечной анизотропии вытянутых неоднородностей и направления их дрейфа может быть полезна в условиях дефицита информации о неоднородной ионосфере при построении модели сигнала обратного рассеяния в задачах радиолокации в КВ-диапазоне.

1. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988. 526 с.

2. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. 2-е изд. М.: Наука, 1972. 564 с.

3. International Reference Ionosphere. URL: http://irimodel.org (дата обращения: 21.07.2019)

4. SMF2 Global Model of F2 Layer Peak Maximum From Satellite and Ground-Based Observation / V. N. Shubin, A. T. Karpachev, V. A. Telegin, K. G. Tsybulya. URL: http://smf2.izmiran.ru (дата обращения: 21.07.2019)

5. Явление F-рассеяния в ионосфере / Б. Н. Гершман, Э. С. Казимировский, В. Д. Кокоуров, Н. А. Чернобровкина. М: Наука, 1984. 140 с.

6. Spread F in the Midlatitude Ionosphere According to DPS-4 Ionosonde Data / V. A. Panchenko, V. A. Telegin, V. G. Vorob’ev, G. A. Zhbankov, O. I. Yagodkina, V. I. Rozhdestvenskaya // Geomagnetizm i Aeronomiya. 2018. Vol. 58, № 2. P. 241–249.

7. Влияние ионосферной и магнитосферной возмущенности на сбои глобальных навигационных спутниковых систем / Ю. В. Ясюкевич, И. В. Живетьев, А. С. Ясюкевич, С. В. Воейков, В. И. Захаров, Н. П. Перевалова, Н. Н. Титков // Соврем. проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 1. С. 88–98.

8. Насыров А. М. Рассеяние радиоволн анизотропными ионосферными неоднородностями. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1991. 150 с.

9. Результаты комплексных исследований возмущенной области ионосферы с помощью коротковолновой локации в широкой полосе частот и искусственного излучения ионосферы / Е. Н. Сергеев, Е. Ю. Зыков, А. Д. Акчурин, И. А. Насыров, Г. Г. Вертоградов, В. Г. Вертоградов, В. Ю. Ким, В. П. Полиматиди, С. М. Грач // Изв. вузов. Радиофизика. 2012. Т. 55, № 1/2. С. 79–93.

10. Anisotropy of Ionospheric Irregularities Determined from the Amplitude of Satellite Signals at a Single Receiver / E. D. Tereshchenko, B. Z. Khudukon, M. O. Kozlova, T. Nygren // Ann. Geophysicae. 1999. Vol. 17. P. 508–518.

11. The Anisotropy of High-Latitude Nighttime F Region Irregularities / R. S. Livingston, C. L. Rino, J. Owen, R. T. Tsunoda // J. Geophys. Res. 1982. Vol. 87, № 12. P. 10519–10526.

12. Digisonde4DManual_LDI-web1-2-6. Technical Manual. Ver. 1.2.6. URL: http://digisonde.com/dps-4dmanual.html (дата обращения: 21.07.2019)

13. The New Digisonde for Research and Monitoring Applications / B. W. Reinisch, I. A. Galkin, G. M. Khmyrov, A. V. Kozlov, K. Bibl, I. A. Lisysyan, G. P. Cheney, X. Huang, D. F. Kitrosser, V. V. Paznukhov, Y. Luo, W. Jones, S. Stelmash, R. Hamel, J. Grochmal // Radio Sci. 2009. Vol. 44, iss. 1. doi: 10.1029/2008RS004115

14. URL: http://147.231.47.3 (дата обращения: 21.07.2019)

15. Frequency-and-Angular Sounding of Traveling Ionospheric Disturbances in the Model of Three-Dimensional Electron Density Waves / V. G. Galushko, A. S. Kascheev, V. V. Paznukhov, Yu. M. Yampolski, B. W. Reinisch // Radio Sci. 2008. Vol. 43, iss. 4. doi: 10.1029/2007RS003735

16. Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2: Случайные поля. М.: Наука, 1978, 463 с.

17. Comparison of the Orientation of Small Scale Electron Density Irregularities And F Region Plasma Flow Direction / E. D. Tereshchenko, B. Z. Khudukon, M. O. Kozlova, O. V. Evstafiev, T. Nygren, A. Brekke // Ann. Geophysicae. 2000. Vol. 18, № 8. P. 918–926.

18. Anisotropy of Ionospheric Irregularities Determined from the Amplitude of Satellite Signals at a Singlereciver /

19. E. D. Tereshchenko, B. Z. Khudukon, M. O. Kozlova, O. V. Evstafiev, T. Nygren // Ann. Geophysicae. 1999. Vol. 17, № 4. P. 508–518.

20. Tereshchenko E. D., Romanova N. Yu., Koustov A. V. VHF Scintillations, Orientation of the Anisotropy of F-region Irregularities and Direction of Plasma Convection in the Polar Cap // Annales Geophysicae. 2008. Vol. 26, iss. 7. P. 1725–1730. doi: 10.5194/angeo-26-1725-2008

21. Терещенко Е. Д., Романова Н. Ю., Кустов А. В. Сопоставление поперечной к магнитному полю анизотропии мелкомасштабных неоднородностей с ионосферной конвекцией по данным радаров SuperDARN // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, № 4. С. 487–492.

22. Романова Н. Ю. Взаимосвязь между направлением горизонтального ветра и ориентацией поперечной анизотропии мелкомасштабных неоднородностей в F-области среднеширотной ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57, № 4. С. 463–471.

23. Об ориентации поперечной анизотропии мелкомасштабных неоднородностей F-области в направлении дрейфа над Москвой в январе 2014 года / В. А. Телегин, Н. Ю. Романова, В. А. Панченко, Г. Н. Жбанков // Physics of Auroral Phenomena, Abstracts of 42nd Annual Seminar 11–15 March, 2019, Апатиты. P. 58.