Український антарктичний журнал

№ 2(19) (2019): Український антарктичний журнал
Articles

Зв’язок варіацій повного електронного вмісту іоносфери в магнітосполучених регіонах з висипанням високоенергійних заряджених частинок

PDF (English)
  • Є. М. Занімонський,
  • О. В. Колосков,
  • Ю. М. Ямпольський,
  • Г. Никель,
  • А. О. Сопін,
  • Є. Є. Занімонський
Є. М. Занімонський
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна
О. В. Колосков
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна, Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, бульвар Тараса Шевченка, 16, м. Київ, 01601, Україна
Ю. М. Ямпольський
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна
Г. Никель
Гданський політехнічний університет, вул. Г. Нарутовича, 11/12, м. Гданськ, Польща
А. О. Сопін
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна
Є. Є. Занімонський
Йаель Акцептiк, пл. Ірини Бугрімової, 3, м. Харків, 61010, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.153
Опубліковано December 31, 2019
Ключові слова
  • іоносфера,
  • Глобальна навігаційна супутникова система (ГНСС),
  • POES,
  • просторовий розподіл,
  • кореляція,
  • геомагнітні збурення
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Занімонський, Є. М., Колосков, О. В., Ямпольський, Ю. М., Никель, Г., Сопін, А. О., & Занімонський, Є. Є. (2019). Зв’язок варіацій повного електронного вмісту іоносфери в магнітосполучених регіонах з висипанням високоенергійних заряджених частинок. Український антарктичний журнал, (2(19), 70-83. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.153
Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Мета. Якісне та кількісне дослідження кореляції просторово-часових змін повного електронного вмісту з варіаціями потоку енергійних електронів під час істотного збільшення щільності і швидкості сонячного вітру. Визначення умов, за яких збільшення інтенсивності потоку енергійних електронів може супроводжуватися виникненням великомасштабних неоднорідностей іоносфери, що спостерігаються у магнітосполучених регіонах північної та південної півкуль. Методи. Методика досліджень ґрунтується на побудові часової послідовності просторових розподілів потоку електронів та їх подальшому порівнянні з картами повного електронного вмісту (ПЕВ) над Північною Америкою та добовим ходом ПЕВ у магнітосполучених регіонах. В роботі виконано оцінки ступеня подібності та отримані відповідні кореляційні коефіцієнти. Повний електронний вміст розраховано за даними наземних спостережень сигналів глобальної навігаційної супутникової системи (ГНСС), а дані про потік електронів в іоносфері отримані з вимірів “in situ” супутниками місії POES. Регіон досліджень вибрано за умовами наявності густої мережі приймачів ГНСС та присутності перманентних станцій у магнітосполученому регіоні в Антарктиці, а також сприятливої конфігурації просторового розподілу потоків енергійних частинок на висоті орбіти супутників POES. Дослідження виконано на прикладі двох геомагнітних збурень дня Св. Патрика в березні 2013 і 2015 років. Результати. За допомогою розробленої методики опрацьовано супутникові та наземні дані під час геомагнітних збурень. Виявлено, що узгодженість змін повного електронного вмісту іоносфери та потоків електронів у часі і просторі співпадає із збільшенням розмаху варіацій горизонтальної компоненти геомагнітного поля, яка спостерігається за даними наземних магнітометрів і вказує на існування струмів вздовж ліній геомагнітного поля в геокосмосі. За даними аналізу проявів двох геомагнітних бур сформульовано припущення, що наявність цих струмів, які формуються потоками високоенергійних заряджених частинок при висипанні з магнітосфери, є однією з причин варіацій повного електронного вмісту. Висновки. Показано, що під час геомагнітних збурень просторово-часові зміни неоднорідностей іоносфери частково узгоджені з варіаціями потоків енергійних електронів, що допускає можливість використання даних спостережень ПЕВ у ролі індикаторів висипань.

PDF (English)

Посилання

  1. Ciraolo, L., Azpilicueta, F., Brunini, C., Meza, A., Radicella, S.M. 2007. Calibration errors on experimental slant total electron content (TEC) determined with GPS, J. Geod., 81, 2, 111-120. https://doi.org/10.1007/s00190-006-0093-1
  2. Chou, M.Y., Lin, C.H., Yue, J., Chang, L.C., Tsai, H.F., Chen, C.H. 2016. Medium-scale traveling ionospheric disturbances triggered by Super Typhoon Nepartak. Geophys. Res. Lett., 44, 15, 7569-7577. https://doi.org/10.1002/2017GL073961.
  3. Danskin, D.W., Lotz, S.I. 2015. Analysis of geomagnetic hourly ranges. Space Weather, 13, 458-468. https://doi.org/10.1002/2015SW001184.
  4. Dudnik, O.V., Zanimonskiy, Y.M. 2018. Peculiar properties in the behavior of energetic charged particles and in Total Electron Content variations during geomagnetic storm on March 17, 2013. 24th National Solar Physics Meeting, Kezmarok, Slovakia, 21-25 May, 2018.
  5. Dudnik, O., Zanimonskiy, E. 2018. Search of the causal relationship between TEC variations and high energy electrons streams on the example of geomagnetic storm on March 17, 2013. In Fedorov, O. (ed) Space research in Ukraine. 2016-2018. K.: Akademperiodyka, 26-32.
  6. Figueiredo, C.A.O.B., Wrasse, C.M., Takahashi, H., Otsuka, Y., Shiokawa, K., Barros, D. 2017. Large-scale traveling ionospheric disturbances observed by GPS DTEC maps over North and South America on Saint Patrick's Day storm in 2015. J. Geophys. Res. Space Physics., 122, 4, 4755-4763. https://doi.org/10.1002/2016JA023417.
  7. Foster, J.C., Rideout, W. 2007. Storm enhanced density: Magnetic conjugacy effects, Ann. Geophys., 25, 1791-1799, https://doi.org/10.5194/angeo-25-1791-2007.
  8. Hernández-Pajares, M., Juan, J.M., Sanz, J., Orus, R., Garcia-Rigo, A., Feltens, J., Komjathy, A., Schaer, S. C., Krankowski, A. 2009. The IGS VTEC maps: a reliable source of ionospheric information since 1998. Journal of Geodesy, 83, 3-4, 263-275. https://doi.org/10.1007/s00190-008-0266-1.
  9. Jin, S.,·Jin, R., Kutoglu, H. 2017. Positive and negative ionospheric responses to the March 2015 geomagnetic storm from BDS observations. J. Geod., 91: 613-626. https://doi.org/10.1007/s00190-016-0988-4
  10. Levitin, A., Afonina, R., Belov, B., Ya.I. Feldstein I. 1982. Geomagnetic Variation and Field-Aligned Currents at Northern High-Latitudes, and their Relations to the Solar Wind Parameters. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 304, 1484, 253-301. https://doi.org/10.1098/rsta.1982.0013
  11. Nykiel, G., Zanimonskiy, Y.M., Yampolski, Yu.M., Figurski, M. 2017. Efficient Usage of Dense GNSS Networks in Central Europe for the Visualization and Investigation of Ionospheric TEC Variations. Sensors, 17, 10, 2298. https://doi.org/10.3390/s17102298.
  12. Nykiel, G., Zanimonskiy, Y., Koloskov, A., Figurski, M. 2019. The possibility of estimating the height of the ionospheric inhomogeneities based on TEC variations maps obtained from dense GPS network, Advances in Space Research, https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.06.008.
  13. Nykiel, G., Zanimonskiy, Y., Figurski, M. 2019. Visualization and characterization of the regional and continental TEC inhomogeneities based on the dense networks of GNSS receivers. Beacon Satellite Symposium. Olsztyn, Poland, 19-23 August, 2019.
  14. Rodger, C., Clilverd, M., Green, J., Lam, M. 2010. Use of POES SEM-2 observations to examine radiation belt dynamics and energetic electron precipitation into the atmosphere. J. Geophys. Res., 115, A04202. https://doi.org/10.1029/2008JA014023.
  15. Shinbori, A., Otsuka, Y., Tsugawa, T., Nishioka, M., Kumamoto, A., Tsuchiya, F., Matsuda, S., Kasahara, Y., Matsuoka, A., Ruohoniemi, J.M., Shepherd, S.G., Nishitani, N. 2018. Temporal and spatial variations of storm time midlatitude ionospheric trough based on global GNSS-TEC and Arase satellite observations. Geophysical Research Letters, 45, 7362-7370. htts://doi.org/10.1029/2018GL078723.
  16. Tang, L., Zhang, X., Li, Z. 2015. Observation of ionospheric disturbances induced by the 2011 Tohoku tsunami using far-field GPS data in Hawaii. Earth, Planets and Space, 67:88. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0240-0.
  17. Tsugawa, T., Saito, A., Otsuka, Y., Nishioka, M., Maruyama, T., Kato, H., Nagatsuma, T., Murata, K.T. 2011. Ionospheric disturbances detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake. Earth Planets and Space, 63, 875-879. https://doi.org/10.5047/eps.2011.06.035.
  18. Valladares, C.E., Eccles, J.V., Basu1, Su., Schunk, R.W., Sheehan, R., Pradipta, R., Ruohoniemi, J.M. 2017. The magnetic storms of August 3-4, 2010 and August 5-6, 2011: 1. Ground and space-based observations. J. Geophys. Res. Space Physics, 122, 3, 3487-3499. https://doi.org/10.1002/2016JA023359.
  19. Verkhoglyadova, O.P., Tsurutani, B.T., Mannucci, A.J., Mlynczak, M.G., Hunt, L.A., Paxton, L.J., Komjathy, A. 2016. Solar wind driving of ionosphere-thermosphere responses in three storms near St. Patrick's Day in 2012, 2013, and 2015. J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 8900-8923. https://doi.org/10.1002/2016JA022883.
  20. Yadav, S., Sunda, S., Sridharan, R. 2016. The impact of the 17 March 2015 St. Patrick's Day storm on the evolutionary pattern of equatorial ionization anomaly over the Indian longitudes using high-resolution spatiotemporal TEC maps: New insights. Space Weather, 14, 10, 786-801. https://doi.org/10.1002/2016SW001408.
  21. Yampolski Yu.M., Zalizovsky A.V., Lytvynenko L.M., Lizunov G.V., Groves K., Moldwin M. 2004. Magnetic Field Variations in Antarctica and the Conjugate Region (New England) Stimulated by Cyclone Activity. Radio Physics and Radio Astronomy, 9, N 2, 130-151, 2004 (in Russian).
  22. Yao, Y., Liu, L., Kong, J., Zhai, C. 2018. Global ionospheric modeling based on multi-GNSS, satellite altimetry, and Formosat-3/COSMIC data. GPS Solutions, 22:104 https://doi.org/10.1007/s10291-018-0770-6.
  23. Yizengaw, E., Dyson, P.L., Essex, E.A., Moldwin, M.B. 2005. Ionosphere dynamics over the Southern Hemisphere during the 31 March 2001 severe magnetic storm using multi-instrument measurement data. Annales Geophysicae, 23, 3, 707-721. https://doi.org/10.5194/angeo-23-707-2005
  24. Yizengaw, E., Moldwin, M.B., Dyson, P.L., Fraser, B.J., Morley, S. 2006. First tomographic image of ionospheric outflows. Geophysical Research Letters, 33, 20, L20102, https://doi.org/10.1029/2006GL027698.
  25. Yue, X., Wan, W., Liu, L., Liu, J., Zhang, S., Schreiner, W.S., Zhao, B., Hu, L. 2016. Mapping the conjugate and corotating storm-enhanced density during 17 March 2013 storm through data assimilation, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 12,202-12,210. https://doi.org/10.1002/2016JA023038.
  26. Zanimonskiy, Y., Yampolski, Yu., Nykiel, G., Figurski, M. 2018. Using total electron content variations maps created from data of global navigation satellite system for diagnostics of plasma inhomogeneities. In Fedorov, O. (ed) Space research in Ukraine. 2016-2018. K.: Akademperiodyka, 22-25.
  27. Zanimonskiy, Y.M., Paznukhov, O.V., Nykiel, G., Figurski, M. 2019. Classification and identification of sources of the periodic structures on the continental maps of total electron content. Astronomy and Space Physics in Kyiv University. Kyiv, Ukraine, 28-31 May, 2019
  28. Zhang, S.-R., Erickson, P.J., Zhang, Y., Wang, W., Huang, C., Coster, A.J., Holt, J.M., Foster, J.F., Sulzer, M., Kerr, R. 2017. Observations of ion-neutral coupling associated with strong electrodynamic disturbances during the 2015 St. Patrick's Day storm. J. Geophys. Res. Space Physics, 122, 1314-1337. https://doi.org/10.1002/2016JA023307.