Український антарктичний журнал

№ 1 (2020): Український антарктичний журнал
Articles

Допплерівське вертикальне зондування іоносфери на Українській антарктичній станції «Академік Вернадський»

PDF (English)
  • А. Залізовський,
  • О. Колосков,
  • А. Кащеєв,
  • С. Кащеєв,
  • Ю. Ямпольський,
  • О. Чаркіна
А. Залізовський
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна; Космічний дослідницький центр, Польська академія наук, Варшава, 00-716, Польща; Державна установа Національний антарктичний науковий центр, Міністерство освіти і науки України, Київ, 01601, Україна
О. Колосков
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр, Міністерство освіти і науки України, Київ, 01601, Україна
А. Кащеєв
Університет Нью-Брансвік, Фредеріктон, Нью-Брансвік, E3B5A3, Канада
С. Кащеєв
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
Ю. Ямпольський
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
О. Чаркіна
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.379
Опубліковано July 7, 2020
Ключові слова
  • іоносфера,
  • допплерівське зондування,
  • іонограма,
  • медіанне значення,
  • висотно-часова діаграма,
  • рухомі іоносферні збурення
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Залізовський, А., Колосков, О., Кащеєв, А., Кащеєв, С., Ямпольський, Ю., & Чаркіна, О. (2020). Допплерівське вертикальне зондування іоносфери на Українській антарктичній станції «Академік Вернадський». Український антарктичний журнал, (1), 56-68. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.379
Creative Commons License

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

Анотація

Мета роботи полягає у наданні технічної інформації щодо допплерівського вертикального зондування іоносфери, розпочатого на Українській антарктичній станції «Академік Вернадський» у 2017 році; опису методики обробки та візуалізації даних вертикального зондування іоносфери у вигляді медіанних висотно-часових діаграм; демонстрації можливостей допплерівського зондування іоносфери на прикладі результатів, що отримані протягом першого року роботи системи на станції «Академік Вернадський», а саме, фонових варіацій параметрів іоносфери протягом року, а також реєстрацій рухомих іоносферних збурень (РІЗ). В роботі застосовано наступні методи: класичне вертикальне зондування іоносфери за допомогою іонозонду IPS-42, що використовується на станції «Академік Вернадський» з 1982 року; допплерівське вертикальне зондування іоносфери за допомогою портативного іонозонду, що був створений у співробітництві між Міжнародним центром теоретичної фізики ім. Абдус Салама (Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, ICTP) і Радіоастрономічним інститутом Національної академії наук України (РІ НАНУ); побудова висотно-часових діаграм параметрів іоносфери, отриманих за допомогою обох іонозондів; а також оригінальна методика розрахунку медіанних висотно-часових діаграм як фонових середньомісячних характеристик іоносфери. На прикладі медіанних висотно-часових діаграм показано сезонно-добові варіації плазмових частот, вертикальних швидкостей плазми, а також відношення сигнал-шум та ймовірності реєстрації відбитих сигналів за перший рік сумісної роботи двох іонозондів. Наведено особливості та розглянуто сфери потенційного застосування медіанних висотно-часових діаграм. Так, висотно-частотні діаграми можуть бути використані для автоматичного розрахунку варіацій максимальних застосовних частот (МЗЧ) для радіозв’язку на лінії заданої протяжності. Наведено приклади реєстрації РІЗ у варіаціях діючих висот відбиття, а також допплерівських зсувів частоти (ДЗЧ) сигналів. Показано, що порівняння проявів РІЗ у варіаціях діючих висот та ДЗЧ можна використовувати для вибору більш адекватної моделі РІЗ: ідеально відбиваючої схвильованої поверхні або хвиль об’ємної щільності плазми, що поширюються крізь іоносферний шар. У якості висновку можна зазначити, що одночасна робота двох іонозондів на станції «Академік Вернадський» дозволила суттєво розширити об’єм та якість об’єктивної інформації про стан іоносфери
над Антарктичним півостровом.

PDF (English)

Посилання

  1. Beynon, W.J.G., Minnis, C.M.: Tables of IGY Monthly Median Ionospheric Data, Part I., in: Annals of the International Geophysical Year, Volume 13, Elsevier Ltd, Amsterdam, 1961.
  2. Beley, V.S., Galushko, V.G., Yampolski, Y.M.: Traveling ionospheric disturbance diagnostics using HF signal trajectory parameter variations, Radio Science, 30 (6), 1739-1752, 1995. https://doi.org/10.1029/95RS01992
  3. Bellchambers, W.H., Piggott, W.R.: Ionospheric Measurements Made at Halley Bay, Nature, 182, 1596-1597, 1958. https://doi.org/10.1038/1821596a0
  4. Bezvesilniy, O.O., Peters, G., Vavriv, D.M.: Estimating Cloud and Rain Parameters from Doppler Radar Data. Radio Physics and Radio Astronomy, 8 (3), 296-302, 2003.
  5. Davies, K.: Ionospheric Radio (Electromagnetic Waves) Book 31, Peter Peregrinus Ltd, The Institution of Electrical Engineers, London, 1990. https://doi.org/10.1049/PBEW031E
  6. Diettrich, J.C., Nott, G.J., Espy, P.J., Swenson, G.R., Chu, X., Taylor, M.J, Riggin, D.M, Fritts, D.C.: High frequency atmospheric gravity-wave properties using Fe-lidar and OH-imager observations, Geophysical Research Letters, 32 (9), L09801, 2005. https://doi.org/10.1029/2004GL021944
  7. Galushko, V.G., Kashcheyev, A.S, Kashcheyev, S.B, Koloskov, A.V., Pikulik, I.I., Yampolski, Y.M., Litvinоv, V.A., Milinevsky, G.P., Rakusa-Suszczewski, S.: Bistatic HF diagnostics of TIDs over the Antarctic Peninsula, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 69 (4-5), 403-410, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2006.05.010
  8. Galushko, V.G., Kashcheev, A.S., Paznukhov, V.V, Yampolski, Yu.M., Reinisch, B.W.: Frequency-and-angular sounding of traveling ionospheric disturbances in the model of three-dimensional electron density waves, Radio Science, 43 (4), RS4013, 2008. https://doi.org/10.1029/2007RS003735
  9. Haldoupis, C., Meek, C., Christakis, N., Pancheva, D., Bourdillon, A.: Ionogram height-time-intensity observations of descending sporadic E layers at mid-latitude, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 68 (3-5), 539-557, 2006. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2005.03.020
  10. Kohl, H., King, J. W.: Atmospheric winds between 100 and 700 km and their effects on the ionosphere, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 29 (9), 1045-1062, 1967. https://doi.org/10.1016/0021-9169(67)90139-0
  11. Lee, C-C., Liu, J-Y., Pan, C-J., Hsu, H-H.: The intermediate layers and associated tidal motions observed by a digisonde in the equatorial anomaly region, Annales Geophysicae, 21 (4), 1039-1045, 2003. https://doi.org/10.5194/angeo-21-1039-2003
  12. Mitchell, N.J, Howells, V.St.C.: Vertical velocities associated with gravity waves measured in the mesosphere and lower thermosphere with the EISCAT VHF radar, Annales Geophysicae, 16, 1367-1379, 1998. https://doi.org/10.1007/s00585-998-1367-0
  13. Morris, A.: Design of a flexible and low-power ionospheric sounder, Thesis (M.S.) University of Alaska, Fairbanks, Alaska, 133, 2014.
  14. Negrea, C., Zabotin, N., Bullett, T., Fuller-Rowell, T., Fang, T-W., Codrescu, M.: Characteristics of acoustic gravity waves obtained from Dynasonde data, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 121 (4), 3665-3680, 2016. https://doi.org/10.1002/2016JA022495
  15. Paznukhov, V., Groves, K., Kraemer, K., Yampolski, Y., Kashcheyev, A., Sopin, A., Kashcheyev, S., Zalizovsky, A. First results of bistatic HF observations of ionospheric irregularities in Antarctic Peninsula region, in: Proceedings of the XXXII and International Union of Radio Science (URSI) General Assembly and Scientific Symposium, Montreal, 19-26 August 2017, G35P-6, 2017.
  16. Reinisch, B.W., Galkin, I.A., Khmyrov, G.M., Kozlov, A.V., Bibl, K., Lisysyan, I.A., Cheney, G.P., Huang, X., Kitrosser, D.F, Paznukhov, V.V., Grochmal, J.: The digisonde portable sounder - DPS. Technical manual, Version 4.3, University of Massachusetts Lowell Center for Atmospheric Research, Massachusetts, 404, 2007.
  17. Reinisch, B., Galkin I, Belehaki A, Paznukhov, V., Huang, X., Altadill, D., Buresova, D., Mielich. J., Verhulst, T., Stankov, S, Ishii, M.: Pilot Ionosonde Network for Identification of Traveling Ionospheric disturbances, Radio Science, 53 (3), 365-378, 2018. https://doi.org/10.1002/2017RS006263
  18. Zalizovskii, A.V., Galushko, V.G., Kashcheev, A.S., Koloskov, A.V., Yampolski, Yu.M., Egorov, I.B., Popov, A.V.: Doppler Selection of HF Radiosignals on Long Paths, Geomagnetism and Aeronomy, 47, 636-646, 2007. https://doi.org/10.1134/S001679320705012X
  19. Zalizovski, A.V.: The role of the ozonosphere in the interaction between atmospheric layers as deduced from observation at the Antarctic Base "Akademik Vernadsky". International Journal of Remote Sensing, 32 (11), 3187-3197, 2011. https://doi.org/10.1080/01431161.2010.541511
  20. Zalizovski, A.V., Koloskov, A.V., Yampolski, Y.M.: Studying in Antarctica the time-frequency characteristics of HF signals at the long radio paths, Ukrainian Antarctic Journal, 14, 124-137, 2015 (in Russian). https://doi.org/10.33275/1727-7485.14.2015.181
  21. Zalizovski, A.V., Kashcheyev, A.S., Kashcheyev, S.B., Koloskov, A.V., Lisachenko, V.N., Paznukhov, V.V., Pikulik, I.I., Sopin, A.A., Yampolski, Yu.M.: A prototype of a portable coherent ionosonde, Space Science and Technology, 24 (3), 10-22, 2018.