Український антарктичний журнал

Том 20 № 1(24) (2022): Український антарктичний журнал
Articles

Спостереження іоносфери за допомогою іонозондів у Південній та Північній півкулях під час подій у геокосмосі в жовтні 2021 року

PDF (English)
  • М. Резниченко,
  • О. Богомаз,
  • Д. Котов,
  • Т. Живолуп,
  • О. Колосков,
  • В. Лисаченко
М. Резниченко
Інститут іоносфери НАН України, МОН України, м. Харків, 61001, Україна
О. Богомаз
Інститут іоносфери НАН України, МОН України, м. Харків, 61001, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
Д. Котов
Інститут іоносфери НАН України, МОН України, м. Харків, 61001, Україна
Т. Живолуп
Інститут іоносфери НАН України, МОН України, м. Харків, 61001, Україна
О. Колосков
Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків, 61002, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр МОН України, м. Київ, 01601, Україна
В. Лисаченко
Радіоастрономічний інститут НАН України, м. Харків, 61002, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.686
Опубліковано August 4, 2022
Ключові слова
  • вертикальне зондування іоносфери,
  • висота максимуму шару F2,
  • геокосмічна буря,
  • концентрація електронів,
  • модель іоносфери
Як цитувати
Резниченко, М., Богомаз, О., Котов, Д., Живолуп, Т., Колосков, О., & Лисаченко, В. (2022). Спостереження іоносфери за допомогою іонозондів у Південній та Північній півкулях під час подій у геокосмосі в жовтні 2021 року. Український антарктичний журнал, 20(1(24), 18-30. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.686

Авторське право (c) 2022 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

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

Анотація

У статті представлено результати спостережень іоносфери над Українською антарктичною станцією «Академік Вернадський» та обсерваторією Міллстоун Хілл (США). Розглянуто варіації таких параметрів іоносфери як висота та електронна концентрація максимуму області F2 іоносфери (hmF2та NmF2) у жовтні 2021-го року. Наведено результати порівняльного аналізу результатів спостережень та прогнозів моделі іоносфери International Reference Ionosphere 2016 (IRI-2016). Метою роботи є дослідження реакції іоносфери на вплив космічної погоди в Північній та Південній півкулях американського довготного сектору за допомогою іонозондів, розміщених на станції «Академік Вернадський» і поблизу магнітоспряженого регіону (Міллстоун Хілл) та порівняння результатів спостережень з модельними значеннями. Висота області F2 іоносфери розраховувалася шляхом реконструкції висотних профілів концентрації електронів з іонограм, які отримано за допомогою іонозондів. Для порівняння з результатами спостережень використовувалися добові варіації hmF2та NmF2, які були розраховані за допомогою низки субмоделей моделі IRI-2016. Виявлено сильну негативну реакцію іоносфери на помірне геомагнітне збурення 12 жовтня як над станцією «Академік Вернадський», так і над Міллстоун Хілл. Спостерігалося поступове нічне збільшення концентрації електронів (приблизно удвічі) протягом 21–31 жовтня над станцією. Виявлено, що субмоделі висоти максимуму області F2 іоносфери (SHU-2015 та AMTB-2013) в цілому добре описують отримані експериментальним шляхом варіації hmF2 як у денні, так і в нічні години протягом майже всього досліджуваного періоду як над станцією «Академік Вернадський», так і над Міллстоун Хілл. Найбільші відхилення для обох субмоделей спостерігаються в нічні години магнітозбурених періодів. Субмоделі концентрації електронів (URSI та CCIR) здебільшого добре відтворюють спостережувані варіації NmF2. У той же час, спостерігаються відмінності між результатами спостережень та прогнозами моделей під час магнітозбурених умов. За результатами розрахунків середнього квадратичного відхилення не можна зробити висновок, що якась з субмоделей IRI-2016 є кращою у порівнянні з іншими. Наведено та обговорено гіпотези щодо ймовірних причин відмінностей у експериментальних та модельних варіаціях hmF2 та NmF2 в рамках відомих механізмів іоносферних бур. Результати, отримані в даній роботі, демонструють особливості стану іоносфери в різних півкулях американського довготного сектору в магнітоспокійних і збурених умовах та є ще однією перевіркою сучасних емпіричних міжнародних довідкових моделей іоносфери.

PDF (English)

Посилання

  1. Altadill, D., Magdaleno, S., Torta, J. M., & Blanch, E. (2013). Global empirical models of the density peak height and of the equivalent scale height for quiet conditions. Advances in Space Research, 52(10), 1756–1769. https://www.doi.org/10.1016/j.asr.2012.11.018
  2. Bellchambers, W. H., & Piggott, W. R. (1958). Ionospheric measurements made at Halley Bay. Nature, 182, 1596–1597. https://doi.org/10.1038/1821596a0
  3. Bilitza, D., Altadill, D., Truhlik, V., Shubin, V., Galkin, I., Reinisch, B., & Huang, X. (2017). International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather, 15(2), 418–429. https://doi.org/10.1002/2016SW001593
  4. Bogomaz, O. V., Kotov, D. V., Shulha, M. O., & Gorobets, M. V. (2019a). Comparison of the F2-layer peak height variations obtained by ionosonde and incoherent scatter radar. Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Radiophysics and ionosphere, 25(1350), 58–61. Retrieved March 10, 2022, from http://iion.org.ua/article/bulletin-25/
  5. Bogomaz, O. V., Shulha, M. O., Kotov, D. V., Zhivolup, T. G., Koloskov, A. V., Zalizovski, A. V., Kashcheyev, S. B., Rez nychenko, A. I., Hairston, M. R., & Truhlik, V. (2019b). Ionosphere over Ukrainian Antarctic Akademik Vernadsky station under minima of solar and magnetic activities, and daily insolation: case study for June 2019. Ukrainian Antarctic Journal, 19, 84—93. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.154
  6. Dudeney, J. R., & Piggott, W. R. (1978). Antarctic ionospheric research. Antarctic Research Series, 29, 200–235.
  7. Fuller-Rowell, T. J., Codrescu, M. V., Araujo-Pradere, E., & Kutiev, I. (1998). Progress in developing a storm-time ionospheric correction model. Advances in Space Research, 22(6), 821–827. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(98)00105-7
  8. Fuller-Rowell, T. J., Araujo-Pradere, E., & Codrescu, M. V. (2000). An empirical ionospheric storm-time correction model. Advances in Space Research, 25(1), 139–146. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(99)00911-4
  9. Galkin, I. A., Khmyrov, G. M., Kozlov, A. V., Reinisch, B. W., Huang, X., & Paznukhov, V. V. (2008). The ARTIST 5. AIP Conference Proceedings, 974(1), 150–159. https://doi.org/10.1063/1.2885024
  10. Gonzalez, W. D., Joselyn, J. A., Kamide, Y., Kroehl, H. W., Rostoker, G., Tsurutani, B. T., & Vasyliunas, V. M. (1994). What is a geomagnetic storm? Journal of Geophysical Research: Space Physics, 99(A4), 5771—5792. https://doi.org/10.1029/93JA02867
  11. Horvath, I., & Essex, E. A. (2003). The Weddell sea anomaly observed with the TOPEX satellite data. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 65(6), 693–706. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(03)00083-X
  12. Huang, X., & Reinisch, B. W. (1996). Vertical electron density profiles from the Digisonde network. Advances in Space Research, 18(6), 121–129. https://doi.org/10.1016/0273-1177(95)00912-4
  13. International Radio Consultative Committee (CCIR). (1967). Atlas of ionospheric characteristics. (Report No. 340). International Telecommunication Union.
  14. Koloskov, O. V., Kashcheyev, A. S., Zalizovski, A. V., Kashcheyev, S. B., Budanov, O. V., Charkina, O. V., Pikulik, I. I., Lysachenko, V. M., Sopin, A. O., & Reznychenko, A. I. (2019). New digital ionosonde developed for Vernadsky Station. In Book of Abstracts “IX International Antarctic Conference dedicated to the 60th anniversary of the signing of the Antarctic Treaty in the name of peace and development of international cooperation” (pp. 170–171). SI NASC. http://uac.gov.ua/internationalcooperation/mak/mak-2019/
  15. Kotov, D. V., Richards, P. G., Truhlík, V., Bogomaz, O. V., Shulha, M. O., Maruyama, N., Hairston, M., Miyoshi, Y., Kasahara, Y., Kumamoto, A., Tsuchiya, F., Matsuoka, A., Shinohara, I., Hernández-Pajares, M., Domnin, I. F., Zhivolup, T. G., Emelyanov, L. Ya., & Chepurnyy, Ya. M. (2018). Coincident observations by the Kharkiv IS radar and ionosonde, DMSP and Arase (ERG) satellites, and FLIP model simulations: Implications for the NRLMSISE-00 hydrogen density, plasmasphere, and ionosphere. Geophysical Research Letters, 45(16), 8062–8071. https://doi.org/10.1029/2018GL079206
  16. Rees, D., & Fuller-Rowell, T. J. (1992). Modelling the response of the thermosphere/ionosphere system to time dependent forcing. Advances in Space Research, 12(6), 69–87. https://doi.org/10.1016/0273-1177(92)90041-U
  17. 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., Luo, Y., Jones, W., Stelmash, S., Hamel, R., & Grochmal, J. (2009). New Digisonde for research and monitoring applications. Radio Science, 44(1), RS0A24. https://doi.org/10.1029/2008RS004115
  18. Reinisch, B. W., & Galkin, I. A. (2011). Global ionospheric radio observatory (GIRO). Earth, Planets and Space, 63, 377–381. https://doi.org/10.5047/eps.2011.03.001
  19. Richards, P. G., Schunk, R. W., & Sojka, J. J. (1983). Largescale counterstreaming of H+ and He+ along plasmaspheric flux tubes. Journal of Geophysical Research, 88(A10), 7879–7886. https://doi.org/10.1029/JA088iA10p07879
  20. Richards, P. G., Buonsanto, M. J., Reinisch, B. W., Holt, J., Fennelly, J. A., Scali, J. L., Comfort, R. H., Germany, G. A., Spann, J., Brittnacher, M., & Fok, M.-C. (2000). On the relative importance of convection and temperature to the behavior of the ionosphere in North America during January 6–12, 1997. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 105(A6), 12763–12776. https://doi.org/10.1029/1999JA000253
  21. Rishbeth, H. (1998). How the thermospheric circulation affects the ionospheric F2-layer. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 60(14), 1385–1402. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(98)00062-5
  22. Rush, C., Fox, M., Bilitza, D., Davies, K., McNamara, L., Stewart, F., & Pokempner, M. (1989). Ionospheric mapping – an update of foF2 coefficients. Telecommunication Journal, 56(3), 179–182.
  23. Shinbori, A., Otsuka, Y., Sori, T., Tsugawa, T., & Nishioka, M. (2022). Statistical behavior of large-scale ionospheric disturbances from high latitudes to mid-latitudes during geomagnetic storms using 20-yr GNSS-TEC data: Dependence on season and storm intensity. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127(1), e2021JA029687. https://doi.org/10.1029/2021JA029687
  24. Shubin, V. N. (2015). Global median model of the F2-layer peak height based on ionospheric radio-occultation and ground-based Digisonde observations. Advances in Space Research, 56(5), 916–928. https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.05.029
  25. Shulha, M. О., Kotov, D. V., Bogomaz, O. V., Zhivolup, T. G., Koloskov, O. V., Lisachenko, V. M., & Hairston, M. (2019). Multi-instrumental and modeling investigation of ionospheric response to weak geomagnetic storm of 21–23 March 2017 over the Ukrainian Antarctic station and magnetically conjugate region. In Book of Abstracts “IX International Antarctic Conference dedicated to the 60th anniversary of the signing of the Antarctic Treaty in the name of peace and development of international cooperation” (pp. 185–186). SI NASC. http://uac.gov.ua/international-cooperation/mak/mak-2019/
  26. Zalizovski, A. V., Kashcheiev, A. S., Kashcheiev, S. B., Koloskov, A. V. , Lisachenko, V. N., Paznukhov, V. V., Pikulik, I. I., Sopin, A. A., & Yampolski, Yu. M. (2018). A prototype of a portable coherent ionosonde. Space Science and Technology, 24(3), 10–22. https://doi.org/10.15407/knit2018.03.010