Український антарктичний журнал

Том 22 № 1(28) (2024): Український антарктичний журнал
Articles

Реакція іоносфери на інтенсивну геомагнітну бурю 27 лютого 2023 року над Харковом та станцією «Академік Вернадський»

PDF (English)
  • Марина Резниченко,
  • Дмитро Котов,
  • Олександр Богомаз,
  • Тарас Живолуп,
  • Артем Резниченко,
  • Андрій Залізовський,
  • Олександр Колосков,
  • Володимир Лисаченко,
  • Дмитро Дзюбанов
Марина Резниченко
Інститут іоносфери Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 61001, Україна; Центр космічних досліджень Польської академії наук, м. Варшава, 00-716, Польща
Дмитро Котов
Інститут іоносфери Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 61001, Україна
Олександр Богомаз
Інститут іоносфери Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 61001, Україна; Державна установа Національний антарктичний науковий центр Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна
Тарас Живолуп
Інститут іоносфери Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 61001, Україна
Артем Резниченко
Центр космічних досліджень Польської академії наук, м. Варшава, 00-716, Польща; Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
Андрій Залізовський
Центр космічних досліджень Польської академії наук, м. Варшава, 00-716, Польща; Державна установа Національний антарктичний науковий центр Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна; Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
Олександр Колосков
Державна установа Національний антарктичний науковий центр Міністерства освіти і науки України, м. Київ, 01601, Україна; Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна; Університет Нью-Брансвік, м. Фредеріктон, Нью-Брансвік, E3B5A3, Канада
Володимир Лисаченко
Радіоастрономічний інститут Національної академії наук України, м. Харків, 61002, Україна
Дмитро Дзюбанов
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, 61002, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2024.726
Опубліковано September 7, 2024
Ключові слова
  • висота максимуму шару F2,
  • геомагнітна буря,
  • емпірична модель,
  • іонозонд,
  • іоносфера,
  • концентрація електронів
    • ...Більше
    Менше
Як цитувати
Резниченко, М., Котов, Д., Богомаз, О., Живолуп, Т., Резниченко, А., Залізовський, А., Колосков, О., Лисаченко, В., & Дзюбанов, Д. (2024). Реакція іоносфери на інтенсивну геомагнітну бурю 27 лютого 2023 року над Харковом та станцією «Академік Вернадський». Український антарктичний журнал, 22(1(28), 40-50. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2024.726

Авторське право (c) 2024 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

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

Анотація

Метою роботи є дослідження реакції іоносфери на інтенсивну геомагнітну бурю 27 лютого 2023 року над Харковом та станцією «Академік Вернадський» за допомогою іонозондів. Досліджено поведінку ключових параметрів іоносфери (hmF2 і NmF2) до, під час і після геомагнітної бурі. Проведено порівняння результатів спостережень висоти максимуму шару F2 іоносфери та концентрації електронів на цій висоті з даними, отриманими за допомогою моделі International Reference Ionosphere (IRI-2016). Виявлено значні негативні іоносферні бурі (до ~70% зниження NmF2) над Харковом протягом усіх ночей з початку геомагнітної бурі. Водночас у денні години 27 лютого спостерігалася помірна позитивна іоносферна буря (до ~40% збільшення NmF2). Над станцією «Академік Вернадський» протягом головної фази геомагнітної бурі спостерігалася дуже сильна негативна іоносферна буря (зменшення NmF2 приблизно у 4 рази) як у денні, так і в нічні години. Наведено гіпотези щодо можливих фізичних механізмів (електродинаміка, зміни нейтрального складу, часткове спустошення плазмосфери та зміщення іоносферного провалу), відповідальних за спостережувані іоносферні ефекти. Для виявлення домінуючого драйвера в кожному випадку необхідні подальші дослідження за допомогою фізичних моделей пов’язаних між собою атмосфери, іоносфери та плазмосфери. Порівняння спостережуваних параметрів іоносфери з прогнозами сучасних субмоделей максимуму шару F2 іоносфери моделі IRI свідчить, що hmF2 (AMTB-2013 і SHU-2015), та NmF2 (URSI і CCIR) субмоделі не здатні якісно відтворити зміни в іоносфері, спричинені геомагнітними бурями над Харковом. Над станцією «Академік Вернадський» обидві субмоделі hmF2 недооцінюють висоту максимуму області F2 іоносфери протягом збурених періодів, тоді як субмоделі NmF2 показали кращу чутливість до змін геомагнітної активності. У геомагнітно спокійних умовах якісне узгодження між результатами спостережень та моделювання є задовільним, але для досягнення прийнятної точності кількісних прогнозів потрібні додаткові вдосконалення емпіричних моделей. 

PDF (English)

Посилання

  1. Aa, E., Zhang, S.-R., Wang, W., Erickson, P. J., & Coster, A. J. (2023). Multiple longitude sector storm-enhanced density (SED) and long-lasting subauroral polarization stream (SAPS) during the 26–28 February 2023 geomagnetic storm. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 128(9), e2023JA031815. https://doi.org/10.1029/2023JA031815
  2. 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
  3. Arslan Tariq, M., Liu, L., Shah, M., Yang, Y., Sun, W., Ali Shah, M., Zhang, R., & Yoshikawa, A. (2024). Longitudinal variations of ionospheric responses to the February and April 2023 geomagnetic storms over American and Asian sectors. Advances in Space Research, 73(6), 3033–3049. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.12.039
  4. 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
  5. Bilitza, D., Pezzopane, M., Truhlik, V., Altadill, D., Reinisch, B. W., & Pignalberi, A. (2022). The International Reference Ionosphere model: a review and description of an ionospheric benchmark. Reviews of Geophysics, 60(4), e2022RG000792. https://doi.org/10.1029/2022RG000792
  6. Bogomaz, O. V., Shulha, M. O., Kotov, D. V., Zhivolup, T. G., Koloskov, A. V., Zalizovski, A. V., Kashcheyev, S. B., Reznychenko, A. I., Hairston, M. R., & Truhlik, V. (2019). 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, (2(19), 84–93. https://doi.org/10.33275/1727-7485.2(19).2019.154
  7. Bojilova, R., & Mukhtarov, P. (2023). Analysis of the ionospheric response to Sudden Stratospheric Warming and geomagnetic forcing over Europe during February and March 2023. Universe, 9(8), 351. https://doi.org/10.3390/universe9080351
  8. Borries, C., Berdermann, J., Jakowski, N., & Wilken, V. (2015). Ionospheric storms – a challenge for empirical forecast of the total electron content. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 120(4), 3175–3186. https://doi.org/10.1002/2015JA020988
  9. Broom, S. M. (1984). A new ionosonde for Argentine Islands ionospheric observatory, Faraday Station. British Antarctic Survey Bulletin, 62, 1–6. http://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/523821/
  10. Fuller-Rowell, T. J. (2011). Storm–time response of the thermosphere–ionosphere system. In M. A. Abdu, & D. Pancheva (Eds.), Aeronomy of the Earth’s Atmosphere and Ionosphere (Vol. 2, pp. 419–435). Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-007-0326-1_32
  11. 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
  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). CCIR Atlas of ionospheric characteristics. (Report No. 340). International Telecommunication Union. https://search.itu.int/history/HistoryDigitalCollectionDocLibrary/4.281.43.es.3019.pdf
  14. Koloskov, O., Kashcheyev, A., Bogomaz, O., Sopin, A., Gavrylyuk, B., & Zalizovski, A. (2023). Performance analysis of a portable low-cost SDR-based ionosonde. Atmosphere, 14(1), 159. https://doi.org/10.3390/atmos14010159
  15. 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 Akademik 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: Physical sciences” (Kyiv, 14–16 May, 2019, pp. 170–171). http://uac.gov.ua/international-cooperation/mak/mak-2019/
  16. Kotov, D. V., Richards, P. G., Bogomaz, O. V., Chernogor, L. F., Truhlík, V., Emelyanov, L. Ya., Chepurnyy, Ya. M., & Domnin, I. F. (2016). The importance of neutral hydrogen for the maintenance of the midlatitude winter nighttime ionosphere: evidence from IS observations at Kharkiv, Ukraine, and field line interhemispheric plasma model simulations. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 121(7), 7013–7025. https://doi.org/10.1002/2016JA022442
  17. 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
  18. Kotov, D. V., Richards, P. G., Truhlík, V., Maruyama, N., Fedrizzi, M., Shulha, M. O., Bogomaz, O. V., Lichtenberger, J., Hernández-Pajares, M., Chernogor, L. F., Emelyanov, L. Ya., Zhivolup, T. G., Chepurnyy, Ya. M. & Domnin, I. F. (2019). Weak magnetic storms can modulate ionosphere-plasmasphere interaction significantly: mechanisms and manifestations at mid-latitudes. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124, 9665–9675. https://doi.org/10.1029/2019JA027076
  19. Matyjasiak, B., Przepiórka, D., & Rothkaehl, H. (2016). Seasonal variations of mid-latitude ionospheric trough structure observed with DEMETER and COSMIC. Acta Geophysica, 64, 2734–2747. https://doi.org/10.1515/acgeo-2016-0102
  20. Panasenko, S. V., Kotov, D. V., Otsuka, Y., Yamamoto, M., Hashiguchi, H., Richards, P. G., Truhlik, V., Bogomaz, O. V., Shulha, M. O., Zhivolup, T. G., & Domnin, I. F. (2021). Coupled investigations of ionosphere variations over European and Japanese regions: observations, comparative analysis, and validation of models and facilities. Progress in Earth and Planetary Science, 8, 45. https://doi.org/10.1186/s40645-021-00441-8
  21. Prölss, G. W. (2004). Physics of the Earth’s space environment. An Introduction (1st ed.). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-97123-5
  22. Prölss, G. W. (2008). Ionospheric storms at mid-latitude: a short review. In P. M. Kintner Jr., A. J. Coster, T. Fuller-Rowell, A. J. Mannucci, M. Mendillo, & R. Heelis (Eds.), Midlatitude Ionospheric Dynamics and Disturbances (Vol. 181, pp. 9–24). AGU, Washington, D. C. https://doi.org/10.1029/181GM03
  23. Reznychenko, M., Bogomaz, O., Kotov, D., Zhivolup, T., Koloskov, O., & Lisachenko, V. (2022). Observation of the ionosphere by ionosondes in the Southern and Northern hemispheres during geospace events in October 2021. Ukrainian Antarctic Journal, 20(1(24), 18–30. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2022.686
  24. Reznychenko, M. O., Kotov, D. V., Bogomaz, O. V., Koloskov, O. V., & Lisachenko, V. M. (2023). Ionospheric response to some moderate geomagnetic storms over the Ukrainian Antarctic station and magnetically conjugated region. In Book of Abstracts “XI International Antarctic Conference dedicated to the 160th anniversary of the birth of Volodymyr Vernadsky – the first president of the Ukrainian Academy of Sciences, founder of the study of Noosphere” (Kyiv, 10–12 May, 2023, pp. 65–66). http://uac.gov.ua/wp-content/uploads/2023/05/Book-of-Abstracts_IAC-11_2023_.pdf
  25. Rush, C., Fox, M., Bilitza, D., Davies, K., McNamara, L., Stewart, F., & PoKempner, M. (1989). Ionospheric mapping – An update of foF2 coefficients. Telecommunications Journal, 56(3), 179–182.
  26. 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
  27. Shulha, M. O., 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” (Kyiv, 14–16 May, 2019, pp. 185–186). http://uac.gov.ua/international-cooperation/mak/mak-2019/
  28. Yang, N., Yu, T., Le, H., Liu, L., Sun, Y.-Y., Yan, X., Wang, J., Xia, C., Zuo, X., & Huang, G. (2022). The feature of ionospheric mid-latitude trough during geomagnetic storms derived from GPS Total Electron Content (TEC) data. Remote Sensing, 14(2), 369. https://doi.org/10.3390/rs14020369
  29. 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. (2018). A prototype of a portable coherent ionosonde model. Space Science and Technology, 24(3), 10–22. https://doi.org/10.15407/knit2018.03.010