Transcript Доклад

ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ
В АВРОРАЛЬНОЙ
ИОНОСФЕРЕ
(результаты измерений)
Р. Ю. Лукьянова 1,2 А.Козловский
3
1 Геофизический Центр РАН
2 ИКИ РАН
3 Геофизическая Обсерватория Соданкюля, Финляндия
Гравитационные волны в верхней атмосфере
АГВ - низкочастотные поперечные волны, образующиеся когда сила земной
гравитации и возвращающая сила, обусловленная градиентом плотности
атмосферы, сравнимы с силой сжатия.
В ионосфере АГВ проявляются как премещающиеся ионосферные
неоднородности (ПИВ) – квази-периодические (период от мин до часов)
осцилляции высоты слоя F. Наиболее короткопериодные – акустикогравитационные волны (период <10мин.). Более глинные – внутренние ГВ.
ВГВ играют важную роль в атмосферной динамике, передаче энергии и
взаимодействии мезосферы, ионосферы и термосферы
• Источники АГВ :
В средних широтах - Генерация возмущений в нижней атмосфере, орография,
сдвиги ветра и др.
В авроральной зоне - Ионосферные электрические поля/токи и высыпания
частиц
Наблюдения АГВ :
• Ионозонды
• Радары (SuperDАRN)
• Оптические измерения
Ионозонд обс. Соданкюла
Вертикальное зондирование
ионосферы с 1-мин. разрешением
Ионозонд “Alpha Wolf”
Geogr. 67°2′N, 26°4′E
MLat 64.1°
Диапазон частот: 500 kГц – 16 MГц
Передатчик: 64-м ромбическая
антенна
Приемник: 20 ортогональных рамочных
антенн
Динамический диапазон 90 дБ
Высота зондирования до 3000 км
Высотное разрешение ~3 км
Период наблюдений
04.2007 – 06.2012
1-мин ионограммы использовались
для выявления ПИВ и определения
характеристик ВГВ и АГВ
Ионограммы и выбор частоты для мониторинга
высоты F слоя
Сезонная зависимость foE, foF1 и foF2
в 06–16 UT (08–18 LT)
2010 г
Черные линии: foE, foF1 и foF2
Красная линия: частота fk,
foE < fk < foF1 (foF2)
Зима:
fk = 2.5 МГц
Лето:
fk = 3.5 МГц
Осень/весна: fk = 3.0 МГц
Диаграммы «высота-время-интенсивность»
(HTI) для F слоя
HTI
Извлечение из ионограммы
колонки на частоте fk
hB, км
fk
Частота, МГц
Δh = Вариации
высоты F слоя,
связанные с волновыми
эффектами
0
6
12
UT
18
24
Время и высота наблюдения вариаций Δh
Распределение
данных
по часам UT
В интервале 8 - 14 UТ
нижняя граница HTI
определяется в >70%
cлучаев во все сезоны
Виртуальная и истинная высота наблюдения вертикальных
колебаний F слоя
Виртуальная h
(наблюдения)
Истинная h
(IRI)
150–210 км
Частота и амплитуда вариаций Δh
HTI
5 диапазонов частот ПИВ
(Butterworth filter)
Амплитуда:
Δh
Крупномасштабные ПИВ:
период 30-60 мин
Гравитационные волны
Среднемасштабные:
период 15-30 мин
Гравитационные волны
Мелкомасштабные:
период 5-10 мин
Акустические
волны/инфразвук
Долгопериодные вариации амплитуды (2007-2012)
Δh (км)
2007
2008
Среднесуточные А
Среднемесячные А
2009
2010
2011
2012
Тренд
Погрешность измерения hвирт = 1.43 км
Зависимость от солнечной активности и сезона
СА (числа Вольфа)
Истинная высота
наблюдения
foF2 - fk
А120
Относительная амплитуда (А/А120)
Мелкомасштабные ГВ
Уменьшение с ростом СА
Увеличение летом
Ампл. в противофазе с hИСТ
Зависимость от геомагнитной активности
А vs AL
А vs AU
Амплитуда
vs
AЕ индекс
Амплитуда средне- и
мелкомасштабных
волн с периодом < 30
мин коррелирует с AL
(AU) только при
низком уровне
геомагнитной
активности (АЕ = 10-30
nT)
Крупномасштабные
волны с периодом > 30
мин не зависят от АЕ
Так что же генерирует АГВ над Соданкюля?
Модель термосферного ветра
Нижележащие слои
атмосферы?
Скорость ветра (м/с)
Ветровые сдвиги?
50
0
-50
0
5
82 км
85 км
88 км
91 км
94
10км
98 км
Измерения метеорного радара
15
20
25
30
Дни месяца
Заключение
•
С помощью непрерывных измерений (2007-2012) ионозонда с 1-мин разрешением в
обс. Соданкюля выделены мелко- и среднемасштабные ГВ в авроральной ионосфере
на высотах 150-200 км.
•
Получены ряды амплитуд ГВ в пяти диапазонах частот (периоды 5-10, 10-15, 15-30,
30-60 и 60-120 мин), включая акустико-гравитационные волны (период B-V в области
измерений <10 мин)
•
Амплитуды мелкомасштабных ГВ (период <30 мин):
- составляют 1.3-2 км
- максимальны летом и уменьшаются зимой
- изменяются в противофазе с сезонным изменением истинной высоты наблюдения
- имеют тенденцию к увеличению с ростом АЕ индекса, но только при низком уровне
геомагнитной активности
•
Амплитуды среднемасштабных ГВ (период 30-120 мин):
- Составляют 2-2.6 км
- Уменьшаются с ростом солнечной активности в солнечном цикле
- Не имеют сезонной вариации
- Не зависят от геомагнитной активности
SuperDARN