Исследование среднемасштабных ионосферных волновых возмущений, генерируемых солнечным терминатором, по данным GPS тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, кандидат физико-математических наук Едемский, Илья Константинович

• Едемский, Илья Константинович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Едемский, Илья Константинович

Список таблиц.

Список рисунков.

Список обозначений и сокращений.

Введение

Глава 1. Теоретические и экспериментальные исследования эффектов солнечного терминатора в ионосфере

1.1. Модели солнечного терминатора и механизмы генерации им возмущений.

1.2. Структура возмущений нейтральной атмосферы.

1.3. Структура возмущений электронной концентрации в термосфере.

1.4. Эксперименты по изучению атмосферных и ионосферных эффектов СТ.

1.5. Результаты анализа атмосферных данных.

1.6. Среднеширотные особенности короткопериодных возмущений в ионосфере во время прохождения солнечного терминатора.

1.7. Исследования влияния СТ методом некогерентного рассеяния.

1.8. Общее заключение и выводы.

Глава 2. Исследование ионосферных неоднородностей с помощью спутниковой системы навигации GPS

2.1. Общие сведения о радионавигационной системе GPS.

2.2. Определение полного электронного содержания по данным фазовых измерений в системе GPS.

2.3. Определение пространственно-временных характеристик ионосферных возмущений методом SADM-GPS.

2.4. Метод картирования неоднородной структуры ионосферы.

2.5. Расчет положения солнечного терминатора и система локального времени терминатора.

2.6. Метод расчета геомагнитных координат.

2.7. Метод расчета динамических спектров вариаций ПЭС.

2.8. Автоматизированный программный комплекс глобального GPS-детектора ионосферных возмущений GLOBDET.

Глава 3. Морфологические и пространственно-временные характеристики ионосферных неоднородностей, генерируемых солнечным терминатором

3.1. Общая морфология ионосферных неоднородностей, генерируемых солнечным терминатором.

3.2. Методика отбора волновых пакетов.

3.3. Статистические характеристики волновых пакетов.

3.4. Плотность регистрации волновых пакетов в системе локального времени терминатора.

3.5. Сезонные и географические особенности характеристик волновых пакетов и времени их наблюдения.

Глава 4. Пространственная структура волновых пакетов, ее суточные и сезонные изменения

4.1. Пространственный образ среднемасштабных ионосферных неоднородностей, генерируемых солнечных терминатором.

4.2. Определение скоростей и направлений перемещения возмущений ПЭС.

4.3. Динамические спектры вариаций ПЭС в системе локального времени терминатора.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование среднемасштабных ионосферных волновых возмущений, генерируемых солнечным терминатором, по данным GPS»

Исследование влияния солнечного терминатора (СТ) на ионосферу Земли является важной задачей физики ионосферы. СТ представляет собой стабильное повторяющееся природное явление, характеристики которого изучены достаточно хорошо. Таким образом, учитывая воздействие СТ на ионосферу, параметры которой постоянно изменяются, мы получаем уникальное по масштабам геофизическое исследование, условия проведения которого можно сравнивать с лабораторными. Исследование эффектов СТ обусловлено не только чисто научным интересом к проблеме изучения атмосферы Земли как единой динамической системы, но и необходимостью решения ряда прикладных задач радиосвязи, радиолокации, навигации и т.п., поскольку эффекты СТ оказывают влияние на характеристики распространяющихся радиосигналов.

Ранние исследования показали (например, [1-3]) что движение солнечного терминатора вызывает генерацию акустико-гравитационных волн (АГВ), неустойчивости и флуктуации в ионосферной плазме. Большое разнообразие атмосферных эффектов, связанных с СТ, послужило поводом для целого ряда исследований ([4-7]) вариаций ионосферных параметров во время прохождения СТ с помощью различных методов зондирования ионосферы. Однако в основном все экспериментальные данные были получены на одиночных станциях и только для временных вариаций ионосферных параметров, влияние на которые могут оказывать самые различные факторы. Это затрудняет достоверную идентификацию возмущений в атмосфере, связанных с СТ, так как в общем случае они могут генерироваться разнообразными источниками как естественного, так и техногенного происхождения [8, 9].

Среди публикаций по данной тематике следует выделить работу [7], в которой пространственно-временные характеристики (скорость и направление распространения) крупномасштабного (КМ) волнового возмущения были сопоставлены с аналогичными параметрами СТ и показано, что эти возмущения вызваны движущимся терминатором. Тем не менее, в этой работе измерения также проводились только на одной станции (радар некогерентного рассеяния в Millstone Hill, США) и лишь для нескольких дней. Основываясь на этих данных, нельзя восстановить пространственный образ "терминаторного" возмущения.

Впервые анализ пространственной структуры КМ атмосферного возмущения, связанного с СТ, за период с 2001 по 2007 гг. выполнен в работе [10]. Авторы обнаружили "терминаторную" волну в нейтральной составляющей термосферы на высоте -400 км по данным акселерометра, установленного на борту спутника CHAMP. Было показано, что при низкой солнечной активности и в течение лета в северном полушарии фазовый фронт волнового возмущения на утреннем терминаторе простирался от 60°S до почти 30°N с углом наклона по отношению к терминатору порядка 30°. Амплитуда вариаций плотности нейтральных частиц составила около 3-5% по отношению к фону, а горизонтальная длина волны -3000 км. Однако предложенный в работе [10] метод предполагает накопление данных за очень длительные интервалы времени - не менее 130 дней. Полученная усредненная картина, без сомнения, может нести информацию об общих чертах КМ составляющей «терминаторной» волны и при этом достаточно сильно отличаться от реального явления, включающего в себя возмущения различных масштабов, изменяющегося в зависимости от сезона, геомагнитной обстановки т.д.

В теоретических работах, посвященных ионосферным эффектам СТ [3] указывалось на возможность генерации волновых возмущений среднего масштаба. Так, в работе [11] авторы приводят распределения количества волновых возмущений в ионосфере за сутки для четырех сезонов, демонстрирующих два пика, положение которых на шкале времени меняется с сезоном. Из данного наблюдения авторы [11] делают вывод о связи этих возмущений с прохождением СТ. Следует сказать, что представленные измерения проведены в небольшом регионе на четырех антеннах, разнесенных на 40 км, а, следовательно, нельзя исключать наличия региональных особенностей образования волновых возмущений в течение суток. Кроме того, такие отдельные наблюдения не позволяют восстановить пространственную структуру возмущения и соотнести ее с пространственными параметрами линии солнечного терминатора.

В последнее десятилетие в изучении неоднородностей ионосферы был достигнут существенный прогресс благодаря новой технологии GPS-радиозондирования. Данная технология позволяет получать данные о состоянии ионосферы, а именно - о вариациях полного электронного содержания (ПЭС). В ИСЗФ СО РАН разработаны методы и технология GLOBDET глобального GPS детектирования ионосферных возмущений, л позволяющие исследовать ионосферные возмущения с амплитудой до 10" от фонового значения ПЭС [9]. В сравнении с классическими методами радиозондирования ионосферы, технология GLOBDET впервые обеспечила возможность мониторинга ионосферных возмущений практически в реальном времени и по всему земному шару. При проведении исследований на плотных сетях станций GPS, таких как, например, как в Калифорнии и Японии, технология GPS-радиозондирования позволяет наблюдать пространственно-временную структуру ионосферных возмущений с хорошим разрешением.

Используя технологию исследования ионосферных неоднородностей по данным измерений ПЭС на сети приемников GPS, авторы работы [12] обнаружили новый класс среднемасштабных ионосферных возмущений (СМ ПИВ) - волновые пакеты (ВП), проявляющиеся в форме узкополосных колебаний ПЭС, однако механизм генерации ВП не был идентифицирован. Учитывая установленное в работе [12] отсутствие корреляции наблюдений ВП с какими-либо более-менее значимыми воздействиями антропогенного характера, можно предполагать, что источник данных волновых возмущений имеет естественную природу, в том числе таким источником может выступать и солнечный терминатор.

Учитывая более высокую, в сравнении с классическими методами исследования ионосферы, разрешающую способность GPS-детектора можно ожидать, что его использование позволит обнаружить не наблюдавшиеся ранее эффекты СТ в ионосфере, подкрепить теоретические представления о них и уточнить данные, полученные в предыдущих экспериментах.

Предметом исследования в настоящей диссертации являются особенности ионосферных возмущений среднего масштаба, которые проявляются в форме волновых пакетов и регистрируются в переходной области ионосферы при прохождении солнечного терминатора по данным вариаций ПЭС, измеряемых с помощью приемников GPS.

Целью работы является определение пространственно-временных характеристик среднемасштабных ионосферных возмущений типа волновых пакетов в переходной области СТ, а также их динамических и спектральных параметров по данным сетей приемников GPS.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Накопление статистики наблюдений волновых пакетов для различных регионов Земного шара и различных геофизических условий.

2. Разработка методов, алгоритмов и программ для исследования спектральных характеристик СТ-возмущений. Детальный анализ спектральной картины вариаций ПЭС в различные сезоны.

3. Проверка гипотезы о связи волновых пакетов с прохождением солнечного терминатора.

4. Определение пространственной структуры среднемасштабных волновых пакетов и их параметров, таких как: длина волны, протяженность и наклон фронта, направление распространения и т.п.

Методы исследования

В диссертации для определения величины вариаций полного электронного содержания использовались данные двухчастотных фазовых измерений системы GPS, входящих в плотные сети приемников: глобальную международную сеть IGS и Японскую региональную сеть GSI (GEONET). Для вычисления скорректированных геомагнитных координат использовались международная модель магнитного поля IGRF-10 и модель H.A. Цыганенко [13].

Научная новизна исследования

1. Впервые представлено экспериментальное свидетельство существования волновых пакетов магнитогидродинамической природы, связанных с прохождением по ионосфере Земли солнечного терминатора.

2. Впервые для обоих полушарий Земли получена картина сезонных вариаций динамического спектра среднемасштабных волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором.

3. С применением новой методики, использующей систему отсчета, связанную с локальным временем терминатора, на основе наблюдений на плотных сетях GPS-станций получено прямое экспериментальное доказательство генерации солнечным терминатором волновых пакетов. В предшествующих работах их существование доказывалось только статистически на основании обработки массивов данных измерений в отдельных точках.

4. С использованием новой методики обработки первичных данных GPS на обширном статистическом материале получена морфология среднемасштабных волновых пакетов для различных регионов Земли.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обусловлена использованием физически обоснованных методов и представительной статистикой наблюдений. Полученные физические характеристики находятся в качественном и количественном согласии с результатами исследований, опубликованных ранее другими авторами.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты и разработанные методы могут быть использованы для улучшения существующих и разработки новых моделей магнитосферно-ионосферных взаимодействий и моделей ионосферных неоднородностей, развития методов прогнозирования ошибок позиционирования в спутниковых радионавигационных системах, а также при уточнении деталей механизма генерации волновых возмущений в ионосфере.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на следующих семинарах, научных и научно-технических конференциях:

1. XXII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», Ростов-на-Дону, 2008.

2. Международный симпозиум «Оптика Атмосферы и Океана. Физика Атмосферы», Красноярск, 2008.

3. VII Международная конференция «Проблемы Геокосмоса», С.Петербург, 2008

4. 37th COSPAR Scientific Assembly, Montreal, 2008.

5. EGU General Assembly, Vienna, 2009, 2010;

6. IAGA 11th Scientific Assembly Sopron, Hungary, 2009.

7. 9-я Российско-китайская конференция по космической погоде, п. Листвянка, 2009.

8. Байкальская школа по фундаментальной физике «Взаимодействие излучения с веществом», Иркутск, 2009, 2011.

9. Progress In Electromagnetics Research Symposium, Moscow, 2009.

10. Научные чтения памяти B.M. Полякова, Иркутск, 2009.

11. Конференция "Солнечно-земная физика", Иркутск, 2010.

12. 38th COSPAR Scientific Assembly, Bremen, 2010.

13. V международная конференция «Солнечно-земные связи и физика предвестников землетрясений», с. Паратунка, 2010.

14. Российская научная конференция «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой», Улан-Удэ, 2010.

15. Научные чтения памяти Э.Л.Афраймовича, Иркутск, 2010.

16. Восьмая Всероссийская конференция «Современные проблемы зондирования Земли из космоса», Москва, 2010.

17. Всероссийская конференция с международным участием «Физика окружающей среды», Томск, 2011.

18. XXX URSI General Assembly and Scientific Symposium of International Union of Radio Science, Istanbul, 2011.

Основные положения, выносимые на защиту

1. На основе обработки обширного массива статистических данных, полученных на плотных сетях GPS-приемников в различных регионах Земли, показано, что движение солнечного терминатора вызывает генерацию в ионосфере среднемасштабных волновых возмущений, проявляющихся в форме волновых пакетов с характерными пространственными масштабами в несколько сотен километров.

2. Доказана связь колебаний ПЭС, наблюдаемых в форме волновых пакетов над территориями Японии и США на плотных сетях GPS-приемников, с прохождением солнечного терминатора над магнитосопряженными областями ионосферы южного полушария.

3. Определены морфология и спектр волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором, которые в наблюдениях по данным GPS имеют вид цепочек узкополосных колебаний полного электронного содержания со средним периодом около 20 мин, пространственными масштабами 100-300 км и длительностью 1-2 ч.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертации, опубликованные в 17 работах, являются оригинальными и получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии. В том числе 8 работ опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов: Geophysical research letters, Advances in Space Research, Annales Geophysicae, Planetary and Space Science, Доклады академии наук, Оптика атмосферы и океана, Геомагнетизм и аэрономия, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса.

Автору принадлежит:

1. Проверка гипотезы о связи генерации среднемасштабных волновых пакетов с прохождением СТ.

2. Детальное исследование морфологии среднемасштабных волновых пакетов на значительном статистическом материале по данным плотных сетей GPS за период 1998-2010 гг.

3. Разработка методики и программного обеспечения для расчета динамических спектров вариаций полного электронного содержания по данным GPS.

4. Исследования динамических спектров волн, генерируемых солнечным терминатором, для различных сезонов и различных геофизических условий.

5. Исследование связи генерации среднемасштабных волновых пакетов с прохождением СТ в магнитосопряженной области.

Автор принимал непосредственное участие в разработке программ и проведении исследований по регистрации волновых пакетов, определению их структуры и связи с солнечным терминатором, а также определению механизмов генерации волновых пакетов. Кроме того, автор участвовал в постановке задачи, анализе и обсуждении полученных результатов, подготовке статьей для публикации.

При проведении исследований, представленных в настоящей диссертации, автором были частично использованы программы И.В. Живетьева, Е.А. Косогорова и C.B. Воейкова.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного материала, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 123 ссылки. Общий объем диссертации - 182 страницы, включая 1 таблицу, 40 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Едемский, Илья Константинович

4.4. Общие выводы по главе

Представленные в главе результаты убедительно показывают, что источником наблюдаемых среднемасштабных волновых пакетов является солнечных терминатор. На примере летнего магнитоспокойного дня по данным японской сети приемников показано, что после прохождения вечернего СТ вариации ПЭС приобретают вид волновой структуры, имеющей высокую степень когерентности, значительную амплитуду (~0.1 ТЕСИ) и выраженную анизотропию фазового фронта. Данная структура наблюдается над рассматриваемым регионом длительное время, сохраняя выраженность и уровень амплитуды.

Появление волновой структуры подтверждается динамическими спектрами, рассчитанными для лета по данным станций в этом регионе и представленными в системе локального времени вечернего СТ. Согласно спектрам, периоды волновой структуры лежат в диапазоне 10-30 мин, что согласуется с данными распределений, периодов волновых пакетов, представленных в разделах 3.3 и 3.5. Также динамические спектры показывают, что в Японии в летнее время регистрация волновых пакетов начинается за 2-3 ч до появления вечернего терминатора на высоте 300 км над точкой регистрации. Однако начало регистрации практически совпадает с моментом прохождения СТ над точкой, сопряженной с точкой регистрации по магнитному полю.

Время начала регистрации волновых пакетов изменяется в течение года относительно времени прихода СТ. Так для Японии летом их регистрация начинается за 2-3 ч до появления вечернего СТ, в период равноденствия (весной и осенью) регистрация начинается на отрезке 1 - 0 ч до прихода вечернего СТ, а в зимнее время волновые пакеты начинают регистрироваться спустя порядка 2-3 ч после его прохождения. Для каждого сезона время начала регистрации пакетов хорошо согласуется со временем прохождения вечернего СТ в магнитосопряженной области.

Подобная картина наблюдается в регионе штата Калифорния, США. Динамические спектры, рассчитанные для лета и зимы по данным станций этого региона хорошо согласуются с рассчитанными для Японии. Главное отличие спектров по данным США состоит в том, что влияние прохождения утреннего терминатора на них более выражено. Так для периодов равноденствия влияние прохождения вечернего СТ практически не просматривается на уровне фоновых вариаций, прохождение же утреннего СТ отмечено некоторым повышением спектральной мощности.

В зимнее время отклик на прохождение утреннего СТ в США также значительно превосходит вечерний. Влияние прохождения утреннего СТ на вариации ПЭС наблюдается и по данным японских станций. Начало повышения спектральной мощности в интересующем нас диапазоне частот во всех случаях за исключением регистрируемого зимой после прохождения утреннего СТ, хорошо согласуется с временем прохождения СТ в магнитосопряженной области. Данное рассогласование связано, по-видимому, с тем, что в зимнее время в Северном полушарии ширина СТ увеличивается и градиенты термодинамических величин на его границе, соответственно, уменьшаются. Поэтому возможно, что условия, необходимые для генерации ВП, создаются только при достаточно высоком положении Солнца.

Время начала регистрации волновых пакетов оказывается различным не только для разных сезонов, но и для разных широт. Указания на это были даны в разделе 3.5. Дополнительным подтверждением присутствия широтных изменений времени регистрации являются динамические спектры, рассчитанные для трех дней лета по данным станций Японии. На данных спектрах видно очень хорошее согласие с поведением распределений количества пакетов для летнего периода в системе локального времени вечернего СТ: в северном регионе регистрация начинается почти на час раньше, чем в южном. Для обоих регионов момент начала регистрации пакетов хорошо согласуется с моментом прохождения СТ в магнитосопряженной области.

Данные представленных динамических спектров согласуются с распределениями количества волновых пакетов для США и Японии в различные сезоны и для различных широтных регионов Японии, приведенных в разделе 3.5.

Таким образом, представленные в данной главе результаты исследований свидетельствуют о генерации среднемасштабных волновых пакетов солнечным терминатором. Кроме того, представленные результаты показывают наличие четкой связи генерации волновых пакетов с процессами, происходящими в области, сопряженной по магнитному полю области наблюдения. Высокая добротность колебательной системы и синхронизация с появлением СТ в магнитосопряженной области свидетельствуют о магнитогидродинамической природе генерации части волновых пакетов солнечным терминатором.

Глава 5. Механизмы и модели генерации терминатором среднемасштабных волновых пакетов в ионосфере

Ионосферные возмущения среднего масштаба принято объяснять модуляцией электронной плотности распространяющимися вверх АГВ, которые генерируются в нижней атмосфере. Например, так интерпретируют колебания плотности, связанные с движением солнечного терминатора над пунктом наблюдения. Однако, как оказалось, эта гипотеза не согласуется с характеристиками волн электронной концентрации, характерными для движения терминатора. Для них типичны высокая пространственная когерентность, сильная анизотропия и практически постоянное направление азимута волнового вектора в точке наблюдения. Известно, что АГВ, и связанные с ними ПИВ, могут распространяться без заметного затухания, изменения своей формы и потери когерентности на расстояния не более чем 3-5 длин волн [2]; СМ возмущения - не далее чем на 500 км [113]. В результате, как правило, наблюдается случайное интерференционное поле волновых возмущений от различных источников.

Наиболее сильный аргумент против модели волновых пакетов АГВ, по крайней мере, для летних ночных наблюдений в северном полушарии -регистрация ВП за 1.5-2 часа до прохождения терминатора над пунктом наблюдения. АГВ не могут обогнать терминатор, поскольку на рассматриваемых нами широтах он движется со сверхзвуковой скоростью. Сезонная зависимость и установленная в предыдущих главах связь зарегистрированных волновых пакетов с процессами в магнитосопряженной точке указывают на их электромагнитное происхождение. На такую же связь указывают данные одновременных оптических наблюдений периодических структур в ионосфере в Японии и Австралии [114, 115].

Высокая добротность колебательной системы и синхронизация с появлением СТ в магнитосопряженной области дают основание полагать, что ВП, регистрируемые до появления терминатора, генерируются в магнитосопряженной ионосфере и распространяются вдоль силовых линий геомагнитного поля в виде магнитогидродинамических волн (см. рис. 5.1). Важным подтверждением гипотезы о МГД-природе волновых пакетов является также наблюдение изменения начала их регистрации с изменением широты, представленное в разделах 3.5 и 4.3. В северном регионе время между началом регистрации ВП и приходом СТ больше, чем в южном, что соответствует разнице между временами прихода СТ и МССТ в данных регионах.

Дополнительным сильным аргументом в пользу данной гипотезы является факт согласования направления фазового фронта волновых пакетов, регистрируемых до прохождения локального СТ с линией СТ, сопряженной по магнитному полю. На рис. 5.2 представлены вариации ПЭС, зарегистрированные в 11:38 ИГ 13 июня 2008 г. Синяя линия отмечает положение МССТ в 10 ЦТ, зеленая - положение СТ в 14 ЦТ. Фиолетовые линии имеют тот же наклон, что и линия МССТ и отмечают положение максимумов.

Ионосферные процессы в магнитосопряженных областях исследуются достаточно давно [116]. Однако подобные исследования практически не касались волновых процессов, исключая работу [29], в которой было установлено, что вероятность появления среднеширотного слоя Еб увеличивается при прохождении терминатора в магнитосопряженной области. Авторы высказали гипотезу, что это связано с распространением альфеновских волн вдоль магнитных силовых линий. Тем не менее, в работе [29] не представлены экспериментальные данные, которые подтвердили бы наличие соответствующих волновых процессов.

90 -|

180 240 300 360

Долгота, 0

Рис. 5.1. Схема переноса колебаний, генерируемых при движении вечернего терминатора, из южного полушария в северное вдоль магнитной силовой линии. Пунктир отмечает положение точек, сопряженных линии СТ по магнитному полю.

45

40 О г\ л Н

О &

Э35

30

25

125 130 135 140 145 150

Долгота,0

Рис. 5.2. Согласование наклона фазового фронта вариаций ПЭС за 13 июня 2008 г. (11:38 иТ) с наклоном линии СТ, проходившим в магнитосопряженной области в 10:00 иТ.

В настоящее время разработаны две модели, объясняющие образование в ионосфере среднемасштабных волновых пакетов при прохождении солнечного терминатора в магнитосопряженных регионах. Одна из них основана на стандартной численной модели SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere), описывающей динамику среднеширотной ионосферы, вторая -аналитическая модель генерации стоячих волн медленного магнитного звука (ММЗ) в плазмосфере Земли [117]. На каждой из указанных моделей следует остановиться подробнее.

Представленные в данной главе результаты опубликованы в [109, 118].

5.1. Модель среднеширотной ионосферы SAMI2

Согласно [119], в существующих в настоящее время моделях среднеширотной ионосферы ионы рассматриваются как сильно столкновительные на всех высотах. Система дифференциальных уравнений, описывающих динамику таких ионов, интегрируется (неявным образом) вдоль силовых линий геомагнитного поля. Это осуществляется исключением из рассмотрения инерции ионов в уравнении импульса для ионов и последующим получением явного выражения для скорости ионов VjS. Подстановка выражения для скорости ViS в уравнение непрерывности для ионов позволяет получить выражение для их концентрации п;. Такой подход вызывает существенное усложнение уравнений. Однако при этом нельзя гарантировать сходимость решения системы уравнений в итерационном процессе. Кроме того, в неявные выражения сложно вводить дополнительные ионные составляющие, а при учете членов адвекции ионной температуры сходимость может оказаться вообще недостижимой [119].

Модель среднеширотной ионосферы SAMI2, разработанная в исследовательской лаборатории ВМФ США, производит расчеты динамики плазмы и химической эволюции ионов семи типов (РГ, Не+, 0+, N0 , и Ог ) на высотах от ~ 100 км до нескольких тысяч километров. Уравнения непрерывности и сохранения импульса решаются для каждого из семи типов ионов, а расчет температур проводится только для Н+, Не+, 0+ и электронов. На выходе 8АМ12 получается распределение плазмы вдоль силовой линии геомагнитного поля между магнитосопряженными полушариями. При решении уравнений сохранения импульса вдоль силовых линий учитываются дрейф потоковой трубки (как по широте, так и по долготе) и инерция ионов, что важно для расчета динамики плазмы на больших высотах, где инерция ионов играет большую роль.

В модели 8АМ12 используется численный метод решения уравнений. При достаточно малом шаге по времени система уравнений решается достаточно просто. Также относительно легко в вычисления вводятся дополнительные нейтральные и ионные составляющие. Главный недостаток 8АМ12 заключается в необходимости использования относительно малого шага по времени. Для высот ниже 4000 км модель использует сетку с 201 узлом и для достаточного разрешения по времени необходимо использовать шаг порядка 1-12 с. Расчеты для силовых трубок на больших высотах требуют большего числа узлов и меньшего шага по времени.

На рис. 5.3а представлено изменение со временем скорости ионов НГ на высоте 3985 км и широте -10оЫ, рассчитанное с учетом инерции ионов (черная линия) и без нее (серая линия). На восходе (1-6:30 ЬТ) скорость значительно меняется в обоих случаях. Это вызвано резким нагревом нижней ионосферы фотоэлектронами. Однако отклик на данное воздействие различен. Столкновительный подход, не учитывающий инерции ионов, показывает резкое изменение скорости до ~7.5 км/с (за пределами графика), а затем столь же резкое возрастание до ~ 2 км/с и последующее затухание до ~ 100 м/с. Резкая смена скорости обусловлена разницей по времени между нагревом областей в Северном и Южном полушариях.

6 -1 4 у

I *ч л О о а и п О

-4

-6 Л а. т 1

6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 Локальное время, ч

9.5 10

§

Сй

03 н о о л Щ щ Ш о с о ас Р к X

1-1 сс £

О 0> л

Й о Ч о

04 ч о с со о X Н о о 2 £ оа сЗ о <и

2077

6.6 7.45 8.3 9.15 Локальное время, ч т+

10

Рис. 5.3. Изменение скорости ионов Н со временем на высоте 3985 км на геомагнитной широте -10° (а) и распределение плотности ионов Н+ по высоте со временем для столкиовительного (б) и инерциального (в) случаев [120].

Существенное отличие в поведении наблюдается при учете инерции ионов: начальный скачок скорости в область отрицательных значений значительно ниже, а последующий положительный несколько больше, нежели в столкновительном случае. Однако более важно то, что при учете инерции наблюдается волнообразное поведение скорости ионов Н+, сохраняющееся на протяжении нескольких часов.

Авторы [120] рассматривают данное волновое движение как ионозвуковую волну, передаваемую вариациями давления вдоль магнитного поля. Они также дают оценку длины волны, как отношения фазовой скорости к частоте волны Ar=VPh/f. Принимая за фазовую скорость ионозвуковой волны скорость звука и используя расчетное значение частоты f » 5,6-10"4 Гц, получаем длину волны X & 1,1-104 км, что сопоставимо с длиной силовой трубки L « 1.2-104.

На рис. 5.3(б-в) представлены контурные графики изменения плотности нГ по высоте и по времени для столкновительного и инерционного случаев. Результаты моделирования инерционного случая наглядно демонстрируют генерацию ионозвуковой волны чередованием областей разрежения и сжатия. Эта волна сохраняется около 3 часов. Как можно видеть из рис. 5.36, изменение скорости H в столкновительном случае достаточно плавное. Примечательно также, что после затухания волны поведение плотности в обоих случаях весьма схоже - к 10:00 ч локального времени графики плотности выглядят одинаково.

Таким образом, используя модель SAMI2, авторы [120] установили, что на восходе и на закате может происходить генерация ионозвуковых волн с периодами порядка десятков минут, существующих на высотах -1000 км около 1-3 часов. Они появляются в результате быстрого нагрева или охлаждения нижней ионосферы. На восходе нагрев фотоэлектронов создает сильный поток плазмы, направленный вверх вдоль магнитной силовой линии, который приводит к локальному сжатию и нагреву плазмы, и как следствие, к генерации ионно-акустических волн. На закате такие волны продуцируются резким охлаждением плазмы. Данный результат авторы [120] получили благодаря учету инерции ионов при решении уравнений.

5.2. Модель стоячих волн медленного магнитного звука

Ионно-звуковые волны в магнитном поле представляют собой ветку МГД-колебаний - медленный магнитный звук. Авторами [118] была предложена и разработана аналитическая модель поля ММЗ-колебаний в дипольном магнитном поле. При наличии на торцах магнитных силовых линий граничных условий в виде высокопроводящей ионосферы поле таких колебаний представляет собой набор гармоник стоячих ММЗ-волн.

Для удобства расчетов была введена криволинейная ортогональная

12 3 система координат (х , х , х ), связанная с силовыми линиями магнитного поля, в которой координата х3 направлена вдоль силовой линии, х1 - поперек магнитных оболочек, а х2 дополняет систему координат до правосторонней. Квадрат элемента длины в этой системе координат определяется как

О ТО 1 О 3 "7 ds =gi(dx ) +g2(dx ) +g3(dx ) , где gb g2, g3 - компоненты метрического тензора рассматриваемой криволинейной системы координат [118]. Параметры фоновой плазмы в рассматриваемой модели магнитосферы предполагались однородными по азимутальной координате х2 и неоднородной по двум другим координатам.

Расчет поля ММЗ-волн был проведен в рамках идеальной МГД в линейном приближении по возмущенным параметрам, связанными с колебаниями. Возмущенные параметры (В, v, Е, р, Р) представлялись в виде разложений по Фурье-гармоникам вида exp(ik2x - icot), где со - частота колебаний, а к2 - азимутальное волновое число. В однородной плазме решения линеаризованной системы МГД уравнений представляют собой дисперсионные уравнения: для альфвеновских волн с законом дисперсии: со2=к2| [А2, 2 2 1 где к || = к 3/g3, А = В01 - альфвеновская скорость, и для магнитозвуковых волн, описываемых дисперсионным уравнением вида: ю4 - co2k2(A2+S2)+k2k2| ,A2S2 = 0,

2 2 2 2 2 2 /где k ^ к 11 + k L, k i= k i/gi + k 2/g2, / р0 - скорость звука в плазме.

Решение последнего уравнения можно представить в виде s2)±]I~(A2 +S2)2-к2 kl А2 S2.

Знак плюс соответствует дисперсионному уравнению для быстрых магнитозвуковых (БМЗ) волн, а знак минус - для ММЗ-волн. Если выполняется одно из неравенств: S«A, A«S, |кц|«|к||, можно получить следующие приближенные дисперсионные уравнения со2« к2С2Р - для БМЗ-волн, где C2F =A2+S2 и со2« к2 |C2s - для ММЗ-волн, где C2S =A2S2/(A2+S2).

Из вида этих дисперсионных уравнений видно, что CF и Cs - это фазовые скорости распространения БМЗ- и ММЗ-волн соответственно.

Для численных расчетов были использованы распределения параметров фоновой плазмы полученные из численной модели Кринберга-Тащилина [116]. На рис. 5.4 дано распределение альфвеновской скорости А и скорости ММЗ-волн Cs вдоль магнитной силовой линии, пересекающей ионосферу Земли над территорией Японии (37°N,138°E) на 11h UT 14 июня 2008 г. Видно, что, по крайней мере, одно из указанных выше неравенств (S « А) выполняется практически по всей длине силовой линии.

Расчет параметров среды в северном и южном полушариях проводился в [118] от высоты h=80 км до вершины силовой линии h~1700 км. Следует обратить особое внимание на резкий рост А и убывание Cs на высотах h<400 км. Это связано, соответственно, с резким уменьшением концентрации и температуры ионов плазмы на высотах ниже Р2-слоя ионосферы.

800 1200 1600 1600 1200 800 Ь(кт)

Рис. 5.4. Распределения альфвеновской скорости А (сплошная линия) и скорости ММЗ-волн С8(пунктир) вдоль магнитной силовой линии, пересекающей ионосферу Земли над территорией Японии (37°1Ч,138°Е) на Шг ИТ 14 июня 2008 г [118].

Сильная асимметрия профилей А и Cs в северном и южном полушариях обусловлена разными граничными условиями на ионосферных концах силовой линии - ионосфера в северном полушарии освещена Солнцем, а в южном уже нет. Были проведены расчеты ТЕС, связанные с колебаниями концентрации плазмы в ММЗ-волнах. Оставляя в уравнении непрерывности только главное слагаемое, пропорциональное V| которое имеет пучность в проводящем слое ионосферы, было получено выражение для возмущенной плотности, которое является основой для определения колебаний концентрации плазмы.

В работе [118] приведены расчеты для 14 июля 2008 г. вдоль линии, пересекающей северное полушарие в точке (37°N, 138°Е). Суточный ход периодов первых 6-ти гармоник стоячих ММЗ-волн на данной силовой линии представлен на рис. 5.5. В диапазон периодов регистрируемых нами волновых возмущений ПЭС (см. разделы 3.3, 3.5) попадают 4, 5 и 6 гармоники. Учитывая, что в проведенных наблюдениях колебания с периодами больше 30~мин обрезались, можно ожидать присутствия и более низкочастотных гармоник. Однако их трудно выделить на фоне динамических эффектов, связанных с движением спутников GPS.

В работе [121] показано, что декремент затухания волн медленного магнитного звука в значительной мере зависит от соотношения ионной (Tj ) и электронной (Те) температур, уменьшаясь с ростом отношения Те/Т;. Когда Те превышает Т, на порядок, значение декремента затухания выходит на минимальное значение. Согласно работе [122] для магнитных оболочек на рассматриваемых нами широтах отношение Те/Т; ~2 и уменьшается с ростом широты. Таким образом, затухание ММЗ волн на рассматриваемых нами широтах мало, что позволяет регистрировать гармоники стоячих ММЗ-волн достаточно высоких порядков.

Liii I i i i Iii i I i i i I i i i 1 i i i

9 13 17 21 1 5 LT(h)

Рис. 5.5. Суточный ход периодов колебаний первых 6-и гармоник стоячих ММЗ-волн 14 июня 2008 г. на силовой линии, пересекающей в ионосферу в точке (37°N,138°E). Вертикальные серые полосы - характерные промежутки времени прохождения терминатора в точке наблюдения (SS) и в магнитосопряженной точке (MCSS) [118].

Для того чтобы найти распределение амплитуды поля ММЗ-волн необходимо задать амплитуду какой-либо их компоненты в любой точке на силовой линии. Наиболее прямой путь - задать амплитуду колебаний в области их генерации источником - прохождением терминатора по ионосфере. К сожалению, в настоящее время прямые измерения таких колебаний совместно с наблюдениями колебаний ТЕС в магнитосопряженной ионосфере отсутствуют. Однако имеется работа [123], в которой приведены данные одновременных наблюдений колебаний ТЕС и продольной компоненты колебаний плазмы Уц на спутнике DEMETER, пролетавшем над областью колебаний ТЕС на высотах 650-700 км.

При нескольких пролетах над территорией северной Америки на спутнике DEMETER были зарегистрированы колебания V| | с амплитудами 2080 м/с при соответствующих колебаниях ТЕС с амплитудами 0.1-0.6-TECU. При проведении представленных в [118] численных расчетов амплитуда колебаний нормировалась на амплитуду V[ | =50 м/с на высоте 650 км.

Распределение амплитуды колебаний пе вдоль силовой линии для 4,5,6 гармоник стоячих ММЗ-волн представлено на рис. 5.6а. Видно, что оно имеет резкие пики на высотах -200 км в южном полушарии и -300 км - в северном. Это обстоятельство позволяет оценить величину колебаний полного электронного содержания Ne| | путем интегрирования электронной концентрации пе вдоль магнитной силовой линии. Благодаря наличию резкого пика в распределении пе величина Ne|| на высотах h>400 км не должна существенно отличаться от амплитуды колебаний ТЕС, полученных при интегрировании вдоль луча, направленного от приемника GPS на спутник.

На рис. 5.66 представлено распределение Ne| | для 4,5,6 гармоник стоячих ММЗ-волн в южной и северной частях плазмосферы. Видно, что полученные таким образом амплитуды колебаний |Ne| || ~ 0.4 - 0.8 TECU на высотах h > 400 км вполне соответствуют амплитудам колебаний ТЕС, зарегистрированных в [123].

Рис. 5.6. Распределение колебаний концентрации электронов пе(0) (а) и полного электронного содержания Мец(0) для 4,5,6 гармоник стоячих ММЗ-волн вдоль магнитной силовой линии, пересекающей ионосферу Земли над территорией Японии (37°М,138°Е) на 1 \Ь ОТ 14 июня 2008 г.

5.3. Общий вывод по главе

В данной главе описаны две модели, объясняющие образование в ионосфере среднемасштабных волновых пакетов при прохождении солнечного терминатора в магнитосопряженных регионах. Данные модели подтверждают, что, по крайней мере, часть регистрируемых волновых пакетов имеют магнитогидродинамическую природу. Результаты расчетов с использованием представленных моделей хорошо согласуются с результатами наших исследований, представленных в главах 3 и 4.

С помощью численной модели SAMI2 было показано [120], что на восходе и на закате может происходить генерация ионозвуковых волн с периодами порядка десятков минут, существующих на высотах -1000 км около 1-3 часов. Образование таких волн связано с быстрым нагревом или охлаждением нижней ионосферы, происходящих на восходе и закате. На восходе нагрев фотоэлектронов создает сильный поток плазмы, направленный вверх вдоль магнитной силовой линии. Этот поток приводит к локальному сжатию и нагреву плазмы в вершине магнитной силовой линии и, как следствие, к генерации ионно-акустических волн. На закате такие волны продуцируются резким охлаждением плазмы. С другой стороны, в работе [123] с помощью данных одновременных наблюдений вариаций ПЭС и данных спутника DEMETER было показано наличие согласования вариаций скорости ионов вдоль магнитной линии на высоте движения спутника Demeter (660-710 км) с изменениями структуры СМ ПИВ на карте ПЭС на высоте 300 км. Авторы данной работы экспериментально показывают, что наличие ионозвуковых волн приводит к наблюдению волновой структуры в полном электронном содержании. Таким образом, генерация ионозвуковых волн, происходящая согласно расчетам [120] на восходе и закате, будет приводить к регистрации волновых возмущений в ПЭС. С учетом перемещения солнечного терминатора, данные волновые возмущения во временной области будут иметь форму волнового пакета, подобного представленным в главе 3.

Аналитическая модель генерации стоячих волн медленного магнитного звука в плазмосфере Земли [118] также предлагает достаточно адекватное описание процесса генерации волновых пакетов солнечным терминатором. Движение СТ в магнитосопряженной области вызывает генерацию ММЗ-волны, которая распространяясь по магнитосиловой линии, вызывает вариации ПЭС в точке наблюдения. Периоды наблюдаемых нами колебаний полного электронного содержания соответствуют периодам первых гармоник стоячих ММЗ-волн (~103-104 сек). Кроме того, на динамических спектрах, рассчитанных для трех летних дней в разделе 4.3, различимы две области повышения спектральной мощности. Данный факт указывает на регистрацию волновых пакетов, генерируемых в разное время и, по-видимому, различными локальными источниками. Источниками волновых пакетов в полном электронном содержании могут выступать акустико-гравитационные и медленно-магнитозвуковые волны, генерируемые при прохождении СТ. Причем, будучи сгенерированной, волна медленного магнитного звука может вызывать возмущения ПЭС как в точке, сопряженной точке генерации, так и непосредственно в точке генерации. Тогда летом сначала будут регистрироваться возмущения ПЭС, связанные с ММЗ-волной пришедшей из другого полушария, а затем, с приходом СТ в область наблюдения, будут детектироваться возмущения, связанные с ММЗ-волной, сгенерированной в области наблюдения.

Таким образом, представленные в данной главе результаты моделирования убедительно показывают, что, по крайней мере, часть регистрируемых волновых пакетов имеют магнитогидродинамическую природу. По-существу, наша работа представляет первое убедительной экспериментальное доказательство генерации волновых возмущений в ионосфере при прохождении солнечного терминатора в магнитосопряженной области.

Заключение

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. На обширном статистическом материале показано наличие связи регистрации среднемасштабных волновых пакетов с прохождением СТ в магнитосопряженной области. Дано экспериментальное подтверждение теории, согласно которой перемещение СТ вызывает генерацию магнитогидродинамических волн.

2. По данным сети GEONET зафиксировано изменение начала времени регистрации среднемасштабных волновых пакетов с широтой в системе локального времени терминатора. Это свидетельствует в пользу гипотезы о наличии магнитогидродинамического механизма генерации волновых пакетов.

3. На основе анализа данных глобальной сети приемников GPS получено экспериментальное подтверждение генерации терминатором среднемасштабных волновых возмущений в ионосфере, проявляющихся в виде волновых пакетов в вариациях ПЭС. В среднем, наибольшее число пакетов регистрируется после прохождения вечернего терминатора.

4. С использованием измерений ПЭС по данным глобальной сети GPS за период 1998-2008 г.г. представлена морфология среднемасштабных волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором. Во временной области ВП представляют собой цепочки узкополосных колебаний ПЭС длительностью порядка 1-2 ч и общей длительностью до 6 ч с периодом колебаний в диапазоне 15-30 мин. Длина волны составляет порядка 100-300км. Зимой в северном полушарии СМ волновые пакеты наблюдаются преимущественно спустя 3 часа после прохождения вечернего солнечного терминатора. В равноденствие СМ ВП появляются после прохождения СТ практически сразу или с небольшим опережением. Летом СМ ВП регистрируются за 2-3 часа до появления вечернего СТ в пункте наблюдения. Начало наблюдения ВП совпадает с моментом прохождения СТ в магнитосопряженной области. Начало регистрации волновых пакетов в летнее время изменяется с широтой, однако также хорошо согласуется с моментом прохождения СТ в магнитосопряженной области. Пространственная структура СМ ВП характеризуется высокой степенью анизотропии и когерентности на расстоянии свыше 10 длин волн.

Благодарности

Автор работы выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность своему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Афраймовичу Эдуарду Леонтьевичу.

Автор признателен Леонович Анатолию Сергеевичу и Переваловой Наталье Петровне за их помощь и поддержку в работе над диссертацией.

Большое спасибо друзьям и коллегам: Ишину Артему, Воейкову Сергею и Живетьеву Илье за участие в работе и плодотворные дискуссии. Отдельная благодарность Ясюкевичу Юрию за помощь в работе над диссертацией и ее окончательной подготовкой. Спасибо товарищам по научному сообществу, друзьям: Шешукову Андрею, Владимирову Алексею и Моисеевой Алене за поддержку и возможность на них равняться.

Автор благодарен коллегам Демьянову В.В., Косогорову Е.А., Татаринову П.В. за исследовательскую атмосферу, создаваемую ими в коллективе.

За интерес к работе и плодотворные дискуссии автор благодарен: Сомсикову В.М., Куницину В.Е., Афанасьеву Н.Т., Куркину В.И., Медведеву A.B., Ратовскому К.Г. Автор признателен всем сотрудникам отдела околоземного космического пространства ИСЗФ СО РАН за помощь в работе и доброжелательное отношение.

Работа выполнена при поддержке Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 07-05-00127-а, № 09-05-00760-а, № 10-05-00113-а), а также при поддержке гранта МК-3094.2010.5 президента Российской Федерации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Едемский, Илья Константинович, 2012 год

1. Hines С.О. 1.ternal atmospheric gravity waves at ionospheric heights // Canadian J. of Physics. 1960. V.38, № 8. P. 1441-1481.

2. Francis S.H. A theory of medium-scale traveling ionospheric disturbances // J. Geophys. Res. V.79. P. 5245-5259. 1974.

3. Сомсиков B.M. Солнечный терминатор и динамика атмосферы. Алма-Ата: Наука, 1983. 192 с.

4. Somsikov V.M. and Ganguly B. On the mechanism of formation of atmospheric inhomogeneities in the solar terminator region // J. Atmos. Terr. Phys. V. 57. P. 75-83. 1995.

5. Dominici P., Cander L.R. and Zolesi B. On the origin of medium-period ionospheric waves and their possible modeling: a short review // Annali di geofisica. V. 15. №5. P. 1171-1178. 1997.

6. Galushko G., Paznukhov V.V., Yampolski Y.M., Foster J.C. Incoherent scatter radar observations of AGW/TID events generated by the moving solar terminator//Ann. Geophys. V. 16. P. 821-827. 1998.

7. Носке K. and Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and traveling ionospheric disturbances: 1982-1995 // Ann. Geophys. V. 14. P. 917-940. 1996.

8. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН. 480 с. 2006.

9. Forbes J.M., Bruinsma S.L., Miyoshi Y., and Fujiwara H. A solar terminator wave in thermosphere neutral densities measured by the CHAMP satellite // Geophys. Res. Lett. V. 35. № L14802, doi:10.1029/2008GL034075. 2008.

10. Иванов В.П. Карвецкий В.JI. Коренькова Н.А. Сезонно суточные вариации в параметрах среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений. // Геомагнетизм, и аэрономия. -1987. -Т.27, №3. -С.511.

11. Afraimovich E.L., Perevalova N.P., Voyeikov S.V. Traveling wave packets of total electron content disturbances as deduced from global GPS network data//J. Atm. Solar-Terr. Physics. V. 65 № 11/13. P. 1245-1262. 2003.

12. Tsyganenko N. A. GEOPACK: A set of Fortran subroutines for computations of the geomagnetic field in the Earth's magnetosphere. http://ccmc.gsfc.nasa.gov/models/Geopack-2008.doc.

13. Rees M.H., Roble R.G. Observations and theory of the formation of stable auroral red arcs //Rev. Geophys. Space Phys. -1975. -V.13, N1. -P.201-242.

14. Herron T.J. Phase velocity dispersion of F-region waves // J. Atmos. Terr. Phys. -1973. -V.35, N1. -P.101-124.

15. Beer T. On atmospheric wave generation by the terminator // Planet. Space Sci. -1978. -Y.26, N2. -P.l85-188.

16. Сомсиков B.M. Волны в атмосфере, обусловленные солнечным терминатором. (Обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. -1991. -V.31, N1. Р.1 -12.

17. Сомсиков В. М. Ионосфера и солнечно-земные связи. Алма-Ата: Наука 1977. С. 77.

18. Somsikov V.M. A spherical model of wave generation in atmosphere by solar terminator. // J. Atmos. Terr. Phys. -1987. -V49(5). P.433-438.

19. Курмангалиев Д. А., Сомсиков В. M. // Алма-Ата: Наука, 1989. С.16.

20. Изаков М. И., Морозов С. К. // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. Т. 10. С. 630.

21. Сомсиков В.М. // Ионосфера и солнечно-земные связи. Алма-Ата: Наука, 1985. с. 85.

22. Гинзбург В. JL, Цитович В. Н. Некоторые вопросы теории переходного излучения и переходного рассеяния. // УФН. -1978. -Т.126. -С. 553.

23. C.Cot., H.Teitelbaum. Generated of the gravity waves by inhomogeneous heating of the atmosphere. // Journal of Atm. Terr.Phys. -1980. -V.42, N9/10. -P.877-883.

24. Сомсиков В.М. Радиационная нелинейность. 1986. 6с. Деп. ВИНИТИ №3 В.86. №1370

25. Сомсиков В.М. Радиационная неустойчивость. 1988. 4с. Деп. ВИНИТИ №3 В.88.

26. Carlson Н. G.//L Geophys. Res. 1966. V. 71. P. 195.

27. Рудина М. П., Солоницына Н. Ф., Сомсиков В. М. // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 1025.

28. Abramchuk W. P., Oraevsky V. N., Razhin V. V. Sporadic E-layer in the twilight period dirung winter and its relation to sunrise in the conjugate area. // Acta geod. geophys. et mant Hung. -1987. -V.22. -P.199-209.

29. Sekar R., Raghavaroo R. //J. Atmos. Terr. Phys. 1987. V. 49. P. 981.

30. Монин А. С. О природе турбулентности. // УФН. -1978. -Т. 125.1. С.97.

31. Ruohoniemi J. М., Greenwald R. A. et aZ.//J. Geophys. Res. 1988. V. 91. P. 12871.

32. Сомсиков В. M., Троицкий Б. В. Геомагнетизм и аэрономия. 1975. Т. 15. С. 856.

33. Дробжев В. И., Ляджин В. А., Сомсиков В. М. и др. Лидарные исследования волновых возмущений в атмосфере, генерируемых солнечным терминатором. // Оптика атмосферы. -1988. -Т.1, №8. -С.105-110.

34. Гершман Б.Н. Динамика ионосферной плазмы. М.Наука. 1974.256 с.

35. Водянников В. В., Сомников В. М. // Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 24. С. 112.

36. Безродный В. Г., Блиох Н. В., Фалькович И. С, Ямпольский Ю. М. // Тез. докл. семинара КАПГ по физике страто-мезосферы и нижней ионосферы. Ростов-на-Дону. -М.: Наука, 1977. -С.52.

37. Белей B.C., Галушко В.Г., Ямпольский Ю.М. и д.р. //Распространение радиоволн в ионосфере. М.Наука, 1983. с. 82.

38. Васильев К. Н. Геомагнитный эффект в вертикальных перемещениях ионизации в области F ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. -1967.-Т.7, N3. -С.468-474.

39. Щаренская Э. Г. К вопросу о генерации ВГВ при суточном движении терминатора. -Ростов-на-Дону. -1986. 5 с Деп. ВИНИТИ. 15.5.80. № 86-80.

40. Nelson О. R., Abdut М. A., Batista I. S.//L Atmos. Terr. Phys. 1986. V. 48. P. 181.

41. Burke W. J. //Planet and Space Sei. 1979. V. 27. P. 1188.

42. В.Г.Безродный, П.В.Блиох, И.С.Фалькович, Ю.М. Ямпольский, Отражение сверхдлинных волн от терминатора в волноводе Земля-ионосфера. // Изв. Вузов Радиофизика. 1978. -№11. -С.765-770.

43. Белей В. С, Галушко В. Г., Ямпольский Ю. М. Экспериментальные исследования влияния перемещающихся ионосферных возмущений на параметры КБ радиосигнала: // Препринт № 231. -Харьков: АН УССР ИРЭ. -1983.-16 с.

44. Трунковский. Е.М. Вариации интенсивности эмиссии 01 6300 А как проявление общепланетарных эффектов в верхней атмосфере. // Геомагнетизм и аэрономия. -1980. -Т.20. -С.118.

45. Teitelbaum R., Petitdier Af.//J. Atmos. Terr. Phys. 1987. V. 40. P.223.

46. Kirchoff V. W., Batista P. P. et al.//J. Geophys. Res. 1986. V. D9. P.13303.

47. Hall C, Hoppe U. P., Williams P. I. S. and Jones G. O. L. // Geophys. Res. Let. 1987. V. 14. P. 1187.

48. Ruohoniemi J. M., Greenwald R. A. et aZ.//J. Geophys. Res. 1988. V. 91. P. 12871.

49. Антонова В.П., Гусейнов Ш.Ш., Дробжев В.И. и др. Комплексное экспериментальное исследование волн в атмосфере, генерируемых солнечным терминатором // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1988. -Т.24, N2. -С.134-142.

50. Рудина М. П., Солоницына Н. Ф., Сомсиков В. М. // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 1025.

51. Джалагания Т. Р., Мосашвили Н. В., Шарадзе 3. С. Ц Волновые возмущения в ионосфере. Алма-Ата: Наука, 1980. С. 123.

52. Антонова В П., Дробжев В. И., Зусманович А. Г., Сомников В. М. Вариации интенсивности космических лучей, обусловленные ионосферными волнами // Геомагнетизм и аэрономия. -1987. -Т.27. -С.486-488.

53. Аббасов А, Р., Гусейнов Ш. ILL, Сомсиков В. М. // Астрон. циркуляр № 1259, 27 мая 1983. Изд-во Бюро астрон. сообщ. АН СССР. С. 3.

54. Гусейнов Ш. ILL; Барри В., Магасугуба Н. и др. // Ионосфера и солнечно-земные связи. Алма-Ата: Наука, 1985. С. 57.

55. Гершман Б.Н., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д., Чернобровкина Н.А. Явление F-рассеяния в ионосфере. -М.: Наука, 1984. -144 с.

56. А. М. Гоков, А. И. Гритчин. Влияние солнечного терминатора на среднеширотную D-область ионосферы и характеристики частично отраженных КВ-сигналов и радиошумов. Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т. 43, №20. С. 169.

57. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: ЭКОТРЕНД. 2000. 267 с.

58. Харисов В.Н., Перов А.И., Болдина В.А. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС. М.: Изд-во ИПРЖР. 1998. 400 с.

59. Hofmann-Wellenhof В., Lichtenegger Н., and Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. Springer-Yerlag Wien. New York. 1992. P. 327.

60. Afraimovich E.L., E.A. Kosogorov, L.A. Leonovich. The use of the international GPS network as the global detector (GLOBDET) simultaneously observing sudden ionospheric disturbances // Earth, Planets, and Space. 2000. V.52. №11. P.1077-1082.

61. Афраймович Э.Л., Косогоров E.A. Автоматизированный комплекс обработки информации глобальной сети GPS-приемников // Информационные технологии контроля и управления на транспорте: Сб. науч. тр., ИрИИТ, Иркутск. 2002. Вып. 10. С. 61-66.

62. Narayana N.R., Lyon G.F., Klobuchar J.A. Acoustic waves in the ionosphere // J. Atm. Terr. Phys. 1969. V. 31. N4. P. 539-545.

63. Gurtner W. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2, http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex2.txt, 1993.

64. Calais E., J.S. Haase and J.B. Minster. Detection of ionospheric perturbations using dense GPS arrays in Southern California // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. N12. 1628. doi:10.1029/2003GL017708.

65. Fitzgerald T.J. Observations of total electron content perturbations in GPS signals caused by a ground level explosion // J. Atm. and Terr. Phys. 1997. V.59. №7. P. 829-834.

66. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир. 1973. 502 с.73. http://www.cx.unibe.ch74. http://www.jpl.nasa.gov

67. Klobuchar J.A. Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users // IEEE Transactions on Aerospace and Electronics System. 1986. V. 23. №3. P.325-331.

68. Georges T.M. HF Doppler studies of TID's // J. Atm. Terr. Phys. 1968. V.30. №5. P. 735-746.

69. Georges T.M., Hooke W.H. Wave-induced fluctuations in ionospheric electron content: a model indicating some observational biases // J. Geophys. Res. 1970. V.75. P. 6295-6308.

70. Davis M. J. The integrated ionospheric response to internal atmospheric gravity waves // J. Atm. Terr. Phys. 1973. V. 35. P. 929-959.

71. Bertel L., Bertin F., and Testud J. De la mesure du contenu electronique integre appliquee a l'observation des ondes de gravite de moyenne echelle // J. Atm. Terr. Phys. 1976. V.38. P. 261-270.

72. Mercier C. Observations of atmospheric gravity waves by radiointerferometry // J. Atm. Terr. Phys. 1986. V. 48. №7. P. 605-624.

73. Mercier C. Some characteristics of atmospheric gravity waves observed by radio-interferometry // Annales Geophysicae 1996. V. 14. P. 42-58.

74. Beach T.L., Kelley M.C., and Kintner P.M. Total electron content variations due to nonclassical traveling ionospheric disturbances: Theory and Global Positioning System observations // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 7279-7292.

75. Mercier C., and Jacobson A.R. Observations of atmospheric gravity waves by radio interferometry: are results biased by the observational technique // Annales Geophysicae. 1997. V. 15. P.430-442.

76. Afraimovich E.L. Dynamics and anisotropy of traveling ionospheric disturbances as deduced from transionospheric sounding data. Statistical angle-of-arrival and doppler method (SADM). Preprint ISTP. 1995. №5-95. P.54.

77. Afraimovich E.L. Statistical angle-of-arrival and doppler method (SADM) for determining characteristics of the dynamics of the transionospheric radio signal interference pattern // Acta Geod. Geoph. Hung. 1997. V.32. №3-4. P.461-468.

78. Afraimovich E.L., N.P. Minko, and S.V. Fridman. Spectral and dispersion characteristics of medium-scale travelling ionospheric disturbances as deduced from transionospheric sounding data // J. Atmos. Terr. Phys., 1994. V.56. №11. P. 1431-1446.

79. Carlos, R. С. and Massey, R. S. The Los Alamos beacon receiver Array // IEEE Transacrions on Geosciences and Remote Sensing. 1994. V.32. P. 954-958.

80. Afraimovich E.L., Palamartchouk K.S., and Perevalova N.P. GPS radio interferometry of travelling ionospheric disturbances // J. Atm. Terr. Phys. 1998. V. 60. №12. P. 1205-1223.

81. Afraimovich E.L., Boitman O.N., Zhovty E.I., Kalikhman A.D., and Pirog T.G. Dynamics and anisotropy of traveling ionospheric disturbances as deduced from transionospheric sounding data // Radio Science. 1999. V. 34, N.2. P. 477-487.

82. Afraimovich E.L. GPS global detection of the ionospheric response to solar flares //Radio Science. 2000. V. 35, No. 6. P. 1417-1424.

83. Afraimovich E.L., Palamartchouk K.S., and Perevalova N.P. Statistical angle-of-arrival and doppler method for GPS interferometry of TIDs // Advances of Space Research. 2000. V.26. №6. P. 1001-1004.93. http://www.gsi.go.jp/

84. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. М.: Наука. 1976. 536 с

85. Сергеев В.А., Цыганенко Н.А. Магнитосфера Земли. Наука: М.1980.

86. Gustafsson, G., Papitashvili, N.E. and Papitashvili, V.O. A Revised Corrected Geomagnetic Coordinate System for Epochs 1985 and 1990 // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1992 V. 54. P. 1609 1631.

87. Хэррис Ф. Дж. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье. ТИИЭР. 1978. Т 66. № 1. С. 60-96.

88. Rottger J. Radar systems in ionospheric research // Modern Radio Science, ed. M.A. Stuchly. 1999. Published for the URSI, Oxford Univ. Press. P. 213-247.

89. Э.Л. Афраймович, И.К. Едемский, С.В. Воейков, Ю.В. Ясюкевич, И.В. Живетьев. Перемещающиеся волновые пакеты, генерируемые солнечным терминатором в верхней атмосфере. Оптика атмосферы и океана. 2009, Т.22, N8, 753-759.

90. E.L. Afraimovich, I.K. Edemskiy, S.V. Voeykov, Yu.V. Yasukevich, I.V. Zhivetiev. Spatio-temporal structure of the wave packets generated by the solar terminator. Advances in Space Research, 2009, doi:10.1016/j.asr.2009.05.017.

91. Э.Л. Афраймович, И.К. Едемский, С.В. Воейков, Ю.В. Ясюкевич, И.В. Живетьев. МГД природа ионосферных волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором // Геомагнетизм и аэрономия, 2010, Т. 50, № 1, С. 8299.

92. Titheridge J.E. Periodic disturbances in the ionosphere // J. Geophys. Res. 1968. V. 73, N 1. P. 240-252.

93. Toman K. On wavelike perturbations in the F-region // Radio Sci. 1976. V. 11, N2. P. 107-119.

94. Афраймович Э.Л., Косогоров E.A., Лесюта O.C., Ушаков И.И. Спектр перемещающихся ионосферных возмущений по данным глобальной сети GPS // Изв. вузов. Радиофизика. 2001. Т. XLIV, N 10. С. 828-839.

95. И.К. Едемский, С.В. Воейков, Ю.В. Ясюкевич. Сезонные и шротные вариации параметров волновых возмущений МГД-природы, генерируемых солнечным терминатором. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011, Т.8, №4, С. 107-116.

96. E.L. Afraimovich, S.V. Voyeikov, I.K. Edemskiy, Yu.V. Yasukevich. The MHD nature of ionospheric wave packets excited by the solar terminator. 2009, arXiv:0904.3016v2 physics.ao-ph.

97. E.L. Afraimovich, I.K. Edemskiy, S. V. Voeykov, Yu.V. Yasyukevich, I.V. Zhivetiev. The first GPS-TEC imaging of the space structure of MS wave packets excited by the solar terminator. Annales Geophysicae, 2009, V. 27, 1521-1525.

98. Э.Л. Афраймович, С.В. Воейков, И.К. Едемский, Ю.В. Ясюкевич. О магнитогидродинамической природе ионосферных волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором. Доклады Академии Наук. 2009, Т. 428, №6, с. 1-5.

99. E.L. Afraimovich, I.K. Edemskiy, A.S. Leonovich, L.A. Leonovich, S.V. Voeykov, Yu.Y. Yasyukevich. The MHD nature of night-time MSTIDs excited by the solar terminator, Geophys. Res. Lett., 36, LI 5106, doi:10.1029/2009GL039803.36.

100. Heki, K. Directivity and apparent velocity of the coseismic ionospheric disturbances observed with a dense GPS array / K. Heki, J. Ping // Earth Planet Sci. Lett.-2005.-T.236.-P.845-855.

101. Afraimovich, E.L. First GPS-TEC evidence of wave structure excited by solar terminator moving / E.L. Afraimovich // Earth, Planets and Space.-2008.-V.60.-P.895-900.

102. Сомсиков, B.M. Влияния солнечной радиации на спектры колебаний атмосферы / В.М. Сомсиков, Ю.В. Архипов, Б. Гангули, Р. Намвар // Геомагнетизм и аэрономия.-1999.-Т.39, №4.-С. 108-112.

103. Дробжев, В.И. О пространственной когерентности поля волновых возмущений ионосферы. / В.И. Дробжев, М.З. Калиев, Ю.Г. Литвинов, Б.Д. Чакенов, А.Ф. Яковец. Геомагнетизм и аэрономия.-1991.-Т.31.С.423-426.

104. Ogawa, Т. Plasmaspheric electron content in the GPS ray paths over Japan. / T. Ogawa, N. Balan, Y. Otsuka, K. Shiokawa, C. Ihara, T. Shimomai, A. Saito // Earth Planets Space.-2002.-V.54.-P.45-56.

105. И.А. Кринберг, А.В. Тащилин. Ионосфера и плазмосфера. -М.:Наука.-1984.-192с.

106. Leonovich, A. S., D. A. Kozlov, and V. A. Pilipenko (2006), Magnetosonic resonance in a dipole-like magnetosphere, Ann. Geophys., 24, 2277 -2289.

107. A.S. Leonovich, D.A. Kozlov, I.K. Edemskiy. Standing slow magnetosonic waves in a dipole-like plasmasphere. Planetary and Space Science. 2010, V. 58, 1425-1433.

108. Huba J. D., Joyce G., and Fedder J. A. Sami2 is Another Model of the Ionosphere (SAMI2): A new low-latitude ionosphere model. J. Geophys. Res. 2000. V. 105, P 23.035 23.053. doi:10.1029/ 2000JA000035

109. Huba, J.D. Ion sound wave in the topside low latitude ionosphere / J.D. Huba, G. Joyce // Geophysical research letters.-2000a.-V.27, №>19.-P.3181-3184.

110. Leonovich, A.S., Kozlov, D.A. Alfvenic and magnetosonic resonances in a nonisothermal plasma. Plasma Phys. Controlled Fusion. 2009. 51, 085007. doi: 10.1088/0741-3335/51/8/085007.

111. J. E. Titheridge. Temperatures in the upper ionosphere and plasmasphere. J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N. A2, P. 2261-2277. doi: 10.1029/97JA03031

112. Onishi Т., Tsugawa Т., Otsuka Y., Berthelier J.-J. and Lebreton J.-P. First simultaneous observations of daytime MSTIDs over North America using GPS-TEC and DEMETER satellite data. Geophys. Res. Lett. 2009, 36, LI 1808, doi: 10.1029/2009GL03 8156.