Пространственно-временная динамика среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений по данным плотной сети ГНСС-приемников и ионозонда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Шерстюков Руслан Олегович

• Шерстюков Руслан Олегович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Шерстюков Руслан Олегович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Среднеширотные среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) и методы их исследования

1.1. Обзор современного состояния исследования СМ ПИВ

1.2. Методы наблюдения за среднеширотными СМ ПИВ

1.2.1. Метод вертикального зондирования ионосферы ионозондом с высоким временным разрешением

1.2.2. Метод трансионосферного зондирования сигналами ГНСС

1.2.3. Обработка данных ГНСС для сбора ионосферных параметров

1.2.4. Выделение СМ ПИВ на основе фильтрации ПЭС

1.3. Выводы

ГЛАВА 2. Пространственно-временные характеристики среднеширотных СМ ПИВ по данным плотной сети ГНСС приемников

2.1. Наблюдения за пространственно-временной динамикой СМ ПИВ с помощью трансионосферного зондирования сигналами ГНСС

2.2. Построение двумерных карт вариаций ПЭС для наблюдения за СМ ПИВ

2.3. Использование двумерных карт вариаций ПЭС для анализа волновых возмущений в условиях воздействия на ионосферу мощного КВ радиоизлучения стенда СУРА

2.4. Наблюдение за малоинтенсивными СМ ПИВ ^N/N<20%) с помощью двумерных карт вариаций ПЭС

2.5. Определение вертикального угла наклона фазового фронта СМ ПИВ с

помощью двумерных карт вариаций ПЭС

2.6. Выводы

ГЛАВА 3. Мультиинструментальные наблюдения за среднеширотными СМ ПИВ

3.1. Особенности сигнатурных проявлений СМ ПИВ в ионозондовых и ГНСС измерениях

3.2. Среднеширотные СМ ПИВ с величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N>10%

3.3. Среднеширотные СМ ПИВ с величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N~10%

3.4. Моделирование трассировки КВ радиолучей через неоднородную ионосферу

3.5. Выводы

ГЛАВА 4. Пространственно-временные закономерности среднеширотных СМ ПИВ

4.1. Метод автоматического выделения и сбора характеристик СМ ПИВ по данным ГНСС

4.2. Метод оценки вертикальных наклонов фазовых фронтов СМ ПИВ с помощью трех близкорасположенных пунктов приема ГНСС-сигналов

4.3. Суточно-сезонные закономерности СМ ПИВ в двух широтных областях

4.4. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Самым распространенным в средних широтах ионосферным явлением являются перемещающиеся ионосферные возмущения, среди которых можно выделить среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) с длинами волн 100-300 км, периодами 30-80 минут, скоростью распространения 60-250 м/с и величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Неоднородности СМ ПИВ оказывают заметное влияние на распространение радиоволн различных диапазонов в ионосфере Земли, это обусловлено тем, что появление СМ ПИВ в ионосфере Земли носит регулярный характер, а их величина отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N может достигать 30%. Поэтому исследования СМ ПИВ необходимы для решения прикладных задач распространения радиоволн: спутниковой навигации и радио телекоммуникаций, а также наземного позиционирования при помощи спутниковых систем. Информация о форме, характеристиках и механизмах генерации СМ ПИВ позволит учитывать их воздействие на распространение радиоволн КВ и УКВ радиодиапазонов.

Поиск механизмов формирования СМ ПИВ затруднен из-за противоречивости полученных исследователями данных об их характеристиках. Это связано, в первую очередь, с различными уровнями чувствительности к СМ ПИВ у разных методов регистрации. Одним из наиболее информативных методов регистрации ПИВ является метод некогерентного рассеяния, который выявил детальную структуру СМ ПИВ и других неоднородностей. Однако радары некогерентного рассеяния размещались, в основном, в экваториальных и авроральных широтах, в местах образования наиболее интенсивных и разнообразных по форме неоднородностей, из-за чего практически не исследованными оказались среднеширотные СМ ПИВ - самые малые по величине отклонения от фоновой электронной концентрации из наблюдаемых ПИВ.

Постоянно действующим инструментом, способным обнаруживать среднеширотные неоднородности, являются ионозонды, однако присущие им ограничения по пространственной регистрации неоднородностей и относительная редкость их расположения, в основном, сводит их деятельность лишь к наблюдению крупномасштабных ПИВ (КМ ПИВ) на основе анализа вариаций критической частоты. Чтобы обнаруживать и исследовать пространственные характеристики СМ ПИВ необходимо увеличить количество близкорасположенных ионозондов и значительно увеличить частоту регистраций ионограмм по отношению к сетевым ионозондам. В последнее время основным инструментом, позволяющим определять горизонтальное распределение плотности электронной концентрации СМ ПИВ в средних широтах, являются плотные сети ГНСС-приемников. Ряд исследователей по данным сетей ГНСС в Японии и США выполнили реконструкцию трехмерного пространственного распределения плотности электронной концентрации, но на данный момент такие исследования единичны. Чувствительность метода зондирования сигналами ГНСС к среднеширотным СМ ПИВ сильно зависит от плотности сети, а также от ракурсных условий наблюдения. Особенность наблюдений, связанная с интегральностью данных трансионосферного зондирования, не позволила методу стать достоверным и регулярным источником информации о трехмерном распределении плотности электронной концентрации.

В настоящее время отсутствуют приборы, способные вести непрерывные пространственно-временные наблюдения за СМ ПИВ с высокой чувствительностью. Единственным выходом является комплексное использование различных экспериментальных методов, совершенствование уже используемых методов зондирования ионосферы с максимальной подстройкой аппаратуры и методов наблюдения под регистрацию характеристик СМ ПИВ на основании современных представлений об их структуре.

Основным источником СМ ПИВ считаются внутренние гравитационные волны (ВГВ). Однако потенциальные источники ВГВ, способные объяснить регулярный характер проявления СМ ПИВ, до сих пор не найдены. Также не ясно, почему фазовые фронты СМ ПИВ почти всегда плоские. Физические теории ВГВ испытывают трудности при объяснении доминирующих направлений распространения ПИВ. Например, у ночных СМ ПИВ преобладает юго-восточное направление распространения, возможным механизмом генерации которых является неустойчивость Перкинса. Это объясняется тем, что вытянутость фронтов неоднородностей с северо-востока на юго-запад в северном полушарии согласуется с условиями роста неустойчивость Перкинса. Однако, линейная скорость роста неустойчивости Перкинса слишком мала, чтобы объяснить экспериментальные результаты.

Таким образом, в настоящее время отсутствует единое мнение о механизмах генерации различных СМ ПИВ, что связано с отсутствием длительных комплексных пространственно-временных измерений неоднородной структуры ионосферы с высокой точностью в разных областях средних широт.

Объектом исследования являются среднеширотные

среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения в атмосфере Земли.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пространственно-временная динамика среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений по данным плотной сети ГНСС-приемников и ионозонда»

Цель работы

Целью исследования является комплексное экспериментальное и модельное изучение трехмерной пространственно-временной структуры среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений ^области ионосферы, влияющих на распространение радиоволн КВ и УКВ диапазонов и на точностные характеристики ГНСС, а также поиск потенциальных механизмов и источников генерации СМ ПИВ.

Решаемые задачи

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать метод наблюдения и сбора пространственно-временных характеристик среднеширотных СМ ПИВ с помощью плотной сети ГНСС-приемников.

2. Разработать метод определения вертикальных наклонов фазовых фронтов СМ ПИВ.

3. Провести комплексные наблюдения с помощью ионозонда с высоким временным разрешением и плотной сети ГНСС, на основе экспериментальных наблюдений и модельных расчетов определить типы сигнатур СМ ПИВ на ионограммах и двумерных картах вариаций ПЭС.

4. Исследовать пространственно-временные характеристики среднеширотных СМ ПИВ для разных областей наблюдения, провести анализ механизмов и источников их генерации.

Научная новизна

1. Разработан метод определения вертикального угла наклона СМ ПИВ с помощью плотной сети ГНСС-приемников на основе учета ракурсного эффекта трансионосферного зондирования.

2. Проведены комплексные наблюдения и определены характеристики СМ ПИВ, что позволило достоверно выделить различные сигнатуры СМ ПИВ на двумерных картах вариаций ПЭС и ионограммах вертикального зондирования в зависимости от величины отклонения от фоновой электронной концентрации и горизонтальной длины волны СМ ПИВ.

3. Разработан метод оценки наклона фазового фронт, позволяющий определять тип наклона СМ ПИВ: наклоненный вперед или наклоненный назад фазовый фронт, с помощью трех близкорасположенных приемников ГНСС-сигналов.

4. Получены суточно-сезонные закономерности направлений движения и вертикальных наклонов СМ ПИВ, выявлены их различия на широтах 45° и 55° с.ш., позволяющие определять возможные источники и механизмы их генерации.

Научная и практическая значимость работы

Результаты имеют значение для создания полной физической теории формирования и распространения среднеширотных СМ ПИВ в ^области ионосферы. Разработанные методы определения направления распространения и вертикальных наклонов фазовых фронтов СМ ПИВ позволяют анализировать источники и механизмы формирования СМ ПИВ в ионосфере и могут использоваться для мониторинга естественной регулярной и нерегулярной волновой активности, а также волновой активности в условиях присутствия антропогенных источников возмущения. Полученные результаты могут быть использованы для создания статистических пространственно-временных моделей СМ ПИВ, необходимых для прогнозирования распространения радиоволн в ионосфере.

Положения, выносимые на защиту

1. Метод определения вертикального угла наклона фазовых фронтов СМ ПИВ с помощью плотной сети ГНСС-приемников на основе учета ракурсного эффекта трансионосферного зондирования.

2. Мультиинструментальные наблюдения с помощью ГНСС трансионосферного зондирования и вертикального зондирования ионозондом в учащенном режиме позволяют провести сравнительный анализ сигнатур СМ ПИВ. Выявлено, что: а) СМ ПИВ с величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N>10% на ионограммах вертикального зондирования проявляются в виде квазипериодических вариаций критической частоты слоя F2 и единичных и-, V- образных сигнатур, а на двумерных картах вариаций ПЭС в виде полосчатых структур с длиной волны 200-300 км и длиной фазового фронта более 1500 км.; б) СМ ПИВ с dN/N~10% на ионограммах проявляются в виде вариаций амплитуды следов

(фокусировок/дефокусировок), а на двумерных картах вариаций ПЭС в виде полосчатых структур с длиной волны около 100 км и длиной фазового фронта около 500 км.; в) неоднородности с dN/N<10% на ионограммах проявляются в виде множественных и-, У-образных сигнатур, а на двумерных картах вариаций ПЭС пространственная структура таких неоднородностей с помощью используемой сети ГНСС приемников не выявляется.

3. Метод оценки вертикальных наклонов фазовых фронтов СМ ПИВ с помощью трех близкорасположенных пунктов приема ГНСС сигналов, что позволило на статистической основе выделить два типа наклона фазового фронта СМ ПИВ: наклоненный вперед фазовый фронт, наклоненный назад фазовый фронт.

4. Суточно-сезонные характеристики СМ ПИВ с величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N>10% по данным сети ГНСС-приемников для двух широтных областей: северная - 55° с.ш., южная - 45° с.ш.. Днем СМ ПИВ имеют юго-восточное доминирующее направление распространения и наклоненные вперед фазовые фронты. Ночью СМ ПИВ направлены на юго-запад в северной области широт (55° с.ш.) и имеют наклоненные вперед фазовые фронты, в южной области широт (45° с.ш.) СМ ПИВ направлены на северо-запад и имеют наклоненные назад фазовые фронты.

Степень достоверности результатов

Достоверность результатов работы подтверждается использованием современных измерительных комплексов: ионозонда и спутниковой системы ГНСС; широко используемого метода построения двумерных карт вариаций ПЭС с помощью плотной сети ГНСС-приемников; соответствием экспериментальных и модельных ионограмм; представительной статистикой экспериментальных данных, а также качественным и количественным согласием полученных характеристик СМ ПИВ с экспериментальными результатами других авторов.

Личный вклад автора

Решение задач, поставленных и выполненных в диссертации, получено автором лично или при его определяющем участии. Автор принимал активное участие в составе научного коллектива в проведении экспериментов по вертикальному зондированию ионосферы. Лично автором обработаны данные плотной сети ГНСС-приемников, разработаны все представленные в диссертации методы, получены основополагающие результаты. Цели и задачи диссертации, а также анализ результатов в соответствии с современными физическими представлениями об исследуемых процессах проводились автором при обсуждении с руководителем.

Апробация результатов

Основные результаты работы были представлены на следующих российских и международных конференциях: 15-й, 16-й, 17-й Всероссийских открытых конференциях "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" (Москва, 2017, 2018, 2019 гг.); II Всероссийской научной конференции по проблемам радиофизики и дистанционного зондирования сред, проводившейся в рамках VIII Всероссийских Армандовских чтений (Муром, 2018); XXIII, XXIV, XXVI Всероссийских научных конференциях "Распространение радиоволн" (Йошкар-Ола, 2011; Иркутск, 2014; Казань, 2019); Asia-Pacific Radio Science Conferences of the International Union of Radio Science (Taipei, Taiwan, 2013; New Delhi, India, 2019); 30, 31, 32 General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (2011, Istanbul, Turkey; 2014, Beijing, China; 2017, Montreal, Canada).

Исследования по теме диссертации были поддержаны грантами РФФИ и РНФ: 18-35-00593-мол_а "Исследование среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений на основе комбинированных данных вертикального и трансионосферного зондирования, а также модельных представлений" (руководитель); 13-05-00967-а "Регулярные и нерегулярные структуры слоя Es по измерениям с

повышенным временным и высотным разрешением"; 14-12-00556 "Разработка физической модели генерации искусственной плазменной турбулентности, возбуждаемой в ионосфере Земли при её модификации мощным КВ радиоизлучением".

Результаты использовались при выполнении госбюджетной темы кафедры радиофизики Казанского (Приволжского) Федерального университета, тема "Мониторинг верхней мезосферы - нижней термосферы и ионосферы радиоволновым методом", № гос. рег. АААА-А17-117032310052-3, 2018-2020 гг.

Результаты использовались при выполнении НИР по Программе повышения конкурентоспособности КФУ, темы "Мониторинг ионосферы", 2014-2015; "Мониторинг неоднородной структуры ионосферы и атмосферы", 2016-2017; "Исследования ближнего космоса", 2018-2020, № 02 А03 21.0002.

По результатам диссертации опубликовано 22 работы.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, ее цель, научная новизна и практическая значимость; формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе обзора литературных источников определены параметры СМ ПИВ и механизмы их генерации. Рассмотрены методы наблюдения за СМ ПИВ, сформулирована необходимость, совместного и одновременного наблюдения за СМ ПИВ несколькими методами. Описаны параметры исследовательского ионозонда «Циклон», расположенного в пос. Ореховка (55,5° с.ш., 49° в.д.) и предложен инструментарий выделения СМ ПИВ. Описаны параметры плотной сети ГНСС приемников, которые использовались для трансионосферного зондирования ионосферы. Предложена методика обработки данных ГНСС для выделения временных вариаций СМ ПИВ.

Во второй главе обосновывается необходимость и приводятся примеры использования двумерных карт вариаций ПЭС по данным плотных

сетей ГНСС приемников. На основе обзора представлены задачи решаемые исследователями с помощью данного метода. Описан метод построения двумерных карт вариаций ПЭС. На основе метода исследовано воздействие нагревного стенда СУРА на СМ ПИВ естественного происхождения. Определен критерий оптимального детектирования СМ ПИВ на основе эффекта ракурсности. Сформировано представление трехмерной формы СМ ПИВ, наиболее полно описывающее экспериментальные наблюдения. Создан метод определения угла вертикального наклона фазового фронта СМ ПИВ.

В третьей главе описаны потенциальные сигнатуры ионограмм, которые могут быть обусловлены СМ ПИВ. Изложена методика совместного анализа данных СМ ПИВ по двумерным картам вариаций ПЭС и ионосферным данным вертикального зондирования, которая заключается в сопоставлении одномоментных периодов сигнатур СМ ПИВ на ионограммах и двумерных картах вариаций ПЭС. Выделено три вида сигнатур СМ ПИВ на ионограммах и А-,Н-картах и представлено их сопоставление с сигнатурами на двумерных картах вариаций ПЭС. Для объяснения проявлений СМ ПИВ на ионограммах проведено моделирование ионограмм вертикального зондирования (ВЗ) методом трассировки радиолучей.

В четвертой главе описан метод автоматического выделения и сбора параметров СМ ПИВ. Представлен метод оценки вертикального наклона фазового фронта СМ ПИВ, который позволяет осуществить сбор параметров в автоматическом режиме. Описаны суточно-сезонные параметры среднеширотных СМ ПИВ для двух широтных областей наблюдений и указаны их различия. На основе комплексного анализа параметров распространения СМ ПИВ, их вертикальных наклонов, а также модели нейтрального ветра, предложены механизмы, формирующие дневные и ночные СМ ПИВ в двух широтных областях наблюдений.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные при работе над диссертацией.

ГЛАВА 1. Среднеширотные среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) и методы их исследования

1.1. Обзор современного состояния исследования СМ ПИВ

Самым распространенным в средних широтах ионосферным явлением являются перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ). В первом приближении ПИВ - это неоднородности электронной концентрации, достаточно протяженные в зональном (фронтальном) направлении (не менее 1000 км), которые могут наблюдаться в виде одного, или нескольких пространственных колебаний (и не обязательно с равноудаленными друг от друга фронтами). Расстояние между соседними пространственными колебаниями (фронтами) называют горизонтальной длиной волны, причем длина волны, как выше отмечено, может изменяться внутри одного цуга от фронта к фронту.

Различают крупномасштабные и среднемасштабные ПИВ (КМ ПИВ и СМ ПИВ), отличающиеся по горизонтальной длине волны и периоду. Длина волны и период, разделяющие КМ ПИВ от СМ ПИВ, составляют ~500 км и ~1 ч, соответственно [1, 2]. Данная граница является условной, главное же в том, что КМ ПИВ в средних широтах проявляется во время геомагнитных возмущений, тогда как СМ ПИВ наблюдается в среднеширотной ионосфере в геомагнитно-спокойное время [3]. Практически СМ ПИВ присутствуют постоянно и двигаются в основном от авроральной зоны к экваториальной (в обоих полушариях). В свою очередь среднеширотные СМ ПИВ принято разделять на 3 типа: (1) дневные СМ ПИВ, которые в основном распространяются на юго-восток и часто встречаются в зимнее утро и равноденствие; (2) ночные СМ ПИВ, которые в основном распространяются на юго-запад и часто встречаются летом; (3) сумеречные СМ ПИВ, которые в основном распространяются на северо-запад и часто встречаются летом [4]. Из-за различия суточных характеристик СМ ПИВ, считается, что механизмы генерации СМ ПИВ разных типов могут отличаться [5].

С 1960 года после публикации работы [6], доминирует точка зрения, что ПИВ являются проявлением внутренних гравитационных волн (ВГВ). Хотя, в последнее время накопилось множество фактов, которые не совсем стыкуются с этой доминирующей теорией. Обычно считается, что в геомагнитно спокойных условиях средних широт основной источник ВГВ -нижняя атмосфера. Список потенциальных источников ВГВ менялся с 60-х годов до настоящего времени, но конкретный эффективный источник такой, чтобы надежно проявлялся бы в виде ПИВ, так и не был найден (кроме сильнейших естественных или искусственных потрясений атмосферы -землетрясений с магнитудой более 6 баллов, ядерных взрывов и т.д.). В последнее время ряд исследователей отказался от поиска прямого конкретного источника ВГВ/ПИВ, заменив его на некий источник нижнеатмосферного ВГВ-шума, который профильтровывается ветровой системой средней атмосферы. При таком подходе сравниваются спектры колебаний параметров нижней и верхней атмосферы. В качестве таких генераторов ВГВ-шума, в основном, предлагается тропическая конвективная активность, которая по модельным расчетам распространяется наклонно к термосфере средних широт [7-10]. В последнее время активно обсуждается источник ВГВ в виде поверхностных волн мирового океана [11, 12].

В целом, действительно, основные проявления СМ ПИВ могут объясняться воздействием ВГВ. Однако имеется множество фактов, труднообъяснимых с этой точки зрения. В частности, не понятно, почему СМ ПИВ (а значит и ВГВ) движутся почти исключительно в направлении экватора, а их фронты - почти всегда прямые (или с довольно слабым искривлением) [13]. Вертикальная структура СМ ПИВ слабо изрезана вертикальной структурой ветра [14], хотя для вертикальной структуры ВГВ, берущих начало в тропосфере, это было бы логичным. Ну и самый сложный вопрос - это постоянное присутствие СМ ПИВ в ионосфере, хотя тропосферные источники существуют не всегда, да и ВГВ могут блокироваться, например, в термосфере и мезосфере [15].

Теории ВГВ испытывают трудности при анализе доминирующих направлений распространения ночных ПИВ. Например, в работах [16, 17], выполненных с помощью камер свечения неба, показано, что у ночных СМ ПИВ преобладает юго-восточное направление распространения. Это предпочтительное направление распространения не может быть объяснено только классической теорией ВГВ, предположительно, электродинамические силы также могут играть важную роль в создании ночных СМ ПИВ [18]. Одним из возможных механизмов их генерации является неустойчивость Перкинса [19], так как вытянутость фронтов неоднородностей с северо-востока на юго-запад в северном полушарии и с северо-запада на юго-восток в южном полушарии согласуется с условиями роста нестабильности Перкинса. Тем не менее, линейная скорость роста неустойчивости Перкинса слишком мала, чтобы объяснить экспериментальные результаты [20]. Моделирование электродинамического взаимодействия между Е и F-областями показало, что поляризационные поля в Е-области, вызванные нейтральным ветром, очень важны для развития неустойчивости Перкинса в F-области [21, 22]. Экспериментально над территорией Японии было получено, что неоднородности в Е-области, как и СМ ПИВ, имеют горизонтальную полосчатую структуру, вытянутую с северо-запада на юго-востока [23, 24], это также свидетельствует в пользу того, что электродинамическое взаимодействие Е и F-областей может играть значимую роль в генерации СМ ПИВ.

1.2. Методы наблюдения за среднеширотными СМ ПИВ

Среднеширотные СМ ПИВ уже более 50 лет изучают с помощью различных приборов и комплексов: ионозондов [25-28], плотных сетей GPS-приемников [4, 29, 30], радаров когерентного и некогерентного рассеяния [31, 32], доплеровских радаров [1], камер свечения ночного неба [33, 34] и т.д. Однако поиск точных механизмов генерации СМ ПИВ затруднен противоречивостью полученных исследователями данных о характеристиках

СМ ПИВ, таких как горизонтальные размеры, скорость движения фронта, период. Не имеется также полного единодушия о пространственной форме, масштабах неоднородности и доминирующем направлении распространения, что связано, в первую очередь, с различными уровнями чувствительности к СМ ПИВ у разных методов регистрации. Так, например, наблюдается не согласованность вероятности появления СМ ПИВ по данным вариаций ПЭС и вероятности появления ^рассеяния, считающегося сигнатурой ночных СМ ПИВ [14]. Проблемы при наблюдении за СМ ПИВ связаны также с ограничениями существующих методов исследования, препятствующих сбору полных и достоверных сведений о них.

Одним из наиболее информативных методов для регистрации ПИВ является метод некогерентного рассеяния. Радары, работающие на этом принципе, выявили наиболее детальные структуры исследуемых СМ ПИВ и других неоднородностей. Для изучения наиболее интенсивных изменений в ионосфере, а также условий радиосвязи, радары некогерентного рассеяния размещались, в основном, в экваториальных и авроральных широтах, в местах образования наиболее интенсивных и разнообразных по форме неоднородностей. Одновременно исследования проводились радарами когерентного рассеяния, чья эффективность измерений находится в сильной зависимости от расположения силовых геомагнитных линий (необходима перпендикулярность луча излучения радара силовой линии). Поэтому, из-за вышеприведенного условия, данные радары отсутствуют в средних широтах [35].

Из-за экваториально-аврорального расположения основного исследовательского инструментария, практически не исследованными оказались среднеширотные СМ ПИВ - самые слабые по величине отклонения от фоновой электронной концентрации из наблюдаемых ПИВ. Таким образом, усовершенствование возможностей ГНСС систем и ионозондов, самых распространенных комплексов мониторинга ионосферных параметров, является самым реалистичным вариантом решения

задачи поиска механизмов генерации и источников среднеширотных СМ ПИВ.

1.2.1. Метод вертикального зондирования ионосферы ионозондом с высоким временным разрешением

Вертикальное зондирование, служившее ранее основным источником морфологического описания ионосферы, позволило не только построить эмпирические модели регулярной ионосферы (например, [36]), но и выделить основные виды нерегулярных и неоднородных образований, наблюдаемых на ионограммах. Типичная методика выделения неоднородных образований на среднеширотных ионограммах сводилась, в основном, либо к анализу кратковременных вариаций критических частот (например, [37]), либо действующих высот на фиксированной специально подобранной рабочей частоте (например, [38]). Более сложные методики опирались на поиск либо различных искажений основного следа, либо дополнительных следов около основного следа, либо перемещений основного следа. Однако, стандартное использование 15 минутных режимов работы ионозонда приводило либо к пропускам в наблюдениях за СМ ПИВ, либо к наблюдению только за крупномасштабными перемещающимися ионосферными возмущениями (КМ ПИВ). Так летом, когда величина отклонения от фоновой электронной концентрации ПИВ в спокойных геомагнитных условиях в средних широтах очень низка ^Ы/Ы < 10%), типовые ионозонды, регистрирующие вариации критических частот с 15-минутным шагом выборки, практически «слепнут» из-за малых вариаций критической частоты на 15 минутных интервалах времени, и фактически регистрируют лишь суточный ход критической частоты.

Одним из простейших решений данной проблемы является наращивание частоты снятия ионограмм до одной ионограммы в минуту. Такое решение требует иной формы представления данных зондирования, которые кратко называются А-,Н-картами [40]. Представления в виде А-

карты характеризуют отражательную способность (амплитудно-частотную зависимость) ионосферы, они строятся на основе значений амплитуды отраженного сигнала и исключения высоты отраженного сигнала (А-карта, рисунок 1.1). Представления в виде Н-карты характеризуют высотное распределение ионизации, они строятся на основе значений высоты отражения сигнала и исключения частоты отраженного сигнала (Н-карта, рисунок 1.1). Основное функциональное назначение А- и Н-карт ^слоя, выделение суточных вариаций критической частоты и высоты F-слоя. По оценкам исследователей такие вариации чувствительны к неоднородностям с величиной отклонения от фоновой электронной концентрации dN/N>10% [39]. Критическая частота foF2 на А-карте (Н-карте) слабо просматривается из-за сильного ослабления отражения обыкновенной моды радиоволны в области критических частот и особенностей построения АЧХ (ВЧХ), но ее легко получить из значения fxF2 на основе смещения вниз на половину гирочастоты.

Вариации амплитуды следов F-слоя на ионограммах (рисунок 1.1) связаны, в первую очередь, с постоянным присутствием в ионосфере СМ ПИВ и, как следствие, невертикальными КВ отражениями от F-слоя за счет наклона контуров изолиний электронной концентрации. Вогнутые участки изолиний электронной концентрации, при определенной их кривизне, способствуют фокусировке отраженного сигнала [41-45].

В работе использовался ионозонд «Циклон», расположенный в пос. Ореховка (55.5° с.ш., 49° в.д.), который имеет повышенное временное (1 минутный режим снятия ионограмм) и высотное (дискретность отсчета высоты отражения до 800 метров) разрешение. В Казанском университете разработка семейства цифровых ионозондов «Циклон» ведется с 1983 г [46, 47].

вариации ЬтР2

Рисунок 1.1. Сверху - вариации hmF2 на Н-карте, снизу - вариации fxF2 и вариации амплитуды следов F-слоя на А-карте.

Ионозонд «Циклон» имеет следующие параметры: диапазон рабочих частот 1-32 МГц, длительность зондирующего импульса 10-800 мкс, мощность передатчика в импульсе 3-13 кВт, частота следования импульсов 1-100 Гц, шаг перестройки частоты программируемый - от 1 кГц и более, дискретность отсчета высоты - 0,8 км, или 2,5 км, количество частот зондирования - произвольное, полоса пропускания приемного устройства -40 кГц, разрядность оцифровки по амплитуде - 14 разрядов АЦП, тип используемой антенны - две скрещенные «Дельта» антенны.

1.2.2. Метод трансионосферного зондирования сигналами ГНСС

Двухчастотные наблюдения глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) предоставляют информацию об относительной задержке в ионосфере электромагнитных волн, распространяющихся через дисперсионные среды. Общие количества свободных электронов вдоль траектории луча может быть получено по данным ионосферных задержек. В последние годы полное электронное содержание (ПЭС) в ионосфере было широко изучено с помощью GPS наблюдений. Всемирное распределение GPS приемников Международной службы GPS позволило получить глобальные карты ПЭС [48, 49]. Глобальное распределение вариаций ПЭС в период магнитных возмущений с более чем 60 мировых GPS приемников было получено в [49]. Локальные изменения ПЭС также были изучены при помощи GPS приемников в экваториальной области [50-52], в средних [53] и в высоких широтах [54, 55]. Одной из самых востребованных и доступных задач трансионосферного зондирования ГНСС в последние 20 лет является наблюдение за неоднородностями ионосферы по вариациям ПЭС [13, 29].

Региональная сеть ГНСС приемников

Исследование пространственно-временных характеристик

среднеширотных СМ ПИВ методом трансионосферного зондирования сигналами ГНСС обязывает исследователей использовать данные плотных сетей приемников ГНСС сигналов (подробно будет изложено в главе 2). Такие характеристики СМ ПИВ как длина волны (от 100 до 300 км), период (от 20 до 60 мин), скорость фазового фронта (от 60 до 300 м/с), длина фазового фронта (от 100 до более чем 1000 км) накладывают условие на возможность применения сети ГНСС приемников для наблюдения за параметрами СМ ПИВ. Для точного выделения вариаций СМ ПИВ сеть приемников должна быть достаточно плотной - расстояние между

л

приемниками сети не более 50 км и протяженной - более 1000 км .

Такие сети двухчастотных ГНСС приемников создаются для решения крупных государственных задач. Их применение возможно для геодезических

изысканий, сельского хозяйства, мониторинга деформаций земной коры, дорожного строительства, высокоточного мониторинга транспорта. Поэтому все исследования атмосферы, с использованием большого числа двухчастотных ГНСС приемников, проводились на территории развитых стран, решающих вышеперечисленные государственные задачи.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шерстюков Руслан Олегович, 2021 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Georges T.M. HF Doppler studies of traveling ionospheric disturbances / T.M. Georges // J. Atmos. Terr. Phys. - 1968. - V.30, No 5. - P.735-746.

2. Hunsucker R.D. Atmospheric gravity waves generated in the high-latitude ionosphere: a review / R.D. Hunsucker // Rev. of Geophys. and Space Physics - 1982. - V.20, No 2. - P.293-315.

3. Francis S. H. Global propagation of atmospheric gravity waves: A review / S. H. Francis // J. Atmos. Terr. Phys. - 1975. - V. 37, No 6. - P. 1011-1030.

4. Kotake N. Statistical study of medium-scale traveling ionospheric disturbances observed with the GPS networks in Southern California / N. Kotake, Y Otsuka, T. Tsugawa, T. Ogawa, A. Saito // Earth Planets Space - 2007.- V.59. -P.95-102.

5. Miller C. A. Electrodynamics of midlatitude spread F1. Observations of unstable, gravity wave-induced ionospheric electric fields at tropical latitudes / C. A. Miller, W. E. Swartz, M. C. Kelley, M. Mendillo, D. Nottingham, J. Scali, B. Reinisch // J. Geophys. Res. - 1997. - V.102. - P.11.521-11.532

6. Hines C. O. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights / Hines C. O. // Can. J. Phys. - 1960. - V.38. - P.1441-1481.

7. Miyoshi Y. A global view of gravity waves in the thermosphere simulated by a general circulation model / Y. Miyoshi, H. Fujiwara, H. Jin, H. Shinagawa // J. Geophys. Res. Space Physics - 2014. - V.119. - P.5807-5820.

8. Vadas S. L. Numerical modeling of the global changes to the thermosphere and ionosphere from the dissipation of gravity waves from deep convection / S. L. Vadas, H.-L. Liu, R. S. Lieberman // J. Geophys. Res. Space Physics -2014. - V.119. - P.7762-7793.

9. Forbes J. M. Gravity wave-induced variability of the middle thermosphere / J. M. Forbes, S. L. Bruinsma, E. Doornbos, X. Zhang // J. Geophys. Res. Space Physics - 2016. - V.121 - P.6914-6923.

10. Alexander S. P. Global distribution of atmospheric waves in the

equatorial upper troposphere and lower stratosphere: COSMIC observations of wave mean flow interactions / S. P. Alexander, T. Tsuda, Y Kawatani, M. Takahashi // J. Geophys. Res. - 2008. - V.113. - D24115.

11. Zabotin N.A., Oceans are a major source of waves in the thermosphere / N.A. Zabotin, O. A. Godin, and T.W.Bullett // J. Geophys. Res. Space Physics -2016. - V.121. - P.3452-3463.

12. Vadas S. L. Excitation of gravity waves by ocean surface wave packets: Upward propagation and reconstruction of the thermospheric gravity wave field / S. L. Vadas, J. J. Makela, M. J. Nicolls, R. F. Milliff // J. Geophys. Res. Space Physics - 2015. - V. 120. - P.9748-9780.

13. Tsugawa T. Medium-scale traveling ionospheric disturbances detected with dense and wide TEC maps over North America / T. Tsugawa , Y Otsuka, A. J. Coster, A. Saito // Geophys Res. Let. - 2007. - V. 34, No 22. - L22101.

14. Djuth F. T. High- resolution studies of atmosphere-ionosphere coupling at Arecibo Observatory, Puerto Rico / F. T. Djuth, M. P. Sulzer, J. H. Elder, V. B. Wickwar // Radio Sci. - 1997. - V.32. - P.2321-2344.

15. Livneh D. J. Omnipresent vertically coherent fluctuations in the ionosphere with a possible worldwide-midlatitude extent / D. J. Livneh, I. Seker, F. T. Djuth, Mathews J. D. // J. Geophys. Res. - 2009. - V. 114 - A06303.

16. Shiokawa K. Statistical study of nighttime medium-scale traveling ionospheric disturbances using midlatitude airglow imagers / K. Shiokawa, C. Ihara, Y. Otsuka, T. Ogawa // J. Geophys. Res. - 2003. - V.108, No A1. - P. 1052.

17. Martinis C. Seasonal dependence of MSTIDs obtained from 630.0 nm airglow imaging at Arecibo / C. Martinis, Baumgardner J., Wroten J., Mendillo M. // Geophys. Res. Lett. - 2010. - V.37 - L11103.

18. Kelley M. C. Electrodynamics of midlatitude spread F, 3. Electrohydrodynamic waves? A new look at the role of electric fields in thermospheric wave dynamics / M. C. Kelley, C. A. Miller // J. Geophys. Res. -1997. - V.102. - P.11539-11547.

19. Perkins F. Spread F and ionospheric currents / F. Perkins // J.

Geophys. Res. -1973. - V.78. - P.218-226.

20. Kelley M. C. Resolution of the discrepancy between experiment and theory of midlatitude F-region structures / M. C. Kelley, J. J. Makela // Geophys. Res. Lett. - 2001. - V.28. - P.2589-2592.

21. Yokoyama T. Three dimensional simulation of the coupled Perkins and Es-layer instabilities in the nighttime midlatitude ionosphere / T. Yokoyama, D. Hysell, Y. Otsuka, M. Yamamoto // J. Geophys. Res., - 2009. - V.114. -A03308.

22. Yokoyama T. A new midlatitude ionosphere electrodynamics coupling model (MIECO): latitudinal dependence and propagation of mediumscale traveling ionospheric disturbances / T. Yokoyama, D. L. Hysell // Geophys. Res. Lett. -2010. - V.37. - L08105.

23. Otsuka, Y. Simultaneous observations of nighttime medium-scale traveling ionospheric disturbances and E-region field-aligned irregularities at midlatitude / Y Otsuka, F. Onoma, K. Shiokawa, T. Ogawa, M. Yamamoto, S. Fukao // J. Geophys. Res. - 2007. - V.112. - A06317.

24. Saito S. Observational evidence of coupling between quasi-periodic echoes and medium scale traveling ionospheric disturbances / S. Saito, M. Yamamoto, H. Hashiguchi, A. Maegawa, A. Saito // Ann. Geophys. - 2007. - V.25. - P.2185-2194.

25. Booker H. The role of acoustic gravity waves in the generation of spread-F and ionospheric scintillation / H. Booker // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics - 1979. - V.41 - P. 501-515.

26. Booker H. G. Use of scintillation theory to explain frequency-spread on F-region ionograms / H. G. Booker, Pasricha P. K., W. J. Powers // J. Atmos. Terr. Phys. - 1986. - V.48. - P.327354.

27. Bowman G. G. Movements of ionospheric irregularities and gravity waves / G. G. Bowman // J. Atmos. Terr. Phys. - 1968. - V.30. - P.721-734.

28. Bowman G. G. A review of some recent work on mid-latitude spread-F occurrence as detected by ionosondes / G. G. Bowman // J. Geomag. Geoelectr. -

1990. - V.42. - P.109-138.

29. Saito A. High resolution mapping of TEC perturbations with the GSI GPS network over Japan / A. Saito, S. Miyazaki, S. Fukao // Geophys. Res. Lett. -1998. - V.25. - P.3079-3082.

30. Otsuka Y Statistical Study of Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbances Observed with a GPS Receiver Network in Japan / Y. Otsuka, N. Kotake, K. Shiokawa, T. Ogawa, T. Tsugawa, A. Saito // Aeronomy of the Earth's Atmosphere and Ionosphere, IAGA Special Sopron Book Series - 2011. - V.2, No 3. - P.291-299.

31. Ogawa T. Medium-scale traveling ionospheric disturbances observed with the SuperDARN Hokkaido radar, all-sky imager, and GPS network and their relation to concurrent sporadic E irregularities / T. Ogawa, N. Nishitani, Y Otsuka, K. Shiokawa, T. Tsugawa, K. Hosokawa // J. Geophys. Res. - 2009. - V.114. -A03316.

32. Djuth F. T. Arecibo's thermospheric gravity waves and the case for an ocean source / F. T. Djuth, L. D. Zhang, D. J. Livneh, I. Seker, S. M. Smith, M. P. Sulzer, J. D. Mathews, R. L. Walterscheid // J. Geophys. Res. -2010. - V.115 -A08305.

33. Seker I. A 3-D empirical model of F region Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbance bands using incoherent scatter radar and all-sky imaging at Arecibo / I. Seker, D. J. Livneh, J. D. Mathews // J. Geophys. Res., - 2009. -V.114. - A06302.

34. Lee C. C. Nighttime medium-scale traveling ionospheric disturbances detected by network GPS receivers in Taiwan / C. C. Lee, Y A. Liou, Y Otsuka, F. D. Chu, T. K. Yeh, K. Hoshinoo, K. Matunaga // J. Geophys. Res. - 2008. - V.113. - A12316.

35. Fejer B. G. Ionospheric irregularities / B. G. Fejer, M. C. Kelley // Rev. Geophys. - 1980. - V.18. - P.401-454

36. Bilitza D. International Reference Ionosphere 2007: Improvements and new parameters / D. Bilitza, B. Reinisch // Adv. in Space Res. - 2008. - V.42,

No4. - P. 599-609.

37. Gordienko G.I. Upper ionosphere variability over Alma-Ata and Observatorio Del Ebro using the AfoF2 data obtained during the winter/spring period of 2003-2004 / G.I. Gordienko, I.N. Fedulina, D. Altadill, M.G. Shepherd // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics - 2007. - V.69, No 17-18. -P.2452-2464.

38. Morgan M. G. The height dependence of wave-normal depression and disturbance amplitude in TIDs / M. G. Morgan, K. A. Ballard // J. Geophys. Res. -1978. - V.83, No A12. - P.5741-5744.

39. Афраймович Э. Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы / Э. Л. Афраймович - М: Наука, 1982. - 198 с.

40. Акчурин А.Д. Выделение быстротекущих и мелкомасштабных неоднородностей на одноминутных ионограммах ионозонда "Циклон" / А.Д. Акчурин, К.М. Юсупов, О.Н. Шерстюков, В.Р. Ильдиряков // Гелиогеофизические исследования - 2013. - № 4. - C.101-110.

41. Cummack C. H. The classification of distorted-mirror reflections and its ionospheric modification due to the underlying ionization / C. H. Cummack, J. Cooper // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics - 1986. - V.48, No 1. -P.51-59.

42. Wright J. W. The interpretation of ionospheric radio drift measurements-VII. Diffraction methods applied to E-region echo fading: Evidence of a focusing model / J. W. Wright // J. Atmos. and Sol.-Ter. Phys. - 1974. - V.36. - P. 721-740

43. Helms W.J. Ray-tracing simulation of ionization trough effects upon radio waves / W.J. Helms, A.D. Thompson // Radio Sci. - 1973 - V.8, No 12. - P. 1125-1132.

44. Whitehead J. D. The focusing of short radio waves reflected from the ionosphere / J. D. Whitehead // J. Atmos. Terr. Phys. - 1956. - V.9. - P. 269-275.

45. Davies K. Ionospheric Radio / K. Davies // IET, Peter Peregrinus Ltd., London - 1990.

46. Минуллин Р.Г. Цифровой ионосферный комплекс «Циклон» / Минуллин Р.Г., Шерстюков О.Н., Сапаев А.Л. и др. // Ионосферные исследования. - 1989. - № 46. - С.109-115.

47. Минуллин Р.Г. Цифровой ионосферный комплекс «Циклон-9» / Р.Г. Минуллин, О.Н. Шерстюков, А.Л. Сапаев и др. / Деп. ВИНИТИ. 1994. -С.1518-В94.

48. Wilson В. D. Sub-daily northern hemisphere maps using the IGS GPS network / B. D. Wilson // Radio Sci. - 1997. - V.30. - P.639.

49. Ho C. Global ionosphere perturbations monitored by the worldwide GPS network / C. Ho, M.A. J. Mannucci, U. J. Lindqwister, Xingcan Pi, B. T. Tsurutani // Geophys. Res. Let. - 1996. - P.23.3219-23.3222.

50. Aarons J. Global positioning system phase fluctuations at auroral latitudes / J. Aarons // J. Geophys. Res. - 1997. - V.102 - P. 17219-17231.

51. Kelley M. Simultaneous Global Positioning System and radar observations of equatorial spread F at Kwajalein / M. Kelley, C.D. Kotsikopoulos, T. Beach, D. Hysell, S. Musman // J. Geophys. Res. - 1996. - V.101. - P.2333-2341.

52. Musman S. Imaging spread-F structures using GPS observations at Alcantara, Brazil / S. Musman, J.-M. Jahn, J. LaBelle, W. E. Swartz // Geophys. Res. Let. - 1997. - V.24. - P.1703-1706.

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

54. Zarraoa N. Test of GPS for permanent ionospheric TEC monitoring at high latitudes / N. Zarraoa, E. Sardon // Ann. Geophysicae - 1996. - V.14. -P.11-19.

55. Aarons J. Global positioning system phase fluctuations at auroral latitudes / J. Aarons // J. Geophys. Res. - 1997. - V.102. - P. 17219-17231.

56. Hofmann-Wellenhof B. Global Positioning System: Theory and

Practice / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins. - New York: Springer-Verlag Wien, 1992. - 327 p.

57. ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.1. -Москва, 2008. - 74 с.

58. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.

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

60. Куницын В. Е. Радиотомография ионосферы / В. Е. Куницын, Е. Д. Терещенко, Е. С. Андреева. - М.: Физматлит, 2007. - 336 с.

61. Maletckii B. Wave Signatures in Total Electron Content Variations: Filtering Problems / B. Maletckii, Y Yasyukevich, A. Vesnin // Remote Sens. -2020. - V.12 - P. 1340.

62. Завьялов Ю.С. Методы сплайн-функций / Ю.С. Завьялов, Б.И. Квасов, В.Л. Мирошниченко. - М.: Наука, 1980. - 352 с.

63. Воскобойников Ю.Е. Математическая обработка эксперимента в молекулярной газодинамике / Ю.Е. Воскобойников, Н.Г. Преображенский, А.И. Седельников. - Новосибирск: Наука, 1984. - 240 с.

64. Черепахина А.А. Применение сглаживающего кубического сплайна для аппроксимации температурных полей при решении обратной задачи теплопроводности / А.А. Черепахина // Научный электронный архив. -режим доступа: http://econf.rae.ru/article/4813

65. Ding F. Climatology of medium-scale traveling ionospheric disturbances observed by a GPS network in central China / F. Ding, W. Wan, G. Xu, T. Yu, G. Yang, J. Wang // J. Geophys. Res. - 2011. - V.116 - A09327.

66. Tsuji H. Coseismic crustal deformation from the 1994 Hokkaido-Toho- Oki earthquake monitored by a nationwide continuous GPS array in Japan / H. Tsuji, Y Hatanaka, T. Sagiya, M. Hashimoto // Geophys. Res. - 1995. - V.22., No 13. - P.1669-1672.

67. Iwabuchi. T., Precipitable water vapor moved along a front observed

by the Nationwide GPS Network of Geographical Survey Institute (in Japanese) // T. Iwabuchi, I. Naito, S. Miyazaki, N. Mannoji / Tenki - 1997 - V.44 - P.3-4.

68. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере / А.В. Гуревич // УФН - 2007. - Т.177., № 11 - С.1145-1177.

69. Черногор Л.Ф. Особенности волновых возмущений в ионосфере при периодическом нагреве плазмы радиоизлучением стенда СУРА / Л.Ф. Черногор, В.Л. Фролов // Изв. вузов. Радиофизика - 2013. - Т.56., № 5. -С.307-321.

70. Черногор Л.Ф. Физика мощного радиоизлучения в геокосмосе / Л.Ф. Черногор. - Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина, - 2014. - 544 с.

71. Черного Л.Ф. Волновые возмущения в ионосфере, сопровождавшие воздействие на околоземную плазму мощным радиоизлучением: результаты наблюдений на харьковском радаре некогерентного рассеяния / Л.Ф. Черного, С.В. Панасенко, В.Л. Фролов, И.Ф. Домнин // Изв. вузов. Радиофизика - 2015. - Т.53., № 2. - C.85-99.

72. Kunitsyn V.E. Sounding of HF heating-induced artificial ionospheric disturbances by navigation satellite radio transmissions / V.E. Kunitsyn, E.S. Andreeva, V.L. Frolov, G. P. Komrakov, M. O. Nazarenko, A. M. Padokhin // Radio Sci. - 2012. - V.47. - RS0L15.

73. Sherstyukov R.O. Collocated ionosonde and dense GPS/GLONASS network measurements of midlatitude MSTIDs / R.O. Sherstyukov, A.D. Akchurin, O.N. Sherstyukov // Adv. in Spac. Res. - 2018. - V.61, No 7. - P. 1717-1725.

74. Ding F. Comparative climatological study of large-scale traveling ionospheric disturbances over North America and China in 2011-2012 / F. Ding, W. Wan, Q. Li, R. Zhang, Q. Song, B. Ning, L. Liu, B. Zhao, Xiong B. // J. Geophys. Res. Space Physics - 2014. - V.119. - P.519-529.

75. Otsuka Y GPS observations of medium-scale traveling ionospheric disturbances over Europe / Y Otsuka, K. Suzuki, S. Nakagaw, M. Nishioka, K. Shiokawa, T. Tsugawa // Ann. Geophys. - 2013. - V.31. - P.163-172.

76. Hoogeveen G. W. Improved analysis of plasmasphere motion using

the VLA radio interferometer / G. W. Hoogeveen, A. R. Jacobson // Ann. Geophys.

- 1997. - V.15. - P.236-245.

77. Kirkland M. W. Drift-parallax determination of the altitude of traveling ionospheric disturbances observed with the Los Alamos radio-beacon interferometer / M. W. Kirkland, A. R. Jacobson // Radio Sci. - 1998. - V.33. -P.1807-1826.

78. Afraimovich E.L. Refraction distortions of transionospheric radio signals caused by changes in a regular ionosphere and by travelling ionospheric disturbances / E.L. Afraimovich, A.I. Terekhov, M.Iu. Udodov, S.V. Fridman // J. Atmos. Terr. Phys. - 1992. - V.54 - P.1013-1020.

79. Morgan M. G. Techniques for the study of TIDs with multistation rapid-run ionosondes / M. G. Morgan, C. H. J. Calderon, K. A. Ballard, Radio Sci.

- 1978. - V.13., No 4. - P.729-741.

80. Williams P. J. S. Worldwide atmospheric gravity-wave study in the European sector 1985-1990 / P. J. S. Williams, T. S. Virdi, R. V. Lewis, M. Lester, A. S. Rodger, I. W. McCrea, K. S. C. Freeman // J. Atmos. Terr. Phys. - 1993. -V.55, No 4-5. - P.683-696.

81. Habarulema J. B. Estimating the propagation characteristics of largescale traveling ionospheric disturbances using ground-based and satellite data / J. B. Habarulema, Z. T. Katamzi, L.-A. McKinnell // J. Geophys. Res. Space Physics - 2013. - V.118, No 12. - P.7768-7782.

82. Ding F. Observations of poleward-propagating large-scale traveling ionospheric disturbances in southern China / F. Ding, W. Wan, B. Ning, B. Zhao, Q. Li, Y. Wang, L. Hu, R. Zhang, B Xiong // Ann. Geophys. - 2013. - V.31 -P.377-385.

83. Lobb R.J. The effects of travelling ionospheric disturbances on ionograms / R.J. Lobb, J.E. Titheridge // J. Geophys Res. - 1977. - V.39., No 2. -P.129-138.

84. Cooper J. The analysis of a travelling ionospheric disturbance with non-linear ionization response / J. Cooper, C.H. Cummack // J. Atmos. Terr. Phys.

- 1986. - V.48., No 1. - P.61-71.

85. Munro G. H. Reflexions from irregularities in the ionosphere / G. H. Munro // Proc. R. Soc. London A - 1953. - V.219. - P.447-463.

86. Munro G. H. Divergence of radio rays in the ionosphere / G. H Munro., L. H. Heisler // Aust. J. Phys. - 1956. - V.9. - P.359-372.

87. Cervera, M. A. Modeling ionospheric disturbance features in quasi-vertically incident ionograms using 3-D magnetoionic ray tracing and atmospheric gravity waves / M. A. Cervera, T. J. Harris // J. Geophys. Res. Space Physics -2014. - V.119 - P.431-440.

88. Orfanidis S.J., Optimum Signal Processing. An Introduction. 2nd Edition / S.J. Orfanidis. - NJ: Prentice-Hall, Englewood Cliffs, 1996. - 590 p.

89. Казимировский Э. С. Движения в ионосфере / Э. С. Казимировский, В. Д. Кокоуров. // Новосибирск: Наука. - 1979. - 344 с.

90. Briggs B. H. A study of the horizontal irregularities of the ionosphere / B. H. Briggs, G. Y Phillips // Proc. Phys. Soc. - 1950. - V.B63. - P.907.

91. Medvedev А. V. Relation of internal gravity wave anisotropy with neutral wind characteristics in the upper atmosphere / А. V. Medvedev, K. G. Ratovsky, M. V. Tolstikov, A.V. Oinats, S. S. Alsatkin, G. A. Zherebtsov // J. Geophys. Res. Space Physics. - 2017. - V. 122. - P.7567-7580.

92. Drob D. P. An update to the Horizontal Wind Model (HWM): The quiet time thermosphere / D. P. Drob, J. T. Emmert, J. W. Meriwether, J. J. Makela, E. Doornbos, M. Conde, G. Hernandez, J. Noto, K. A. Zawdie, S. E. McDonald, J. D. Huba, J. H. Klenzing // Earth and Space Science -2015 - V.2. - P.301-319.

93. Belashova E. S. Structure and evolution of internal gravity waves andtraveling ionospheric disturbances in regions with sharp gradients of the ionospheric parameters / E. S. Belashova, V. Y Belashov, S. V. Vladimirov // J. Geophys. Res. - 2007. - V.112. - A07302.

94. Belashov V.Y. Dynamics of IGW and traveling ionospheric disturbances in regions with sharp gradients of the ionospheric parameters / V.Y Belashov, E.S. Belashova // Advances in Space Research - 2015 - V.56., No 2. -

P.333-340.

95. Mercier C. Some characteristics of atmospheric gravity waves observed by radio-interferometry / C. Mercier // Ann. Geophys. - 1996. - V.14. -P.42-58.

96. Jacobson A. R. Observations of traveling ionospheric disturbances with a satellite-beacon radio interferometer: Seasonal and local time behavior / A. R. Jacobson, R. C. Carlos, R. S. Massey, G. Wu // J. Geophys. Res. - 1995. -V.100. - P. 1653-1665.

97. Cosgrove R. B. Instability of the E-F coupled nighttime midlatitude ionosphere / R. B. Cosgrove, R. T. Tsunoda // J. Geophys. Res. - 2004. - V.109. -A04305.

98. Zhou C. A statistical analysis of sporadic E layer occurrence in the midlatitude China region / C. Zhou, Q. Tang, X. Song, H. Qing, Y Liu, X. Wang, X. Gu, B. Ni, Z. Zhao // J. Geophys. Res.: Space Physics -2016. - V.122. - P.3617-3631.

99. Park J. Magnetic signatures of medium-scale traveling ionospheric disturbances as observed by CHAMP / J. Park, H. Lühr, C. Stolle, M. Rother, K. W. Min, J.-K. Chung, Y H. Kim, I. Michaelis, M. Noja // J. Geophys. Res. - 2009.

- V.114. - A03307.

100. Saito A. Conjugate occurrence of the electric field fuctuations in the nighttime midlatitude ionosphere / A. Saito, T. Iyemori, M. Sugiura, N. C. Maynard, T. L. Aggson, L. H. Brace, M. Takeda, M. Yamamot // J. Geophys. Res.

- 1995 - V.100., No A11. - P.21.439-21.451.

101. Zhong J. Middle-latitudinal enhancement observed in the nighttime ionosphere / J. Zhong, J. Lei, X. Yue, X. Luan, X. Dou // J. Geophys. Res. - 2019.

- V.124. - P.5857-5873.

102. Xiong, C. Long-lasting latitudinal four-peak structure in the nighttime ionosphere observed by the Swarm constellation / C. Xiong, H. Lühr, L. Sun, W. Luo, J. Park, Y. Hong // J. Geophys. Res.: Space Physics - 2019. - V.124. -P.9335-9347.

103. Park J. Morphology of high-latitude plasma density perturbations as deduced from the total electron content measurements onboard the Swarm constellation / J. Park, H. Luhr, G. Kervalishvili, J. Rauberg, C. Stolle, Y.-S. Kwak, W. K. Lee // J. Geophys. Res.: Space Physics - 2017. - V.122. - P.1338-1359.

104. Wan X. Spatial characteristics on the occurrence of the nighttime midlatitude medium-scale traveling ionospheric disturbance at topside ionosphere revealed by the Swarm satellite / X. Wan, C. Xiong, H. Wang, K. Zhang, F. Yin // J. Geophys. Res.: Space Physics - 2020. - V.125. - e2019JA027739.