Влияние вариаций солнечной активности на межсуточную изменчивость NmE по данным наземных ионозондов низких широт в геомагнито-спокойных условиях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Выполнено исследование суточных вариаций статистических характеристик относительной межсуточной изменчивости электронной концентрации NmE максимума слоя E ионосферы для каждого месяца М года в геомагнито-спокойных условиях при низкой и умеренной солнечной активности по данным часовых измерений критической частоты слоя E ионосферы за периоды 1957−1989 и 1998−2006 гг. по данным ионозондов Huancayo и Jicamarca соответственно. В работе вычислялись математическое ожидание NmEE(UT,M), арифметически среднее NmEA(UT,M), стандартное отклонение σE (UT,M) и коэффициент вариаций CVE(UT,M) величины NmE(UT,M) от NmEE(UT,M) соответственно, где UT – мировое время. Расчеты показали, что величина CVE(UT,M), определяющая относительную межсуточную изменчивость NmE составляет 4–14 и 3–18% для условий низкой и умеренной солнечной активности соответственно. Впервые показано, что при изменении солнечной активности от низкого до умеренного уровня межсуточная изменчивость NmE может как увеличиться, так и уменьшиться. В первом случае увеличение σE(UT,M) преобладает над ростом NmEE(UT,M), во втором – рост NmEE(UT,M) преобладает над увеличением σE(UT,M).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Павлов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavlov@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Н. М. Павлова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)

Email: pavlov@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Акасофу С.-И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Часть 2. М.: Мир, 510 с. 1972.
  2. Антонова Л.А., Иванов-Холодный Г.С., Чертопруд В.Е. Аэрономия слоя Е (учет вариаций УФ-излучения Солнца и геомагнитных возмущений). М.: Янус, 196 c. 1996.
  3. Балдин К.В., Башлыков В.Н., Рукосуев А.В. Основы теории вероятностей и математической статистики. М.: ФЛИНТА, 489 с. 2016.
  4. Беккер С.А. Вероятностно-статистические модели нижней невозмущенной среднеширотной ионосферы, верифицированные по данным наземных радиофизических измерений. Автореф. дисс. … канд. физ.-мат. наук. М.: изд-во ИДГ РАН, 26 с. 2018.
  5. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 527 с. 1988.
  6. Дэйвид Г. Порядковые статистики. М.: Наука, 336 с. 1979.
  7. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 502 с. 1973.
  8. Зайдель A.H. Ошибки измерений физических величин. СПб.: Лань, 112 с. 2022.
  9. Козлов С.И., Ляхов А.Н., Беккер С.З. Основные принципы построения вероятностно-статистических моделей ионосферы для решения задач распространения радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 6. С. 767–779. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014060121
  10. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. М.: Физматлит, 816 с. 2006.
  11. Павлов А.В., Павлова Н.М. Влияние рефракции солнечного излучения на зенитный угол и времена восхода и захода Солнца в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 2. С. 228–233. 2010.
  12. Павлов А.В., Павлова Н.М. Сравнение измеренных ионозондом Москвы и вычисленных концентраций электронов максимума слоя E ионосферы в весенних условиях // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 55. № 2. С. 247–257. 2015. https://doi.org/10.7868/S0016794015020145
  13. Павлов А.В., Павлова Н.М. Зависимости от месяца года статистических характеристик NmE средних и низких широт в дневных геомагнито-спокойных условиях при низкой солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 4. С. 431–436. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794016040167
  14. Пиггот В.П., Равер К. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. М.: Наука, 342 с. 1978.
  15. Тэйлор Дж. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 272 с. 1985.
  16. Cander L.R. Ionospheric variability / Ionospheric Space Weather. / Ed. L.R. Cander. Cham, Switzerland: Springer. P. 59–93. 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99331-7_4
  17. David H.A. Order Statistics. NY and London: John Wiley & Sons, 272 p. 1970.
  18. Durivage M.A. Practical Engineering, Process, and Reliability Statistics. Milwaukee, WI: ASQ Quality Press, 356 p. 2022.
  19. Gatti P.L. Probability Theory and Mathematical Statistics for Engineers. London and NY: Spon Press of Taylor & Francis Group, 369 p. 2005. https://doi.org/10.1201/9781482267761
  20. Hunt S.M., Close S., Coster A.J., Stevens E., Schuett L.M., Vardaro A. Equatorial atmospheric and ionospheric modeling at Kwajalein missile range // Lincoln Laboratory Journal. V. 12. № 1. P. 45–64. 2000.
  21. Hedin A.E. MSIS-86 thermospheric model // J. Geophys. Res. – Space. V. 92. № 5. P. 4649 –4662. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA05p04649
  22. Howell D.C. Statistical Methods for Psychology. Belmont, CA: Wadsworth Cengage Learning, 792 p. 2013.
  23. Keneshea T.J., Narcisi R.S., Swider W. Diurnal model of the E region // J. Geophys. Res. V. 75. N 2. P. 845 – 854. 1970. https://doi.org/10.1029/JA075i004p00845
  24. Liu H., Yamazaki J., Lei J. Day-to-day variability of the thermosphere and ionosphere / Upper Atmosphere Dynamics and Energetics / Space Physics and Aeronomy Collection, Geophysical Monograph Series 261. V. 4. / Eds. W. Wang, Y. Zhang, L.J. Paxton. Hoboken, NY: Wiley. P. 275–300. 2021. https://doi.org/10.1002/9781119815631.ch15
  25. Mendillo M. Day-to-day variability of the ionosphere / The Dynamical Ionosphere: A Systems Approach to Ionospheric Irregularity. / Eds. M. Materassi, B. Forte, A.J. Coster, S. Skone. Amsterdam: Elsevier. P. 7–11. 2020. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814782-5.00002-9
  26. Moore L., Mendillo M., Martinis C., Bailey S. Day-to-day variability of the E layer // J. Geophys. Res. – Space. V. 111. № 6. ID A06307. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011448
  27. Nicolls M.J., Rodrigues F.S., Bust G.S. Global observations of E region plasma density morphology and variability // J. Geophys. Res. – Space. V. 117. № 1. ID A01305. 2012. https://doi.org/10.1029/2011JA017069
  28. Pavlov A.V. Ion chemistry of the ionosphere at E- and F-region altitudes: A review // Surv. Geophys. V. 33. № 5. P. 1133–1172. 2012. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9189-8
  29. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Comparison of NmE measured by the Boulder ionosonde with model predictions near the spring equinox // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 102. P. 39–47. 2013. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.05.006
  30. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Influence of solar activity variations on interdiurnal variability of NmE in geomagnetically quiet conditions obtained from ground-based Dourbes // Geomagn. Aeronomy. V. 64. № 3. P. 376–390. 2024a. https://doi.org/10.1134/S0016793224600139
  31. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Impact of the solar activity variations on the low-latitude day-to-day variability of NmF2 during geomagnetically quiet conditions obtained from the Huancayo and Jicamarca ionosonde observations // Pure Appl. Geophys. V. 181. № 7. P. 2177–2195. 2024b. https://doi.org/10.1007/s00024-024-03503-2
  32. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. – Space. V. 107. № 12. ID 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430
  33. Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: A solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Geophys. Res. – Space. V. 99. № 5. P. 8981–8992. 1994. https://doi.org/10.1029/94JA00518
  34. Ross S.M. Introduction to Probability and Statistics for Engineers and Scientists. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 624 p. 2004.
  35. Sojka J.J., Jensen J.B., David M., Schunk R.W., Woods T., Eparvier F., Sulzer M.P., Gonzalez S.A., Eccles J.V. Ionospheric model‐observation comparisons: E layer at Arecibo Incorporation of SDO‐EVE solar irradiances // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 5. P. 3844−3856. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019528
  36. Takayanagi K., Itikawa Y. Elementary processes involving electrons in the ionosphere // Space Sci. Rev. V. 11. № 23. P. 380−450. 1970. https://doi.org/10.1007/BF00241527
  37. Titheridge J.E. Production of the low-latitude night E layer // J. Geophys. Res. – Space. V. 106. № 7. P. 12781–12786. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA900145
  38. Titheridge J.E. Ionisation below the night F2 layer – A global model // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 65. № 9. P. 1035–1052. 2003. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(03)00136-6
  39. Titterington D.M., Smith A.F.M., Makov U.E. Statistical Analysis of Finite Mixture Distributions. Chichester, UK: John Wiley & Sons, 258 p. 1985.
  40. Verma J.P., Verma P. Determining Sample Size and Power in Research Studies. Singapore: Springer, 127 p. 2020.
  41. Yonezawa T. A consideration of the effective recombination coefficient in the E-region of the ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys. V. 30. № 10. P. 473–478. 1968. https://doi.org/10.1016/0021-9169(68)90120-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Выраженная в процентах зависимость от NmE вероятности P(UT,M) для условий низкой солнечной активности в 17:00 UT (11:59 SLT). Сплошная и штриховая кривые соответствуют январю и февралю (верхние левые панели), марту и апрелю (средние левые панели), маю и июню (нижние левые панели), июлю и августу (верхние правые панели), сентябрю и октябрю (средние правые панели), ноябрю и декабрю (нижние правые панели).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Выраженная в процентах зависимость от NmE вероятности P(UT,M) для условий умеренной солнечной активности в 17:00 UT (11:59 SLT). Обозначения кривых те же, что и на рис. 1.

Скачать (2MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость коэффициента CVE(UT,M) от месяца года для условий низкой солнечной активности в 06:59, 07:59 и 08:59 SLT (сплошные, штриховые и пунктирные кривые в верхней левой панели соответственно); 09:59, 10:59 и 11:59 SLT (сплошные, штриховые и пунктирные кривые в нижней левой панели соответственно); 12:59, 13:59 и 14:59 SLT (сплошные, штриховые и пунктирные кривые в верхней правой панели соответственно); 15:59 и 16:59 SLT (сплошные и штриховые кривые в нижней правой панели соответственно).

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость коэффициента CVE(UT,M) от месяца года для условий умеренной солнечной активности. Обозначения кривых те же, что и на рис. 3.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость параметра ∆ CVE(UT,M) от времени для каждого месяца года.

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость параметров R1(UT,M) и R2(UT,M) от времени с января по июнь. Сплошные и штриховые кривые соответствуют R1(UT,M) и R2(UT,M).

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость параметров R1(UT,M) и R2(UT,M) от времени с июля по декабрь. Сплошные и штриховые кривые соответствуют R1(UT,M) и R2(UT,M).

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025