ВЛИЯНИЕ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ НА ДИНАМИКУ ИОНОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ РАДАРА SUPERDARN ХОККАЙДО
1, 1, N. Nishitani2, 1
1Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия, oinats@iszf.irk.ru
2Нагойский университет, Нагойя, Япония, nisitani@stelab.nagoya-u.ac.jp
Ключевые слова: Перемещающиеся ионосферные возмущения, тропические циклоны, SuperDARN.
Аннотация. В работе исследуются эффекты перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) среднего и крупного масштаба в данных измерений декаметрового радара SuperDARN Хоккайдо в сентябре 2008 и 2009 годов. Приводятся оценки параметров наблюдаемых ПИВ, и обсуждается их связь с действовавшими в акватории северо-запада Тихого Океана в указанный период времени сильными тропическими циклонами.
Исследования взаимодействия ионосферы с нижележащими слоями атмосферы (например, с тропосферой, стратосферой и мезосферой) проводятся уже достаточной давно и до сих пор остаются актуальными. Одним из возможных механизмов взаимодействия являются внутренние гравитационные волны (ВГВ), которые возбуждаются в нижних слоях атмосферы и распространяются в верхние, достигая при определенных условиях высот максимума ионосферы, где в свою очередь проявляются в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) [1,2].
Источниками ВГВ могут быть в частности такие мощные метеорологические явления, как тропические циклоны. Так в работе [3] приводятся результаты анализа допплеровских измерений, полученных на приемнике Пекинского университета (Peking University, Китай) с 1987 по 1992 гг. При измерениях принимался сигнал, передаваемый национальным китайским центром точного времени на частоте 10 МГц. Расстояние между приемником и передатчиком было около 700 км, поэтому принимаемый сигнал распространялся по наклонным траекториям и отражался в области F2 слоя ионосферы. Данные измерений были сопоставлены с периодами действия 24-х сильных тайфунов, что позволило выявить морфологические особенности отклика на них (периоды геомагнитных возмущений и солнечных вспышек были исключены). Авторы работы [3] указывают, что во время действия тайфунов почти всегда наблюдаются среднемасштабные ПИВ, особенно, когда мощный тайфун пересекает береговую линию материка или находится вблизи побережья.
Одним из эффективных наземных средств для диагностики ПИВ являются радары SuperDARN. SuperDARN (Super Dual Auroral Radar Network) — это сеть радаров когерентного обратного рассеяния, излучающих в коротковолновом диапазоне (8-20 МГц) [4]. SuperDARN - это международный проект, в котором активно участвуют более 10 стран. В настоящее время имеется 14 радаров в Северном полушарии и 7 в Южном. Диаграмма направленности антенны отдельного радара SuperDARN фазируется в 16 азимутальных направлениях - лучах. Зондирование ведется на фиксированной частоте, при этом последовательно сканируются все 16 лучей. Временное разрешение на каждом луче порядка 1 минуты. Основную информацию для радаров несет сигнал в виде когерентного эха, рассеянный обратно вытянутыми вдоль линий магнитного поля ионосферными неоднородностями декаметрового масштаба. В то же время, практически постоянно в данных радаров присутствует сигнал, обратно рассеянный от шероховатостей земной поверхности, т. е. сигнал возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ), который можно использовать для диагностики ПИВ среднего и крупного масштаба. Необходимо отметить, что проявление ПИВ в данных радаров SuperDARN заключается в квазипериодических временных вариациях мощности, допплеровской скорости, угла прихода и минимального группового пути сигнала ВНЗ. Данные вариации обусловлены явлениями фокусировки и дефокусировки сигнала, в результате отражения от областей с пониженной и повышенной электронной концентрацией, которые возникают при распространении ПИВ в зоне обзора радара.
В данной работе приводятся результаты анализа данных японского радара SuperDARN, расположенного на о. Хоккайдо (Япония), за сентябрь 2008 и 2009 годов с целью поиска возможных проявлений в них деятельности тропических циклонов (тайфунов), действовавших в северо-западной акватории Тихого океана.
В рассматриваемый период времени действовали 15 тропических циклонов: 7 в сентябре 2008 и 8 в сентябре 2009 года. Из всех циклонов были выбраны только те, которые характеризовались категорией 4 (тайфун) или 5 (супертайфун) по шкале ураганов Саффир-Симпсона. Кроме того, рассматривались только дни со спокойными геомагнитными условиями. Предпочтение также отдавалось дням, когда тропический циклон достигал своих максимальных параметров или пересекал береговую линию. Так были выбраны 13 и 24 сентября 2008 года, когда действовали тайфун SINLAKU (15W) и супертайфун HAGUPIT (18W), а также 18 сентября 2009 года, когда действовал супертайфун CHOI-WAN (15W). Анализ данных радара SuperDARN Хоккайдо показал, что, несмотря на спокойную геомагнитную обстановку, в выбранные дни наблюдались отчетливые эффекты ПИВ с различными периодами, соответствующими среднему и крупному масштабу.
На рисунке 1 в качестве иллюстрации показаны спутниковый снимок тайфуна SINLAKU, сделанный 13.09.2008 в 2UT, и его траектория движения. 12 сентября тайфун вплотную приблизился к о. Тайвань при этом категория его достигала 4. Треугольником черного цвета на рисунке показано место расположения радара, а линиями - направления его лучей. На рисунке 2 приведена зависимость мощности сигнала ВНЗ от группового пути и времени суток для луча 15. Отчетливо видны вариации мощности принимаемого сигнала с периодом, изменяющимся от 1 часа в 0UT до 2 часов в 11UT. Причем, скорее всего, одновременно через луч радара проходили несколько ПИВ. Подобные вариации наблюдались и на других лучах радара в этот день, что позволяет приблизительно оценить основные характеристики возмущений.
Для оценки параметров ПИВ по данным радара SuperDARN нами была использована методика [5], которая основывается на выделении и последующем анализе временных вариаций минимального группового пути принимаемого сигнала ВНЗ на разных лучах. Выделение вариаций из данных радара осуществляется по переднему фронту в зависимостях мощности сигнала ВНЗ от группового пути для фиксированных моментов времени. Методика заключается в минимизации невязки между измеренными и теоретически рассчитанными моментами времени, когда имеются локальные минимумы или максимумы в вариациях минимального группового пути. Предполагается, что в зоне обзора радара фронт ПИВ является плоским, а сферичностью Земли можно пренебречь. Оценки по вышеописанной методике показали, что ионосферные возмущения, наблюдаемые на рисунке 2, распространялись в основном на север - северо-восток со скоростью от 100 м/с до 130 м/с. Приблизительное расстояние от центра тайфуна до зоны регистрации радара около 3500 км. Двигаясь с рассчитанной скоростью возмущение достигнет зоны регистрации через 7-10 часов, что вполне соотносится с временем наблюдения эффектов ПИВ на радаре. Таким образом, наблюдаемые 13.09.2008 ПИВ действительно могли быть вызваны деятельностью тайфуна SINLAKU. Оценки параметров ПИВ, которые наблюдались 24.09.2008 и 18.09.2009, также показали, что их вероятными источниками могут являются области локализации тайфунов.
Таким образом, проведенный анализ характеристик сигнала ВНЗ, измеренных на радаре SuperDARN Хоккайдо в сентябре 2008 и 2009 годов, показал, что несмотря на в целом спокойную геомагнитную обстановку в указанный период в данных радара присутствует значительное количество признаков ПИВ различных масштабов. Оценки параметров выборочных крупномасштабных и среднемасштабных ПИВ показали, что преимущественное их направление распространения в секторе обзора радара соответствует направлению на север и северо-восток. Это позволяет сделать вывод о том, что источником некоторых из них могут являться области сильных тропических циклонов (тайфунов и супертайфунов), действовавших на тот момент времени в северо-западной акватории Тихого океана.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты -ЯФ_а и _а).
Литература
1. Hines C. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights // Canadian Journal of Physics. NRC Research Press, 1960. Vol. 38, № 11. P. 1441–1481.
2. Hocke K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: // Annales Geophysicae. 1996. № 14. P. 917–940.
3. Xiao Z. et al. Morphological features of ionospheric response to typhoon // Journal of Geophysical Research. 2007. Vol. 112, № A4. P. 1–5.
4. Chisham G. et al. A decade of the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN): scientific achievements, new techniques and future directions // Surveys in Geophysics. 2007. Vol. 28, № 1. P. 33–109.
5. и др. Исследование ПИВ на основе данных радара SuperDARN Хоккайдо и Российской сети ЛЧМ ионозондов в северо-восточном регионе России // Труды XXIII Всероссийской научной конференции “Распространение радиоволн.” Йошкар-Ола, Россия, 2011. С. 247-250.
