Особенности поведения ионосферы во время магнитной бури 24-28 марта 1991 года по данным вертикального электронного содержания

Черняков поведения ионосферы во время магнитной бури 24-28 марта 1991 года по данным вертикального электронного содержания. Наука и образование – 2004: Материалы Международной научно-технической конференции (Мурманск, 7-15 апреля 2004 г.): в 6 ч. – Мурманск: МГТУ, 2004. Ч.5. – с.345 – (Государственный комитет РФ по рыболовству. Мурманский государственный технический университет). С. 43-46.

Chernyakov S. M. Variation peculiarities of the ionosphere during the magnetic storm in March 24-28, 1991, according to vertical electron content. “Science and education–2004”. Proceedings of the International scientific-technical conference (Murmansk, Russia, April 7-15, 2004), Murmansk, MSTU, 2004, V.5, pp.43-46.

Особенности поведения ионосферы во время магнитной бури 24-28 марта 1991 года по данным вертикального электронного содержания

(ПГИ КНЦ РАН; МГТУ, кафедра биохимии)

Аннотация. Рассмотрена магнитная буря 24-28 марта 1991 г. Разнесенный прием сигналов навигационных спутников позволил провести наблюдения этих структур от авроральной до среднеширотной областей ионосферы. Проведено сравнение расчетов положения главного ионосферного провала по формуле Конляйна-Райта со значениями, полученными по данным разнесенного приема.

Введение

В течение длительного времени, основным источником описания поведения ионосферы во время магнитных бурь служили данные, получаемые при вертикальном ионосферном зондировании. Ионосферная буря захватывает не только ионосферу до максимума слоя F2, но и всю толщу внешней атмосферы, так, что концентрация электронов может меняться на высотах выше максимума слоя F2. Привлечение параметра интегрального электронного содержания для изучения ионосферных бурь дает возможность наблюдать ее развитие во всей ионосфере. Полное электронное содержание в ионосфере служит параметром, характеризующим поведение ионосферы при любых условиях в ионосфере, в том числе и во время ионосферных бурь. С другой стороны, данные по полному электронному содержанию можно получать непрерывно, таким образом, этот параметр дает возможность осуществлять непрерывный мониторинг ионосферы и может быть применен для изучения временных и пространственных характеристик ионосферной бури.

Схема наблюдений и полученные результаты

24 марта 1991 года в 03.42 UT началась сильная магнитная буря с геомагнитного внезапного начала (|Dst|max = 298 нТл) с исключительно большим и острым импульсом. На рис. 1 показан график X-компоненты геомагнитного поля, записанной на станции Москва.

Из характеристик магнитного поля и других геофизических проявлений магнитной бури видно, что она была достаточно сильной бурей как по начальным характеристикам, так и по своим проявлениям в процессе развития.

Приём сигналов навигационных ИСЗ проводили в трех пунктах: пос. Верхнетуломский Мурманской области ( с. ш., в. д.), Лехта (64026' с. ш., 33058' в. д.) и г. Москве ( с. ш., в. д.). Представленные результаты относятся к тем случаям, когда спутник двигался с севера на юг и проекция его траектории на Землю лежала практически вдоль геомагнитного меридиана.

Рис. 1. Вариация Х-компоненты геомагнитного поля на станции Москва

Наблюдения магнитной бури пришлись на главную фазу магнитной бури и период ее восстановления. На рис. 2 показаны широтные профили вертикального электронного содержания (ВЭС), полученные для фазы развития магнитной бури. Видно (рис.2, а, сплошная линия), что в районе 650 имеется структура с повышенным содержанием ВЭС, имеющая вид двух пиков. На рис. 2, а (точечная кривая) видно, что провал двинулся на юг приблизительно на 20, при этом область повышенной ионизации с двумя пиками сохранила свое положение и значения ВЭС. В полярной части провала (620 – 630) началось повышение значений ВЭС, южный край профиля в районе 670 – 770 опустился. На рис. 2, б точечная кривая та же самая, что и на рис. 2, а, а сплошная показывает структуру широтного профиля ВЭС через два часа. Видно, что провал сдвинулся еще на несколько градусов к югу, при этом вся центральная часть занята зоной повышенной ионизации. Слева и справа видны провалы. Если левый провал является развитием главного ионосферного провала, то северный провал, вероятнее всего, является полярной полостью (высокоширотным провалом). Магнитные записи на станции Москва (рис. 1) показывают в этот момент сильное отрицательное возмущение, что свидетельствует о появлении западного электроджета над станцией наблюдения.

На рис. 3, а показано поведение широтного профиля ВЭС 26 марта 1991 г. Верхний профиль (сплошная линия) относится к 11:46 UT. Он показывает поведение дневного профиля. Профиль, нарисованный

Рис. 2. Широтные профили ВЭС во время развития магнитной бури.

точками, относится к 13:29 UT. Южная часть этого профиля ВЭС сохраняет черты дневного, а северная испытала сильное уменьшение ВЭС, которое по своему значению близко к ночному. Самый нижний профиль ВЭС (сплошная) относится к 18:01 UT. Северная часть профиля выше 550 имеет значения, близкие к ночным, а южная часть имеет повышенные значения. Рисунок 3, б показывает три профиля ВЭС для 26.03.1991 18:01 UT (точка с тире), 20:32 UT (сплошная линия) и 22:33 UT (точки). Видно, что в течение всего времени профили остаются практически неизменными.

На рисунке 3, в показаны три последовательных профиля ВЭС (все сплошные линии). Верхний профиль ВЭС относится к дневному профилю 27.03.1991 13:57 UT, средний – к вечернему - 15:53 UT, нижний – ночной – 18:30 UT. Видно, что южный край профиля ВЭС все еще имеет повышенные значения.

На рис. 3, г показаны профили ВЭС для 28 марта для условий, когда магнитная буря уже прекратилась. Верхний профиль ВЭС (сплошная) относится к 07:34 UT. Это утренний профиль. Три нижних профиля ВЭС (сплошная – 19:46 UT; точки – 21:50 UT; точки с тире – 00:49 29 марта) относятся к ночным и имеют значения, типичные для спокойных ночных условий (Черняков и Шульгина, 1995). При этом они также сохраняют свои значения в течение нескольких часов.

Согласно (Kohnlein and Raitt, 1977) положение провала можно определить, используя уравнение:

ФL = 65.20 – 2.1 Кр – 0.5t ±20,

где ФL – геомагнитная широта минимума провала, t - местное время. Наблюденные значения минимума провала в исправленных геомагнитных координатах, время в UT и расчетные значения положения провала по формуле Конляйна и Райта приведены в таблице.

Рис. 4. Широтные профили ВЭС содержания на фазе восстановления.

№ п/п	ФL, град	Время t, LT	Кр	Расчетное положение, град	Разница, град
1	56.3	18.8	5.7	55.8	0.5
2	53.8	22.2	5.3	55.0	1.2
3	49.8	0.2	7.0	50.4	0.6

Таким образом для зимней бури наблюдается относительно хорошее согласие наблюдаемых и расчетных значений широты минимума провала.

Заключение

Расположение приемных пунктов вдоль геомагнитного меридиана позволяет с помощью разнесенного приема увидеть развитие возмущения не только в пространстве, но и во времени. Рассмотрение магнитной бури 24-28 марта 1991 г. показало, что провал достиг Москвы, структуры широтных профилей ВЭС над Москвой имеют вид профилей, типичных для авроральной зоны. Рассмотренное поведение ионосферы с точки зрения ВЭС показывает, что использование метода разнесенного приема позволяет описать развитие ионосферной бури, а модельные расчеты положения провала дают хорошее согласие с результатами наблюдения.

Литература

, Сопоставление изменений профиля вертикального электронного содержания с данными наземных наблюдений в высоких широтах. Геомагнетизм и аэрономия, 1995, т.35, № 6, 102 – 108.

Kohnlein W., Raitt W. J. Position of the mid-latitude trough in the topside ionosphere as deduced from ESRO-4 observations. Planet. Space Sci., 1977, v.25, N3, 600-602.