Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях

Предмет и цель работы: Диагностика регулярных и спорадических ионосферных вариаций с использованием систематического когерентного мониторинга спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на наклонных односкачковых радиолиниях....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2018
Автори:	Резниченко, А.И., Колосков, А.В., Ямпольский, Ю.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2018
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиофизика геокосмоса
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150197
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях / А.И. Резниченко, А.В. Колосков, Ю.М. Ямпольский // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 266-279. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-150197
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1501972019-04-03T01:25:45Z Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях Резниченко, А.И. Колосков, А.В. Ямпольский, Ю.М. Радиофизика геокосмоса Предмет и цель работы: Диагностика регулярных и спорадических ионосферных вариаций с использованием систематического когерентного мониторинга спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на наклонных односкачковых радиолиниях. Предмет і мета роботи: Діагностика регулярних і спорадичних іоносферних варіацій з використанням систематичного когерентного моніторингу спектральних характеристик пробних ВЧ сигналів на похилих односкачкових радіолініях. Purpose: Diagnostics of regular and sporadic ionospheric variations using coherent systematic monitoring of spectral characteristics of the probe HF signals on the inclined singlehop radio paths. 2018 Article Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях / А.И. Резниченко, А.В. Колосков, Ю.М. Ямпольский // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 266-279. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1027-9636 PACS numbers: 94.20.Vv DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.04.266 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150197 537.876.23, 550.388.2 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Резниченко, А.И. Колосков, А.В. Ямпольский, Ю.М. Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях Радиофизика и радиоастрономия
description	Предмет и цель работы: Диагностика регулярных и спорадических ионосферных вариаций с использованием систематического когерентного мониторинга спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на наклонных односкачковых радиолиниях.
format	Article
author	Резниченко, А.И. Колосков, А.В. Ямпольский, Ю.М.
author_facet	Резниченко, А.И. Колосков, А.В. Ямпольский, Ю.М.
author_sort	Резниченко, А.И.
title	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях
title_short	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях
title_full	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях
title_fullStr	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях
title_full_unstemmed	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях
title_sort	мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых вч радиолиниях
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2018
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150197
citation_txt	Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях / А.И. Резниченко, А.В. Колосков, Ю.М. Ямпольский // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 266-279. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT rezničenkoai monitoringregulârnyhisporadičeskihionosfernyhvariacijnaodnoskačkovyhvčradioliniâh AT koloskovav monitoringregulârnyhisporadičeskihionosfernyhvariacijnaodnoskačkovyhvčradioliniâh AT âmpolʹskijûm monitoringregulârnyhisporadičeskihionosfernyhvariacijnaodnoskačkovyhvčradioliniâh
first_indexed	2025-07-12T23:52:35Z
last_indexed	2025-07-12T23:52:35Z
_version_	1837487216491757568
fulltext	ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018266 Радіофізика і радіоастрономія. 2018, Т. 23, № 4, c. 266–279 © А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский, 2018 ÐÀÄ²ÎÔ²ÇÈÊÀ ÃÅÎÊÎÑÌÎÑÓ А. И. РЕЗНИЧЕНКО 1, 2, А. В. КОЛОСКОВ 2,3, Ю. М. ЯМПОЛЬСКИЙ 2 1 Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, ул. Кирпичева, 2, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: artem.reznychenko@gmail.com 2 Радиоастрономический институт НАН Украины, ул. Мистецтв, 4, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: koloskov@rian.kharkov.ua, yampol@rian.kharkov.ua 3 Национальный антарктический научный центр МОН Украины, бул. Т. Шевченко, 16, г. Киев, 01601, Украина ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÐÅÃÓËßÐÍÛÕ È ÑÏÎÐÀÄÈ×ÅÑÊÈÕ ÈÎÍÎÑÔÅÐÍÛÕ ÂÀÐÈÀÖÈÉ ÍÀ ÎÄÍÎÑÊÀ×ÊÎÂÛÕ Â× ÐÀÄÈÎËÈÍÈßÕ Предмет и цель работы: Диагностика регулярных и спорадических ионосферных вариаций с использованием системати- ческого когерентного мониторинга спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на наклонных односкачковых радиолиниях. Методы и методология: Регистрация сигналов станции Службы точного времени и частоты проводилась на частоте 9.996 МГц в течение полного 2013 года в двух приемных пунктах – в Низкочастотной обсерватории Радиоастрономи- ческого института НАН Украины (с. Мартовое, Харьковской области) и в г. Тромсе (Норвегия). Регистрировались энергетические спектры, по которым оценивались вариации интенсивности и доплеровского смещения частоты (ДСЧ) пробного излучения. Временные ряды информационных характеристик сигналов сопоставлялись с независимыми оцен- ками критических частот ионосферного слоя F2, а также с индексами солнечной и магнитной активности. Установ- лена их корреляционная связь. Результаты: Проведены систематические когерентные измерения вариаций спектральных характеристик пробных ВЧ сигналов на двух односкачковых радиолиниях (высоко- и среднеширотной). В течение полного годового цикла наблюде- ний исследованы регулярные (фоновые) вариации суточных зависимостей интенсивностей и ДСЧ пробных сигналов, вызванные изменением условий освещенности контрольных радиотрасс. Установлена эмпирическая зависимость вре- мен характерных изменений ДСЧ и моментов “радиовосхода” и “радиозахода” с прохождением солнечного термина- тора на различных высотах среднеширотной и приполярной ионосферы. Для высокоширотной радиотрассы летом определяющую роль играют условия полярного дня и рост поглощения в полуденное и послеполуденное время. Введен индекс, характеризующий время распространения сигналов на частоте ниже максимально применимой (продолжи- тельность “радиодня”). Для возмущенных ионосферных условий обнаружены 27-дневные вариации продолжительности “радиодня” и поведения критических частот ионосферного слоя F2. Периодичность этих вариаций и их синхронизм с индексом солнечной активности F10.7 могут быть объяснены многократным воздействием на ионосферу долгоживу- щей активной области в хромосфере при вращении Солнца вокруг своей оси. Возможность использования данных ВЧ мониторинга для диагностики спорадических ионосферных возмущений продемонстрирована на примере анализа дан- ных, полученных во время мощной рентгеновской вспышки на Солнце и последовавшей за ней магнитной бури. Заключение: Разработанные методики анализа данных зондирования ионосферы ВЧ сигналами неспециального типа могут быть применены для диагностики и идентификации ионосферных возмущений. Ключевые слова: ионосфера, солнечный терминатор, радиотрасса, солнечная активность, магнитная буря DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.04.266 УДК 537.876.23, 550.388.2 PACS numbers: 94.20.Vv 1. Ââåäåíèå В настоящее время существует большой набор методов дистанционного радиозондирования ионосферы. Большинство из них являются актив- ными и предполагают целенаправленное облуче- ние околоземной плазмы сигналами специального типа. Безусловным достоинством такого подхода является возможность использовать сигналы, форма которых оптимально подобрана для анали- за исследуемого типа плазменных образований. С помощью таких классических методов диагно- стики, как вертикальное зондирование ионосфе- ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 267 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях ры [1] или метод некогерентного рассеяния [2], получен основной объем наших знаний об ионо- сфере Земли. Несмотря на очевидные достоинства, активные диагностические методы не свободны от недостатков. Основными из них являются зат- ратность, вызванная необходимостью применения сложных приемопередающих устройств и боль- ших специализированных антенн, высокое энерго- потребление, а также дополнительное “загрязне- ние” окружающего пространства широкополосным зондирующим излучением. В Радиоастрономическом институте НАН Украины (РИ НАНУ) разработана система диагностики ионосферы ВЧ сигналами ши- роковещательных радиостанций [3]. В ее струк- туру входит сеть пространственно разнесен- ных автономных приемных пунктов с дистан- ционным управлением по сети Интернет. На сегодня приемные пункты успешно функцио- нируют в Украине (Низкочастотная обсервато- рия – НЧО РИ НАНУ), в Антарктике (Украинс- кая антарктическая станция “Академик Вер- надский”), в Северной Скандинавии (г. Тромсе, Норвегия), в экваториальной Африке (Лагос, Ни- герия) и в Арктике (о. Свалбард, Шпицберген, Норвегия). Их отличительные особенности: ра- бота в непрерывном мониторинговом режиме, про- странственно-временная когерентность, примене- ние серийно выпускаемых цифровых приемников, сопряженных со стандартными персональными компьютерами, удаленный доступ в реальном вре- мени к базам данных по сети Интернет, отобра- жение в режиме онлайн характеристик принятых сигналов на веб-сайте* отдела радиофизики гео- космоса РИ НАНУ. Система в целом и различ- ные ее кластеры использовались во многих зада- чах радиозондирования природных и стимулиро- ванных ионосферных процессов, включая искус- ственную ионосферную турбулентность, созда- ваемую мощным ВЧ нагревом [4–6]. Результаты этих исследований послужили основой создания методов многопозиционной доплероскопии и час- тотно-временной локации ионосферных неодно- родностей [7–9]. Настоящая работа посвящена развитию воз- можностей когерентной ВЧ диагностики средне- широтной и полярной ионосферы с использова- нием систематических двухпозиционных изме- рений спектральных характеристик сигналов станции Службы точного времени и частоты РВМ (Москва, Россия) [10] на двух односкачко- вых радиолиниях: среднеширотной РВМ–НЧО и высокоширотной РВМ–Тромсе. Объектами ис- следований являлись регулярные межсезонные и суточные ионосферные вариации, а также ионо- сферные отклики на мощные геокосмические воз- мущения. 2. Ìåòîäèêà íàáëþäåíèé è îáðàáîòêè äàííûõ Измеряемыми характеристиками пробных ВЧ сигналов являлись энергетические спектры, по которым оценивались вариации спектральных плотностей и доплеровские смещения частоты (ДСЧ). Временные зависимости этих величин в свою очередь сопоставлялись с независимыми оценками ионосферных параметров, полученны- ми методом вертикального зондирования ионо- сферы в пунктах, расположенных вблизи конт- рольных радиолиний. Непрерывные регистрации пробных сигналов сопровождались мониторингом геомагнитной и анализом солнечной активностей. Основной массив данных измерений проводился на одной из трех рабочих частот станции РВМ – 9.996 МГц в течение полного 2013 года. Выбор данной частоты наблюдений был обусловлен выполнением условия преимущественно одно- скачкового распространения пробных сигналов для обеих радиолиний. Геометрия расположе- ния передатчика и приемных пунктов показана на рис. 1. Для регистрации пробных сигналов в НЧО и в Тромсе использовались идентичные супергете- родинные приемники WinRadio WR-G313i c циф- ровым управлением и записью сигналов [11], оснащенные термостатированными кварцевыми задающими генераторами. Это позволяло прово- дить измерения вариаций ДСЧ с погрешностью не более 0.05 Гц. Точность синхронизации обоих пунктов с всемирным временем UT была не хуже 0.5 мс и обеспечивалась автономными приемни- ками ГНСС сигналов. В качестве приемных ВЧ антенн использовались малоразмерные рамки и горизонтальные диполи [3]. На выходе аналого- вой части приемных устройств пробный сигнал, перенесенный на частоту 500 Гц, оцифровывалсяURL: www.geospace.com.ua (дата обращения: 07.09.2018). В Радиоастрономическом институте НАН Украины (РИ НАНУ) разработана система диагностики ионосферы ВЧ сигналами ши- роковещательных радиостанций [3]. В ее струк- туру входит сеть пространственно разнесен- ных автономных приемных пунктов с дистан- ционным управлением по сети Интернет. На сегодня приемные пункты успешно функцио- нируют в Украине (Низкочастотная обсервато- рия – НЧО РИ НАНУ), в Антарктике (Украинс- кая антарктическая станция “Академик Вер- надский”), в Северной Скандинавии (г. Тромсе, Норвегия), в экваториальной Африке (Лагос, Ни- герия) и в Арктике (о. Свалбард, Шпицберген, Норвегия). Их отличительные особенности: ра- бота в непрерывном мониторинговом режиме, про- странственно-временная когерентность, примене- ние серийно выпускаемых цифровых приемников, сопряженных со стандартными персональными компьютерами, удаленный доступ в реальном вре- мени к базам данных по сети Интернет, отобра- жение в режиме онлайн характеристик принятых сигналов на веб-сайте отдела радиофизики гео- космоса РИ НАНУ. Система в целом и различ- ные ее кластеры использовались во многих зада- чах радиозондирования природных и стимулиро- ванных ионосферных процессов, включая искус- ственную ионосферную турбулентность, созда- ваемую мощным ВЧ нагревом [4–6]. Результаты этих исследований послужили основой создания методов многопозиционной доплероскопии и час- тотно-временной локации ионосферных неодно- родностей [7–9]. 268 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский с частотой дискретизации 2 кГц и поступал на регистрирующий персональный компьютер. Выходными данными системы регистрации были энергетические спектры сигналов, определяемые для каждого минутного интервала. Они вычисля- лись путем усреднения “мгновенных” спектров ( ),pS f рассчитываемых по фрагментам сигнала длительностью в 20 с. Далее оценивались ДСЧ и интенсивность принятого излучения в полосе частот 1 Гц. В такой же, но смещенной на не- сколько десятков герц от несущей частоты поло- се измерялась интенсивность шума, что позво- ляло определять соотношение сигнал/шум (С/Ш). При возникновении условий многомодового рас- пространения, и, как следствие, изрезанности спектра частота спектрального максимума вы- числялась методом моментов как 2 1 2 1 ДСЧ ( )d , ( )d f p f f p f fS f f f S f f    в предположении, что 1 5 Гц,f   а 2 5 Гц.f   Отметим, что данный вид обработки приемлем только для непрерывного режима излучения стан- ции РВМ (475 с в начале каждого получаса). Поэтому при стандартной обработке значения ДСЧ, интенсивности и соотношения С/Ш рассчи- тывались для первых 8-минутных интервалов в начале каждого получаса и далее усреднялись. Это позволило получить ряды данных с временным разрешением 30 мин (48 точек в сутки) для каж- дого дня в течение всего 2013 года. Суточные ряды, из которых исключались геомагнитновоз- мущенные дни, были использованы для расчета усредненных месячных зависимостей. Среднеме- сячный суточный ход предполагался регулярным и вычитался из текущих суточных рядов. Таким образом определялись вариации ДСЧ, интенсив- ности и соотношения С/Ш, характеризующие про- явления ионосферных возмущений. Возмущенны- ми считались дни, в которые значение глобально- го Kp-индекса превышало 3 единицы. Следует отметить, что такая обработка была применима только для “зеркального” односкачкового меха- низма распространения радиосигналов на конт- рольных радиотрассах, когда рабочая частота (РЧ) была ниже максимально применимой частоты (МПЧ). В условиях превышения МПЧ интенсив- ность принятого излучения на обеих трассах резко снижалась (на десятки децибел), спектры суще- ственно расширялись (до десятков герц) и слабая “засветка” приемных пунктов происходила из-за рассеяния сигналов на магнитно-ориентированных ионосферных неоднородностях и возвратно-наклон- ного распространения [12]. Как правило, переход через уровень максимально применимой часто- ты [13] происходил два раза в сутки – в утренние и вечерние часы, в соответствии с регулярными градиентами электронной концентрации, когда ин- тенсивность фотоионизации соответственно резко возрастала и уменьшалась. Эти моменты называ- лись “радиовосходом” и “радиозаходом” сигнала. Момент перехода рабочей частоты через значе- ния МПЧ на трассах РВМ–НЧО и РВМ–Тромсе фиксировался по значительному (не менее 20 дБ и 15 дБ соответственно) и резкому (за время ме- нее получаса) изменению интенсивности сигнала. Необходимо отметить, что в моменты времени, когда соотношение С/Ш было около 1, полученные значения интенсивностей и ДСЧ считались недо- стоверными и в дальнейшем анализе не использо- вались. Рис. 1. Геометрия наблюдений: координаты пунктов – 55 44 с. ш., 38 12 в. д. (РВМ), 49 56 0.5  с. ш., 36 57 10  в. д. (НЧО), 69 39 41  с. ш., 18 56 30  в. д. (Тромсе); длины радиотрасс – 650 км (РВМ–НЧО), 1816 км (РВМ–Тромсе); координаты средних точек радиотрасс (серые окружности) – 52 50 52  с. ш., 37 32 58  в. д. (РВМ–НЧО), 63 1 6  с. ш., 30 54 13  в. д. (РВМ–Тромсе) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 269 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях Очевидно, что продолжительность “зеркаль- ной” засветки приемников определяется как ре- гулярными факторами: сезоном года, местополо- жением, длиной и ориентацией радиолиний, – так и возмущенностью ионосферы. Для исследова- ния реакции сигналов на ионосферные возмуще- ния был введен индекс, характеризующий ва- риации продолжительности “зеркальной” засвет- ки (далее – “радиодня”). При его оценивании для каждых суток года определялось время в часах и долях часа, в течение которого интенсивность сигнала не опускалась ниже порогового уровня, отсчитываемого относительно максимума сред- немесячной кривой интенсивности. Для трас- сы РВМ–НЧО порог задавался равным 20 дБ, а для РВМ–Тромсе – 15 дБ. Далее суточные значения, исключая полученные в возмущенные дни, усреднялись за каждый месяц, что давало среднемесячную продолжительность “радиодня”, определяемую регулярными факторами. Вариа- ции, связанные с возмущенностью ионосфе- ры, рассчитывались путем центрирования теку- щих значений относительно среднемесячных зависимостей. Заметим, что в летнее время в средней точке высокоширотной радиотрассы РВМ–Тромсе ионосфера освещена Солнцем в течение всего дня. Поэтому летом в Тромсе падения интенсивности сигнала определялись не переходом РЧ через МПЧ, а ростом поглоще- ния сигнала в дневное время. Описанные выше ряды вариаций информацион- ных параметров пригодны для выделения и анали- за ионосферных возмущений с характерными вре- менными масштабами более получаса. В то же время мониторинг контрольных сигналов РВМ позволяет исследовать и более короткопериодные ионосферные возмущения, например, акустико-гра- витационные волны (АГВ). Для их анализа авто- рами разработаны алгоритмы, позволяющие вы- делять вариации ДСЧ и интенсивности не только для непрерывных, но и для импульсных режимов работы РВМ. Алгоритм дает возможность полу- чать ряды параметров пробных ВЧ сигналов с разрешением по времени в несколько десятков секунд. Однако, поскольку анализ “быстрых” ионосферных процессов (таких как АГВ) в данной работе не проводился, эта методика будет рас- смотрена в отдельной статье. Для сопоставления информационных характе- ристик ВЧ сигналов с ионосферными, солнечны- ми и геомагнитными параметрами были исполь- зованы синхронные данные других независимых измерений, доступные в сети Интернет: – значения критической частоты слоя F2 ионо- сферы – foF2, измеряемые ионозондами EISCAT [14] (вблизи Тромсе, 69.6 с. ш., 19.2 в. д.) и ИЗМИРАН (Москва, 55.47 с.ш., 37.3 в. д.) [15] (временное разрешение данных15 мин); – значения локального магнитного K-индекса, измеренные в НЧО (временное разрешение дан- ных 3 ч) [16]; – значения локального магнитного K-индекса, измеренные в Геофизической обсерватории Тром- се (временное разрешение данных 3 ч) [17]; – значения глобального индекса солнечной активности F10.7 (временное разрешение данных 1 сут) [18]. Все упомянутые выше ряды данных – значе- ния параметров пробных ВЧ сигналов, критичес- ких частот, индексов солнечной и магнитной ак- тивности – были рассчитаны для каждого меся- ца 2013 года. Были вычислены также времена восхода и захода Солнца над средними точками радиотрасс на поверхности Земли и высотах 120 и 250 км. Описанию и анализу этих данных по- священы следующие разделы работы. 3. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé Регулярные изменения На рис. 2 представлены суточные зависимости интенсивности сигналов для летнего и зимнего сезонов на контрольных радиолиниях. Весной и осенью суточные распределения интенсивности имеют переходной вид между летними и зимни- ми закономерностями и на рисунке не показаны. Вертикальными линиями отмечены времена вос- хода и захода Солнца, рассчитанные над средни- ми точками контрольных радиотрасс на уровне поверхности Земли и на высотах 120 и 250 км. Характерными моментами прохождения солнеч- ного терминатора для летнего и зимнего сезонов были выбраны дни солнцестояния – 21.06.2013 г. и 21.12.2013 г. Отсутствие суточного хода в ноч- ное время в зимние сезоны связано с невозмож- ностью достоверно определить интенсивность из- за низкого соотношения С/Ш. Усредненный суточный ход ДСЧ сигналов, принятых в НЧО и в Тромсе, для летнего и зим- него сезонов показан на рис. 3. 270 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский Динамические суточно-годовые зависимости ДСЧ сигнала для обеих радиотрасс показаны на рис. 4. По вертикальной оси отложено время су- ток (слева – локальное солнечное время в сред- ней точке радиотрассы, справа – мировое время UT), на горизонтальной оси указан номер дня, отсчитанный от начала года. Значения ДСЧ в герцах отображены в условных цветах. Белые участки соответствуют моментам, когда соотно- шение С/Ш было недостаточным для надежного определения ДСЧ сигнала и моментам отсутствия данных. Суточно-годовые зависимости интенсивностей сигнала в НЧО и в Тромсе показаны на рис. 5, а и 5, б. Цветом отображены значения интенсивно- сти сигнала в децибелах. Белые участки соот- ветствуют моментам отсутствия данных. Рис. 6, а отображает вариации продолжитель- ности “радиодня” относительно среднемесячных значений для радиолиний РВМ–НЧО и РВМ– Тромсе в течение всего 2013 года. На рис. 6, б показаны изменения в тот же период времени индекса F10.7, характеризующего солнечную активность, и характеристики ионосферы – кри- тической частоты foF2, представленной суточ- ными значениями, усредненными за время “ра- диодня”. Возмущенные условия Систематические измерения информационных параметров и восстановление их регулярных (среднесуточных и сезонных) зависимостей по- зволяют выделить периоды аномального поведе- ния пробных ВЧ сигналов, стимулированных мощ- ными геофизическими возмущениями. В качестве примера далее проанализированы отклики па- раметров сигналов на контрольных радиолиниях на рентгеновскую вспышку на Солнце и последо- вавшую за ней геомагнитную бурю 17–18 марта 2013 г. На рис. 7 изображены вариации интенсивности сигнала в НЧО и в Тромсе, а возмущенность условий распространения проиллюстрирована изменениями потока солнечного рентгеновского Рис. 2. Суточный ход интенсивности сигнала для летнего (верхние панели) и зимнего (нижние панели) сезонов на среднеши- ротной РВМ–НЧО (а, в) и высокоширотной РВМ–Тромсе (б, г) радиотрассах. Вертикальные линии соответствуют усред- ненным временам восхода и захода Солнца над средними точками радиотрасс на уровне поверхности Земли (сплошные линии) и на высотах 120 км (штрих-пунктирные линии), 250 км (пунктирные линии) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 271 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях излучения и геомагнитных индексов в течение четырех суток. Фоновые вариации интенсивнос- ти сигнала (пунктирные линии) получены в ре- зультате усреднения суточных зависимостей за весь месяц март 2013 г. 4. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé Переходя к обсуждению результатов наблюде- ний, прокомментируем суточные изменения ин- тенсивности сигнала летом и зимой, показанные на рис. 2. Для обоих сезонов перепад между ноч- ными и дневными значениями интенсивности на трассе РВМ–НЧО больше, чем на радиолинии РВМ–Тромсе. Из рисунка видно, что зимой пере- пады между дневной и ночной интенсивностями составляют около 50 дБ в НЧО и около 20 дБ в Тромсе. В НЧО (рис. 2, в) суточный ход интенсив- ности хорошо соответствует временам восхода Солнца на уровне поверхности Земли и моментам захода на высоте 120 км. На высокоширотной трас- се (рис. 2, г) характерным является увеличение интенсивности сигнала после восхода Солнца на ионосферных высотах в области E и уменьшение интенсивности после прохождения вечернего тер- минатора на высотах F области (250 км). Для летнего сезона в НЧО (рис. 2, а) наблю- дается запаздывание роста интенсивности сигна- ла относительно момента прохождения утреннего терминатора по поверхности Земли и сохранение высокой интенсивности сигнала после захода Солнца на высотах F области. Суточно-годовые зависимости интенсивности (рис. 5) показывают, что такое поведение сохраняется на протяжении весеннего, летнего и осеннего сезонов. Интерес- ной особенностью поведения интенсивности в лет- нее время является также послеполуденный ми- нимум. Он связан в основном c поглощением в нижней ионосфере в это время. Данный эффект лучше всего проявляется с 140-го по 250-й день года (см. рис. 5). Для Тромсе летом (рис. 2, б) наблюдается обратная зависимость поведения интенсивности пробного сигнала от времени суток с максиму- Рис. 3. Суточный ход ДСЧ сигнала для летнего (верхние панели) и зимнего (нижние панели) сезонов на среднеширотной РВМ–НЧО (а, в) и высокоширотной РВМ–Тромсе (б, г) радиотрассах. Вертикальные линии соответствуют усредненным временам восхода и захода Солнца над средними точками радиотрасс на уровне поверхности Земли (сплошные линии) и для высот 120 км (штрих-пунктирные линии), 250 км (пунктирные линии) 272 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский мом ночью и минимумом днем. Такое поведение интенсивности определяют условия полярного дня, когда области E и F ионосферы в середине трассы постоянно освещены Солнцем. Вследствие этого РЧ летом в течение всех суток остаются ниже МПЧ, а дневное уменьшение интенсивности, составляющее в среднем 15 дБ, определяется в основном поглощением в нижней ионосфере [19]. Несмотря на то, что обратная зависимость из- менений интенсивности в Тромсе наблюдается только летом, ее значительное дневное умень- шение, как это видно из рис. 5, регистрируется более продолжительное время – с начала весны и до середины осени. Поэтому весной и в первую половину осени интенсивность имеет два мини- мума: ночной, связанный с “радиозаходом” и дневной, вызванный ростом поглощения. Рис. 3 показывает, что регулярное поведение ДСЧ характеризуется положительным подъемом пос- ле восхода Солнца на высотах Е области ионосфе- ры и отрицательным смещением вблизи захода. Знаки ДСЧ соответствуют уменьшению дейст- вующей высоты отражения сигнала в утренние часы и ее росту вечером. Более слабые суточ- ные вариации ДСЧ на высокоширотной трассе летом объясняются меньшим контрастом меж- Рис. 4. Суточно-годовая зависимость ДСЧ сигнала на среднеширотной РВМ–НЧО (а) и высокоширотной РВМ–Тромсе (б) радиотрассах. Черные линии соответствуют времени прохождения утреннего (внизу на панелях) и вечернего (вверху на панелях) солнечного терминатора через средние точки радиотрасс на уровне поверхности Земли (сплошные линии) и на высотах 120 км (штрих-пунктирные линии) и 250 км (пунктирные линии) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 273 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях ду “ночными” и “дневными” условиями освещен- ности. Как уже отмечалось, на широтах выше 60 летом на высотах отражения в середине радиотрассы РВМ–Тромсе Солнце не заходит за горизонт и освещение носит переходной сумереч- ный характер. Для летнего и зимнего сезонов в НЧО (рис. 3, а, в) максимальные значения ДСЧ фиксируются непосредственно после прохожде- ния по поверхности Земли линии утреннего тер- минатора, а минимальные – после вечернего. Для высокоширотной трассы (рис. 3, б, г) картина более сложная, учитывая ее большую протяжен- ность и близость к полярному овалу. Летом на- блюдается значительное запаздывание положи- тельного пика ДСЧ относительно восхода Солн- ца на уровне поверхности Земли, а зимой положи- тельный пик ДСЧ наблюдается до прохождения утреннего терминатора на нулевой высоте. Отмеченные выше особенности можно более подробно проследить на суточно-годовых зави- симостях ДСЧ, построенных для обоих наблюда- тельных пунктов (рис. 4). В обоих случаях утрен- ний положительный максимум ДСЧ совпадает по времени с прохождением утреннего термина- тора по поверхности Земли только зимой и за- паздывает относительно него в другие сезоны. Рис. 5. Суточно-годовая зависимость интенсивности сигнала на среднеширотной РВМ–НЧО (а) и высокоширотной РВМ–Тромсе (б) радиотрассах. Черные линии соответствуют времени прохождения утреннего (внизу на панелях) и вечер- него (вверху на панелях) солнечного терминатора через средние точки радиотрасс на высотах 0 км (сплошные линии), 120 км (штрих-пунктирые линии) и 250 км (пунктирые линии) над поверхностью Земли 274 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский Отрицательный вечерний минимум ДСЧ соответ- ствует интервалу между временами прохожде- ния солнечного терминатора по поверхности и на ионосферных высотах. Кроме регулярных сезонных закономерностей поведения параметров ВЧ сигналов, определяе- мых изменением условий освещенности, суточ- но-годовые зависимости (рис. 4 и рис. 5) позво- ляют отслеживать “медленные” квазипериоди- ческие вариации параметров пробного излучения. Так, на рис. 4, б с 50-го по 150-й день можно проследить три минимума амплитуды вечернего отрицательного пика ДСЧ в Тромсе, отстоящие друг от друга на 25 30 дней. Положения этих минимумов ДСЧ соответствуют максимумам продолжительности “радиодня”, которые лучше всего заметны на суточно-годовых зависимос- тях интенсивности в НЧО (рис. 5, а). Для изуче- ния данного эффекта были проанализированы ва- риации продолжительности “радиодня” (рис. 6, а) совместно с индексом солнечной активности F10.7 и средними за освещенный период суток значениями критических частот в Тромсе и вбли- зи РВМ (рис. 6, б). Как видно из рисунка, с 50-го по 150-й день (между вертикальными ли- ниями на рис. 6) параметры ВЧ сигналов, ин- дексы солнечной активности и критические час- тоты демонстрируют сходные квазипериодичес- кие вариации. Построение взаимных спектров позволило уточнить период вариаций, который в среднем составил 27.8 сут. Данное значение соответствует периоду вращения Солнца вокруг своей оси. Это позволяет предположить, что ак- тивная область на Солнце, которая стала источ- Рис. 6. Вариации продолжительности “радиодня” на протяжении 2013 года на радиотрассах РВМ–НЧО (сплошная кривая) и РВМ–Тромсе (пунктирная кривая) (а); месячные изменения индекса солнечной активности F10.7 22 2(1 с. е. п 10 Вт /(м Гц))  (сплошная кривая), средних за освещенный период суток значений частоты foF2 ионосферного слоя F2 над РВМ (штрих-пунктирная кривая) и над Тромсе (пунктирная кривая) (б) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 275 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях ником рентгеновской вспышки в 74-й день года (см. рис. 7, в, г), продолжала существовать на протяжении нескольких “солнечных суток”. Ее излучение при каждом полном обороте Солн- ца вокруг оси модулировало индекс солнечной активности, критические частоты ионосферы и соответственно условия распространения ВЧ сиг- налов на контрольных радиолиниях. Для подтверждения этого предположения для первого полугодия 2013 года, когда вариации про- являлись наиболее явно, были рассчитаны коэф- фициенты корреляции между индексом F10.7, критическими частотами ионосферы и вариация- ми продолжительности “радиодня”. Для крити- ческой частоты, измеренной вблизи РВМ, коэф- фициент корреляции с индексом F10.7 составил 0.62, а для критической частоты, измеренной в Тромсе, – 0.61. Значения коэффициента корреля- ции индекса F10.7 с вариациями продолжитель- ности “радиодня” оказались того же порядка и составили 0.72 для НЧО и 0.60 для Тромсе. Та- ким образом, индекс продолжительности “радио- дня”, который сравнительно несложно рассчитать по параметрам пробных ВЧ сигналов на конт- рольных радиолиниях, проявил себя таким же эффективным индикатором вариаций спорадичес- кой солнечной активности, как и критические частоты ионосферы, мониторинг которых яв- ляется более сложной и затратной задачей. Анализ параметров ВЧ сигналов на конт- рольных радиолиниях позволяет изучать не толь- ко описанные выше “медленные” ионосферные возмущения с периодами в десятки дней, но и более быстрые процессы. Рис. 7 демонстрирует реакцию параметров ВЧ сигналов на возмуще- ния радиационного и корпускулярного потоков солнечной радиации. Из рисунка видно, что рен- тгеновская вспышка класса М1.1, продолжав- шаяся с 5:46 до 8:35 UT 15 марта 2013г., вызвала уменьшение продолжительности “радиодня” в обоих пунктах наблюдения. Наиболее явно эф- фект проявился на среднеширотной радиолинии. Для высокоширотной, более длинной, радиотрас- сы уменьшение интенсивности было менее зна- чимо. Как показывают данные спутниковых из- мерений [20], солнечная вспышка сопровожда- лась выбросом корональной массы, вызвавшим магнитную бурю класса G2 17–18 марта 2013 г. Рис. 7. Вариации интенсивности принятого ВЧ сигнала (сплошные линии) и фоновой интенсивности ВЧ сигнала (пунктирные линии) в НЧО (а) и в Тромсе (б), потока солнечного рентгеновского излучения в полосе 1 8 Å в НЧО (в) и в Тромсе (г), локальных геомагнитных K-индексов в НЧО (д) и в Тромсе (е) 15–18 марта 2013 г. 276 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский Как видно из рис. 7, интенсивность пробного ВЧ излучения отреагировала на это событие только на приполярной радиотрассе, в то время как на среднеширотной реакция отсутствовала. Это объясняется близостью трассы РВМ–Тромсе к овалу полярных сияний и проявлению эффектов высыпания энергичных частиц и роста аврораль- ного поглощения [19] во время магнитной бури. Приведенные примеры демонстрируют возмож- ность идентификации ионосферных возмущений разных типов без использования традиционных активных методов зондирования ионосферы. 5. Âûâîäû 1. Проанализированы годовые данные непрерыв- ных систематических наблюдений спектральных и энергетических характеристик пробных ВЧ ра- диосигналов на двух односкачковых радиолиниях в средних и высоких широтах. 2. Установлены суточно-сезонные зависимос- ти поведения интенсивности и доплеровского смещеня частоты сигналов, вызванные регуляр- ными изменениями освещенности контрольных радиотрасс. 3. Установлена эмпирическая связь времен “радиовосхода” и “радиозахода” с временем про- хождения солнечного терминатора на различных высотах для среднеширотной и приполярной ионосферы. 4. Введен индекс продолжительности “радио- дня”, характеризующий время распространения сигналов на рабочей частоте ниже максимально применимой. С его помощью обнаружена 27-днев- ная периодичность, связанная с вариацией сол- нечной активности, проявляющаяся также в по- ведении критических частот foF2 на контрольных радиолиниях. 5. Проанализированы вариации интенсивности сигналов во время мощной рентгеновской вспыш- ки на Солнце и последующей за ней магнит- ной бури, которая сопровождалась ионосферной бурей. Сопоставление информационных парамет- ров сигналов с независимыми данными измере- ний потока солнечного рентгеновского излучения и индекса магнитной активности показало их хо- рошее соответствие. 6. Продемонстрирована возможность диагно- стики и идентификации возмущений ионосферы с помощью систематического когерентного зон- дирования на односкачковых ВЧ радиолиниях с использованием излучения широковещательных радиостанций. Выполненные исследования носят эмпиричес- кий наблюдательный характер и, по мнению ав- торов, представляют интерес для последующего физического моделирования. Работа выполнена в рамках исследований по ве- домственным НИР НАН Украины “Ятаган-3” (номер госрегистрации 0116U000035) и “Віддзер- калення” (0118U100207), а также частично финан- сово поддержана конкурсными НИР “Шпицбер- ген-2018” (0118U000562) и “Гелиомакс-2018” (0118U100280). Авторы считают своим приятным долгом побла- годарить коллег из Арктического университета г. Тромсе (Норвегия) и сотрудников Низкочастотной обсерватории РИ НАН Украины за содействие в проведении непрерывных многолетних измерений ВЧ сигналов на контрольных радиолиниях. Мы при- знательны также коллегам из отдела радиофизики геокосмоса А. В. Зализовскому, С. Б. Кащееву, А. А. Сопину и А. С. Кащееву за помощь в обра- ботке данных и полезные обсуждения результатов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Bibl K. and Reinisch B. W. The Universal Digital Iono- sonde. Radio Sci. 1978. Vol. 13, No 3. P. 519–530. DOI: 10.1029/rs013i003p00519 02. Evans J. V. Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar. Proc. IEEE. 1969. Vol. 57, No. 4. P. 496–530. DOI: 10.1109/PROC.1969.7005 03. Колосков А. В., Ямпольский Ю. М., Зализовский А. В., Галушко В. Г., Кащеев А. С., Ла Хоз С., Брекке А., Бе- лей В. С., Ритвелд М. Т. Сеть Интернет-управляемых ВЧ приемников для ионосферных исследований. Радіо- фізика і радіоастрономія. 2014. T. 19, № 4. C. 324–335. DOI: 10.15407/rpra19.04.324 04. Zalizovski A. V., Galushko V. G., Kashcheev A. S., Ko- loskov A. V., Yampolski Yu. M., Egorov I. B., and Po- pov A. V. Doppler Selection of HF Radiosignals on Long Paths. Geomagn. Aeron. 2007. Vol. 47, No. 5. P. 636–646. DOI: 10.1134/S001679320705012X 05. Zalizovski A. V., Kascheev S. B., Yampolski Y. M., Ga- lushko V. G., Beley V. S., Isham B., Rietveld M. T., La Hoz C., Brekke A., Blagoveshchenskaya N. F., and Kornienko V. A. Self-scattering of a powerful HF radio wave on stimulated ionospheric turbulence. Radio Sci. 2009. Vol. 44, No 3. id. RS3010. DOI: 10.1029/2008RS004111 06. Najmi A., Milikh G., Yampolski Y. M., Koloskov A. V., Sopin A. A., Zalizovski A. V., Bernhardt P, Briczinski S., Siefring C., Chiang K., Morton Y., Taylor S., Mahmou- dian A., Bristow W., Ruohoniemi M., and Papadopou- los K. Studies of the ionospheric turbulence excited by the fourth gyroharmonic at HAARP. J. Geophys. Res. Space ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 277 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях Phys. 2015. Vol. 120, No. 8. P. 6646–6660. DOI: 10.1002/ 2015JA021341 07. Кащеев С. Б., Колосков А. В., Зализовский А. В., Га- лушко В. Г., Пикулик И. И., Ямпольский Ю. М., Кур- кин В. И., Литовкин Г. И., Орлов А. И., Петько П. В. Экспериментальные исследования спектральных ха- рактеристик КВ сигналов на дальних и сверхдальних трассах. Радіофізика і радіоастрономія. 2009. Т. 14, No. 1. С. 12–25. URL: http://rpra-journal.org.ua/index. php/ra/article/view/529 (дата обращения: 07.09.2018). 08. Кащеев С. Б., Зализовский А. В., Колосков А. В., Га- лушко В. Г., Пикулик И. И., Ямпольский Ю. М., Кур- кин В. И., Литовкин Г. И., Орлов А. И. Вариации час- тоты КВ сигналов на протяженных трассах во время солнечного затмения. Радіофізика і радіоастрономія. 2009. Т. 14, No. 4. C. 353–366. URL: http://rpra-journal. org.ua/index.php/ra/article/view/500 (дата обращения: 07.09.2018). 09. Зализовский А. В., Колосков А. В., Ямпольский Ю. М. Исследования в Антарктике частотно-временных харак- теристик ВЧ сигналов на сверхдальних радиолиниях, Український антарктичний журнал. 2015. No. 14. C. 124–137. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/uazh_2015_14_14 (дата обращения: 07.09.2018). 10. Эталонные сигналы частоты и времени. Характерис- тики и программы передач через радиостанции, те- левидение и сеть звукового вещания. Бюллетень. Под ред. Г. Т. Черенкова. Москва: Издательство стандар- тов, 1979. 27 c. 11. WR-G313i. WINRADIO by RADIXON. Last updated: 2018. URL: https://www.winradio.com/home/g313i.htm (дата об- ращения: 07.09.2018). 12. Galushko V. G. and Yampolski Yu. M. Ionospheric diag- nostics using wave field diffraction near the caustic. Radio Sci. 1996. Vol. 31, No. 5. P. 1109–1118. DOI: 10.1029/ 96RS01737 13. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. Мос- ква: Связь, 1972. 440 с. 14. Archive ionograms Tromsø 2003 -> today. Tromsø Geophysical Observatory. UiT, The Arctic University of Norway. Last updated: 30.01.2015. URL: http://geo.phys. uit.no/ionodata/ionosonde.html (дата обращения: 07.09.2018). 15. Moscow Digisonde DPS-4 #045. IZMIRAN. Last updated: 2006. URL: http://dps.izmiran.ru (дата обращения: 07.09.2018). 16. K-Indexes of geomagnetic activity. IRA NASU, Department of Radiophysics of Geospace. Last updated: 2018. URL: http://geospace.com.ua/en/data/metmag_ki.php (дата обращения: 07.09.2018). 17. Geomagnetic Data. Tromsø Geophysical Observatory. UiT, The Arctic University of Norway. Last updated: 16.04.2018. URL: http://flux.phys.uit.no/geomag.html (дата обращения: 07.09.2018). 18. Data Service. Space weather prediction center, National oceanic and atmospheric administration. Last updated: 2018. URL: ftp://ftp.swpc.noaa.gov/pub/warehouse/2013/ (дата обращения: 07.09.2018). 19. Hunsucker R. D and Hargreaves J. K. The High-Latitude Ionosphere and its Effects on Radio Propagation. Cam- bridge: Cambridge University Press, 2002. DOI: 10.1017/ CBO9780511535758 20. Solar Storm Near Earth Caused by March 15, 2013 Fast CME. Goddard Media Studios. Last updated: 18.03.2018. URL: https://svs.gsfc.nasa.gov/11225 (дата обращения: 07.09.2018). REFERENCES 01. BIBL, K. and REINISCH, B. W., 1978. The Universal Digital Ionosonde. Radio Sci. vol. 13, no. 3, pp. 519–530. DOI: 10.1029/rs013i003p00519 02. EVANS, J. V., 1969. Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar. Proc. IEEE. vol. 57, no. 4, pp. 496–530. DOI: 10.1109/PROC.1969.7005 03. KOLOSKOV, A. V., YAMPOLSKI, Y. M., ZALIZOVS- KY, A. V., GALUSHKO, V. G., KASHCHEYEV, A. C., LA HOZ, C., BREKKE, A., BELYEY, V. S. and RIET- VELD, M. T., 2014. Network of internet-controlled HF receivers for ionospheric researches. Radio Phys. Radio Astron. vol. 19, no. 4, pp. 324–335. (in Russian). DOI: 10.15407/rpra19.04.324 04. ZALIZOVSKI, A. V., GALUSHKO, V. G., KASH- CHEEV, A. S., KOLOSKOV, A. V., YAMPOLSKI, Y. M., EGOROV, I. B. and POPOV, A. V., 2007. Doppler Selec- tion of HF Radiosignals on Long Paths. Geomagn. Aeron. vol. 47, no. 5, pp. 636–646. DOI: 10.1134/S001679320705012X 05. ZALIZOVSKI, A. V., KASCHEEV, S. B., YAMPOLS- KI, Y. M., GALUSHKO, V. G., BELEY, V. S., ISHAM, B., RIETVELD, M. T., LA HOZ, C., BREKKE, A., BLAGOVESHCHENSKAYA, N. F. and KORNIEN- KO, V. A., 2009. Self-scattering of a powerful HF radio wave on stimulated ionospheric turbulence. Radio Sci. vol. 44, no. 3, id. RS3010. DOI: 10.1029/2008RS004111 06. NAJMI, A., MILIKH, G., YAMPOLSKI, Y. M., KO- LOSKOV, A. V., SOPIN, A. A., ZALIZOVSKI, A. V., BERNHARDT, P., BRICZINSKI, S., SIEFRING, C., CHIANG, K., MORTON, Y., TAYLOR, S., MAHMOU- DIAN, A., BRISTOW, W., RUOHONIEMI, M. and PAPA- DOPOULOS, K., 2015. Studies of the ionospheric turbu- lence excited by the fourth gyroharmonic at HAARP. J. Geophys. Res. Space Phys. vol. 120, no. 8, pp. 6646–6660. DOI: 10.1002/2015JA021341 07. KASCHEEV, S. B., KOLOSKOV, A. V., ZALIZOVS- KI, A. V., GALUSHKO, V. G., PIKULIK, I. I., YAM- POLSKI, Y. M., KURKIN, V. I., LITOVKIN, G. I., OR- LOV, A. I. and PETKO, P. V., 2009. Experimental Inves- tigation of Spectral Characteristics of HF Signals at Long and Ultra-Long-Range Radio Paths. Radio Phys. Radio Astron. [online]. vol. 14, no. 1, pp. 12–25. (in Russian). [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://rpra-journal. org.ua/index.php/ra/article/view/529 08. KASCHEEV, S. B., ZALIZOVSKI, A. V., KOLOS- KOV, A. V., GALUSHKO, V. G., PIKULIK, I. I., YAM- POLSKI, Y. M., KURKIN, V. I., LITOVKIN, G. I. and ORLOV, A. I., 2009. Frequency Variations of HF Signals at Long-Range Radio Paths during a Solar Eclipse. Radio Phys. Radio Astron. [online]. vol. 4, no. 4, pp. 353–366 (in Russian). [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/500 09. ZALIZOVSKI, A. V., KOLOSKOV, A. V. and YAMPOLS- KI, Y. M., 2015. Studying in Antarctica the time-frequen- cy characteristics of HF signals at the long radio paths. Ukrainian Antarctic Journal [online]. no. 14, pp. 124–137. 278 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 А. И. Резниченко, А. В. Колосков, Ю. М. Ямпольский (in Russian). [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/uazh_2015_14_14 10. CHERENKOV, G. T., ed. 1979. Standard frequency and time signals. Characteristics and schedule of transmittings through radio stations, television and sound broadcast net- work. The Bulletin. Moscow, USSR: Standards Publishing House. (in Russian). 11. WINRADIO by RADIXON, 2018. WR-G313i [online]. [viewed 07.09.2018]. Available from: https://www.winradio. com/home/g313i.htm 12. GALUSHKO, V. G. and YAMPOLSKI, YU. M., 1996. Ionospheric diagnostics using wave field diffraction near the caustic. Radio Sci. vol. 31, no. 5, pp. 1109–1118. DOI: 10.1029/96RS01737 13. DOLUKHANOV, M. P., 1972. Propagation of radio waves. Moscow, USSR: Svyaz Publ. (in Russian). 14. TROMSØ GEOPHYSICAL OBSERVATORY, UIT, THE ARCTIC UNIVERSITY OF NORWAY, 2015. Archive iono- grams Tromsø 2003 -> today [online]. [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://geo.phys.uit.no/iono-data/ionosonde.html 15. IZMIRAN, 2006. Moscow Digisonde DPS-4 #045 [online]. [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://dps.izmiran.ru/ 16. IRA NASU, DEPARTMENT OF RADIOPHYSICS OF GEOSPACE, 2018. K-Indexes of geomagnetic activity [online]. [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://geospace. com.ua/en/data/metmag_ki.php 17. TROMSØ GEOPHYSICAL OBSERVATORY, UIT, THE ARCTIC UNIVERSITY OF NORWAY, 2018. Geomag- netic Data [online]. [viewed: 07.09.2018]. Available from: http://flux.phys.uit.no/geomag.html 18. SPACE WEATHER PREDICTION CENTER, NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION, 2018. Data Service [online]. [viewed: 07.09.2018]. Availa- ble from: ftp://ftp.swpc.noaa.gov/pub/warehouse/2013/ 19. HUNSUCKER, R. D. and HARGREAVES, J. K., 2002. The High-Latitude Ionosphere and its Effects on Radio Pro- pagation. Cambridge: Cambridge University Press. DOI: 10.1017/CBO9780511535758 20. GODDARD MEDIA STUDIOS, 2013. Solar Storm Near Earth Caused by March 15, 2013 Fast CME [online]. [viewed: 07.09.2018]. Available from: https://svs. gsfc.nasa.gov/11225 A. I. Reznychenko 1, 2, A. V. Koloskov 2,3, and Y. M. Yampolski 2 1 National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, 2, Kyrpychov St., 61002, Kharkiv, Ukraine 2 Institute of Radio Astronomy, National Academy of Sciences of Ukraine, 4, Mystetstv St., Kharkiv, 61002, Ukraine 3 National Antarctic Scientific Center of Ukraine, MES of Ukraine, 16, bul. T. Shevchenko, Kyiv, 01601, Ukraine MONITORING OF REGULAR AND SPORADIC IONOSPHERIC VARIATIONS ON THE SINGLE-HOP HF RADIO PATHS Purpose: Diagnostics of regular and sporadic ionospheric variations using coherent systematic monitoring of spectral characteristics of the probe HF signals on the inclined single- hop radio paths. Design/methodology/approach: Two HF receiving stations located at the Low Frequency Observatory of the Institute of Radio Astronomy, National Academy of Sciences of Ukraine, (Martove, Kharkiv region) and in Tromsø (Norway) were recor- ding the signals at 9.996 MHz radiated by the radio station of the Exact Time and Frequency Service during the entire year of 2013. We estimated variations of the intensity and Doppler frequency shift (DFS) of the probe radiation derived from the power spectra recorded in the both observation points. The time series of these characteristics of the signals were compared with the independent estimates of the critical frequencies of the F2 ionospheric layer, as well as with indices of solar and magnetic activity. The correla- tion relationship between the time series were found. Findings: Systematic coherent measurements of spectral charac- teristics of the probe HF signals on two single-hop radio paths (high- and mid-latitude) have been made. The regular (background) variations of the diurnal dependences of intensities and DFS, caused by changes under the illumination conditions of the examined ra- dio paths during the full annual cycle of observations, have been investigated. An empirical dependence between the moments of characteristic changes in DFS, “radio-sunrise” and “radio-sunset” with the solar terminator passage at various altitudes in the mid- latitude and polar ionosphere was determined. Polar day condi- tions and growth of absorption in the midday and afternoon play the determining role for the high-latitude radio path in summer. An index characterizing the time interval when the signals propa- gate below the maximum usable frequency (the duration of the “radio-day”) is proposed. For the disturbed ionospheric condi- tions, the 27-day variations in the “radio-day” duration and the behavior of the critical frequencies of the F2 ionospheric layer are detected. The periodicity of these variations and their synchro- nism with the F10.7 index of solar activity can be explained by multiple influence on the ionosphere of a long-lived active region in the chromosphere during the rotation of the Sun around its own axis. The availability of using the data of HF monitoring for diagnostics of the sporadic ionospheric disturbances was demon- strated on the example of data analysis during a powerful X-ray flare on the Sun and subsequent magnetic storm. Conclusions: The developed methods of the analysis of the data of ionospheric sounding by non-specific HF signals can be used for diagnostics and identification of ionospheric disturbances. Key words: ionosphere, solar terminator, radio path, solar acti- vity, magnetic storm А. І. Резниченко 1, 2, О. В. Колосков 2, 3, Ю. М. Ямпольський 2 1 Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, вул. Кирпичова, 2, м. Харків, 61002, Україна 2 Радіоастрономічний інститут НАН України, вул. Мистецтв, 4, м. Харків, 61002, Україна 3 Національний антарктичний науковий центр МОН України, бул. Т. Шевченка, 16, м. Київ, 01601, Україна МОНІТОРИНГ РЕГУЛЯРНИХ І СПОРАДИЧНИХ ІОНОСФЕРНИХ ВАРІАЦІЙ НА ОДНОСКАЧКОВИХ ВЧ РАДІОЛІНІЯХ Предмет і мета роботи: Діагностика регулярних і спора- дичних іоносферних варіацій з використанням систематично- ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 279 Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях го когерентного моніторингу спектральних характеристик пробних ВЧ сигналів на похилих односкачкових радіолініях. Методи і методологія: Реєстрація сигналів станції Служби точного часу та частоти виконувалася на частоті 9.996 МГц впродовж повного 2013 року в двох приймальних пунктах – в Низькочастотній обсерваторії Радіоастрономічного інсти- туту НАН України (с. Мартове, Харківської області) та в м. Тромсе (Норвегія). Реєструвалися енергетичні спектри, за якими оцінювалися варіації інтенсивності та доплерівсь- кого зміщення частоти (ДЗЧ) пробного випромінювання. Часові ряди інформаційних характеристик сигналів співстав- лялися з незалежними оцінками критичних частот іоносфер- ного шару F2, а також з індексами сонячної та магнітної ак- тивності. Встановлено їх кореляційний зв’язок. Результати: Виконано систематичні когерентні вимірюван- ня варіацій спектральних характеристик пробних ВЧ сигналів на двох односкачкових радіолініях (високо- і середньоши- ротній). Протягом повного річного циклу спостережень дос- ліджено регулярні (фонові) варіації добових залежностей інтенсивностей і ДЗЧ пробних сигналів, викликані зміною умов освітленості контрольних радіотрас. Встановлено емпі- ричну залежність часу характерних змін ДЗЧ і моментів “радіосходу” і “радіозаходу” з проходженням сонячного тер- мінатора на різних висотах средньоширотної та приполярної іоносфери. Для високоширотної радіотраси влітку визна- чальну роль відіграють умови полярного дня і зростання поглинання в полуденний та післяполуденний час. Введено індекс, що характеризує час поширення сигналів на частоті нижче за максимально застосовну (тривалість “радіодня”). Для збурених іоносферних умов виявлені 27-денні варіації тривалості “радіодня” і поведінки критичних частот іоно- сферного шару F2. Періодичність цих варіацій і їх синхронізм з індексом сонячної активності F10.7 можливо пояснити багаторазовим впливом на іоносферу активної області з три- валим часом життя в хромосфері впродовж обертання Сон- ця навколо своєї осі. Можливість використання даних ВЧ моніторингу для діагностики спорадичних іоносферних збу- рень продемонстровано на прикладі потужного рентгенівсь- кого спалаху на Сонці та магнітної бурі, що сталася після нього. Висновок: Розроблені методики аналізу даних зондування іоносфери ВЧ сигналами неспеціального типу можуть бути застосовані для діагностики та ідентифікації іоносферних збу- рень. Ключові слова: іоносфера, сонячний термінатор, радіотраса, сонячна активність, магнітна буря Статья поступила в редакцию 25.09.2018

Мониторинг регулярных и спорадических ионосферных вариаций на односкачковых ВЧ радиолиниях

Репозитарії

Схожі ресурси