Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.

Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния за динамическими процессами на высотах вблизи максимума ионизации области F и во внешней ионосфере, вызванными частным (с максимальным покрытием диаметра диска Солнца около 0.78) солнечным затмением 4 января 2011 г. вблизи г....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Домнин, И.Ф., Емельянов, Л.Я., Черногор, Л.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2012
Schriftenreihe:	Радиофизика и радиоастрономия
Schlagworte:	Радиофизика геокосмоса
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99804
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 2. — С. 132-145. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99804
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-998042016-05-04T03:02:06Z Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния за динамическими процессами на высотах вблизи максимума ионизации области F и во внешней ионосфере, вызванными частным (с максимальным покрытием диаметра диска Солнца около 0.78) солнечным затмением 4 января 2011 г. вблизи г. Харькова. Показано, что затмение вызывало процессы перестройки ионосферы, подобные наступлению кратковременной ночи. Эксперимент был проведен зимой в условиях низкой солнечной активности. Наведено результати спостережень за допомогою радара некогерентного розсіяння за динамічними процесами на висотах поблизу максимуму іонізації області F і в зовнішній іоносфері, викликаними частковим (з максимальним покриттям діаметра диска Сонця близько 0.78) сонячним затемненням 4 січня 2011 р. поблизу м. Харкова. Показано, що затемнення викликало процеси перебудови іоносфери, подібні настанню короткочасної ночі. Експеримент виконано взимку за умов низької сонячної активності. The results of incoherent scatter radar observations of dynamic processes at altitudes close to the F-region maximum and in the topside ionosphere, which were caused by the partial (about 0.78 magnitude) solar eclipse on January 4, 2011 near Kharkiv, are presented. It is shown that the eclipse caused ionosphere restructuring processes which are similar to a short-term nightfall. The experiment has been carried out in winter under low solar activity conditions. 2012 Article Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 2. — С. 132-145. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99804 520.86:550.385.37: 550.388 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 Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Черногор, Л.Ф. Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. Радиофизика и радиоастрономия
description	Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния за динамическими процессами на высотах вблизи максимума ионизации области F и во внешней ионосфере, вызванными частным (с максимальным покрытием диаметра диска Солнца около 0.78) солнечным затмением 4 января 2011 г. вблизи г. Харькова. Показано, что затмение вызывало процессы перестройки ионосферы, подобные наступлению кратковременной ночи. Эксперимент был проведен зимой в условиях низкой солнечной активности.
format	Article
author	Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Черногор, Л.Ф.
author_facet	Домнин, И.Ф. Емельянов, Л.Я. Черногор, Л.Ф.
author_sort	Домнин, И.Ф.
title	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
title_short	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
title_full	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
title_fullStr	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
title_full_unstemmed	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
title_sort	динамика ионосферной плазмы над харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99804
citation_txt	Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. / И.Ф. Домнин, Л.Я. Емельянов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 2. — С. 132-145. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT domninif dinamikaionosfernojplazmynadharʹkovomvovremâsolnečnogozatmeniâ4ânvarâ2011g AT emelʹânovlâ dinamikaionosfernojplazmynadharʹkovomvovremâsolnečnogozatmeniâ4ânvarâ2011g AT černogorlf dinamikaionosfernojplazmynadharʹkovomvovremâsolnečnogozatmeniâ4ânvarâ2011g
first_indexed	2025-07-07T09:56:42Z
last_indexed	2025-07-07T09:56:42Z
_version_	1836981633194917888
fulltext	132 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 Радиофизика и радиоастрономия. 2012, Т. 17, № 2, c. 132–145 И. Ф. ДОМНИН1, Л. Я. ЕМЕЛЬЯНОВ1, Л. Ф. ЧЕРНОГОР1, 2 1Институт ионосферы НАН и МОНМС Украины, ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: Leonid.Ya.Emelyanov@gmail.com 2Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua ÄÈÍÀÌÈÊÀ ÈÎÍÎÑÔÅÐÍÎÉ ÏËÀÇÌÛ ÍÀÄ ÕÀÐÜÊÎÂÎÌ ÂÎ ÂÐÅÌß ÑÎËÍÅ×ÍÎÃÎ ÇÀÒÌÅÍÈß 4 ßÍÂÀÐß 2011 Ã. Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния за динамическими процессами на высотах вблизи максимума ионизации области F и во внешней ионосфере, вызванными частным (с максимальным покрытием диаметра диска Солнца около 0.78) солнечным затмением 4 января 2011 г. вблизи г. Харькова. Показано, что затмение вызывало процессы перестройки ионосферы, подобные наступлению кратковременной ночи. Экспери- мент был проведен зимой в условиях низкой солнечной активности. Ключевые слова: солнечное затмение, метод некогерентного рассеяния радиоволн, корреляционная функция, геокосмичес- кая плазма, динамические процессы, скорость движения УДК 520.86:550.385.37: 550.388 © И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор, 2012 1. Ââåäåíèå Изучение динамических процессов в геокосмичес- кой плазме является одной из важных задач космической радиофизики и геофизики. Эти про- цессы в значительной степени определяют струк- туру области F ионосферы, существенно влияют на параметры ионосферного канала распростра- нения радиоволн и, как следствие, на функциони- рование систем радиосвязи, радиолокации, радио- навигации, радиотелеметрии и т. д. Качественно новое понимание наблюдаемых процессов во всех геосферах и в околоземной космической среде в частности, а также пост- роение физико-математических моделей этих процессов невозможно без представлений о том, что Земля – атмосфера – ионосфера – магнито- сфера (ЗАИМ) является единой системой [1–3]. Существенно, что эта система – открытая ди- намическая и нелинейная. Между указанными подсистемами существуют прямые и обратные, положительные и отрицательные связи. Воздей- ствие на систему ЗАИМ высокоэнергетических источников различной физической природы при- водит к перестройке характера взаимодействия подсистем. Солнечное затмение (СЗ) также является вы- сокоэнергетическим источником. Оно приводит к существенному возмущению околоземной сре- ды и изменению взаимодействий между подсис- темами. Исследованию реакции ионосферы на воздей- ствия СЗ посвящено значительное количество работ. К ним относятся, например, [4–6]. В этих работах использовались методы наблюдений, дающие ограниченный объем информации о про- цессах, вызванных СЗ. Более полную информа- цию в широком диапазоне высот получают при помощи радиофизического метода некогерентно- го рассеяния (НР) радиоволн [7–16]. Этот метод позволяет получить наиболее полные сведения о параметрах плазмы и ее движении, а значит, открывает возможности в изучении динамичес- ких процессов и взаимодействия подсистем в сис- теме ЗАИМ, и, в частности, взаимодействия между ионосферой и плазмосферой. Изучение вариаций скорости движения и дру- гих параметров ионосферной плазмы во время относительно редкого природного явления – СЗ – является важной и актуальной задачей, позво- ляющей усовершенствовать региональные моде- ли ионосферы. Эксперимент по исследованию воздействия СЗ на ионосферу 4 января 2011 г. был проведен в условиях низкой солнечной активности, т. е. при пониженных значениях концентрации элект- ронов (и, как следствие, отношения сигнал/шум), а также характерно малой для зимы толщины области F. Цель настоящей работы – изложение методи- ки измерения вертикальной составляющей ско- рости движения ионосферной плазмы и представ- ление результатов наблюдения за динамикой плаз- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 133 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. мы в области F ионосферы в период частного СЗ вблизи г. Харькова 4 января 2011 г. в условиях низкой солнечной активности. Для сопоставления приводятся результаты наблюдения в контрольные дни 22 декабря 2010 г. и 5 января 2011 г. 2. Îáùèå ñâåäåíèÿ î ñîëíå÷íîì çàòìåíèè В месте проведения измерений (вблизи г. Харь- кова) СЗ началось в 07:29:39, а закончилось в 10:28:36, главная фаза имела место в 08:58:30 (здесь и далее время UT). Покрытие диаметра диска Солнца достигало 0.781. При этом макси- мальная затененная площадь диска составляла около 70.8 %. 3. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû Анализ состояния космической погоды про- водился по временным вариациям плотности, скорости, температуры и давления солнечного ветра, -yB и zB -компоненты межпланетного маг- нитного поля, а также индексов магнитной актив- ности ( ,pA pK и ).stD С 1 по 5 января значения плотности, скорости, температуры и давления солнечного ветра не пре- вышали соответственно 7 31.5 10 м ,−⋅ 420 км/с, 51.3 10 К⋅ и 4 нПа. Компонента межпланетного магнитного поля zB изменялась в пределах 6± нТл. Малосущественными были флуктуации уровня ком- поненты yB (около 6± нТл). Затмению предше- ствовало незначительное магнитное возмущение (ин- декс pK изменялся от 0 до 3). Значения индекса stD изменялись в пределах (10 15)± ÷ нТл. Индекс магнитной активности в день СЗ 4 января 4,pA = а в контрольный день 5 января 2.pA = День 22 декабря 2010 г., также выбранный в качестве контрольного дня, был исключитель- но спокойным. Значения плотности, скорости, температуры и давления солнечного ветра не пре- вышали соответственно 6 33 10 м ,−⋅ 340 км/с, 43 10 К⋅ и 0.4 нПа. Компонента zB варьирова- лась в пределах ~ (1 2)÷ нТл. Индекс stD изме- нялся от ~ 2 до ~10 нТл. Значения индекса pK равнялись 0 и 0 .+ Индекс 0.pA = Таким образом, день СЗ 4 января 2011 г. и кон- трольные дни были спокойными. Это обстоя- тельство облегчало выделение возмущений, свя- занных с затмением. Индекс солнечной активности 10.7F 22 де- кабря, 4 и 5 января составлял 78, 91 и 88 соот- ветственно. 4. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Радар НР. Радар расположен в Ионосферной об- серватории Института ионосферы (49 36′° c. ш., 36 18′° в. д.). Основные параметры радара сле- дующие: несущая частота – около 158 МГц, диа- метр зенитной параболической антенны – 100 м, эффективная площадь антенны – около 3700 м2, коэффициент усиления антенны – около 410 , ширина основного лепестка диаграммы нап- равленности около 1 ,° импульсная и средняя мощности радиопередающего устройства равны 2 МВт и 100 кВт соответственно, частота сле- дования зондирующих радиоимпульсов состав- ляет 24.4 Гц. Шумовая температура радиоприем- ного устройства (РПрУ) равна 120 К, а полоса пропускания наиболее узкополосного тракта РПрУ – фильтра нижних частот – составляет 5.5 9.5÷ кГц. Эффективная шумовая температу- ра системы 470 980÷ К. Погрешность определения параметров ионос- феры (концентрации электронов, температур ионов и электронов) обычно не превышает 5 10 %÷ в дневное время и 15 30 %÷ в ночное время. В измерениях зондирование ионосферы осу- ществлялось составным радиоимпульсным двух- частотным сигналом, один из элементов кото- рого имел длительность 650 мкс и несущую частоту 0 158f = МГц, а второй – длительность 130 мкс и частоту 1 (158 0.1)f = + МГц. В РПрУ производилась частотная селекция некогерент- но рассеянных эхо-сигналов и выделение квад- ратурных сигналов для каждого из элементов с помощью синхронного детектирования . Для выделения эхо-сигналов от первого элемен- та использовались фильтры нижних частот с ши- риной полосы пропускания по половинной мощности 9.5FΔ = кГц, наиболее приемлемые для измерения ионосферных параметров внеш- ней ионосферы при наличии в ее составе легких ионов. Для выделения сигналов от второго эле- мента (с несущей частотой 1)f использовались фильтры с полосой пропускания 6.0FΔ = кГц, достаточной для приема без искажения спектра НР сигнала нижней части области F ионосферы. В результате приема и обработки рассеянного 134 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор ионосферой сигнала от первого элемента оп- ределялись электронная концентрация ,eN тем- пературы ионов iT и электронов ,eT вертикаль- ная составляющая скорости движения плазмы zV и ионный состав для ряда значений высот вблизи высоты максимума ионизации и выше с разрешением по высоте около 120 км. Отклик от второго элемента использовался для опреде- ления высотного профиля мощности НР сигнала в диапазоне высот 100 550÷ км с разрешением по высоте 20 км. Ионозонд. Ионозонд “БАЗИС” предназначен для общего контроля состояния ионосферы и калибровки мощности НР сигнала при опреде- лении электронной концентрации методом НР. Ионозонд расположен в Ионосферной обсервато- рии рядом с радаром НР. Основные параметры ионозонда следующие: импульсная мощность – 15 кВт, длительность радиоимпульсов – 100 мкс, диапазон частот – 0.3 20÷ МГц, диапазон иссле- дуемых высот – 100 400÷ км. Погрешность определения критической часто- ты слоя F2 не хуже 0.05 МГц. Определение скорости движения плазмы совместно с другими ионосферными парамет- рами. Вертикальная составляющая скорости движения ионосферной плазмы zV определяется одновременно для ряда высот ионосферы по из- меренным квадратурным составляющим комп- лексной корреляционной функции (КФ) НР сигна- ла согласно алгоритму [15, 17] Im 2 1 Re 2 2 1 ( , ) arctg ( , ) ( , ) ( ) , 4 ( , ) n j k j k k k j k z j n j k k k r t r t r t V h r t = = ⎧ ⎫⎡ ⎤τ⎪ ⎪ τ τ⎢ ⎥⎨ ⎬τ⎢ ⎥λ ⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭= − π τ τ ∑ ∑ (1) где λ – длина волны радара; n – количество ис- пользуемых значений КФ с различными сдвига- ми ;kτ Im ( , )j kr t τ и Re ( , )j kr t τ – квадратурные со- ставляющие нормированной КФ для времени за- держки сигнала ,jt соответствующей высоте ,jh 2;j jh ct= ,k kτ = Δτ k – номер дискретного значения аргумента, Δτ – шаг сдвига сигналов при расчете КФ; 2 2 2 Re Im( , ) ( , ) ( , ).j k j k j kr t r t r tτ = τ + τ В описываемых измерениях 61Δτ = мкс, 1 9.k = ÷ Отметим, что в выражении (1) величины Im ( , )j kr t τ и Re ( , )j kr t τ – оценки коэффициентов корреляции, получаемые в результате обработки случайных сигналов. Алгоритм (1) предполагает учет веса значений огибающей КФ сигнала ( , )j kr t τ и величины сдвига kτ (дискретного зна- чения аргумента). Одновременно со скоростью движения плаз- мы определяются другие параметры ионо- сферы. Температуры ионов ( )i jT h и электронов ( ),e jT h а также относительные концентрации ионов находятся по огибающей КФ НР сигнала ( , )j kr t τ путем сравнения ее с библиотекой теоретических КФ по методу наименьших квад- ратов. Электронная концентрация eN опреде- ляется следующим образом [18]. Вычисляется нормированный к максимуму высотный профиль { }2( ) ( ) 1 ( ) ( ) ,e j norm j j e j i j norm N h q h h T h T h⎡ ⎤= +⎣ ⎦ где ( )jq h – отношение мощности сигнала, рассеянно- го на высотном интервале, соответствующем дли- тельности зондирующего сигнала, с центром ,jh к мощности шума. Абсолютные значения ( )e jN h (в метрах в минус третьей степени) определяют- ся путем привязки нормированного профиля ( )e j normN h в максимуме к измеренному ионозон- дом значению критической частоты F2of (в ме- гагерцах): 10 2( ) 1.24 10 ( ) ( F2) .e j e j norm oN h N h f= ⋅ Для вычисления квадратурных составляющих КФ используются измеренные взаимные и авто- корреляционные функции НР сигналов, выделен- ных двумя квадратурными каналами РПрУ с помощью синхронного детектирования. Первичная обработка в реальном масштабе времени включает в себя оценку мощности, авто- и взаимнокорреляционных функций выходных сигналов (смеси сигнала и шума) 1-го и 2-го квад- ратурных каналов приемника (входных сигналов коррелятора): 1 1 1, 1, 1 1( ) ( ,0) ( ) ( ), N sn j sn j i j i j i P t R t u t u t N = = = ∑ 2 2 2, 2, 1 1( ) ( ,0) ( ) ( ); N sn j sn j i j i j i P t R t u t u t N = = = ∑ 1 1, 1, 1 1( , ) ( ) ( ), N sn j k i j i j k i R t u t u t N = τ = + τ∑ 2 2, 2, 1 1( , ) ( ) ( ); N sn j k i j i j k i R t u t u t N = τ = + τ∑ ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 135 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. 12 1, 2, 1 1( , ) ( ) ( ), N sn j k i j i j k i R t u t u t N = τ = + τ∑ 21 2, 1, 1 1( , ) ( ) ( ); N sn j k i j i j k i R t u t u t N = τ = + τ∑ где ( )u t – мгновенные значения напряжений выходного сигнала приемника; N – количество не- зависимых выборок, используемых для расчета каждого отдельного значения КФ с аргументом ;kτ i – номер выборки (номер радиолокацион- ной развертки). Индексы 1 и 2 обозначают канал приемника, s и n – сигнал и шум. Квадратурные составляющие КФ выходного сигнала приемника (смеси сигнала и шума) вы- ражаются формулами: 1 2 Re ( , ) ( , ) ( , ) , 2 sn j k sn j k sn j k R t R t R t τ + τ τ = 12 21 Im ( , ) ( , ) ( , ) . 2 sn j k sn j k sn j k R t R t R t τ − τ τ = В частном случае, когда определяется 12 ( , )sn j kR t τ или 21 ( , ),sn j kR t τ принимается во вни- мание, что 12 21( , ) ( , ),sn j k sn j kR t R tτ ≈ − τ и исполь- зуется следующее приближенное соотношение: Im 12 21( , ) ( , ) ( , ).sn j k sn j k sn j kR t R t R tτ ≈ τ ≈ − τ Дальнейшая обработка включает в себя опреде- ление значений мощности и КФ НР сигнала для каждого дискретного времени запаздывания ,jt соответствующего высоте ,jh при фиксированных задержках kτ в виде разности оценок статисти- ческого параметра смеси сигнала и шума и соот- ветствующего параметра шума, усредненного по ряду замеров в конце радиолокационной развер- тки, где уровень НР сигнала пренебрежимо мал: 1 1 1( ) ( ) ,j sn j nP t P t P= − 2 2 2( ) ( ) ,j sn j nP t P t P= − 1 2( ) ( ) ( ) ; 2 j j j P t P t P t + = Re Re Re( , ) ( , ) ( , ),j k sn j k n j kR t R t R tτ = τ − τ Im Im Im( , ) ( , ) ( , ).j k sn j k n j kR t R t R tτ = τ − τ Далее производится коррекция результатов обработки и нормировка КФ: Re Re Re ( , ) ( , ) ( , ) , ( ) j k j k j k j R t r h r t P t τ τ = τ = (2) Im Im Im ( , ) ( , ) ( , ) . ( ) j k j k j k j R t r h r t P t τ τ = τ = (3) Из (1) – (3) следует, что zV можно вычислять независимо от определения других параметров ионосферы, используя ненормированные квадра- турные составляющие КФ. В результате первичной обработки в реальном масштабе времени для каждой высоты jh опре- деляются базовые оценки статистических харак- теристик НР сигнала при временном накоплении, равном 1 мин, а также высотные профили сече- ния рассеяния (в относительных единицах), ,iT ,eT zV для текущего контроля 1-минутных сеан- сов измерений. Вторичная обработка включает в себя отбра- ковку данных, подверженных искажениям поме- хами, усреднение статистических характеристик НР сигнала по высоте (с учетом трапецеидаль- ного усреднения КФ НР сигнала, описанного в [19]) и по времени, коррекцию результатов из- мерений с учетом характеристик радара, норми- рование КФ и, наконец, вычисление скорости zV согласно выражению (1) и других параметров ионосферы. При обработке данных измерений предвари- тельно осуществляется селекция мощных им- пульсных помех. Наиболее часто такие помехи вызваны отражением зондирующего сигнала от космических аппаратов, космического мусо- ра, метеороидов и т. п. Селекция такой помехи не представляет особой сложности, поскольку она легко проявляется на фоне шума из-за своей большой интенсивности при отражении от то- чечной цели (в отличие от слабого НР сигнала), ее длительность, равная длительности зонди- рующего радиосигнала, и КФ (спектр) извест- ны, а продолжительность не превышает несколь- ких секунд. Сложнее обстоит дело с помехами радиолока- ционных станций, но в настоящее время они про- являются относительно редко. С другой сторо- ны, такие помехи не синхронны с периодом посы- лок и присутствуют на всем протяжении радио- локационной развертки (т. е. как на участках, по которым определяются параметры смеси 136 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор НР сигнала и шума, так и на участках, по кото- рым определяются параметры шума). Поэтому при используемом алгоритме обработки погреш- ность определения zV и других параметров ионо- сферы, вызванная помехами радиолокационных станций, значительно ниже случайной погреш- ности, обусловленной наличием шумов. Таким образом, при обработке анализирова- лись данные (мощности и КФ сигналов) на всех участках радиолокационной развертки для каж- дого 1-минутного сеанса измерений. Данные, искаженные помехой, исключались и не участво- вали в дальнейшем усреднении по нескольким сеансам. Оптимальный интервал усреднения данных по времени для определения zV устанавливается в зависимости от условий измерений (гелиогео- физической обстановки, уровня помех) и на осно- ве опыта обычно выбирается равным 15 мин. При необходимости в дальнейшем осуществ- ляется дополнительное сглаживание данных 15-минутных сеансов скользящим окном (для zV при средней и низкой солнечной активности) шириной 45, 75 или 105 мин. В качестве примера на рис. 1 приведены квад- ратурные составляющие Re ( )r τ и Im ( )r τ норми- рованной КФ НР сигнала, принятого с высоты 363 км (рис. 1, а) и 253 км (рис. 1, б), до начала, в момент главной фазы и после окончания СЗ 4 января и в те же часы в контрольный день 5 ян- варя 2011 г, полученные при 15-минутном накоп- лении. Отметим, что для наглядности из-за ма- лости Im ( )r τ масштабы осей ординат для Re ( )r τ и Im ( )r τ на рис. 1 отличаются в 10 раз. Видно, что действительная составляющая КФ Re ( ),r τ ха- рактеризующая главным образом температуры iT и ,eT а также ионный состав, имеет незначи- тельно различающиеся значения в момент глав- ной фазы СЗ и моменты до и после затмения (в равной степени для обеих высот). В конт- рольный день в эти же часы подобные отличия не наблюдались. Мнимая составляющая Im ( )r τ КФ НР сигнала, принятого с большей высоты (363 км) претерпела значительные (см. рис. 1, а) изменения во время СЗ 4 января, а Im ( )r τ сигна- ла, принятого с высоты 253 км, а также с обеих высот в контрольный день, изменилась несу- щественно (см. рис. 1, а и б). Среднеквадратическая погрешность Vσ изме- рения скорости zV зависит главным образом от отношения сигнал/шум q и временного интервала накопления данных. При 15-минутном накопле- нии она составляет от 2 м/с (для высот вблизи максимума ионизации) до 20 м/с при отношении сигнал/шум около 0.2. При min 0.1q q< = оценка zV становится нецелесообразной. 5. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé Вариации вертикальной составляющей скоро- сти переноса плазмы. На рис. 2 приведены вре- менные вариации вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы zV в день затмения 4 января и в контрольные дни 5 января 2011 г. и 22 декабря 2010 г. Показаны также доверительные интервалы ( ).V±σ Отрицательным значениям zV соответствует нисходящее дви- жение плазмы. Видно, что погрешности мини- мальны на высотах 198 и 253 км, близких к высо- те максимума ионизации. С увеличением высоты случайная погрешность возрастает в связи со сни- жением отношения сигнал/шум согласно уравне- нию радиолокации. Во время СЗ наблюдалось увеличение абсо- лютных значений скорости нисходящего ( 0)zV < движения ионосферной плазмы с последующим их восстановлением (рис. 2, а). Выявлена слабая асимметрия изменения скорости относительно главной фазы затмения. Максимальное измене- ние скорости относительно среднего значения zV в начале и конце СЗ наблюдалось около 09:15, т. е. приблизительно через 15 мин после макси- мального покрытия Солнца, и составляло 11, 19, 41 и 62 м/с на высотах 253, 308, 363 и 418 км соответственно. Наибольшее отклонение значе- ний скорости во время СЗ 4 января от значений, имевших место в такое же время в контрольный день 5 января, наблюдалось также около 09:15 и составляло 10, 19, 28 и 36 м/с на высотах 253, 308, 363 и 418 км соответственно. В контрольные дни 22 декабря 2010 г. и 5 янва- ря 2011 г. в интервале времени с 07:00 до 10:00 также отмечалось изменение ,zV но его харак- тер, положение на временной оси и амплитуда значительно отличались от вариаций zV 4 января (см. рис. 2, а и б). Абсолютные значения скорости после затме- ния меньше абсолютных значений zV в это же время в контрольные дни. Видимо, это связано с последействиями СЗ, которые, в свою очередь, ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 137 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. обусловлены изменением взаимодействия меж- ду подсистемами в системе ЗАИМ. На рис. 3 представлены высотные профили ско- рости ( )zV h в характерные моменты времени: в начале, в главной фазе, по окончании СЗ 4 янва- ря, – и (для сравнения) в соответствующие мо- менты времени 22 декабря 2010 г. и 5 января 2011 г., а также в 22:00 ночью 4 января (панель Рис. 1. Действительная Re( )r τ и мнимая Im ( )r τ составляющие КФ НР сигнала, принятого с высот 363 км (а) и 253 км (б), до начала, в момент главной фазы и после завершения СЗ 4 января и в те же часы в контрольный день 5 января 2011 г. 138 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор справа). Из рисунка видно, что профиль ( )zV h вблизи главной фазы СЗ был подобен ночному профилю (на всех высотах 0),zV < значительно отличался от соответствующего по времени про- филя ( )zV h 5 января и в меньшей степени от профиля ( )zV h 22 декабря. В момент, отвечаю- щий окончанию СЗ, профили ( )zV h 4 и 5 ян- варя близки между собой, а по характеру подоб- ны профилю 22 декабря. Высотные вариации zV в это время типичны для дневной ионосферы: Рис. 2. Временные вариации вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы zV на фиксированных высотах (скользящее усреднение на интервале 75 мин с шагом 15 мин): а – в день затмения 4 января (сплошные линии) и контрольный день 5 января (точки) 2011 г.; б – в контрольный день 22 декабря 2010 г. Жирными стрелками обозна- чены моменты восхода и захода Солнца на соответствующих высотах в Харькове, а тонкими – в магнитосопряженной точке. Вертикальные пунктирные линии здесь и на последующих рисунках обозначают моменты, соответствующие началу, главной фазе и окончанию СЗ Рис. 3. Высотные профили вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы zV в характерные мо- менты времени: в начале, в главной фазе, после окончания солнечного затмения, – и в 22:00 ночью 4 января 2011 г. (сплош- ные линии), а также в соответствующие моменты в контрольные дни 5 января 2011 г. (точки) и 22 декабря 2010 г. (пунктир) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 139 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. на высотах 400h < км плазма движется вниз ( 0),zV < а на высотах 400h > км – вверх ( 0),zV > – что свидетельствует о достижении (после СЗ 4 января и прохождения утреннего тер- минатора для всех 3-х дней) характерного для этого времени состояния ионосферы. Вариации концентрации электронов. На рис. 4 представлены результаты измерения кон- центрации электронов eN на 3-х высотах в день СЗ и в контрольный день 5 января 2011 г. Во вре- мя СЗ концентрация электронов eN на рассмат- риваемых высотах, 200 и 250 км, вначале умень- шалась, достигнув минимума вблизи главной фазы СЗ (приблизительно через 15 мин после мо- мента максимального покрытия диска Солнца), а затем увеличивалась до значений (в 10:30), близ- ких к значениям ,eN наблюдавшимся до СЗ. На разных высотах величина изменения eN раз- лична. Максимальное изменение eN (по отноше- нию к значению eN в 7:30, т. е. в момент начала СЗ) составило 11 32.1 10 м−⋅ на высоте 200 км и 11 31.3 10 м−⋅ на высоте 250 км, что соответст- вует относительному изменению концентрации электронов на этих высотах 49 и 41 %. Времен- ные вариации eN на рассматриваемых высотах имеют сходный характер. Симметрия вариаций eN относительно главной фазы СЗ нарушается локальным возрастанием eN в 08:00, которое при- близительно в такое же время наблюдается и в контрольный день. На высоте 400 км характер вариаций eN несколько иной. С 07:30 (начало СЗ) до 09:15, когда на высотах 200 и 250 км наблю- дался минимум, значение eN уменьшилось на 11 30.2 10 м−⋅ (т. е. на 32 %), после 09:15 продол- жало незначительно снижаться, достигнув мини- мума в 10:15, после чего начался постепенный рост eN до достижения в 11:00 первоначальных значений. Максимальное изменение eN на этой высоте за период СЗ составило 38 %. Аналогичные вариации наблюдались и для кон- центрации электронов F2mN в максимуме слоя F2 ионосферы (рис. 5, а). Качественно они сходны с вариациями eN на высоте 200 км. Во время затмения минимальное значение кон- центрации F2mN наблюдалось примерно через 15 мин после момента максимального покрытия диска Солнца. Это значение на 48 % меньше зна- чения F2mN в момент начала затмения. Отличие Рис. 4. Временные вариации концентрации электронов eN на фиксированных высотах в день затмения 4 января (сплош- ные линии) и в контрольный день 5 января 2011 г. (точки) при интервале усреднения 45 мин с шагом 15 мин Рис. 5. Временные вариации концентрации электронов F2mN в максимуме слоя F2 ионосферы (а) и высоты F2mh максимума ионизации (б) в день затмения 4 января (сплошные линии) и в контрольный день 5 января 2011 г. (точки) 140 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор значений F2mN в момент максимального покры- тия Солнца 4 января от значений F2mN в это же время в контрольный день 5 января составило 51 %, тогда как в моменты, соответствующие началу и окончанию СЗ, оно не превышало 23 и 13 % соответственно. Вариации высоты максимума ионизации области F ионосферы. На рис. 5, б представле- ны вариации высоты максимума ионизации F2mh в день СЗ и на следующий день. Во время зат- мения наблюдалось возрастание F2mh на 13 км (с 201 км в 07:30 до 214 км в 09:00). После этого высота максимума снижалось, достигнув имев- шего место в контрольный день значения 193 км около 10:00, т. е. на 30 мин раньше окончания СЗ. Во время фазы уменьшения покрытия диска Солнца и после окончания СЗ (с 09:30 до 12:50) наблюдались колебания F2mh с периодом около 60 мин. Вариации плотности потока ионосферной плазмы. Плотность потока плазмы является важ- ной характеристикой для исследования динамики ионосферы и определяется по измеренным зна- чениям концентрации электронов и скорости дви- жения плазмы: .e zN VΠ = Временные вариации плотности потока в день СЗ и контрольный день представлены на рис. 6. Во время СЗ на малых высотах области F ионосферы (около 200 км) абсо- лютная величина плотности нисходящего потока ( 0)Π < заметно уменьшилась от 13 2 12.1 10 м с− −⋅ ⋅ в 07:30 до 13 2 11.1 10 м с ,− −⋅ ⋅ достигнув (аналогич- но )eN минимума в 09:15, а затем возросла до величины 13 2 12.1 10 м с− −⋅ ⋅ в 10:30. На высоте 250 км вариации плотности потока по характеру сходны с вариациями на высоте 200 км, но ее аб- солютные значения меньше. На высотах 450h ≥ км во время СЗ плотность потока изменя- ла знак (до начала и после окончания СЗ поток был направлен вверх, во время СЗ направление потока изменилось на нисходящее). Значения Π на высо- те 400 км составляли 12 2 10.5 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 07:30, 12 2 12.8 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 09:15 и 12 2 10.16 10 м с− −⋅ ⋅ в 10:30. Наибольшее отклонение плотности потока от значений, имевших место в начале (07:30) и в конце (10:30) СЗ, также наблюдалось в 09:15, т. е. через 15 мин после наступления главной фазы СЗ. Вариации плотности потока плазмы во время СЗ и в такое же время в контрольный день 5 января отличались. 6. Îáñóæäåíèå Наиболее сложным для измерения параметром ионосферы в методе НР является скорость дви- жения плазмы. Это связано с необходимостью регистрировать доплеровские сдвиги центральной частоты спектра НР сигнала, значения которых на 2 3÷ порядка меньше ширины его спектра и на 8 порядков ниже значения несущей частоты радара. Кроме того, сложность заключается и в том, что анализируемый НР сигнал является случайным процессом, принимается на фоне космических и ап- паратурных шумов, отношение сигнал/шум изме- няется с высотой и для достаточно больших вы- сот имеет значения меньше min 0.1.q = Достигнутая с помощью радара Института ионосферы точность измерения скорости движе- ния и других параметров ионосферной плазмы дает возможность наблюдать динамику ионос- феры в возмущенном состоянии. Анализ ионосферных измерений в день СЗ 4 ян- варя, а также в контрольные дни 22 декабря 2010 г. и 5 января 2011 г. показал, что в условиях Рис. 6. Временные вариации плотности потока плазмы Π на фиксированных высотах в день затмения 4 января (сплош- ные линии) и в контрольный день 5 января 2011 г. (точки) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 141 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. низкой солнечной активности зимой, когда слой F2 ионосферы является достаточно тонким, среднеквадратическая погрешность Vσ измере- ния скорости zV при 15-минутном накоплении статистических параметров НР сигнала состав- ляла от 3 м/с для высот вблизи максимума иони- зации до 35 м/с для высот около 400 км, где величина концентрации электронов eN меньше концентрации F2mN в максимуме слоя F2 при- близительно в 6 раз. Отметим, что значения F2mN в условиях эксперимента были в 3 7÷ раз ниже значений F2,mN регистрировавшихся в случае высокой активности Солнца [20, 21]. Например, 13 декабря 2000 г. (высокая солнеч- ная активность) в 09:00 12 3F2 1.7 10 м ,mN −≈ ⋅ тог- да как 4 января 2011 г. в такое же время (глав- ная фаза СЗ) 11 3F2 2.3 10 мmN −≈ ⋅ (в 7.4 раза меньше), а в контрольный день 5 января 2011 г. 11 3F2 4.7 10 мmN −≈ ⋅ (в 3.6 раза меньше). В ре- зультате предварительного анализа было подо- брано подходящее для исследования вариаций zV во время СЗ временное окно длительностью 75 мин, при котором погрешность Vσ составля- ла от 1 м/с (для высот вблизи F2)mh до 16 м/с (для высот около 400 км). Для остальных пара- метров было выбрано 45-минутное окно. Дело в том, что решение обратной радиофизической задачи при восстановлении значений zV являет- ся менее устойчивым, чем решение задачи при определении значений концентрации электронов, температур электронов и ионов. Уменьшение интенсивности солнечного излуче- ния в течение СЗ вызвало изменение баланса меж- ду процессами ионизации, потерь и переноса заря- женных частиц в ионосфере, который для слоя F2 ионосферы, где основными компонентами яв- ляются ионы атомарного кислорода O ,+ описы- вается следующим уравнением непрерывности [22]: ( ) ,e e zN N Vq L t h ∂ ∂= − − ∂ ∂ где q – скорость ионообразования ионов O ,+ eL N= β – скорость потерь, β – линейный коэф- фициент рекомбинации ионов O .+ Известно, что вертикальный перенос ионо- сферной плазмы происходит под влиянием трех основных процессов: амбиполярной диффузии, нейтрального ветра и дрейфа в скрещенных элек- трическом и магнитном полях [23]: \|\| \|\|( ) ( ) ( ) ,z d z n z zV V V V⊥= + + где \|\|( )d zV – вертикальная составляющая скорос- ти движения плазмы, обусловленного амбипо- лярной диффузией, вдоль силовых линий геомаг- нитного поля; \|\|( )n zV – вертикальная составляю- щая скорости ветрового увлечения заряженных частиц; ( )zV⊥ – вертикальная составляющая скорости увлечения частиц электромагнитным дрейфом. Для среднеширотной области F после- днее слагаемое пренебрежительно мало в усло- виях невозмущенной ионосферы [24, 25]. Качественная картина вариаций вертикальной составляющей скорости zV подобна картине в бо- лее ранних наблюдениях за zV во время СЗ [8–16]. Но есть и некоторые отличия, которые можно объяснить тем, что в данном случае ионосфера к началу СЗ не успела перестроиться к дневным условиям. Так, в наблюдениях [8–16] по мере покрытия диска Солнца на высотах больших 400 500÷ км, где до начала СЗ плазма подни- малась вверх ( 0),zV > скорость плазмы посте- пенно уменьшалась и становилась отрицательной. Наибольшие по модулю значения zV наблю- дались вблизи главной фазы СЗ. После этого ско- рость постепенно увеличивалась (изменялась в сторону положительных значений) и достигала своего дневного значения, равного 30 50÷ м/с. В данном случае на рассматриваемых высотах характер вариаций zV во время СЗ такой же, как в предыдущих экспериментах на высотах ниже 400 500÷ км: скорость, не изменяя знака ( 0),zV < сначала возрастала по модулю, а затем по мере увеличения освещенности возвращалась к ожи- даемому (наблюдающемуся в отсутствие зат- мения) значению. Иначе говоря, затмение снача- ла вызвало переходные процессы, подобные тем, которые имеют место в вечернее время, а затем процессы, свойственные утреннему времени. Отмеченные вариации zV в контрольные дни 22 декабря 2010 г. и 5 января 2011 г. в интервале времени с 07:00 до 10:00 объясняются тем, что к моменту времени, соответствующему началу СЗ, ионосфера еще не успела перестроиться к днев- ным условиям (см. рис. 2). Именно по этой причине прослеживается некоторое нарушение симметрии вариаций zV относительно главной фазы затмения (см. рис. 2, а), чего не отмечалось в предыдущих наблюдениях за СЗ в условиях ква- зистационарного состояния ионосферы (см., напри- 142 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор мер, [8, 9, 14, 15]). (Еще в большей степени сим- метрия вариаций zV была нарушена во время утренних наблюдений за СЗ 31 мая 2003 г., когда затмение развивалось в период восхода Солнца на фоне восстановительной фазы сверхсильной магнитной бури [10].) Отметим, что в момент, соответствующий окончанию СЗ, профили ( )zV h в рассматриваемые дни были по характеру близ- ки между собой и типичны для дневной ионосфе- ры: 0zV < на высотах 400h < км и 0zV > на высотах 400h > км. В целом вариации zV во время СЗ объясняются изменением ионосферно- протоносферного взаимодействия, вызванным затмением, а также увеличивающейся с ростом высоты ролью диффузии плазмы. Уменьшение концентрации электронов во вре- мя СЗ компенсировалось увеличением потока частиц из плазмосферы в ионосферу. Поступле- ние плазмы из плазмосферы за счет амбиполяр- ной диффузии восполняло потери ионов O+ на высотах слоя F2, способствуя восстановлению диффузионного равновесия в плазме [23]. Поэто- му вариации eN на различных высотах, а также вариации F2mN и F2mh во время СЗ зависели от соотношения скоростей потерь ионов O+ и по- ступления плазмы из плазмосферы в ионосферу. Поведение ионосферных параметров во время СЗ 4 января 2011 г. качественно согласуется с тео- ретическими представлениями [26]. Наибольшее падение концентрации электронов имело место в диапазоне высот 200 250÷ км. На этих высотах фотохимические процессы иг- рают существенную роль. Что касается вертикальной составляющей скорости увлечения заряженных частиц термо- сферным ветром, СЗ не может в большой степе- ни повлиять на нее, поскольку кратковременное и относительно локальное уменьшение освещен- ности Земли во время затмений несущественно изменяет глобальное распределение термосфер- ных ветров [14]. В этом и есть отличие поведе- ния ионосферы во время СЗ от ее поведения ночью, когда именно нейтральный ветер, направ- ленный в ночное время от полюса к экватору, захватывая плазму, заставляет ее двигаться вверх, уводя из области повышенной рекомбина- ции и поддерживая тем самым ночной слой F. Отметим, что СЗ 4 января 2011 г. происходило в дневное время, когда под действием нейтраль- ного ветра, направленного от экватора к полюсу, плазма смещалась вниз, в область повышенной рекомбинации. Особенность описываемых наблюдений зак- лючается в том, что слой F2 в условиях, близких к зимнему солнцестоянию, был расположен низ- ко (с максимумом вблизи 200 215÷ км) и ниж- няя часть слоя попадала в область повышенной рекомбинации (область высот, где из-за значи- тельного содержания ионов 2O ,+ NO+ и 2N+ ско- рость потерь ионов высока [22]). Поэтому во вре- мя СЗ по мере снижения уровня солнечного излу- чения и, как следствие, уменьшения скорости ионообразования, на малых (порядка 200 км) высотах потери ионов были более ощутимы по сравнению с потерями на больших высотах, где происходило пополнение ионов за счет переноса плазмы, а именно увеличения (по сравнению с обычным состоянием) скорости нисходящего движения плазмы, причем тем большего, чем больше высота (см. рис. 2 и 3). Поэтому во время СЗ по мере увеличения покрытия солнечного дис- ка высота максимума ионизации F2mh росла, а затем с увеличением освещенности уменьшалась. В контрольный день в это же время подобного изменения F2mh не наблюдалось. По мере затенения диска Солнца абсолют- ная величина плотности нисходящего потока Π на высоте 200 км уменьшилась заметно – на 13 2 11.0 10 м с− −⋅ ⋅ (значение Π изменилось от 13 2 12.1 10 м с− −− ⋅ ⋅ в начале СЗ до экстремума 13 2 11.1 10 м с− −− ⋅ ⋅ примерно через 15 мин после наступления главной фазы СЗ, см. рис. 6), что объясняется превышением скорости потерь ионов над скоростью поступления плазмы на высотах вблизи и ниже максимума ионизации. К оконча- нию СЗ плотность потока приняла значение, близ- кое к первоначальному (в начале СЗ), что свиде- тельствует о восстановлении баланса между про- цессами в нижней части слоя F2. На больших высотах (внешняя ионосфера) во время СЗ плот- ность потока изменяла знак (сначала восходя- щее направление потока сменилось нисходящим, а затем к окончанию СЗ направление стало опять восходящим, а величина плотности потока приня- ла значение, близкое к исходному). На высо- те 400 км наибольшее отклонение плотности по- тока (относительно значения в начале и конце СЗ) также наблюдалось через 15 мин после нас- тупления главной фазы СЗ и составило около 12 2 12.8 10 м с .− −⋅ ⋅ Такое поведение плотности по- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 143 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. тока объясняется притоком новых частиц плаз- мы из протоносферы, восполняющим потери, ко- торые вызваны в основном уменьшением интен- сивности солнечного излучения. Сравнение эффектов в ионосферной плазме, сопровождавших СЗ 11 августа 1999 г. (макси- мальное покрытие площади солнечного диска около 73 %), 31 мая 2003 г. (64 %), 29 марта 2006 г. (70 %), 1 августа 2008 г. (31 %) и 4 января 2011 г. (70.8 %) показало, что они качественно подобны. Затмение сначала вызывало переходные процессы, подобные тем, которые имеют место в вечернее время, а затем процессы, свойственные утреннему времени. Однако в вариациях парамет- ров среды во время сходных по своим характери- стикам СЗ наблюдались количественные различия. Эти различия были вызваны разным состоянием геокосмической среды на разных фазах цикла сол- нечной активности. В случае СЗ 4 января 2011 г. отличие состояло в том, что оно происходило зимой при относительно низкой солнечной активности, началось утром на фазе завершения перестройки ионосферы к дневным условиям и длилось около трех часов, тогда как предыдущие наблюдения за СЗ с помощью радара НР осуществлялись в ос- новном в условиях квазистационарного (околополу- денного) состояния ионосферы (за исключением СЗ 31 мая 2003 г.), а продолжительность затмений составляла примерно 2 ч. Эти результаты подтверждают тезис о том, что каждое СЗ обладает своими индивидуаль- ными особенностями. 7. Âûâîäû 1. СЗ 4 января 2011 г. вызвало в геокосмосе ряд сложных динамических процессов, существенно повлиявших на взаимодействие подсистем в сис- теме ЗАИМ. Вариации параметров среды ка- чественно напоминали кратковременную пере- стройку среды к ночным условиям и обратно к дневным. Продолжительность вызванных СЗ ва- риаций параметров ионосферы составляла около 5 часов. 2. Выявлена асимметрия временных вариаций скорости ,zV концентрации электронов ,eN плот- ности потока плазмы Π и высоты максимума ионизации F2mh относительно момента наступле- ния главной фазы СЗ, что объясняется тем, что СЗ происходило на фазе завершения утренней пе- рестройки ионосферы к дневным условиям. 3. Во время главной фазы СЗ характер перено- са ионосферной плазмы подобен ночному. СЗ привело к увеличению абсолютного значения скорости нисходящего движения плазмы. 4. Установлено, что максимальное изменение вертикальной составляющей скорости движения плазмы достигалось через 15 мин после наступ- ления главной фазы затмения Солнца и увеличи- валось с высотой. На высотах 253, 308, 363, 418 км наибольшее отклонение значений скорости во вре- мя затмения 4 января от значений, имевших ме- сто в такое же время в контрольный день 5 янва- ря, составляло 10, 19, 28, 36 м/с соответственно. 5. СЗ сопровождалось заметным уменьше- нием концентрации электронов, которое на раз- ных высотах было различным. В частности, на высотах 200 и 250 км (вблизи максимума иони- зации) максимальное относительное уменьшение концентрации электронов равнялось соответствен- но 49 и 41 %, а время запаздывания относительно момента главной фазы СЗ составляло около 15 мин, тогда как на высоте 400 км максималь- ное относительное уменьшение концентрации электронов составляло 38 %≈ и минимум eN наблюдался в конце СЗ с запаздыванием 75 мин. 6. Обнаружено уменьшение концентрации элек- тронов в максимуме слоя F2 на 48 % с запазды- ванием около 15 мин по отношению к главной фазе СЗ и увеличение высоты максимума иони- зации F2mh на 13 км относительно значения F2mh в начале и в конце СЗ и близкого к нему значения F2mh в такое же время в контрольный день. 7. Показано, что изменения плотности по- тока Π ионосферной плазмы во время СЗ на разных высотах имели значительные отличия: на высоте 200 км плотность потока изменялась от 13 2 12.1 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 07:30 до 13 2 11.1 10 м с− −− ⋅ ⋅ (экстремум) в 09:15, а затем до значения 13 2 12.1 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 10:30. На высоте 400 км зна- чения Π составляли 12 2 10.5 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 07:30, 12 2 12.8 10 м с− −− ⋅ ⋅ в 09:15 и 12 2 10.16 10 м с− −⋅ ⋅ в 10:30. На высотах 450h ≥ км во время СЗ поток изменял направление с восходящего на нисходя- щее, а затем наоборот, а экстремум наблюдался также через 15 мин после момента максималь- ного покрытия диска Солнца. На высоте 250 км вариации плотности потока по характеру были сходны с вариациями Π на высоте 200 км, но абсолютные значения Π – меньше. 144 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 И. Ф. Домнин, Л. Я. Емельянов, Л. Ф. Черногор Авторы благодарны И. Б. Склярову, С. В. Чер- няеву и А. Ф. Кононенко за помощь в проведе- нии измерений на радаре НР Института ионо- сферы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радио- астрономия. – 2003. – Т. 8, № 1. – С. 59–106. 02. Черногор Л. Ф. “Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера” как открытая динамическая нелинейная физическая система (часть 1) // Нелинейный мир. – 2006. – Т. 4, № 12. – С. 655–697. 03. Черногор Л. Ф. “Земля – атмосфера – ионосфера – маг- нитосфера” как открытая динамическая нелинейная физическая система (часть 2) // Нелинейный мир.– 2007. – Т. 5, № 4. – С. 198–231. 04. Акимов А. Л., Акимов Л. А., Черногор Л. Ф. Параметры турбулентных процессов в атмосфере, сопровождавших затмения Солнца // Радиофизика и радиоастрономия. – 2007. – Т. 12, № 2. – С. 117–134. 05. Jones T. B., Wright D. M., Milner J., Yeoman T. K., Reid T., Senior A., and Martinez P. The detection of atmospheric waves produced by the total solar eclipse 11 August 1999 // J. Atmos. Sol.–Terr. Phys. – 2004. – Vol. 66, No. 5. – P. 363–374. 06. Костров Л. С., Черногор Л. Ф. Результаты наблюдения процессов в средней ионосфере, сопутствующих затме- нию Солнца 11 августа 1999 г. // Радиофизика и радио- астрономия. – 2000. – Т. 5, № 4. – С. 361–370. 07. Salah J. F., Oliver V. L., Foster J. C., and Holt J. M. Observations of the May 30, 1984, annual solar eclipse at Millstone Hill // J. Geophys. Res. – 1986. – Vol. 91, No. A2. – P. 1651–1660. 08. Taran V. I., Bogovsky V. K., Lysenko V. N., Grigorenko Ye. I., and Emelyanov L. Ya. Investigation of circumterrestrial space by means of incoherent scatter radar // Космiчна наука i технологiя, Space Plasma Physics (додаток до журналу). – 2001. – Т. 7, № 2. – С. 36–41. 09. Акимов Л. А., Григоренко Е. И., Таран В. И., Тыр- нов О. Ф., Черногор Л. Ф. Комплексные радиофизи- ческие и оптические исследования динамических про- цессов в атмосфере и геокосмосе, вызванных сол- нечным затмением 11 августа 1999 года // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектро- ники. – 2002. – № 2. – С. 25–63. 10. Григоренко Е. И., Пазюра С. А., Пуляев В. А., Та- ран В. И., Черногор Л. Ф. Динамические процессы в ионосфере во время геокосмической бури 30 мая и затмения Солнца 31 мая 2003 года // Космічна наука і технологія. – 2004. – Т. 10, № 1. – С. 12–25. 11. Акимов Л. А., Григоренко Е. И., Таран В. И., Черно- гор Л. Ф. Особенности атмосферно-ионосферных эф- фектов солнечного затмения 31 мая 2003 года: резуль- таты оптических и радиофизических наблюдений в Харь- кове // Успехи современной радиоэлектроники. – 2005. – № 3. – С. 55–70. 12. Бурмака В. П., Лысенко В. Н., Ляшенко М. В., Черно- гор Л. Ф. Атмосферно-ионосферные эффекты частного солнечного затмения 3 октября 2005 г. в Харькове. 1. Результаты наблюдений // Космічна наука і техно- логія. – 2007. – Т. 13, № 6. – С. 74–86. 13. Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Атмосферно–ионосфер- ные эффекты частного солнечного затмения 3 октября 2005 г. в Харькове. 2. Результаты расчетов и обсуж- дение // Космічна наука і технологія. – 2008. – Т. 14, № 1. – С. 57–64. 14. Бурмака В. П., Григоренко Е. И., Емельянов Л. Я., Лысенко В. Н., Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Радар- ные наблюдения эффектов в геокосмосе, вызванных частным солнечным затмением 29 марта 2006 г. // Успехи современной радиоэлектроники. – 2007. – № 3. – С. 38–53. 15. Дзюбанов Д. А., Емельянов Л. Я., Черногор Л. Ф. Динамика плазмы ионосферы над Харьковом в период солнечного затмения 1 августа 2008 г. // Космічна наука і технологія. – 2009. – Т. 15, № 3. – С. 62–69. 16. Емельянов Л. Я., Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Эффек- ты в геокосмической плазме во время частного затме- ния Солнца 1 августа 2008 г. над Харьковом. 1. Резуль- таты наблюдений // Космічна наука і технологія. – 2009. – Т. 15, № 3. – С. 70–81. 17. Емельянов Л. Я. Оптимизация обработки некогерент- но рассеянного сигнала для определения скорости дрейфа ионосферной плазмы // Вестн. нац. техн. ун-та “Харьковский политехнический институт”: Сб. научн. тр. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2001. – № 4. – С. 81–84. 18. Емельянов Л. Я. Измерение высотных профилей элект- ронной концентрации методом некогерентного рас- сеяния // Геомагнетизм и аэрономия. – 2002. – Т. 42, № 1. – С. 116–120. 19. Holt J. M. , Rhoda D. A., Tetenbaum D., and van Eyken A. P. Optimal analysis of incoherent scatter radar data // Radio Sci. – 1992. – Vol. 27, No. 3. – P. 435–447. 20. Григоренко Е. И., Боговский В. К., Емельянов Л. Я., Кияшко Г. А., Пуляев В. А., Смагло Н. А. Вариации па- раметров ионосферы в периоды высокой и низкой сол- нечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. – 2001. – Т. 41, № 2. – С. 199–203. 21. Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф., Черняк Ю. В. Суточ- ные и сезонные вариации параметров ионосферной плаз- мы в период максимума солнечной активности // Космiчна наука i технологiя. – 2006. – Т. 12, № 4. – С. 56–70. 22. Иванов–Холодный Г. С., Михайлов А. В. Прогнозирова- ние состояния ионосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 190 с. 23. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. – М.: Наука, 1988. – 528 с. 24. Matsushita S. Dynamo currents, winds and electric fields // Radio Sci. – 1969. – Vol. 4. – P. 771–780. 25. Evans J. V. Ionospheric movements measured by incoherent scatter: A review // J. Atmos. Terr. Phys. – 1972. – Vol. 34. – P. 175–209. 26. Бойтман О. Н., Калихман А. Д., Тащилин А. В. Средне- широтная ионосфера в период полного солнечного зат- мения 9 марта 1997 г. 2. Данные наблюдений и срав- нения с результатами моделирования // Геомагнетизм и аэрономия. – 1999. – Т. 39, № 6. – С. 52–60. ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 2, 2012 145 Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г. І. Ф. Домнін1, Л. Я. Ємельянов1, Л. Ф. Чорногор1,2 1Інститут іоносфери НАН і МОНМС України, вул. Червонопрапорна, 16, м. Харків, 61002, Україна 2Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, пл. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна ДИНАМІКА ІОНОСФЕРНОЇ ПЛАЗМИ НАД ХАРКОВОМ ПІД ЧАС СОНЯЧНОГО ЗАТЕМНЕННЯ 4 СІЧНЯ 2011 Р. Наведено результати спостережень за допомогою рада- ра некогерентного розсіяння за динамічними процесами на висотах поблизу максимуму іонізації області F і в зовнішній іоносфері, викликаними частковим (з мак- симальним покриттям діаметра диска Сонця близь- ко 0.78) сонячним затемненням 4 січня 2011 р. поблизу м. Харкова. Показано, що затемнення викликало процеси перебудови іоносфери, подібні настанню короткочасної ночі. Експеримент виконано взимку за умов низької со- нячної активності. I. F. Domnin1, L. Ya. Emelyanov1, and L. F. Chernogor1,2 1Institute of Ionosphere, National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine, 16, Chervonopraporna St., Kharkiv, 61002, Ukraine 2V. Karazin National University of Kharkiv, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine THE DYNAMICS OF IONOSPHERE PLASMA OVER KHARKIV DURING THE SOLAR ECLIPSE OF JANUARY 4, 2011 The results of incoherent scatter radar observations of dynamic processes at altitudes close to the F-region maximum and in the topside ionosphere, which were caused by the partial (about 0.78 magnitude) solar eclipse on January 4, 2011 near Kharkiv, are presented. It is shown that the eclipse caused iono- sphere restructuring processes which are similar to a short-term nightfall. The experiment has been carried out in winter under low solar activity conditions. Статья поступила в редакцию 21.02.2012

Динамика ионосферной плазмы над Харьковом во время солнечного затмения 4 января 2011 г.

Institution

Ähnliche Einträge