Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности

Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков) высотно-временных вариаций относительной концентрации ионов водорода в дни весеннего и осеннего равноденствий, зимнего и летнего солнцестояний в период минимума 23-го цикла солнечной активности...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Домнин, И.Ф., Котов, Д.В., Черногор, Л.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2012
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиофизика геокосмоса
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99929
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:	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности / И.Ф. Домнин, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 3. — С. 233-239. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99929
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-999292016-05-15T03:02:31Z Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности Домнин, И.Ф. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Радиофизика геокосмоса Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков) высотно-временных вариаций относительной концентрации ионов водорода в дни весеннего и осеннего равноденствий, зимнего и летнего солнцестояний в период минимума 23-го цикла солнечной активности. Проведено сравнение наблюдавшихся вариаций с данными модели IRI-2012. Установлено, что вариации относительной концентрации ионов водорода над Украиной качественно и количественно отличаются от модельных вариаций. Наведено результати спостережень за допомогою радара некогерентного розсіяння Інституту іоносфери (м. Харків) висотно-часових варіацій відносної концентрації іонів водню у дні весняного та осіннього рівнодень, зимового та літнього сонцестоянь під час мінімуму 23-го циклу сонячної активності. Виконано порівняння спостережених варіацій з даними моделі IRI-2012. Встановлено, що варіації відносної концентрації іонів водню над Україною якісно та кількісно відрізняються від модельних варіацій. The results of observations of altitude and temporal variations in the hydrogen ions fraction for the vernal and autumnal equinoxes, winter and summer solstices during the minimum of the 23rd solar activity cycle using the incoherent scatter radar of the Institute of Ionosphere, Kharkiv, are presented. The observed variations are compared with the IRI-2012 data model. It is found that variations in the hydrogen ions fraction over Ukraine are different both qualitatively and quantitatively from the model variations. 2012 Article Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности / И.Ф. Домнин, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 3. — С. 233-239. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99929 550.388, 520.16+523.31+523.9:520.86 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. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф. Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности Радиофизика и радиоастрономия
description	Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков) высотно-временных вариаций относительной концентрации ионов водорода в дни весеннего и осеннего равноденствий, зимнего и летнего солнцестояний в период минимума 23-го цикла солнечной активности. Проведено сравнение наблюдавшихся вариаций с данными модели IRI-2012. Установлено, что вариации относительной концентрации ионов водорода над Украиной качественно и количественно отличаются от модельных вариаций.
format	Article
author	Домнин, И.Ф. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф.
author_facet	Домнин, И.Ф. Котов, Д.В. Черногор, Л.Ф.
author_sort	Домнин, И.Ф.
title	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности
title_short	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности
title_full	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности
title_fullStr	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности
title_full_unstemmed	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности
title_sort	сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели iri-2012. 1. минимум солнечной активности
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99929
citation_txt	Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным метода некогерентного рассеяния и их сопоставление с данными модели IRI-2012. 1. Минимум солнечной активности / И.Ф. Домнин, Д.В. Котов, Л.Ф. Черногор // Радиофизика и радиоастрономия. — 2012. — Т. 17, № 3. — С. 233-239. — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT domninif sezonnyevariaciiotnositelʹnojkoncentraciiionovvodorodavovnešnejionosferenadukrainojpodannymmetodanekogerentnogorasseâniâiihsopostavleniesdannymimodeliiri20121minimumsolnečnojaktivnosti AT kotovdv sezonnyevariaciiotnositelʹnojkoncentraciiionovvodorodavovnešnejionosferenadukrainojpodannymmetodanekogerentnogorasseâniâiihsopostavleniesdannymimodeliiri20121minimumsolnečnojaktivnosti AT černogorlf sezonnyevariaciiotnositelʹnojkoncentraciiionovvodorodavovnešnejionosferenadukrainojpodannymmetodanekogerentnogorasseâniâiihsopostavleniesdannymimodeliiri20121minimumsolnečnojaktivnosti
first_indexed	2025-07-07T10:08:02Z
last_indexed	2025-07-07T10:08:02Z
_version_	1836982347024564224
fulltext	ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 233 Радиофизика и радиоастрономия. 2012, Т. 17, № 3, c. 233–239 И. Ф. ДОМНИН1, Д. В. КОТОВ1, Л. Ф. ЧЕРНОГОР1, 2 1Институт ионосферы НАН и МОНМС Украины, ул. Краснознаменная, 16, г. Харьков, 61002, Украина E-mail: dmitrykotoff@gmail.com 2Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua ÑÅÇÎÍÍÛÅ ÂÀÐÈÀÖÈÈ ÎÒÍÎÑÈÒÅËÜÍÎÉ ÊÎÍÖÅÍÒÐÀÖÈÈ ÈÎÍÎÂ ÂÎÄÎÐÎÄÀ ÂÎ ÂÍÅØÍÅÉ ÈÎÍÎÑÔÅÐÅ ÍÀÄ ÓÊÐÀÈÍÎÉ ÏÎ ÄÀÍÍÛÌ ÌÅÒÎÄÀ ÍÅÊÎÃÅÐÅÍÒÍÎÃÎ ÐÀÑÑÅßÍÈß È ÈÕ ÑÎÏÎÑÒÀÂËÅÍÈÅ Ñ ÄÀÍÍÛÌÈ ÌÎÄÅËÈ IRI-2012. 1. ÌÈÍÈÌÓÌ ÑÎËÍÅ×ÍÎÉ ÀÊÒÈÂÍÎÑÒÈ Приведены результаты наблюдений с помощью радара некогерентного рассеяния Института ионосферы (г. Харьков) высотно-временных вариаций относительной концентрации ионов водорода в дни весеннего и осеннего равноденствий, зимнего и летнего солнцестояний в период минимума 23-го цикла солнечной активности. Проведено сравнение наблю- давшихся вариаций с данными модели IRI-2012. Установлено, что вариации относительной концентрации ионов водо- рода над Украиной качественно и количественно отличаются от модельных вариаций. Ключевые слова: метод некогерентного рассеяния радиоволн, ионосферная плазма, ионный состав, относительная концен- трация ионов водорода УДК 550.388, 520.16+523.31+523.9:520.86 © И. Ф. Домнин, Д. В. Котов, Л. Ф. Черногор, 2012 1. Ââåäåíèå Экспериментальные и теоретические исследования вариаций относительной концентрации ионов водо- рода (H )N N+ при помощи радаров некогерентно- го рассеяния (НР) и спутниковых методов про- водятся с середины 60-х гг. прошлого века [1–6]. Однако любые новые результаты таких исследо- ваний продолжают оставаться востребованными, поскольку представляют ценность как для даль- нейшего развития фундаментальных представле- ний о комплексном взаимодействии подсистем геокосмоса, так и для успешного решения ряда прикладных задач (в частности, создания совре- менных моделей ионосферы и прогнозирования космической погоды [7–9]). Следует отметить, что основной массив экспе- риментальных данных о вариациях параметра (H ) ,N N+ использованный для построения сущест- вующих моделей ионного состава внешней ионос- феры, получен с помощью спутниковых измере- ний [10, 11]. Существенным недостатком таких измерений является невозможность получать не- прерывные суточные вариации ионного состава для области ионосферы над заданным пунктом. Суточные вариации по сути “сшиваются” из дан- ных, собранных для различных интервалов време- ни, определяемых параметрами орбиты спутника. Общий интервал сбора необходимых данных при этом достигает 80 дней [11]. За этот период сос- тояние геокосмоса в целом и ионосферы в част- ности существенно изменяется даже в спокойных гелиогеофизических условиях [8, 12]. Вследствие этого для полученных подобным образом суточ- ных и сезонных вариаций отсутствует четкая вре- менная физическая преемственность. На основа- нии таких данных невозможно корректно исследо- вать развитие процессов в ионосфере во времени над заданным пунктом. Непрерывные экспериментальные данные об ионном составе внешней ионосферы для конкрет- ного региона могут предоставить только иссле- довательские комплексы НР [1, 2]. Цель настоящей работы – представить вариа- ции параметра (H ) ,N N+ полученные с помо- щью радара НР Института ионосферы НАН и МОНМС Украины для четырех сезонов в пе- риод минимума 23-го цикла солнечной активнос- ти, а также сравнить экспериментальные данные с данными модели International Reference Iono- sphere (IRI) - 2012 [13, 14]. 2. Ñîñòîÿíèå êîñìè÷åñêîé ïîãîäû Выбранные для анализа данные соответствовали минимуму солнечной активности. На протяжении всего рассматриваемого периода индекс 10.7F (оп- 234 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 И. Ф. Домнин, Д. В. Котов, Л. Ф. Черногор ределяющий плотность потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см и измеряемый в еди- ницах 22 2 110 Вт м Гц )− − −⋅ ⋅ изменялся очень слабо: 20 декабря 2007 г. 10.7 73;F = 25 марта 2009 г. 10.7 69;F = 30 сентября 2009 г. 10.7 72;F = 23 июня 2010 г. 10.7 74.F = Геомагнитная обстановка в выбранные дни была спокойной. Планетарный индекс геомагнит- ной активности pK не превышал значения 4, а индекс pA был меньше 13 (дни, когда 30,pA < считаются магнитоспокойными). Таким образом, состояние космической пого- ды в рассматриваемые дни можно считать спо- койным. 3. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Радар Института ионосферы является одним из четырех (среди более чем десяти существующих) радаров НР в мире, которые могут проводить из- мерения ионного состава во внешней ионосфере. Следует отметить, что остальные три радара (в Хикамарка (Перу), Аресибо (Пуэрто-Рико) и Миллстоун Хилле (США)) расположены в регио- нах с существенно отличающимися геомагнитны- ми координатами и значениями параметра Мак-Ил- вейна [1, 12]. Как результат, объемы трубок гео- магнитного поля, проходящих над всеми упомяну- тыми радарами, отличаются весьма значительно (по сравнению с объемом трубки над Харьковом объемы трубок над Хикамарка, Аресибо и Милл- стоун Хиллом соответственно меньше в 12 раз, мень- ше в 4.6 раза и больше в 3.5 раза) [12]. Сущест- венно отличаются также длины трубок геомагнит- ного поля, высоты их вершин и условия на концах трубок [12]. Вследствие этого распределения ионов H+ в ионосфере над указанными радарами значи- тельно отличаются. Таким образом, данные рада- ра Института ионосферы являются уникальными. Лишь этот радар позволяет наблюдать вариации концентрации ионов H+ в условиях, характерных для среднеширотной ионосферы. Радар расположен в Ионосферной обсерватории Института ионосферы (49 36′° c. ш., 36 18′° в. д.) [2]. Основные параметры радара следующие: частота – 158 МГц, диаметр зенитной параболической ан- тенны – 100 м, эффективная площадь антенны – около 3700 м2, коэффициент усиления антенны – около 410 , ширина основного лепестка диаграммы направленности – около 1 ,° импульсная и средняя мощности радиопередающего устройства дости- гают 3.6 МВт и 100 кВт соответственно, длитель- ность излучаемого импульса 660pT ≈ мкс, часто- та следования импульсов 24.4F = Гц. В режиме измерений ионного состава во внешней ионосфере полоса пропускания фильтра радиоприемного уст- ройства составляет 9.5 кГц. Относительная концентрация ионов водорода, как и другие параметры ионосферной плазмы, в методе НР определяется в результате решения обратной радиофизической задачи [1]. Исходны- ми данными являются измеренные автокорреля- ционные функции (АКФ) НР сигнала, а решение обратной задачи состоит в сравнении измерен- ной АКФ с заранее рассчитанными теоретичес- кими функциями с помощью критерия наимень- шего среднеквадратического отклонения. При анализе экспериментальных данных, полу- ченных для внешней ионосферы, возникают до- полнительные сложности. Прежде всего, на высо- тах внешней ионосферы отношение сигнал/шум зачастую гораздо меньше единицы (вследствие уменьшения концентрации электронов и увеличе- ния расстояния до исследуемой области), что приводит к необходимости временного усредне- ния исходных экспериментальных данных на большем интервале времени (в настоящей ра- боте измеренные АКФ НР сигнала усреднялись на интервале 60 мин). Учет возможной много- компонентности ионного состава увеличивает число параметров плазмы, которые необходимо получить в результате решения обратной радио- физической задачи. Это обстоятельство не толь- ко существенно увеличивает время анализа дан- ных, но и, в отдельных случаях, может привести к значительным погрешностям получаемых ре- зультатов вследствие неудачного выбора шагов поиска параметров плазмы [15]. В настоящей работе при анализе экспериментальных данных использовались обоснованные авторами опти- мальные значения шагов поиска [15]. Впервые при анализе данных радара Института ионосфе- ры наряду с традиционно используемой одномер- ной функцией неопределенности были примене- ны двумерная функция неопределенности АКФ НР сигнала [16] и оригинальная методика, позво- ляющая существенно повысить достоверность результатов оценивания относительных концент- раций ионов водорода и гелия [17]. Погрешность оценок параметра (H )N N+ сложным образом зависит от состояния ионо- ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 235 Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным... сферы, и она оценивалась по результатам прове- дения статистического моделирования, которое предусматривало многократное решение прямой радиофизической задачи в соответствии с пред- ложенным в [18] способом. Рассчитанные дове- рительные интервалы (для доверительной ве- роятности 0.997) показаны на графиках, представ- ляющих результаты наблюдений. 4. Ðåçóëüòàòû íàáëþäåíèé Временные вариации относительной концентрации ионов водорода на определенных высотах, наблю- давшиеся с помощью радара Института ионосфе- ры в выбранные дни (близкие к равноденствиям и солнцестояниям), представлены на рис. 1 и рис. 2. Рассмотрим основные особенности вариаций. Во все сезоны значение параметра (H )N N+ увеличивается с ростом высоты. Максимальные значения (H )N N+ регистрируются в после- полуночные часы, минимальные – в околопо- луденное время. Общей особенностью вариаций является отсутствие выраженной связи момен- та начала уменьшения (увеличения) значений па- раметра (H )N N+ со временем восхода (захо- да) Солнца как над обсерваторией, так и в маг- нитосопряженной точке (МСТ). Заметна асим- метрия суточных вариаций относительно 12:00 (здесь и далее приводится местное солнечное время (LT)). Форма суточных вариаций (H )N N+ в разные сезоны имеет свои особенности. Так, в летний сезон наблюдается четко выраженный максимум (около 01:30), при этом значение (H )N N+ на высоте 606 км достигает 70 %, хотя на протяже- нии большей части суток (примерно с 04:00 до 21:00) (H )N N+ не превышает 10 %. Зимой, Рис. 1. Высотно-временные вариации параметра (H )N N+ 25 марта 2009 г. (а) и 30 сентября 2009 г. (б). На этом и следую- щем рисунке сплошной линией показаны экспериментальные данные, точками – данные модели TTS, штриховой линией – данные модели Данилова–Яичникова. Сплошными стрелками показаны моменты восхода и заката Солнца на данной высоте над Ионосферной обсерваторией, штриховыми стрелками – соответствующие моменты над МСТ 236 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 И. Ф. Домнин, Д. В. Котов, Л. Ф. Черногор напротив, отсутствует выраженный суточный максимум, а на той же высоте 606 км значения (H )N N+ превышают 10 % в течение большей части суток (за исключением периода примерно с 10:00 до 17:00), хотя максимальное значение (H ) ,N N+ как и в летний сезон, составляет при- мерно 70 %. В дни, близкие к равноденствиям, максимальное значение (H )N N+ на высоте 606 км также достигает примерно 70 %. Вариа- ции в осенний и весенний сезоны имеют сходный характер, однако 30 сентября 2009 г. изменения параметра (H )N N+ в течение суток более мо- нотонны, чем 25 марта 2010 г. Высотные вариации величины (H )N N+ также зависят от сезона. Так, например, 23 июня 2010 г. в 01:30 значения (H )N N+ на высотах 459, 533 и 606 км примерно равны 17, 40 и 70 % соответст- венно. А 20 декабря 2007 г. значения (H )N N+ на тех же высотах и в то же время составляют соответственно 30, 50 и 65 %. 5. Ñðàâíåíèå ñ äàííûìè ìîäåëè IRI-2012 Модель IRI, созданная как совместный проект Международного научного радиосоюза (URSI) и Комитета по исследованию космического прост- ранства (COSPAR), фактически является между- народным климатологическим стандартом ионо- сферы [13]. В качестве модели ионного состава внешней ионосферы до появления версии IRI-2007 исполь- зовалась модель Данилова–Яичникова, пост- роенная по результатам ракетных исследований и спутниковых измерений (“Электрон-2,-4”, S3-1), соответствующих низкой и средней солнечной ак- тивности, и дополненная данными ограниченного количества измерений методом НР [10]. Ионный состав описывался как функция высоты, широты, зенитного угла Солнца, сезона, времени и солнеч- ной активности. В версии IRI-2007 появилась аль- тернативная модель ионного состава TTS, пост- роенная по результатам анализа данных спутников Рис. 2. Высотно-временные вариации параметра (H )N N+ 21 декабря 2007 г. (а) и 23 июня 2010 г. (б) ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 237 Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным... Atmosphere Explorer-C, - E и “Интеркосмос-24” [11]. Входные параметры модели такие же, как и у модели Данилова–Яичникова. Вариации параметра (H )N N+ рассчитанные для рассматриваемых дат и высот с использова- нием моделей Данилова–Яичникова и TTS, предс- тавлены на рис. 1 и рис. 2. Сравнение данных ра- дара Института ионосферы с модельными вариа- циями выявило следующие основные отличия. Для всех сезонов для большинства рассматри- ваемых высот модельные значения параметра (H )N N+ ниже, чем результаты эксперимента. Абсолютная величина наблюдаемых различий ми- нимальна в околополуденное время и возрастает при переходе к ночным условиям. Так, например, 23 июня 2010 г. в 01:30 на высоте 533 км экспери- ментальная оценка параметра (H ) 40 %,N N+ ≈ тогда как соответствующее значение, получен- ные с помощью модели Данилова–Яичникова равно 10 %, а модель TTS дает всего лишь 2 %. Подобная картина наблюдается и для других высот. Следует заметить, что для высот ниже 606 км для всех сезонов, кроме зимнего, расхож- дения с данными эксперимента меньше в случае применения модели Данилова–Яичникова, а на высоте 606 км более близкие к результатам экс- перимента значения (H )N N+ дает модель TTS (за исключением летнего сезона). Экспериментальные вариации параметра (H )N N+ являются значительно менее монотон- ными по сравнению с модельными вариациями. Так, например, в весенний сезон максимальное значение (H )N N+ на высоте 459 км равно при- мерно 30 %, а минимальное – 0 %. Соответствую- щие значения в модели Данилова–Яичникова со- ставляют 13 и 0 %, в модели TTS – 4 и 1 %. Модельные вариации являются также зна- чительно более симметричными относительно полудня. В целом можно говорить о существенных ка- чественных и количественных отличиях между результатами эксперимента по измерению сезон- ных высотно-временных вариаций параметра (H )N N+ и данными моделей ионного состава, входящих в модель IRI-2012. 6. Îáñóæäåíèå Представленные результаты наблюдений и отмечен- ные особенности вариаций параметра (H )N N+ качественно соответствуют существующим физи- ческим представлениям о поведении ионов водоро- да во внешней ионосфере. Согласно этим представ- лениям в дневное время относительная концентра- ция ионов водорода на рассматриваемых высотах низкая (не более 10 %), поскольку основным источ- ником ионов водорода является не фотоионизация нейтральных атомов водорода, а так называемая резонансная передача заряда от ионов кислорода к атомам водорода [12]. Образовавшиеся в результате этой реакции ионы H+ диффундируют вдоль силовых линий гео- магнитного поля и накапливаются в области вершины трубки геомагнитного поля, проходящей сквозь данную область ионосферы. В ночные часы, когда процессы фотоионизации в рассматриваемой области приостанавливаются, концентрация элек- тронов и температуры заряженных частиц умень- шаются, что приводит к снижению давления плаз- мы у основания трубки геомагнитного поля, воз- никновению нисходящих потоков ионов водорода и соответствующему увеличению их относительной концентрации на рассматриваемых высотах [19]. Такая схема процессов позволяет объяснить наблюдаемое увеличение значений параметра (H )N N+ с ростом высоты и бóльшие по срав- нению с дневными значениями относительные концентрации ионов водорода в вечерние и ноч- ные часы. Отмеченное отсутствие четкой связи между моментом начала уменьшения (увеличения) зна- чений параметра (H )N N+ со временем восхо- да (захода) Солнца над Ионосферной обсервато- рией и в МСТ можно объяснить тем, что динами- ка ионосферно-протоносферных потоков плазмы зависит не только от уровня освещенности рас- сматриваемой области ионосферы, но и в зна- чительной степени от распределения светового потока вдоль всей трубки геомагнитного поля, проходящей черезx эту область. Поскольку на раз- личных высотах и в регионах с существенно отличающимся географическим положением (а вершина трубки магнитного поля, проходящей над харьковской Ионосферной обсерваторией, на- ходится на высоте примерно одного радиуса Зем- ли над экватором) время восходов и заходов, а также интенсивность солнечного излучения раз- личны, результирующее пространственно-времен- ное распределение освещенности внутри трубки геомагнитного поля оказывается достаточно сложным. Одним из факторов, влияющих на рас- 238 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 И. Ф. Домнин, Д. В. Котов, Л. Ф. Черногор пределение ионов водорода, являются также вет- ры в нейтральной атмосфере [5, 20]. Систематическое, значительно превышающее уровень погрешностей измерений, занижение зна- чений параметра (H )N N+ в моделях ионного состава по сравнению с данными эксперимента должно стать предметом отдельного исследования. Как представляется, возможным объяснением на- блюдаемых различий может быть неустранимое смещение оценок параметра (H ) ,N N+ полу- чаемых с помощью спутниковых измерений. Дело в том, что ионы водорода могут достаточно ин- тенсивно исчезать, передавая свой заряд атомам кислорода [12]. Скорость такой реакции пропорци- ональна произведению абсолютных концентраций ионов водорода и атомов кислорода [12]. Есть ос- нования полагать, что в условиях измерений ион- ного состава на спутниках (главным образом вследствие того, что скорости движения спутни- ка относительно атомов кислорода в несколько раз превышает скорость их теплового движения) скорость исчезновения ионов водорода непосред- ственно в измерителе ионного состава может ока- заться существенно большей, чем соответствую- щая скорость в окружающей невозмущенной ионо- сферной плазме. Вследствие этого значительная часть попавших в измеритель ионов H+ может передать свой заряд присутствующим там ато- мам кислорода. Как результат, возможно заниже- ние оценки параметра (H )N N+ и соответствую- щее завышение измеряемых значений (O ) .N N+ К аналогичным последствиям может привести и увеличение концентрации ионов O+ в измерите- ле, связанное с малой (по сравнению со скорос- тью движения спутника) скоростью их теплового движения. В пользу гипотезы о систематическом зани- жении спутниковых оценок параметра (H )N N+ свидетельствует несколько лучшее согласие ре- зультатов эксперимента с данными модели Да- нилова–Яичникова, в которой, в отличие от моде- ли TTS, частично использовались данные, полу- ченные с помощью метода НР. Таким образом, систематические качествен- ные и количественные отличия между результа- тами эксперимента по измерению сезонных вы- сотно-временных вариаций параметра (H )N N+ и данными моделей ионного состава, входящих в модель IRI-2012, свидетельствуют о непри- менимости последних на современном этапе для прогнозирования вариаций относительной кон- центрации ионов водорода в ионосфере над ре- гионом Центральной Европы. 7. Âûâîäû 1. С помощью радара НР Института ионосферы получены высотно-временные вариации относи- тельной концентрации ионов водорода в течение четырех сезонов в период минимума 23-го цикла солнечной активности. Выявлены общие черты и характерные для отдельных сезонов особенно- сти вариаций, обсуждены наиболее вероятные при- чины этих особенностей. 2. Проведено сравнение экспериментально по- лученных вариаций с данными моделей Данило- ва–Яичникова и TTS, входящих в состав между- народной модели ионосферы IRI-2012. Установ- лено, что для большинства рассмотренных усло- вий в ночные и вечерние часы модельные оценки параметра (H )N N+ существенно занижены по сравнению с результатами эксперимента. Пред- ложено возможное объяснение причин такого занижения. 3. Необходимым является создание эмпири- ческой модели вариаций относительной концент- рации ионов водорода во внешней ионосфере над регионом Центральной Европы по данным рада- ра НР Института ионосферы. Авторы благодарны И. Б. Склярову, С. В. Чер- няеву и А. Ф. Кононенко за помощь в проведении измерений с использованием радара НР Институ- та ионосферы, а также А. В. Богомазу и М. Н. Сю- сюк за содействие в анализе экспериментальных данных. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Эванс Дж. В. Теоретические и практические вопросы исследования ионосферы методом некогерентного рассея- ния радиоволн // ТИИЭР. – 1969. – Т. 8, № 4. – С. 139–175. 02. Таран В. И. Исследование ионосферы в естественном и искусственно возмущенном состояниях методом некогерентного рассеяния // Геомагнетизм и аэрономия. – 2001. – Т. 41, № 5. – С. 659–666. 03. Chandra S., Troy, Jr., B. E., Donley J. L., and Bourdeau R. E. OGO 4 observations of ion composition and temperatures in the topside ionosphere // J. Geophys. Res. – 1970. – Vol. 75, No. 19. – P. 3867–3878. 04. Hanson W.B., Sanatani S., Zuccaro D., and Flower- day T.W. Plasma measurement with the retarding potential analyzer on OGO-VI // J. Geophys. Res. – 1970. – Vol. 75, No. 28. – P. 5483–5501. ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 17, № 3, 2012 239 Сезонные вариации относительной концентрации ионов водорода во внешней ионосфере над Украиной по данным... 05. Bankov L., Heelis R, Parrot M., Berthelier J., Marinov P, and Vassileva A. WN4 effect on longitudinal distribu- tion of different ion species in the topside ionosphere at low latitudes by means of DEMETER, DMSP-F13 and DMSP-F15 data // Ann. Geophys. – 2009. – Vol. 27, No. 7. – P. 2893–2902. 06. Гладышев В. А., Щекотов А. Ю., Ягова Н. В., Бер- телье Ж.-Ж., Парро М., Акеньтиева О. С., Баранс- кий Л. Н., Федоров Е. Н., Мулярчик Т. М., Молчанов О. А. Концентрация ионов в верхней ионосфере по измере- ниям на спутнике DEMETER. Морфология и зависимость от солнечной и геомагнитной активности // Космические исследования. – 2012. – Т.50, № 2. – С. 109–121. 07. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радио- астрономия. – 2003. – Т. 8, № 1. – С. 59–106. 08. Иванов-Холодный Г. С., Михайлов А. В. Прогнозирова- ние состояния ионосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 190 с. 09. Авдюшин О. И., Данилов А. Д. Ионосферно-магнитная служба. Современное состояние, задачи и перспек- тивы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 243 с. 10. Danilov A., and Yaichnikov A. A new model of the ion com- position at 75 km to 1000 km for IRI // Adv. Space Res. – 1985. – Vol. 5, No. 3. – P. 75–79. 11. Triskova L., Truhlik V., and Smilauer J. An empirical model of ion composition in the outer ionosphere // Adv. Space Res. – 2003. – Vol. 31, No. 3. – P. 653–663. 12. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. – М.: Наука, 1988. – 528 с. 13. Bilitza D. and Reinisch B. W. International Reference Iono- sphere 2007: Improvements and new parameters // Adv. Space Res. – 2008. – Vol. 42, No. 4. – P. 599–609. 14. Сайт модели International Reference Ionosphere <www.iri.gsfc.nasa.gov>. 15. Домнин И. Ф., Котов Д. В., Черногор Л. Ф. Оптимиза- ция определения параметров ионосферной плазмы методом некогерентного рассеяния // Нелинейный мир. – 2012. – № 6. – C. 380–386. 16. Сюсюк М. Н., Котов Д. В., Богомаз А. В. Моделирова- ние двумерной функции неопределенности радара некогерентного рассеяния // Вестник Национального тех- нического университета “ХПИ”, тематический выпуск “Радиофизика и ионосфера”. – № 44. – C. 81–84. 17. Котов Д. В., Черногор Л. Ф. Об особенностях наблюде- ния ионов гелия с помощью радаров некогерентного рассеяния // Сборник Трудов XII Конференции моло- дых учених “Взаимодействие полей и излучения с ве- ществом” БШФФ-2011. – Иркутск: Изд-во ИСЗФ СО РАН. – 2011. – С. 199–201. 18. Пат. 42311 Україна, МПК G015 13/95 Спосіб імітації суміші шумоподібного сигналу та завади із заданими спектрами. В. А. Пуляев, А. В. Богомаз, Д. В. Котов. № заявки 4200901462; Заявл. 20.02.2009; Опубл. 25.06.2009. – Бюл. № 12/2009. 19. Richards P. G., Schunk R. W., and Sojka J. J. Large-Scale Counterstreaming of H+ and He+ Along Plasmaspheric Flux Tubes // J. Geophys. Res. – 1983. – Vol. 88, No. A10. – Р. 7879–7886. 20. Heelis R. A. and Hanson W. B. Interhemispheric transport induced by neutral zonal winds in the F-region // J. Geophys. Res. – 1980. – Vol. 85, No. A6. – P. 3045–3051. І. Ф. Домнін1, Д. В. Котов1, 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 СЕЗОННІ ВАРІАЦІЇ ВІДНОСНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ ІОНІВ ВОДНЮ У ЗОВНІШНІЙ ІОНОСФЕРІ НАД УКРАЇНОЮ ЗА ДАНИМИ МЕТОДУ НЕКОГЕРЕНТНОГО РОЗСІЯННЯ ТА ЇХ ПОРІВНЯННЯ З ДАНИМИ МОДЕЛІ IRI-2012. 1. МІНІМУМ СОНЯЧНОЇ АКТИВНОСТІ Наведено результати спостережень за допомогою радара некогерентного розсіяння Інституту іоносфери (м. Харків) висотно-часових варіацій відносної концентрації іонів водню у дні весняного та осіннього рівнодень, зимового та літнього сонцестоянь під час мінімуму 23-го циклу соняч- ної активності. Виконано порівняння спостережених варіацій з даними моделі IRI-2012. Встановлено, що варіації віднос- ної концентрації іонів водню над Україною якісно та кількісно відрізняються від модельних варіацій. I. F. Domnin1, D. V. Kotov1, 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. Kazarin National University of Kharkiv, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine SEASONAL VARIATIONS OF HYDROGEN IONS FRACTION IN THE TOPSIDE IONOSPHERE OVER UKRAINE ACCORDING TO THE INCOHERENT SCATTERING TECHNIQUE DATA AND COMPARISON WITH IRI-2012 MODEL DATA. 1. SOLAR ACTIVITY MINIMUM The results of observations of altitude and temporal variations in the hydrogen ions fraction for the vernal and autumnal equinoxes, winter and summer solstices during the minimum of the 23rd solar activity cycle using the incoherent scatter radar of the Institute of Ionosphere, Kharkiv, are presented. The observed variations are compared with the IRI-2012 data model. It is found that varia- tions in the hydrogen ions fraction over Ukraine are different both qualitatively and quantitatively from the model variations. Статья поступила в редакцию 06.07.2012

Репозитарії

Схожі ресурси