Введение к работе
Диссертационная работа направлена на решение проблемы взаимодействия атмосферных процессов на различных высотных уровнях на основе исследования эффектов крупномасштабных метеорологических возмущений в вариациях ионосферных параметров.
Исследования проведены на базе ионосферных данных наземной сети станций, полученных из МЦД-Б2 и ежедневных карт геопотенциала изобарической поверхности ЗОгПа, полученных из ВНИИГМИ-МЦД.
Актуальность проблемы
В последние годы при изучении солнечно-земной физики все больше делается упор на выработку единой концепции, в которой вся цепочка явлений в системе Солнце - Земля становилась бы чем-то большим, чем простая сумма отдельных составляющих [1]. В этой связи большое внимание уделяется взаимодействию между различными сферами планеты и, в том числе, между различными слоями земной атмосферы.
Верхние слои атмосферы находятся под двойным энергетическим воздействием: "сверху" (влияние ионизирующего излучения) и "снизу" (приток энергии возмущений из более плотных атмосферных слоев). Возмущения нижних слоев характеризуются очень широким спектром, от акустико -гравитационных до планетарных волн. Основная часть атмосферной энергии сосредоточена в планетарных волнах, проникающих из тропосферы в вышележащие слои при определенных условиях [2,3], которые могут улучшаться с ростом солнечной активности [4].
Планетарные волны являются неотъемлемой характеристикой страто-мезосферы, а долготные вариации, напоминающие по внешнему виду планетарные волны, присутствуют во всех параметрах термосферы.
Проводить полную аналогию между планетарными волнами нижней атмосферы и долготными вариациями термосферы нельзя, так как на тср-мосферных высотах существуют собственные источники долготных вари-
аций, первопричинами которых являются несовпадение географического и геомагнитного полюсов и долготная неоднородность характеристик геомагнитного поля. Вместе с тем, нельзя не учитывать и результаты теоретических расчетов, указывающие на возможность влияния планетарных волн нижней атмосферы на вариации термосферных параметров [3].
Исследовать детально связь между характеристиками стратосферы и нейтральной атмосферы на термосферных высотах пока сложно, так как экспериментальные данные о термосферных параметрах существенно разрознены по высоте, пространственным координатам, сезонам и т.д. В то же время известно [5], что вариации термосферных характеристик находят отражение в вариациях ионосферных характеристик, а многолетний архив ионосферных данных, измеренных на наземной сети станций (особенно на средних широтах северного полушария, где сеть станций наиболее густая) позволяет обеспечить достаточную для анализа статистику.
Исследования метеорологических эффектов в ионосфере, начатые профессором В.Н.Кессенихом еще в 40-ые годы, актуальны и по той причине, что практическое использование ионосферы в задачах радиолокации, навигации космических аппаратов, распространения радиоволн, требуют развития и усовершенствования ионосферных моделей с учетом зависимости ее параметров от энергии всех реально существующих источников.
Диссертационная работа выполнялась в рамках приоритетного научного направления Республики Казахстан: "Физика космических тел и их систем: взаимодействие и эволюция" и в соответствии с международными научно-исследовательскими программами: Middle Atmosphere Programm (1979 -1985гг.), Middle Atmosphere Cooperation (1986 - 1990гг.), Solar - Terrestrial Energy Programm (1990 - 1995гг.).
Целью работы являлось выявление эффектов крупномасштабных метеорологических возмущений в вариациях ионосферных параметров на основ* разработки новых подходов к анализу многолетнего архива данных, измс-
ренных на среднеширотной сети ионосферных станций северного полушария.
В соответствии с целью работы было выполнено следующее:
1. Предложена методика исключения из вариаций ионосферных пара
метров той части, которая обусловлена вариациями интенсивности иони
зирующего излучения (воздействие "сверху"), с тем, чтобы стали более
наглядными эффекты, связанные с воздействием "снизу".
-
Исследована реакция D-области и F2- слоя ионосферы на крупномасштабные возмущения стратосферы в зимний сезон.
-
Предложен и реализован метод выделения и анализа крупномасштабных долготных вариаций ионосферных параметров на количественной основу
-
Разработан новый способ определения среднезональных значений меридиональной и зональной компонент термосферного ветра на средних широтах северного полушария по характеристикам гармоники га=2 в долготных вариациях высоты максимума F2-cnoa.
Научная новизна работы заключается в том, что:
-
Впервые выявлен на количественной основе отклик характеристик D-области и Р2-слоя ионосферы на крупномасштабные возмущения стратосферы в зимний сезон.
-
Впервые получены количественные характеристики долготных вариаций параметров максимума слоя F2 на основе расчета амплитуд и фаз гармоник с зональными волновыми числами т=1 и т—2, изучена их морфология на средних широтах северного полушария и выявлен относительный вклад физических механизмов, ответственных за их возникновение.
3. Разработан новый способ определения среднезональных значений ме
ридиональной и зональной компонент термосферного ветра на средних ши
ротах северного полушария по ионосферным данным.
Научная и практическая ценность работы определяются тем, что
реализованы новые алгоритмы анализа ионосферных данных, позволившие получить качественно новую информацию из архива ионосферных данных, накопленных на сети ионосферных станций;
разработан метод расчета скорости нейтрального ветра в термосфере по характеристикам гармоники т—2 в долготных вариациях высоты максимума слоя F2, позволяющий использовать действующую сеть ионосферных станций по новому, в том числе, назначению: для регулярного мониторинга среднезональных значений меридиональной и зональной компонент нейтрального ветра на высотах Г2-слоя;
получены новые экспериментальные результаты, расширяющие знания о взаимодействии атмосферных процессов на различных высотных уровнях.
На защиту выносятся:
-
Эффекты крупномасштабных метеорологических возмущений в вариациях характеристик D-области и F2-cnoa ионосферы.
-
Количественные характеристики крупномасштабных долготных вариаций критических частот и высот максимума слоя F2 на средних широтах северного полушария: морфология и физические механизмы.
-
Способ определения среднезональных значений меридиональной и зональной компонент термосферного ветра на средних широтах северного полушария по характеристикам долготных вариаций высоты максимума слоя F2.
Личный вклад автора: Автор ставил задачу, обосновывал методику, принимал участие в ее реализации, получении и интерпретации результатов, делал выводы.
Апробация работы
Результаты работы были представлены более чем на 20 научных конференциях, в том числе:
на международных (в рамках КАПГ) симпозиумах по изучению метеорологических эффектов в ионосфере: Ростов-на-Дону, 1977; София, 1982; София, 1985; София, 1988;
на симпозиумах по результатам исследования средней атмосферы: Алма-Ата, 1983; Москва, 1986, 1989;
на международных школах по физике ионосферы: Сочи, 1976,1979, 1983;
на совещаниях по исследованию полярной ионосферы и магнитосферы: Мурманск, 1978, 1984;
на совещаниях по исследованию динамических процессов в верхней атмосфере: Обнинск, 1976, 1979, 1982, 1985, 1988;
на международной конференции по физике солнечно-земных связен, Ал-маты, 1994;
на 8-ом международном симпозиуме по солнечно-земной физике, Sendai, Japan,1994;
на XXV Генеральной Ассамблее URSI, Lille, France, 1996;
на международном симпозиуме IAGA, Uppsala, Shweden, 1997.
Диссертация в целом обсуждалась:
на международном симпозиуме по мониторингу окружающей среды и проблемам солнечно-земной физики, Томск, июнь, 1996;
на научно-реферативном семинаре лаборатории волновых процессов в ионосфере ИИ МН-АН РК в июле 1997г;
на совместном семинаре ионосферного отдела и лаборатории ионосферной динамики Института Земного Магнетизма, Ионосферы и Распространения Радиоволн РАН (ИЗМИРАН, г.Троицк) в январе 1998г.
Публикации По теме диссертации опубликовано более 50 научных статей и одна монография (в соавторстве).
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.
