Морфология и природа аномальной ионизации Е-слоя в области приполюсной границы КАСПА при северном ММП Габис, Ирина Петровна

Введение к работе

В диссертации проведено исследование морфологии аномальной ионизации Е-слоя ионосферы в области приполюсной границы каспа при северном межпланетном магнитном поле (МНП) и изучение характеристик полярных сияний и геомагнитных возмущений, наблюдающихся в периоды появления аномальной ионизации. Результаты интерпретированы в рамках теоретической модели взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой - модели пересоединения северного КМП с геомагнитным полем в области высокоширотной магннтопаузи.

Актуальность проблемы. В настоянеє врекя проводятся интенсивные исследования физики процессов передачи энергии от солнечного ветра в магнитосферу и в ионосферу, энергии, которая является источником магнитооферных и ионосферных возмущений. В связи с этим большое значение имеет изучение явлений, происходящих в пограничных слоях магнитосферы. Пограничные слои, контактирующие с магнитопаузой, проектируются вдоль силовых линий в дневной сектор высокоширотной ионосферы вблизи области каспа. Поэтому процессы взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой могут оказывать непосредственное влияние на характеристики и динамику плазмы на высотах дневной высокоширотной ионосферы.

.Значительный прогресс теоретических и экспериментальных исследований процоссов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли на дневной (лобовой) магнитопаузе привел к интенсивным поискам проявлений этих процессов в ионосферных наблюдениях в области вблизи каспа/клефта. Механизм поступления плазмы магнитослоя в ионосферу и роль каспа в этом процессе в настоящее время до конца не ясны. Явления на высокоширотной магнитопаузе при северном направлении вертикальней компоненты В КМП исследованы недостаточно. Поэтому изучение ионосферных эффектов процессов, происходящих на магнитопаузе- и в пограничны.¹; слоях магнитосферы, является важной задачей. Объяснение ионосферных наблюдений в области каспа/клефта на основе существующих теоретических моделей процессов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой сегодня является одной из главных задач Физики магнитосферы, так как дает возможность проверить справедливость теоретических моделей и указывает путь к их усовершенствованию.

Цель диссертационной работы состоит в определении источника

(или механизм'» образования) аномальной ионизации на высоте Е-слоя

ионосферы в дчевном HLT-секторе в области исправленных

геомагнитных широт Ф'=83.3" (обе. Восток, Антарктида). Pomehije

- 4_p-зтоіі проблемы включает следующие исследования:

1. Изучение морфологии полуденной аномальной ионизации по
данным вертикального зондирования ионосферы (ВЗИ) обе. Восток:
определенно суточных и сезонных вариаций характеристик аномальчои.
ионизации и их зависимости от геомагнитной активности и or
параметров ММП и солнечного ветра.

1. Исследование связи аномальной ионизации с полярными сияниями и геомагнитными возмущениями, наблюдающимися в области появления аномальной ионизации. Определение по данным all-sky камеры обе. Восток характеристик сияний, наблюдающиеся в периоды появления аномальной ионизации.

2. На основе особенностей морфологии, а также связи аномальной ионизации с определенным типом полярных сияний и геомагнитных возмущений объяснение причины возникновения аномальной ионизации в рамках соответствующей теоретической модели.

Защищаемые положения:

1. Результаты исследования, морфологии аномальной ионизации Е-слоя ионосферы, наблюдаемой вблизи геомагнитного полудня на широте обе. Восток (Ф'=ЄЗ.З).

2. Появление аномальной ионизации в Е-слое по данным ВЗИ обе.

Восток является признаком нахождения обсерватории в области

приполюсной границы каспа и процесса пересоединения геомагнитного

поля с ММП на силовых линиях высокоширотной магнитопаузы при

северном В ММП. z

3. В области появления полуденной аномальной ионизации Е-слоя на Ф"~83 наблюдается конвекция ионосферной плазмы к Солнцу и, соответственно, электрическое поле, направленное с вечера на утро.

4. Аномальная ионизация Е-слоя вызывается высыпанием электронов.вдоль геомагнитных силовых линий в области вблизи приполюсной границы каспа вследствие спонтанного перєсое;;»шения северного межпланетного и геомагнитного полей па высокоширотной магнитопаузе.

Научная новизна. Проведено комплексное исследование явления аномальной ионизации в Е-слое ионосферы вблизи приполюсной границы каспа при северном ММП. По данным ВЗИ исследована морфология полуденной аномальной ионизации на ф'~03": суточная и сезонная вариации вероятности появления, зависимость от геомагнитной активности и от МНЯ, сезонная вариация высоты слоя аномальной ионизации, зависимость времени ее появления относительно геомагнитного полудня от знака азимутальной компоненты В ММП.

По данным ВЗИ и all-sky камеры обе. Восток исследована связь

аномальной ионизации Е-слоя с полярными сияниями, наблюдающимися б области ее появления. Связь аномальной ионизации с сияниями свидетельствует о выкипании электронов с энергиями, способными создать дополнительную ионизацию' на высотах Е-слоя. Впервые определены характеристики полг.рных сияний, наблюдающихся на Ф'"(80^в-83^в) в области.приполюсной границы каспа при северном. В„ МММ и связанных с аномальной ионизацией Е-слоя: локализация сияний в зависимости от величины В >0, форма и протяженность дискретных структур сияний, направление и скорость движения. зависимость направления движения от В . и В, КИП, время жизни 'отдельных структур и периодичность импульсов сияний.

По магнитным данным обе. _ Восток изучены геомагнитные возмущения, сопутствующие аномальной ионизации в Е-слое в области приполюсной границы каспа при северном ММП. Определено направление вектора возмущения и, соответственно, направление конвекции плазмы, а также направление электрического поля в- области наблюдения аномальной ионизации. Впервые показано, что полуденная аномальная ионизация на Ф'=83.3 (обе. Восток) всегда сопровождается генерацией антисолнечного тока в Е-слое в локальной области ионосферы, что свидетельствует о существовании в этой области конвекции плазмы в направлении к Солнцу -и электрического, поля, направленного с вечера на утро.

Совокупность результатов экспериментальных исследований,'

установленных связей и закономерностей позволяет предложить в

качестве механизма образования полуденного плоского спорадического

слоя на Ф'—бЗ* ионизацию электронами, высыпающимися вследствие

процессов импульсного пересоединения на высокоширотной

магнитопаузе за каспами при северном В ММП.

Научная и практическая ценность. Экспериментальные исследования явлений в ионосфере каспа и дневной поллрной шапки, которые, возможно, вызываются процессами в высокоширотных пограничных слоях магнитосферы при северном ММП, способствуют объяснению основных физических процессов, развивающихся на магнитопау-е при обтеканги ее потоком солнечного ветра. Полученные в работе результаты показывают, что аномальная ионизация Е-слоя ионосферы мохет быть использована в качестве инструмента исследования фундаментальных явлений, .геофизики, таких как механизм поступл^ия энергии солнечного ветра в магнитосферу и ионосферу Земли.

Экспериментальные результаты по морфологии аномальной "ионизации в области приполюсной границы каспа удовлетворительно

объясняются в рамках модели пересоединения северного В., и геомагнитного поля в области аномального сопротивления на . высокоширотной магнитопаузе, подтверждая таким образом теоретическую модель взаимодействия солнечного ветра с .магнитосферой при В >0. Экспериментально определенные характеристики полярных сияний и геомагнитных возмущений могут быть использованы при разработке физических теорий процессов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой при северном ММП.

Само появление аномальной ионизации может быть использовано для каждого конкретного случая как ионосферный признак (определяемый по наземным ионосферным данным ВЗИ) приполюсной границы каспа. Определяя ее положение, можно, во-первых,' проводить исследование в соотзатствующие временные интервал¹! других явлений (пульсаций, геомагнитных возмущений, сияний) в области приполюсной границы каспа при В >0. Во-вторых, то, что аномальная ионизация является эффектом процессов на магнитопаузе, может быть использовано для исследования аналогичных явлений на обсерваториях, расположенных экватори-альнее обе. Восток, то есть в области наиболее вероятных для каспа пирот.

Полученные в работе результаты по морфологии полуденной аномальной ионизации Е-слоя на обе. Восток могут бить использованы при прогнозировании параметров ионосферного радиоканала, так как условия распространения ВЧ-радиосигнала в -значительной степени определяются распределением электронной концентрации в Е-области вдоль трассы. Задача оптимизации условий распространения декаметрових радиоволн включает исследование как возможности распространения радиоволн через" спорадический слой в Е-обллсти, так и вероятности ухудшения прохождения КВ-сигнала на протяженных радиотрассах из-за экранирования F-слоі: спорадическим слоем Е . Следовательно, важное практическое значение имеет изучение вероятности появления Е в области конкретной радиотрассы и зависимости этой вероятности от геофизических условий, что дает возможность при прогнозировании диапазона рабочей частоты учитывать вероятность ' и ' величину аномальной ионизации в Е-слое.

Реализация работы. Результаты исследований использовались при выполнении работ по темам НИР ДАНИИ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах ДАНИИ и СПбГУ, на всесоюзном семинаре "Физика полярной ионосфе_ры" (Иркутск, 1990 г.).

Публикации. По темо диссертации опубликовано 5 рйоОТ > список

которых приведен э конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,