СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации ВАРИАЦИИ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВЫСОТ СПОРАДИЧЕСКОГО СЛОЯ ’Е’ ИОНОСФЕРЫ

ВАРИАЦИИ СРЕДНЕГОДОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВЫСОТ СПОРАДИЧЕСКОГО СЛОЯ 'Е' ИОНОСФЕРЫ

© В.Ф. Петрухин, Е.А. Пономарев, В.Д. Кокоуров,* Н.А. Сутырин

Институт солнечно-земной физики СО РАН. 664033 Иркутск-33, а/я 4026.

Контакт с авторами: zdk@iszf.irk.ru

Телефон: (3952)-51-16-06, факс: (3952)-51-16-75

Анализ временных вариаций среднегодовых значений действующих высот спорадического слоя Es по наблюдениям в Иркутске (52.47° N, 104.41° E) в 1960 – 1996 годах показал, что вариации этих величин у спорадических образований типа EsC, EsL и EsF имеют место в пределах 105 – 132 км. Их временные вариации проявляют высокое подобие между собою и имеют характерный период около восьми лет. Значения названных величин спорадического слоя типа EsCL имели в 1967 – 1969 годах уменьшение относительно среднего уровня примерно на 20 км, затем длительное время – около 17 лет эти значения сохранялись пониженными и лишь в 1985 – 1987 годах восстановились до среднего уровня.

С целью анализа условий формирования спорадического слоя типа EsCL мы исследовали статистическую связь между солнечной и магнитной активностями в период 1900 – 2000 годы. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что корреляция между солнечной и магнитной активностью сильно уменьшается и становиться отрицательной примерно в 1969 – 1987 годах. В эти же годы наблюдается аномальное поведение слоя EsCL. Кроме того, отмечено, что связь между солнечной и магнитной активностью имеет разный характер на ветвях роста и спада солнечной активности в разных циклах активности, и принимает аномальный характер в 20 и 21 цикле.

Введение. Для правильного понимания процессов и явлений в верхней атмосфере и причинно-следственных связей между различными областями атмосферы необходим обстоятельный анализ изменений параметров атмосферы за длительный период. Состояние верхней атмосферы подвержено многочисленным вариациям под воздействием солнечной активности, сезонных циклов и геомагнитной активности, что существенно затрудняет подобный анализ. В последние десятилетия накоплен большой материал наблюдений за состоянием верхней атмосферы. Это дает возможность приступить к изучению многолетнего режима состояний верхней атмосферы, к исследованию климата верхней атмосферы и открывает также известные возможности исследования многих явлений и процессов в верхней атмосфере, недоступных ранее для анализа. Например, изучение основных закономерностей возникновения и развития спорадических структур ионизации. Такие исследования можно выполнить для длительного отрезка времени, при разных состояниях системы Солнце – Земля (в разных условиях солнечной и магнитной активности и др.). Долговременные изменения параметров верхней атмосферы, возможно, зафиксировать и проанализировать только на интервалах времени, значительно превышающие длительность солнечного цикла. Имеющийся сегодня материал наблюдений позволит выполнить лишь предварительные исследования вековых вариаций параметров верхней атмосферы. Это обстоятельство было подчеркнуто в работах [1,2].

Постановка задачи. В настоящее время внутренние законы развития физики атмосферы, потребности решения прикладных задач и успеха экспериментальных методов, позволивших накопить длинные ряды однородных наблюдений различных параметров атмосферы в широком диапазоне высот, привели к распространению метеорологических и климатологических представлений на верхнюю атмосферу и, естественно, на ионосферу, входящую в ее состав. И действительно, поскольку главной задачей метеорологии является прогноз состояния и в конечном счете управления поведением всей атмосферы как единого целого с учетом влияния известных сил и граничных условий на вращающейся планете, для нее нет оснований ограничиваться только нижними слоями. Необходимо создание самосогласованной модели взаимного влияния ионосферных факторов и климатических процессов.

Основы ионосферной метеорологии и климатологии постепенно закладываются идея о необходимости теоретического и экспериментального изучения взаимодействия различных атмосферных слоев стала общепринятой. И это, на наш взгляд, стало одним из самых значительных достижений последних лет. Активно обсуждаются долговременные многолетние изменения и тенденции (тренды) в вариациях различных параметров ионосферы - электронной концентрации в главном максимуме ионосферы, высоты этого максимума, динамического режима ионосферы, поглощения радиоволн в ионосфере. Эти долговременные изменения иногда связывают с такими явлениями, как глобальное потепление, уменьшение общей концентрации озона, антропогенное загрязнение атмосферы и т.п.

С другой стороны, наблюдаемая сильная изменчивость ионосферы (от часов и суток до гелиоциклов и более длинных периодов) определяется, как теперь установлено, не только соответствующими вариациями солнечной и геомагнитной активности, но и в значительной степени метеорологическими процессами в тропосфере, стратосфере и мезосфере.

По существу, в настоящее время, идет поиск таких ионосферных параметров, которые можно эффективно использовать в качестве ее климатологических характеристик. При этом должны соблюдаться как минимум два требования - четкая связь с каким-либо атмосферным параметром (плотность, температура, ветер и т.п.) на высотах ионосферы и достаточно длинные ряды данных, пригодные для физико-статистического анализа.

К сожалению, регулярные наблюдения и измерения ионосферных характеристик начались в отдельных местах только в тридцатых годах 20-го века, а мировая сеть ионосферных обсерваторий сформировалась в пятидесятых годах, ко времени Международного Геофизического Года. Наибольшее количество информации дал и продолжает давать метод вертикального радиозондирования и вкупе с международной стандартизированной методикой обработки ионограмм.

Область Е ионосферы, занимая пространство на высотах 85 – 140 км., формируется в сложных условиях под воздействием метеорологических процессов и приливных явлений снизу, широкого спектра солнечного электромагнитного и корпускулярного излучения и метеорных потоков сверху. В этой области пространства расположен регулярный слой Е ионосферы и спорадические слои Es разных типов.

Оригинальная структура области Е ионосферы всегда привлекала внимание физиков – в первую очередь стремились объяснить причины появления спорадических образований с повышенной электронной концентрацией, анализировали устойчивость этих образований и влияние на них регулярных ветров, турбулентных движений и т.д. В 1930 – 2003 годах были выполнены многочисленные исследования основных пространственно-временных закономерностей появления спорадических слоев, был предложен ряд механизмов и теорий формирования таких образований. Механизмов и теорий, удовлетворительно объясняющих появление спорадических слоев разных типов пока, не предложено. Климатология области Е ионосферы практически не исследовалась.

Представляется целесообразным с целью исследования закономерностей различных спорадических образований и климатологии названной области пространства проследить изменения некоторых параметров ионосферных слоев за длительное время. Нами для анализа использовались многолетние однородные материалы наблюдений за состоянием ионосферы методом вертикального радиозондирования обсерватории в Иркутске (52.47N, 104.3E) за 1960 – 1996 годы. Наблюдения выполнялись в соответствии с руководством по зондированию ионосферы [3]; первые результаты анализа сообщались в работах [4,5]. В настоящей работе сообщаются результаты анализа временных вариаций действующих высот h’Es спорадического слоя Es.

Результаты анализа. На средних широтах обычно наблюдается спорадический слой типов EsC, EsL, EsF и EsCL. Анализ выполнялся отдельно для каждого типа; рассматривались вариации среднегодовых значений действующих высот h’Es. Установлено, что действующие высоты спорадических образований типа EsC, EsL и EsF изменяются в пределах 105 – 132 км, с характерным периодом около восьми лет. Временные вариации этих величин проявляют высокое подобие между собою. Временной ход обсуждаемых величин показан на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Вариации среднегодовых значений действующих высот спорадических образований типа EsC и EsL и среднегодовых значений чисел Вольфа. 

Совершенно иная картина наблюдается в вариациях среднегодовых значений действующих высот спорадического типа EsCL (Рис. 2.).

Рис. 2. Вариации среднегодовых значений действующих высот спорадических образований типа EsF и EsCL. 

Значения h’ для этого типа спорадического слоя имели в 1967 – 1969 годах уменьшение относительно среднего уровня примерно на 20 км, далее длительное время – около 17 лет эти значения сохранялись на низком уровне и лишь в 1985 – 1987 годах увеличились до среднего.

Поиски причинно-следственных связей между солнечной и магнитной активностью и вариациями h’Es успеха не имели. Например, на рисунке 1 приведен ход среднегодовых значений чисел Вольфа. Здесь хорошо видно, что вариации величин h’Es не обнаруживают связи с солнечной активностью. Не установлено также прямой связи действующих высот Es с магнитной активностью

Для изучения условий формирования спорадического образования типа EsCL мы просмотрели статистическую связь между солнечной и магнитной активностями в период 1900 – 2000 годы.

Рис. 3. Связь между солнечной и магнитной активностями в период 1900 – 2000 годы.

Для этого был определен коэффициент корреляции межу числами Вольфа W и индексами магнитной

активности AA для промежутка длиной в 11 лет. Полученный результат был отнесен к средине этого интервала, затем этот интервал был, сдвинут на один год, и расчет был повторен и т.д. Этот расчет показан на рисунке 3. Коэффициент корреляции между величинами W и AA длительное время имеет высокое, а главное положительное значение; в 1964 году этот коэффициент начинает стремительно уменьшаться, в 1969 году принимает отрицательное значение, после 1972 года увеличивается, в 1980 году принимает положительное значение и к 1987 году восстанавливается до высокого уровня. Аналогичная картина наблюдается и при корреляции потока солнечного излучения на частоте 2800 МГц и упомянутыми индексами AA.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что аномальное поведение слоя EsCL наблюдается примерно в те же годы, когда корреляция между солнечной и магнитной активностью сильно уменьшается и становится отрицательной.

Известно, что степень статистической связи между солнечной и геомагнитной активностями имеет сложный характер. Это показано, например, в работе [6]. Дополнительные исследования показали, что связь между солнечной и магнитной активностью имеет не только разный характер на ветвях роста и спада солнечной активности, но и является разной в разных циклах активности.

На рисунке 4 показаны результаты таких расчетов для нескольких циклов солнечной активности. На ветвях роста коэффициент корреляции между величинами W и AA всегда положителен.

Рис. 4. Связь между солнечной и магнитной активностями на ветвях роста и спада. 

На ветвях спада уменьшается от 13 цикла к 16, а в 17 и 18 циклах имеет небольшую отрицательную величину. В 20 цикле принимает значение минус 0.4 и лишь в 22 цикле становится снова положительным. Несколько особое положение на этой картине занимает 19 цикл.

Обсуждение и выводы. Установлено, что крупномасштабные временные вариации действующих высот спорадических слоев типа “C”, “L” и типа “F” имеют высокую степень подобия между собою, с характерным периодом около восьми лет.

Временные вариации действующей высоты спорадического слоя Es типа “CL” имеют своеобразный весьма сложный характер.

Выявлен характер статистической связи между величинами W и AA.

Крупномасштабные вариации действующих высот спорадических слоев и связь между солнечной и геомагнитной активностями требуют дальнейших исследований.

Список литературы:

1. Rishbeth.H. Long-term changes in the ionosphere. 1997. In Adv. Space Res. Vol.20, No. 11, pp. 2149-2155

2. Кокоуров В.Д., 1998. Однородные ряды наблюдений в солнечно-земной физике.// сборник “Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца”. Москва.: Наука, вып. 109, ч.1. с.8-12.

3. Wright J.W., Knecht R.W., Davies K. 1956. MANUAL ON IONOSPHERIC VERTICAL SOUNDIGS FOR THE INTERNATIONAL GEOPHYSICAL YEAR. National Bureau of Standards Boulder, Colorado, USA. 234 p.

4. Кокоуров В.Д., Петрухин В.Ф., Пономарев Е.А., Сутырин Н.А. 2003. Климатические особенности области Е ионосферы. // сборник “Солнечно-земная физика”. Новосибирск, издание СО РАН вып.3, с.24-27

5. Kokourov V.D., Petrukhin V.F., Ponomarev E.A., Sutyrin N.A. Variation of effective heights of ionospheric layers over East Siberia during 1960-96. 2003. // Proceedings of SPIE,. V. 5027. Pp. 314-319.

6.Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. 1976. Солнце и атмосфера Земли. Л.:Гидрометеоиздат. 351 с.

Дата публикации: 12 апреля 2005
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.