Модификации проводимости средней атмосферы во время внезапных ионосферных возмущений и изменения пиковых частот шумановского резонанса

Abstract

Исследования влияния космической погоды на различные области земной атмосферы было и остается актуальной задачей дистанционного зондирования окружающей среды. В работе изложена методика обнаружения модификации пиковых частот шумановского резонанса при внезапных ионосферных возмущениях (ВИВ), вызванных рентгеновскими вспышками на Солнце. ВИВ проявляется как резкое снижение ионосферы над дневным полушарием Земли при хромосферной вспышке. Понижение дневной ионосферы уменьшает среднюю высоту промежутка Земля–ионосфера и приводит к росту резонансных частот. В работе используется модель профиля проводимости средней атмосферы и его модификации. По методу полного поля вычисляются резонансные частоты полости Земля–ионосфера и характеристические высоты профиля проводимости в зависимости от интенсивности ионосферного возмущения. Энергетические спектры вертикального электрического поля рассчитаны с помощью двумерных телеграфных уравнений для равномерного пространственного распределения гроз в резонаторе с неоднородностью день–ночь при нескольких положениях наблюдателя относительно солнечного терминатора. Получены изменения пиковых частот в зависимости от интенсивности ионосферного возмущения. Для первых трех модов вычислена средневзвешенная частота шумановского резонанса, и по методу наименьших квадратов определены параметры линейной зависимости этой частоты от интенсивности ВИВ и/или от изменений магнитной характеристической высоты профиля проводимости. Эти данные предлагается использовать в качестве калибровочных кривых при интерпретации наблюдений и оценке модификации нижней ионосферы по шумановским резонансным частотам.

Дослідження впливу космічної погоди на різні шари атмосфери було та залишається однією з актуаль-них тем дистанційного зондування навколишнього середовища. У роботі викладено методику виявлення модифікації пікових частот шуманівського резонансу під час раптових іоносферних збурень (РІЗ), що викликані рентгенівськими спалахами на Сонці. РІЗ спостерігаються як різке зниження іоносфери над денною півкулею Землі під час хромосферного спалаху. Зниження денної іоносфери зменшує середню висоту проміжку Земля–іоносфера та призводить до зростання резонансних частот. У роботі використовується реалістичний профіль провідності середньої атмосфери та його модифікації. Методом повного поля обчислюються резонансні частоти порожнини Земля–іоносфера та характеристичні магнітні висоти профілю провідності залежно від інтенсивності іоносферного збурення. Енергетичні спектри вертикального електричного поля розраховані за допомогою двовимірних телеграфних рівнянь для рівномірного розподілу гроз у просторі в резонаторі з неоднорідністю день/ніч для декількох положень спостерігача відносно сонячного термінатора. Отримано зміни пікових частот залежно від інтенсивності іоно-сферного збурення. Для перших трьох модів обчислено середньозважену частоту шуманівського резонансу, та за методом найменших квадратів знайдено параметри лінійної залежності цієї частоти від інтенсивності РІЗ або від змін магнітної характеристичної висоти профілю провідності. Ці дані можна використовувати як калібрувальні криві для інтерпретації спостережень та оцінки модифікації нижньої іоносфери, що витікає із записів шуманівського резонансу

The investigation of the effect of space weather on different layers of the terrestrial atmosphere has been and remains a relevant problem of remote sensing of the environment. We describe a technique for detecting modifications of the peak frequencies of the Schumann resonance during the sudden ionospheric disturbances (SID) caused by the solar X-ray flares. The SID is associated with a sharp lowering of the ionosphere over sunlit hemisphere during the chromospheric flare. Lowering of the daytime ionosphere reduces the average height of Earth-ionosphere cavity and leads to an increase in Schumann resonance frequencies. The model of the conductivity profile of the middle atmosphere and its modification is used. The resonance frequencies of the Earth-ionosphere cavity and the characteristic heights of the conductivity profile are calculated by the full wave method for the ionospheric disturbances of different intensity. The power spectra of the vertical electric field are computed using the 2D telegraph equations for the uniform spatial distribution of thunderstorms in the resonator with the day-night non-uniformity at several positions of the observer relative to the solar terminator. The changes in the peak frequencies are obtained depending on the intensity of the ionospheric disturbance. The weighted average frequency of the Schumann resonance is calculated for the first three modes, and, using the least squares method, the parameters of linear dependence of this frequency on the intensity of the SID and/or on the changes of magnetic characteristic height of the conductivity profile are established. The data are suggested to be used as a calibration curve for interpretation of the observational results and estimation of the modification in the lower ionosphere from the Schumann resonance frequencies