WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Максютин С.В., Шерстюков О.Н. Долговременные изменения параметров среднеширотного спорадического слоя E

Научная статья

 

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»             97                      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf

Долговременные изменения параметров среднеширотного спорадического слоя Е.

Максютин СВ. (sergey.maksyutin@ksu.ru), Шерстюков О.Н.

Казанский Государственный Университет

Введение.

Накопление за последние несколько десятков лет длинных рядов экспериментальных данных позволило ряду исследователей провести изучение долговременных вариаций в различных параметрах ионосферы [1-6]. Неоднократно были рассмотрены климатические изменения в параметрах регулярных слоев Е hF2[1-4]. Также представляет интерес рассмотрение глобальных климатических изменений в параметрах неоднородной ионосферы, в частности, спорадического Е-слоя. Такие исследования также уже проводились ранее [5-6], где на основе анализа параметра foEs для двух станций южного полушария (Rarotonga (21°S, 200°Е) - в субтропическом регионе и Christchurch (44°S, 173°Е) - в средних широтах) за 1947-1983 гг. обнаружено систематическое уменьшение вероятности появления слоев Es со значениями foEs выше заданного [5]. Анализ, проведенный раздельно для разного времени суток (00-04 LT, 10-14 LT, 19-23 LT), привел к идентичным результатам. В дальнейшем обнаружено [6], что степень изменения вероятности появления слоев Es больше для интенсивных слоев (foEs > 6 МГц). Необходимо дальнейшее исследование долговременных вариаций в параметрах спорадического Е-слоя для северного полушария на большем количестве станций за длительный интервал времени.

Методика обработки данных.

В качестве источника данных использовались ионосферная цифровая база данных на лазерных компакт-дисках, распространяемая NGDC. В работе анализировались долговременные вариации предельной частоты foEs слоя Es для 20 среднеширотных станций северного полушария (16 из них в полосе 45° - 65°N, одна - 43°N, три - в полосе 65° - 75°N) за период 1957-1990 г.г. (табл. 1).


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»


98


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf


Табл.1 Параметры трендов предельной частоты слоя Es для 20 станций северного полушария.

Станция

ей H О

к В

и о

к

ей

U О CD

U

ей Н О

и о

ей

И О

CD

ЕГ

К

-е

ей

U О

<и

1-4

параметр    наклона    регрессионной    зависимости А

Ряд (годы)

По        среднегодовым значениям             foEs [МГц/год]

По среднесезонным значениям         foEs [МГц/год]

0-23 LT

09-15 LT

21-03 LT

лето

зима

1

Slough

51.5

359.4

0.004

0.001

0.009

0.009

0.005

1967-89

2

Dourbes

50.1

4.6

0.004

0.008

0.002

0.010

0.005

1958-88

3

Uppsala

59.8

17.6

-0.005

-0.010

0.003

-0.011

0.000

1965-89

4

Lycksele

64.7

18.8

-0.006

-0.013

0.011

-0.016

0.002

1965-89

5

Kiruna

67.8

20.4

-0.002

-0.016

-0.015

-0.013

0.014

1965-85

6

Калиниград

54.7

20.6

-0.003

0.003

0.000

0.001

0.004

1965-90

7

Киев

50.5

30.5

0.000

-0.002

0.004

-0.001

0.004

1964-88

8

Ленинград

60.0

30.7

-0.011

-0.012

-0.010

-0.002

-0.017

1958-90

9

Москва

55.5

37.3

-0.006

-0.004

-0.007

-0.005

-0.005

1958-88

10

Горький

56.1

44.3

-0.002

-0.004

0.000

0.003

0.002

1959-88

11

Свердловск

56.4

58.6

0.014

0.016

0.014

0.014

0.012

1958-90

12

Караганда

49.8

73.1

-0.004

-0.009

0.000

-0.006

0.000

1965-88

13

Алма-Ата

43.2

76.9

-0.014

-0.005

-0.016

-0.012

-0.009

1958-88

14

Томск

56.5

84.9

-0.010

0.000

-0.018

-0.010

-0.011

1958-90

15

Норильск

69.4

88.1

0.000

-0.006

-0.011

-0.010

0.011

1968-88

16

Иркутск

52.5

104.0

-0.006

-0.004

-0.013

-0.008

-0.006

1958-88

17

Якутск

62.0

129.6

-0.011

0.003

-0.022

-0.017

-0.007

1958-88

18

Resolute Bay

74.7

265.1

0.008

0.009

0.006

-0.009

0.019

1967-90

19

Churchill

58.8

265.8

-0.029

-0.060

-0.013

-0.025

-0.029

1967-90

20

Ottawa

45.4

284.1

0.010

-0.002

0.010

0.021

0.005

1966-90

В работе использованы часовые значения foEs, и часовые медианы значений foEs за текущий месяц.

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»             99                      http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf

Так как в имеющихся рядах часовых значениях foEs существуют многочисленные пропуски данных, которые не отмечены описательными символами и имеют неясное происхождение - сбой аппаратуры или слабоинтенсивный Es слой (foEs < 1 МГц), проводилось их заполнение для того, чтобы избежать искажения усредненных значений foEs. При заполнении пропусков в рядах часовых значений foEs использовались медианные значения foEsme за текущий месяц для данного часа. Если значение foEsme также отсутствовало, то для заполнения использовались значения критической частоты регулярного слоя Е, рассчитанные по формуле Боенкова [7]. Для рядов часовых значений с заполненными пропусками вычислялись средние значения за полные сутки (00-23 LT), а также за светлое (9-15 LT) и темное (21-03 LT) время суток раздельно. Для устранения влияния сезонной изменчивости foEs перед выделением тренда значения foEs усреднялись за текущий год. Дополнительно проводился анализ долговременных измерений среднесезонных значений foEs. При этом ряды среднесуточных значений foEs усреднялись за основные сезоны (зима и лето) текущего года.

Далее методом наименьших квадратов определялись линейные регрессионные зависимости среднегодовых и среднесезонных значений foEs от времени в виде <foEs>=A*t + B, где t-время. Параметр А (параметр наклона регрессионной засисимости) использовался в качестве численной характеристики выделенных трендов с размерностью МГц / год. Значимость выявленных трендов оценивалась для доверительной вероятности 90 %.

Описание результатов.

В табл. 1 приведены значения параметра А, полученные для рассмотренных станций, указаны их географические координаты и длины использованных в работе рядов. Станции в таблице упорядочены по географической долготе, причем станция Slough (Слау) для удобства рассмотрения вынесена в начало таблицы, так как расположена в Европе (как и остальные станции начала таблицы). В колонках, содержащих значения параметра наклона регрессионных прямых приведены (слева направо) - тренд среднегодовых значений foEs за полные сутки (0-23 LT), за светлое (09-15 LT) и темное (21-03 LT) время суток, и тренд усредненных за лето и зиму значений foEs за полные сутки. Значимые значения (доверительная вероятность 90%) подчеркнуты.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»            100                     http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf

В результате проведенного анализа были обнаружены значимые долговременные изменения (тренды) перечисленных выше параметров. Знак выделенных трендов, приведенных в табл.1, для рассмотренных станций не постоянен. При рассмотрении среднегодовых значений foEs для 13 станций наблюдается отрицательный тренд (в 7 случаях значимый), а для оставшихся 7 - положительный (значимый в 6 случаях). В качестве примера, на рис. 1-2 приведены временные ряды усредненных за год дневных, ночных и среднесуточных значений величины foEs для станций Москва (в параметрах которой наблюдается отрицательный тренд) и Свердловск (положительный тренд). Из приведенных в таблице данных также видно, что для отдельных станций (например с № 3,4,17) знак выделенного тренда для среднесуточных, дневных и ночных значений может различаться, но в случае, если выделенные тренды значимы - несоответствий знаков не обнаружено.


Чйп

Mjuksu

<v?

;S

*о

^       -С

Л'

anil

ZB-

20-

Д      uLi

АД              .              ^   ЛД


*.D

3.5-

3.0-

2.5-

2.0-


СыфДПРПСК

1

О    2 А    -3

В

^¦".:

"-

.V"

>¦*

ft.i'V

^-Ґ^V



1 5

i    ¦    i    '    i    '    i    ¦    i    '    i    '    i

IBM      1W5      1Р7ТГ      1S711      1W      IBM      1ЭИ1 прсмА, годы

Рис.1 Ммошпгшт трвьди IcEiflnn ctjplkm №:ны

  1. -ТР&Щ ЕрВДНйГОДйЬиХ JhdhdhUU foEi Id ПйЛИий tzfTIH.
  2. М 3 -ТрйИД ируДНиГйДйиЬИ 14J-hV»l VlEj 33 светлее |И.|Ь LT | н темное |21-ПЭ LT|. вргыя с>тпр, соотоетстппннп.

1.5

955 iWO 1BS5 1970 1975 1ЭМ) 19*5 1990 IMS ыренр. юды

РиС ^MhCTunfl-UHd TfHjH.qL 1oES OTVlCTiai'LfMQHpAJKUCK

  1. -тр*-? Lf^iHifu.nufiu?. jHi--i*™i taEi ы гшхлсущ
  2. H 3 -ТрыНД иМа-КГйДМиК Jhd4toUHluEЈ Ы CBdiruci i ПЙ-1Ј LT) и Тчм-ijs (21 -OJ LT) updun qmeti.

Для обнаружения возможных сезонных зависимостей, рассматривались усредненные за основные сезоны (зима и лето) ряды значений foEs. В качестве примера, на рис.3-4 приведены временные ряды усредненных за основные сезоны среднесуточных значений величины foEs - также для станций Москва и Свердловск. Несоответствия знаков значимых трендов для основных сезонов также не обнаружено.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»


101


http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf



i

J 1

::     -

ММ1Ю

nv

I.E.     Lx

з э.

-:

25

: э

«А дл

«v*

л$. ар.

л  ь А ?

¦ s.

19»     l«5      lSJft     1ОТ5      lifHl      13ЙЬ      11ДН1 прямя, гпди

Рня.Э Мнвгапетчне тренды ГоЕв дпя стннцин Wocnea 1 -трнцп зред^пуювы* эначвчм* поЕи. J и Э - тренд 1ндчвнмй fuEs отдельно ы пвто н зиму, соответственна


*.ft-

Свердловск        у   3

3.5-

%jkrl

^              т

З.Ф-

ri       ¦"¦I"'        i-~   '¦" У       ^3-"ЁтТ

г.э-

2.4-

1.5-

¦    i    i    i    i    i    i    ¦    ¦    i        i    i    ¦

1*0     1BHS    1HJD     1J(?S    1SS.D     1ЯВ1     1HD орвЫЯцМДы

pmc ¦< Многолетни» трачла ШЕбдлр станции Свердловск

  1. - тренд саяднагпдпих jHa'-«i*iH fnЈi,
  2. я 3    iptti.ii. з-наченин inЈi DTj,tnbi-H за лага и шму, СоОИвТСТввИНй.

Как следует из приведенных рисунков, во временном ходе рассмотренных параметров наблюдаются межгодовые вариации в соответствии с изменением уровня солнечной активности, однако их рассмотрение выходит за рамки данной работы. Подробно данные межгодовые вариации рассмотрены в [8].

На рис.5 приведено географическое расположение рассмотренных станций и указаны выделенные тренды (треугольники острием вверх - положительный тренд, острием вниз - отрицательный, для значимых трендов символы заполнены). Различие знака выделенных трендов для рассмотренных станций, предположительно, вызвано разным географическим положением станций на континентах - для станций, расположенных в центральной Европе, преобладает положительный тренд, а для станций, расположенных в северной части Европы и в глубине континента -отрицательный. Данному предположению не соответствует станция № 11 (Свердловск), которая расположена в глубине континента и в параметрах которой обнаружен значимый положительный тренд.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»            102                     http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf


1С Lcriiqntide6°


Рис,  5  I нарифи'Ы'С^**-  iio.i4ist:ojiHiрас лисп рлылм* сгишнкi[jovitcltiiJiuwn. iijiipjiui'iuiiih-ii-pc|"( - ищ(1*-ц1слы1ын      тренл.      шнгриненниг      Finn. - отршитмъиын.      Тргугвдыпки,

COOIBf If П(\|Ц1||| сTrilLllllfUl СС ЗНаЧИМЫМ llW'll.ll»! - IllUb. [HFItbl.

Заключение.

Таким образом, в отличие от ранее опубликованных результатов [3-4], обнаружена изменчивость знака тренда в параметрах слоя Es. На основе анализа по 20 ионосферным среднеширотным станциям северного полушария сделано предположение о том, что знак тренда, по-видимому, зависит от географического положения станции (для станций, расположенных на побережье, преобладает положительный тренд, а для станций, расположенных в глубине континентов -отрицательный), хотя не все результаты для рассмотренных станций с этим согласуются. Как показано в [5], подобные долговременные тренды не могут быть удовлетворительно объяснены изменениями в условиях и методах наблюдений. Полученный для станций северного полушария результат дополняет проделанные ранее исследования, но данная проблема нуждается в дальнейшем изучении на большем количестве станций обеих полушарий и на большем временном отрезке.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 01-05-65251.


Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»            103                     http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2003/009.pdf

Список литературы.

    • Гивишвили Г.В., Лещенко Л.Н. Региональные особенности многолетних вариаций аэрономических характеристик среднеширотной верхней атмосферы. // Доклады академии наук, 1996, Т.346, № 6, С.808.
    • Выборное Ф.И., Крупеня Н.Д., Митякова Э.Е и др. Морфологические особенности перемещающихся возмущений в ионосфере средних широт. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн., Нижний Новгород, 2002, С.40.
    • Аннакулиев С.К., Деминов М.Г., Деминов Р.Г. Климатические изменения критической частоты Т2-слоя ионосферы средних широт. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн., Нижний Новгород, 2002, С. 147.
    • Деминов М.Г., Ситнов Ю.С. Зависимость климатических изменений Е-слоя ионосферы от солнечной активности. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн., Нижний Новгород, 2002, С. 149.
    • Baggaley WJ. Ionosphere sporadic-E parameters : long-term trends. // Science, 1984, V.225, №4664. P.830.
    • Baggaley WJ. Changes in the frequency distribution of foEs and fbEs over two solar cycles. //Planet. And Space Sci, 1985, V.33, № 4, P.457.
    • Ковалевская E.M., Шпионский Ш.Г. Алгоритмы расчета максимальных применимых частот (МПЧ), наименьших применимых частот (HI 14) и напряженности поля (Е) коротковолновой радиосвязи. Изд. АН СССР, ИЗМИР АН, 1963, 168 С.
    • Maksyutin S.V, Sherstyukov O.N., Fahrutdinova A.N. Dependence of sporadic layer E and lower thermosphere dynamics on solar activity //Adv. Space Res. 2001. V.27, N.6-7, P. 1265-1270.
     



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.