Большинство стихийных бедствий (кроме наводнений) оказывают динамическое воздействие на атмосферу Земли и через различные механизмы связи атмосферы и ионосферы проявляются в изменениях электронной концентрации. Мы исследуем как морфологию аномалий, так и физические механизмы их генерации. В случае таких явлений как землетрясения и извержения вулканов, ионосферные эффекты имеют прогностические возможности, так как проявляют себя до катастрофы.
Рассматриваются два основных механизма связи: акустические гравитационные волны, генерируемые крупномасштабными атмосферными явлениями, такими как ураганы или модуляция атмосферного давления волнами цунами, и электромагнитная связь, главным образом, через локальные возмущения Глобальной Электрической Цепи.
1. Ураганы. Обычно мы наблюдаем положительную аномалию ТЕС на месте урагана. Можно рассмотреть возможность сильного электрического поля от вершины урагана проникновения в ионосферу или модуляции ионосферного потенциала путем уменьшения проводимости тропосферы телом урагана. Эффектов AGW также можно ожидать.
2. Пыльные/песчаные бури. Обширная положительная аномалия ТЭЦ генерируется над крупномасштабным пылевым облаком из-за уменьшения проводимости тропосферы и соответствующего увеличения потенциала ионосферы. Подобные, но более слабые положительные ТЭО-аномалии наблюдаются как эффект облака пепла после извержения вулкана.
3. Цунами. Волнообразные возмущения полного электронного содержания наблюдаются над волной цунами из-за распространения АГВ на ионосферные высоты.
4. Радиоактивное загрязнение. Все виды радиоактивного загрязнения (природные - Окло), утечки из хранилища ядерных отходов, аварии на атомных электростанциях, испытания ядерного оружия создают образование положительных и отрицательных крупномасштабных аномалий в ионосфере, главным образом из-за электромагнитной связи через модуляцию проводимости воздуха.
5. Эффекты до землетрясения и извержения вулкана имеют характер, сходный с ядерным загрязнением, но в этом случае естественное излучение радона служит источником ионизации воздуха. Поскольку подготовка к землетрясению является долговременным эффектом, всплески излучения радона из-за тектонических движений могут появиться до сейсмического события, у нас есть возможность наблюдать ионосферные аномалии до катастрофы.
6. Эффекты землетрясения и извержения вулкана, вызванные крупномасштабными движениями воздуха после землетрясения, возбуждают акустические гравитационные волны, распространяющиеся на высоты ионосферы, которые могут быть зарегистрированы измерениями GPS TEC. Иногда эффекты AGW также регистрируются до землетрясения.
Для выявления ионосферных последствий стихийных бедствий используются разные технологии GPS: измерения GPS TEC, радиозатменные измерения, ионосферная томография, дифференциальные карты GIM и другие. Мы демонстрируем технологии автоматического обнаружения ионосферных аномалий, вызванных катастрофами.
Сравнение различных типов связи атмосфера-ионосфера позволяет утверждать, что электромагнитная связь примерно на два порядка эффективнее, чем механизм связи AGW. Роль Глобальной электрической цепи (GEC) носит универсальный характер в процессах связи атмосферы и ионосферы независимо от типа бедствия.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в соответствии с Соглашением о предоставлении субсидии № 075-11-2019-015 от «22» октября 2019 г. Уникальный идентификатор проекта RFMEFI58519X0008.