Теория графов для исследования ионосферы

Мы привыкли к локальным исследованиям ионосферы, таким как поиск отклика на землетрясение. Ионосферые эффекты событий глобального масштаба, например, мощных магнитных бурь, также часто рассматриваются регионально. Однако ионосфера - единая динамическая система, которая охватывает весь земной шар, поэтому мы ищем новые подходы с целью перейти от локальных исследований к глобальным. В работе мы предлагаем подход, основанный на использовании теории графов. В соответствии с этим подходом мы трактуем ионосферу как сеть - набор взаимодействующих узлов. Узлом сети мы полагаем элементарную ячейку GIM - глобальных ионосферных карт. GIM представляет собой регулярную сетку с разрешением 2.5 градуса по широте и 5 - по долготе, которая охватывает весь земной шар. Каждая ячейка GIM содержит значения полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере с шагом 2 часа. Используя данные лаборатории UPC за период с 2005 по 2010 год мы посчитали отклонения среднесуточного значения ПЭС от среднегодового в окне 356 дней для каждой ячейки. На этих данных мы построили ионосферную сеть, используя коэффициент корреляции в качестве признака связи между узлами. Полученная сеть состоит из трёх основных доменов, соответствующих северному и южному полушариям, а также области экваториальной аномалии. При этом высокие широты образуют области с уровнем корреляции большим, чем средние и низкие широты. Узлы внутри каждого из доменов связаны между собой, однако сами домены связей практически не имеют. Таким образом, топология полученной сети в целом соответствует общим представлениями о распределении и динамике ионосферной плазмы, с делением на высокие, средние широты и экваториальную область. Кроме того, мы обнаружили выделенную область над Северной Америкой - «Северо-американскую аномалию». Узлы этой области связаны между собой, но практически не имеют связей с остальным полушарием.