Форма и динамика провала ионизации над Северной Америкой по радиотомографическим данным

Главный ионосферный провал (ГИП) является характерной структурной особенностью ионосферы и представляет собой впадину в глобальном распределении электронной концентрации, прослеживающуюся вдоль широты. Для ГИП характерно уменьшение плотности плазмы ниже фонового уровня от нескольких раз до двух порядков величины. ГИП был впервые обнаружен при внешнем зондировании слоя F2 со спутников серии Aloutte. С тех пор проведены многочисленные исследования ГИП, однако многие вопросы - вариации формы ГИП, статистические и динамические характеристики ГИП и т.д. - остаются открытыми. Исследования провалов ионизации не теряют своей актуальности, поскольку затрагивают широкий круг проблем физики ионосферы, навигации, локации, распространения радиоволн, прогнозирования состояния ионосферы и т.д. В настоящее время существующие навигационные спутниковые системы (НСС) и сеть наземных приемных станций позволяют проводить измерения характеристик радиосигналов, проходящих через ионосферу, и применять методы радиотомографии (РТ) для восстановления пространственной структуры электронной концентрации в ионосфере. Навигационные спутниковые системы, используемые для решения этих задач, включают системы первого поколения – низкоорбитальные (НО) системы (Transit, Парус и др.) и системы второго поколения - высокоорбитальные (ВО) системы (GPS/ГЛОНАСС). НОРТ метод позволяет реконструировать 2D (высота-широта) распределения электронной плотности ионосферы в вертикальной плоскости, включающей траекторию движения спутника и наземную приемную цепочку. Разрешение НОРТ составляет 20-30 км по горизонтали и 30-40 км по вертикали. Метод ВОРТ позволяет восстанавливать 4D (3 пространственных координаты и время) распределения электронной плотности ионосферы. На плотных сетях приемников (Европа, США, Аляска, Япония) разрешение ВОРТ может составлять 50 км c шагом по времени 10-30 минут. Таким образом, РТ методы ионосферы позволяют получать регулярные данные о структуре ионосфере, в том числе и о провалах ионизации.

В данной работе представлены результаты РТ реконструкций электронной концентрации для региона Северной Америки как для спокойных, так и для возмущенных геомагнитных условий. Серии последовательных ВОРТ-реконструкций иллюстрируют динамику и эволюцию провала ионизации над Северной Америкой. НОРТ-реконструкции позволяют исследовать более тонкие детали ионосферных структур, в том числе и провалов ионизации. Проведенные исследования показывают, что ионосферный провал появляется в ранние вечерние часы и наиболее отчетливо проявляется в ночной области F. Форма ГИП существенно изменяется при различных уровнях геомагнитной активности. С ростом геомагнитной активности положение минимума провала смещается в экваториальном направлении. Ширина и глубина провала варьируют в зависимости от уровня геомагнитной активности. Как правило, в периоды геомагнитных возмущений ионосферный провал становится более узким и более глубоким. Кроме того, структура провала ионизации может меняться во время геомагнитных бурь, преимущественно за счет смещения полярной стенки провала в сторону экватора, а также за счет усложнения структуры распределения плазмы внутри провала. В работе представлены результаты сопоставления РТ реконструкций над Северной Америкой с данными измерений ионозондов, а также глобальных ионосферных карт GIM (Global Ionospheric Maps).

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №14-17-00637).