Эффекты метеорологических возмущений в вариациях ионосферных параметров

Тропосферные системы, как известно, являются важным источником атмосферных волн в широком диапазоне периодов (Knízová et.al., 2015; Yiğit et.al., 2016).
Изучение анализа метеорологических эффектов в ионосфере происходит не намного меньше по сравнению с обширными исследованиями гелио-геомагнитных эффектов. Значительные (до 15-20% и более) суточные вариации в ионосферных параметрах, приводящие к изменениям в характеристиках свойствах ионосферного радиоканала, были обнаружены в средних широтах в условиях низких солнечной и геомагнитной активности (Пудовкин, Распопов, 1992). Такие ионосферные эффекты метеорологических возмущений как инфразвуковые колебания, стратосферные потепления, оптические излучения, рассеяния в F-слое описаны в работах (Fritts, Alexander, 2003; Šindelářová et.al., 2009; Xiao et.al., 2007). В работах (Kazimirovsky et.al., 2003; Laštovička, 2006; Rishbeth, 2006; Yiğit, Medvedev, 2015; Chernigovskaya et.al., 2015) показывают важность исследования влияния различных волновых движений из стратосферы и тропосферы, которые наблюдаются в распределении ионосферных параметров на 200-400 км.
В Калининградской области сильные метеорологические возмущения достаточно регулярны, особенно в осенне-зимний период (Карпов и др., 2016а). Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что АГВ, возбуждаемые в нижней атмосфере, могут распространяться до высот верхней атмосферы и вызывать ионосферные возмущения (Карпов, Кшевецкий, 2014; Карпов и др., 2016б ).
В данной работе исследуется ионосферные возмущения, вызванные процессами нижележащих слоев нижней и средней атмосферы. Были исследованы наиболее сильные метеорологические шторма, происходящие на территории Калининградской области проходящие на фоне спокойных геомагнитных условий. Данные вертикального зондирования и вариации полного электронного содержания (ПЭС) использовались как ионосферные параметры.
Результаты анализа ионосферных возмущений показывают, что в период метеорологических возмущений наблюдаются в изменении амплитуд параметра ПЭС до 50 % по отношению к метеорологически спокойным дням.
В вариациях критической частоты F слоя ионосферы наблюдается уменьшение амплитуд вариаций до 20 %. Также в периоды метеорологических возмущений в ионосфере наблюдаются явления F-рассеяния и диффузности. Анализ спектров вариаций параметров атмосферы и ионосферы обнаруживают гармоники с периодами акустико-гравитационных и внутренних гравитационных волн в периоды метеорологических возмущений.
В наблюдениях частотных характеристик вариаций TEC отмечается существенное усиление амплитуд гармоник с периодами 20-25 минут с максимумом в день метеорологического шторма. Возмущения TEC в этом частотном диапазоне сохраняется в течение следующих суток и становится сопоставимыми с амплитудами вариаций в предбуревой период. По-видимому, это означает, что время релаксация метеорологических возмущений ионосферы в этом частотном диапазоне составляет ~1 суток. Максимальные амплитуды вариаций TEC с периодами более 40 минут отмечаются на следующий день после прохождения метеорологического возмущения.
В целом, можно отметить, что ширина спектра возмущений, инициируемых метеорологическими штормами, составляет от 10 до 60 минут и амплитуды вариаций соответствующих гармоник устойчиво коррелируют с динамикой метеорологического возмущения.
Проведенные модельные расчеты распространения АГВ от метеорологического источника в нижней атмосфере показывают, что данный волны распространяются до высот верхней атмосферы и ионосферы.
Наиболее возможной причиной ионосферных возмущений является процесс формирования локальных областей нагрева в следствие диссипации АГВ распространяющихся из областей метеорологических возмущений в нижних слоях атмосферы.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ No 15-05-01665) и проектной части
государственного задания Министерства образования и науки РФ No 3.1127.2014/К.