Регистрация среднеширотных среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений на ионограммах c высокой частотой снятия.

В поисках инструмента для создания объемной картины слабых ионосферных неоднородностей ионозонды пока еще не нашли своей ниши, за исключением нескольких отдельных примеров, когда вертикальная картина по данным ионозонда комбинируется с двумерной картой полной электронной концентрации [1, 2]. Однако все еще остается проблема достаточности возможностей ионозонда для получения подобной картины, если не в виде объемной модели, то хотя бы в виде детектирования факта появления таких неоднородностей. В этом случае не следует забывать о необходимой минимальной допустимой частоте снятия ионограмм, позволяющей не пропустить появление и исчезновение возмущения, поэтому очень важна работа с максимальной частотой снятия, не хуже 1 ионограмма за две минуты. В таком случае появляется возможность регистрации слабых среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений (СМ ПИВ). Однако сигнатуры таких СМ ПИВ на ионограммах точно не установлены и необходимо найти такой параметр на ионограмме, который наиболее четко показывает их появление. Вопросы такого рода изначально поднимались в [3, 4], где в основе лежало представление о перемещающихся наклонных отражающих поверхностях (горизонтальных градиентах), появившихся в результате действия внутренних гравитационных волн. Оно возникло в первую очередь по причине того, что в этих работах [3, 4] однозначного определения СМ ПИВ не предложено.

Вычисление довольно точных профилей Ne(h) (в известных пределах) ограничено ионограммами, записанными в периоды, когда выполнялось условие параллельности слоя [3].Считается, что наклон слоя до нескольких градусов несущественно влияет на расчет профиля на средних и низких широтах [5]. Единственное, что убедительно доказывает параллельность слоя, это точное измерение угла падения принятого сигнала [3]. При отсутствии приемной антенной решетки, позволяющей измерять углы прихода, предлагается менее надежный индикатор отклонения от параллельного расположения слоя. Это изменение кривизны следа области F или уменьшение угла каспа следа вблизи пика в области F, по причине сильного горизонтального градиента. Неопределенность этого параметра вызвана тем, что такой выступ на следе F-слоя также может вызываться небольшой его деформацией вблизи максимума без какого-либо нарушения параллельности.

Для первоначальной проверки возможности использования наклона каспа следа F-слоя как индикатора СМ ПИВ использовались один летний и один зимний день. Выбор был обусловлен тем, что в геомагнитно спокойные зимние дни СМ ПИВ проявляются преимущественно в своей клювообразной и серпообразной форме, подавляя наблюдение слабых СМ ПИВ. Летом же картина диаметрально противоположная, и преобладают слабые СМ ПИВ. Очевидно, что обнаружение сильных СМ ПИВ в клюво- и серпообразных формах не вызывает каких-либо сложностей, поэтому основное внимание в данной работе уделяется слабым СМ ПИВ, которые имеют другую форму, отличную от упомянутых.

Традиционно обработка ионограмм заключалась в выделении высотно-частотной характеристики (или h'(f) - профиля) каждого слоя, путем выделения фиксированных участков следа. Дополнительно, применение аппроксимационных функций позволяло строить более физичную картину изменения электронной плотности с высотой( Ne(h)- профиля). В простейшем случае, когда задача получения подробного Ne(h)-профиля не стоит, количество точек на следе сводится к двум, характеризующим критическую частоту и высоту трассы сигнала. Однако практика показывает, что следы слоев значительно варьируются от измерения к измерению, - амплитуда или толщина различных участков следа постоянно меняется. Он может прерываться и разделяться на отдельные куски. Все это, а также присутствие шума усложняют получение высотно-частотной характеристики.

Такой способ определения максимумов отражения на каждой частоте дает ошибки, которые искажают реальную вариацию высоты (<20 км). Как следствие, слабые ПИВ не обнаруживаются вовсе. Изменения формы следа в течение дня не позволяют использовать универсальный шаблон для обработки, настраиваемый по нескольким точкам. По нашему мнению, в данном случае самым приемлемым способом будет поиск такого преобразования всего следа для слоя F, которое приведет его к легко анализируемой горизонтальной форме (аналогичной Es слою).

Для такого преобразования мы использовали операцию поворота с динамическим углом, зависящим от расстояния между точками следа и осью вращения, установленной на нижней границе следа слоя. Такой подход оказался надежнее и устойчивее к изменению толщины следа, чем определение критической частоты или измерения угла наклона следа вблизи её, поскольку выбор оси вращения не привязан к какой-то одной жесткой точке.

Была экспериментально найдена формула для угла поворота, лучше всего подходящая для этой цели, а также проведен анализ ионограмм, записанных в период 2015-2017 годов. В рамках данного доклада рассматривается сравнение результатов, полученных с помощью нового параметра с соответствующими результатами измерения критической частоты. Обнаружено, что представленный параметр демонстрирует гораздо более выраженное наличие слабых ПИВ, при этом сохраняя отображение их вариаций в клюво- и серпообразных формах.

Кроме того, представлены и рассмотрены результаты спектральной обработки полученных данных. Выявлен выраженно повторяющийся пик в диапазоне периодов 15-19 минут, а также повторяющиеся пики на 10-12, 30-40 и 60-80 минутных диапазонах.

В ходе выполненной работы было обнаружено, что быстрое обнаружение слабых СМ ПИВ возможно, при обработке полного следа параболического слоя F. Также были выявлены некоторые краткосрочные периодичности в наблюдаемых возмущениях.