ГРАВИТАЦИОННЫЕ ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ ВОЛНЫ

В АВРОРАЛЬНОЙ В АВРОРАЛЬНОЙ ИОНОСФЕРЕИОНОСФЕРЕ

(результаты измерений)(результаты измерений)

Р. Ю. Лукьянова 1,2 А.Козловский 3

1 Геофизический Центр РАН 2 ИКИ РАН 3 Геофизическая Обсерватория Соданкюля, Финляндия

Гравитационные волны в верхней атмосфере

АГВ - низкочастотные поперечные волны, образующиеся когда сила земной гравитации и возвращающая сила, обусловленная градиентом плотности атмосферы, сравнимы с силой сжатия.

В ионосфере АГВ проявляются как премещающиеся ионосферные неоднородности (ПИВ) – квази-периодические (период от мин до часов) осцилляции высоты слоя F. Наиболее короткопериодные – акустико-гравитационные волны (период <10мин.). Более глинные – внутренние ГВ.

ВГВ играют важную роль в атмосферной динамике, передаче энергии и взаимодействии мезосферы, ионосферы и термосферы

• Источники АГВ : В средних широтах - Генерация возмущений в нижней атмосфере, орография,

сдвиги ветра и др.В авроральной зоне - Ионосферные электрические поля/токи и высыпания частицНаблюдения АГВ : • Ионозонды• Радары (SuperDАRN)• Оптические измерения

Ионозонд обс. Соданкюла Вертикальное зондирование ионосферы с 1-мин. разрешением

Ионозонд “Alpha Wolf”

Диапазон частот: 500 kГц – 16 MГцПередатчик: 64-м ромбическая антеннаПриемник: 20 ортогональных рамочных антенн Динамический диапазон 90 дБВысота зондирования до 3000 кмВысотное разрешение ~3 км

Период наблюдений04.2007 – 06.2012

1-мин ионограммы использовались для выявления ПИВ и определения характеристик ВГВ и АГВ

Geogr. 67°2′N, 26°4′E MLat 64.1°

Ионограммы и выбор частоты для мониторинга высоты F слоя

Черные линии: foE, foF1 и foF2Красная линия: частота fk, foE < fk < foF1 (foF2)

Зима: fk = 2.5 МГцЛето: fk = 3.5 МГцОсень/весна: fk = 3.0 МГц

2010 г

Сезонная зависимость foE, foF1 и foF2 в 06–16 UT (08–18 LT)

Диаграммы «высота-время-интенсивность» (HTI) для F слоя

Частота, МГц

hB, км

fk

Извлечение из ионограммы колонки на частоте fk

HTI

0 6 12 18 24 UT

Δh = Вариации высоты F слоя,связанные с волновыми эффектами

Время и высота наблюдения вариаций Δh

В интервале 8 - 14 UТнижняя граница HTI определяется в >70% cлучаев во все сезоны

Распределение данных по часам UT

Виртуальная и истинная высота наблюдения вертикальных колебаний F слоя

Виртуальная h(наблюдения)

Истинная h (IRI)150–210 км

Частота и амплитуда вариаций Δh

Среднемасштабные: период 15-30 мин Гравитационные волны

5 диапазонов частот ПИВ(Butterworth filter)

Амплитуда:

Мелкомасштабные: период 5-10 мин Акустические волны/инфразвук

Крупномасштабные ПИВ: период 30-60 мин Гравитационные волны

HTI

Δh

Долгопериодные вариации амплитуды (2007-2012)

Среднесуточные А Тренд

Среднемесячные А Погрешность измерения hвирт = 1.43 км

2007 2008 2009 2010 2011 2012

Δh (км)

Зависимость от солнечной активности и сезона

Относительная амплитуда (А/А120)

Мелкомасштабные ГВ Уменьшение с ростом САУвеличение летомАмпл. в противофазе с hИСТ

СА (числа Вольфа)

Истинная высотанаблюдения

foF2 - fk

А120

Зависимость от геомагнитной активности

Крупномасштабные волны с периодом > 30 мин не зависят от АЕ

Амплитуда vs AЕ индекс

А vs AL А vs AU

Амплитуда средне- и мелкомасштабных волн с периодом < 30 мин коррелирует с AL (AU) только при низком уровне геомагнитной активности (АЕ = 10-30 nT)

Так что же генерирует АГВ над Соданкюля?

Нижележащие слои атмосферы?

Ветровые сдвиги?

Модель термосферного ветра

Измерения метеорного радара

0 5 10 15 20 25 30

-50

0

50

Ско

ро

сть

вет

ра

(м

/с)

82 км 85 км 88 км 91 км 94 км 98 км

Дни месяца

Заключение• С помощью непрерывных измерений (2007-2012) ионозонда с 1-мин разрешением в обс.

Соданкюля выделены мелко- и среднемасштабные ГВ в авроральной ионосфере на высотах 150-200 км.

• Получены ряды амплитуд ГВ в пяти диапазонах частот (периоды 5-10, 10-15, 15-30, 30-60 и 60-120 мин), включая акустико-гравитационные волны (период B-V в области измерений <10 мин)

• Амплитуды мелкомасштабных ГВ (период <30 мин):

- составляют 1.3-2 км

- максимальны летом и уменьшаются зимой

- изменяются в противофазе с сезонным изменением истинной высоты наблюдения - имеют тенденцию к увеличению с ростом АЕ индекса, но только при низком уровне

геомагнитной активности

• Амплитуды среднемасштабных ГВ (период 30-120 мин): - Составляют 2-2.6 км - Уменьшаются с ростом солнечной активности в солнечном цикле - Не имеют сезонной вариации - Не зависят от геомагнитной активности

SuperDARN