Мультимодельное исследование влияния атмосферных волн от тропосферного источника на ионосферу во время геомагнитной бури 27–29 мая 2017 г.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние атмосферных волн, генерируемых тропосферным конвективным источником, на состояние верхней атмосферы и ионосферы на фазе восстановления геомагнитной бури 27–28 мая 2017 года. Предложен и реализован новый подход к учету генерируемых тропосферными конвективными источниками атмосферных волн в крупномасштабных моделях атмосферы без использования их параметризации. Разработанный подход позволяет комплексно исследовать создаваемые атмосферными волнами эффекты на фоне различных геофизических событий, в том числе в условиях геомагнитной бури. Проведенное мультимодельное исследование показало, что предложенный подход позволяет воспроизвести возмущения критической частоты F₂-слоя ионосферы, вызванные распространением атмосферных волн, генерируемых тропосферным метеорологическим источником. Показано, что включение источника притока тепла, имитирующего распространение атмосферных волн из нижних слоев атмосферы, в глобальную модель усиливает эффекты геомагнитной бури, что проявляется в виде дополнительного понижения критической частоты F₂-слоя, которые могут достигать 7% от абсолютных значений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. А. Курдяева

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова Российской академии наук

Email: olga.borchevkina@mail.ru
Россия, Калининград

Ф. С. Бессараб

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова Российской академии наук

Email: olga.borchevkina@mail.ru
Россия, Калининград

О. П. Борчевкина

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: olga.borchevkina@mail.ru
Россия, Калининград

М. В. Клименко

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова Российской академии наук

Email: olga.borchevkina@mail.ru
Россия, Калининград

Список литературы

  1. Kuverova V.V., Adamson S.O., Berlin A.A. et al. // Adv. Space Res. 2019. V. 64. № 10. P. 1876; https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.05.041
  2. Голубков Г.В., Адамсон С.О., Борчевкина О.П. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 53; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050053
  3. Бахметьева Н.В., Григорьев Г.И., Калинина Е.Е. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 4. С. 73; https://doi.org/10.31857/S0207401X23040039
  4. Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 65; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050053
  5. Forbes J.M., Palo S.E., Zhang X. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2000. V. 62. № 8. P. 685; https://doi.org/10.1016/S1364-6826(00)00029-8
  6. Карпов И.В., Карпов М.И., Борчевкина О.П. и др. // Хим. физика. 2019. Т. 38. № 7. С. 79; https://doi.org/10.1134/S0207401X19070069
  7. Ратовский К.Г., Клименко М.В., Ясюкевич Ю.В. и др. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 10. С. 57; https://doi.org/10.31857/S0207401X20100106
  8. Fuller‐Rowell T., Wu F., Akmaev R. et al. // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. № A00G08. P. 1; https://doi.org/10.1029/2010JA015524
  9. Goncharenko L., Chau J.L., Condor P. et al. // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 4982; https://doi.org/10.1002/grl.50980
  10. Ясюкевич А.С., Падохин А.М., Мыльникова А.А. и др. // Уч. записки физ. фак-та Моск. ун-та. 2018. № 3. С. 1830901.
  11. Snively J., Pasko V. // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. № 24. P. 303; https://doi.org/10.1029/2003GL018436
  12. Перевалова Н.П., Полякова А.С., Погорельцев А.И. // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. № 3. С. 414; https://doi.org/10.7868/S0016794013030164
  13. Гаврилов Н.М., Коваль А.В., Погорельцев А.И. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 3. С. 412; https://doi.org/10.7868/S0016794014030055
  14. Fovell R., Durran D., Holton J.R. // J. Atmos. Sci. 1992. V. 49. № 16. P. 1427; https://doi.org/10.1175/1520-0469(1992)049<1427:NSOCGS>2.0.CO;2
  15. Lindzen R.S., Holton J.R. // J. Atmos. Sci. 1968. V. 25. P. 1095; https://doi.org/10.1175/1520-0469(1968)025<1095:ATOTQB>2.0.CO;2
  16. Alexander M.J., Dunkerton T.J. // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56. № 24. P. 4167; https://doi.org/10.1175/1520-0469(1999)056<4167:ASPOMF>2.0.CO;2
  17. Hines C.O. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 1997. V. 59. № 4. P. 371; https://doi.org/10.1016/S1364-6826(96)00079-X
  18. Meraner K., Schmidt H., Manzini E. et al. // J. Geophys. Res. Atmos. 2016. V. 121. № 20. P. 12045; https://doi.org/10.1002/2016JD025012
  19. Costantino L., Heinrich P., Mzé N. et al. // Ann. Geophys. 2015. V. 33. P. 1155; https://doi.org/10.5194/angeo-33-1155-2015
  20. Borchevkina, O.P., Kurdyaeva, Y.A., Dyakov, Y.A. et al. // Atmosphere. 2021. V. 12. № 11. P. 1384; https://doi.org/10.3390/atmos12111384
  21. Gavrilov N.M., Kshevetskii S.P. // Earth, Planets, Space. 2014. V. 66. № 1. P. 88; https://doi.org/10.1186/1880-5981-66-88
  22. Meng X., Komjathy A., Verkhoglyadova O.P. et al. // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 42. № 12. P. 4736; https://doi.org/10.1002/2015GL064610
  23. Yamashita C., Liu H.-L., Chu X. // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. № 9. P. L09803; https://doi.org/10.1029/2009GL042351
  24. Becker E., Vadas S.L. // J. Geophys. Res. Space Physics. 2020. V. 125. № 10. P. e2020JA028034; https://doi.org/10.1029/2020JA028034
  25. Курдяева Ю.А., Кшевецкий С.П., Гаврилов Н.М. и др. // Сиб. жур. вычислит. математ. 2017. Т. 20. № 4. С. 393; https://doi.org/10.15372/SJNM20170404
  26. Kshevetskii S.P. // Comput. Math. Math. Phys. 2001. V. 41. № 2. P. 273.
  27. Kshevetskii S.P. // Comput. Math. Math. Phys. 2002. V. 42. № 10. P. 1510.
  28. Kshevetskii S.P. // Nonlinear Process. Geophys. 2001. V. 8. P. 37; https://doi.org/10.5194/npg-8-37-2001
  29. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P. et al. // J. Geophys.Res. 2002. V. 107. № A12. P. 1468; https://doi.org/10.1029/2002JA009430
  30. Namgaladze A.A., Korenkov Yu.N., Klimenko V.V. et al. // PAGEOPH. 1988. V. 127. P. 219; https://doi.org/10.1007/BF00879812
  31. Namgaladze A.A., Korenkov Yu.N., Klimenko V.V. et al. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 1991. V. 53. № 11–12. P. 1113; https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90060-K
  32. Клименко М.В., Клименко В.В., Брюханов В.В. // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46. № 4. С. 485.
  33. Bessarab F.S., Korenkov Yu.N., Klimenko M.V. et al. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2012. V. 90-91. P. 77; https://doi.org/10.1016/j.jastp.2012.09.005
  34. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova E. et al. // Earth, Planets, Space. 2012. V. 64. № 6. P. 441; https://doi.org/10.5047/eps.2011.07.004
  35. Карпов И.В., Бессараб Ф.С., Кореньков Ю.Н. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 1. С. 49; https://doi.org/10.7868/S0207401X16010052
  36. Кшевецкий С.П., Курдяева Ю.А., Гаврилов Н.М. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 1. С. 44; https://doi.org/10.31857/S0002351523010078
  37. Гаврилов Н.М. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1974. Т. 10. № 1. С. 83.
  38. Курдяева Ю.А., Борчевкина О.П., Голикова Е.В., Карпов И.В. // Изв. РАН. Сер. физ. 2024. Т. 88. № 2.
  39. Nigussie M., Moldwin M., Yizengaw E. // Atmosphere. 2022. V. 13. №. 9. P. 1414; https://doi.org/10.3390/atmos13091414
  40. John S.R., Kumar K.K. // Clim. Dyn. 2012. V. 39. P. 1489; https://doi.org/10.1007/s00382-012-1329-9
  41. Hindley N.P., Wright C.J., Smith N.D. et al. // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 7797; https://doi.org/10.5194/acp-15-7797-2015
  42. Карпов И.В., Борчевкина О.П., Васильев П.А. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 4. С. 63; https://doi.org/10.31857/S0207401X20040081
  43. Sori T., Shinbori A., Otsuka Y. et al. // J. Geophys. Res. Space Physics. 2023. V. 128. P. e2022JA031157; https://doi.org/10.1029/2022JA031157
  44. Котова Д.С., Захаренкова И.Е., Клименко М.В. и др. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 4. С. 80; https://doi.org/10.31857/S0207401X20040093
  45. Ratovsky K.G., Yasyukevich Y.V., Vesnin A.M. et al. // Atmosphere. 2020. V. 11. № 12. P. 1; https://doi.org/10.3390/atmos11121308
  46. Pirog O.M., Polekh N.M., Tashchilin A.V. et al. // Adv. Space Res. 2006. V. 37. № 5. P. 1081; https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.02.005
  47. Mayr H.G., Harris I., Spencer N.W. // Rev. Geophys. 1978. V. 16. P. 539; https://doi.org/10.1029/RG016i004p₀0539
  48. Ратовский К.Г., Клименко М.В., Клименко В.В. и др. // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4. № 4. С. 32; https://doi.org/10.12737/szf-44201804
  49. Foster J.C. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 1675; https://doi.org/10.1029/92JA02032
  50. Lu G., Richmond A.D., Roble R.G., Emery B.A. // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 24493; https://doi.org/10.1029/2001JA000003
  51. Борчевкина О.П., Карпов И.В. // Геомагнетизм и аэрономия. 2017. Т. 57. № 5. С. 670; https://doi.org/10.7868/S0016794017040046
  52. Polyakova A.S., Perevalova N.P. // Adv. Space Res. 2011. V. 48. № 7. P. 1196; https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.06.014
  53. Бондур В.Г., Пулинец С.А. // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 3. С. 3.
  54. Rishbeth H, Mendillo M. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2001. V. 63. № 15. P. 1661; https://doi.org/10.1016/S1364-6826(01)00036-0
  55. Forbes J.M., Zhang X., Talaat E.R. et al. // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. P. 1033; https://doi.org/10.1029/2002JA009262
  56. Karpov I.V., Kshevetskii S.P. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2017. V. 164. P. 89; https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.07.019
  57. Кшевецкий С.П., Курдяева Ю.А., Гаврилов Н.М. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 10. С. 77; https://doi.org/10.31857/S0207401X23100096

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вариации атмосферного давления, полученные сетью микробарографов (ст. ИФА, МГУ, Звенигород, Мосрентген) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (станции ИФА МГУ, Звенигород, Мосрентген) во время прохождения метеорологического шквала в Московской области 29 мая 2017 г.

Скачать (204KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Частотные характеристики колебаний температуры волн на высотах 100, 200 и 300 км в разных точках (горизонтальная координата – x; вертикальная – z) относительно расположения источника возмущений. Центр источника определен на нижней границе в районе точки x = 0 км.

Скачать (401KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вертикальная структура возмущений температуры, полученная в численных расчетах с целью выделения характеристик волн в термосфере. Центр источника определен на нижней границе в районе точки x = 0 км.

Скачать (238KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Значения притока тепла (ew), создаваемого при распространении атмосферных волн в верхнюю атмосферу.

Скачать (101KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вариации индексов геомагнитной и солнечной активности с 26 по 30 мая 2017 г. F₁₀₇– в с.е.п., 1 с.е.п. = 10⁻²² Вт/(м² · Гц).

Скачать (230KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Динамика критической частоты F₂-слоя (время–широта) 26–29 мая 2017 г.

Скачать (120KB)
Метаданные
8. Рис. 7. а – Разность в значениях зональноусредненной концентрации атомарного кислорода между вариантами расчетов М² и М1 на высоте 200 км 29 мая 2017 г. б – Разность в зональноусредненных значениях f₀F₂ между вариантами расчетов М² и М1 29 мая 2017 г.

Скачать (198KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Широтно-временные изменения критической частоты F₂-слоя 29 мая 2017 г. на долготах 25° в.д. (а), 35° в.д. (б), 45° в.д. (в).

Скачать (283KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024