Том 63, № 2 (2023)

На основе данных медиан электронной концентрации максимума F2-слоя NmF2 пары ионосферных станций Боулдер–Хобарт за 1963–2013 гг. проведен анализ зависимости локального индекса годовой асимметрии R от местного времени и солнечной активности, где индекс R – отношение январь/июль суммарной концентрации NmF2 (для этой пары станций) в фиксированное местное время. В качестве индикатора солнечной активности для медианы NmF2 использован индекс F – среднее за 81 день значение потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см, которое центрировано на середину данного месяца. Получено, что в зависимости индекса R от местного времени LT преобладает полусуточная мода с максимумами вблизи полудня и полуночи и минимумами утром и вечером. Самые низкие значения R = 1 наблюдаются при низкой солнечной активности в узком интервале 19.0–19.5 LT. Годовая асимметрия в медиане NmF2 существует (R > 1) для всех остальных часов местного времени при любом уровне солнечной активности. Вблизи полудня индекс R увеличивается с солнечной активностью с тенденцией к насыщению при высоком уровне этой активности. Вблизи полуночи в зависимости индекса R от F наблюдается максимум для F = 140, при превышении которого R уменьшается с ростом F. Высокие значения индекса R в полдень и полночь, в основном, обусловлены относительно высокими значениями NmF2 в январе в Cеверном полушарии (местной зимой, Боулдер) в полдень и в Южном полушарии (местным летом, Хобарт) в полночь.

Выполнено исследование одновременных наблюдений ультранизкочастотных колебаний в диапазоне частот 0.1‒5.0 Гц типа “серпентинной эмиссии” (Serpentine Emission ‒ SE), наблюдаемой в области полярной шапки, и возмущений в авроральной зоне. Для анализа использованы уникальные аналоговые магнитные записи Антарктической обсерватории Восток (исправленные геомагнитные координаты Φ' = –85.41°, Λ' = 69.01°), оцифрованные с высокой частотой (20 Гц) и находящиеся в свободном доступе на сайте Мирового Центра Данных по Солнечно-Земной Физике, Москва. За период 1966 (ноябрь, декабрь), 1968 (март–июль), 1970–1972, 1973 (январь–март) гг. проанализировано поведение “серпентинной эмиссии” во время развития 180-ти изолированных суббурь, выделенных по вариации AL-индекса. Обнаружено прерывание режима генерации “серпентинной эмиссии” в области полярной шапки во время активной фазы интенсивных изолированных суббурь (с максимальной величиной AE-индекса ∼500‒600 нТл). В фазу экспансии суббурь возникает шумовое широкополосное электромагнитное излучение с резким передним фронтом в диапазоне Pc1‒2, также регистрируемое в полярной шапке. Шумовое излучение имеет резкий передний фронт и возникает примерно через 2 ч после переориентации Bz-компоненты ММП с северного направления на южное. Момент прерывания SE по времени совпадает с началом этого излучения и моментом достижения Bz-компонентой ММП максимальных отрицательных значений. Эффект прерывания SE наблюдается на фоне относительно стабильных других геоэффективных параметров солнечного ветра и ММП. Средняя продолжительность прерывания эмиссии составляет ∼3 ч. Косвенным подтверждением воздействия суббуревой активности на режим генерации SE является совпадение закономерностей суточной и сезонной вариации интервалов прерывания SE и вероятности наблюдения суббурь. В связи с тем, что шумовое излучение возникает во время активной фазы изолированных суббурь, и спустя ∼2 ч после переориентации Bz-компоненты ММП в солнечном ветре, есть основания полагать, что оно связано с потоками плазмы, направленными к Земле из хвоста магнитосферы. По-видимому, энергия плазменных потоков в активную фазу суббури стимулирует возникновение шумового излучения, прерывающего SE.

Рассмотрены различные виды тонкой структуры в континуальном излучении радиовсплесков IV типа применительно к разным типам источников излучения, стационарным и движущимся. В случае стационарных источников происхождение тонкой структуры связано как с процессами в отдельных магнитных петлях (квазипериодическое ускорение, магнитогидродинамические волны), так и с крупномасштабными процессами, связанными с распространением магнитогидродинамических возмущений, формированием петельных аркад и синхронными с ними процессами дискретного ускорения частиц, обуславливающих пульсирующий характер радиоизлучения. Для случая движущегося источника механизм генерации в значительной степени зависит от магнитной структуры источника (расширяющаяся магнитная арка или изолированное плазменное облако). В этом случае важна также связь с корональными выбросами массы и ударными волнами. Секундные пульсации объясняются магнитогидродинамическими колебаниями источника в виде магнитной петли или облака. Отсутствие прочей тонкой структуры в континууме движущихся всплесков IV типа может быть связано с критическим углом конуса потерь для возбуждения вистлеров.

Рассмотрен глобальный отклик ионосферы на интенсивные геомагнитные бури и вариации солнечной активности по данным индекса солнечной активности F10.7. В качестве источника информации используются данные о полном электронном содержании (ПЭС), рассчитанные по измерениям мировой сети приемников глобальных навигационных спутниковых систем. В отличие от многих публикаций, где подробно исследуются эффекты отдельных уникальных геофизических событий (например, супербуря 28 октября 2003 г.), мы рассмотрели эффекты от сильных бурь (Dst ≤ –80 нТл) начиная с 2005 г. Главное внимание уделялось зависимости от времени начала главной фазы бури относительно местного времени/долготы, а также зависимости интенсивности отклика ионосферы от широты. Для отображения ионосферных эффектов магнитных бурь использовался визуальный образ – двумерное представление в формате сутки–местное время, использовавшийся для визуализации ионосферных предвестников землетрясений. Этот подход позволяет также визуализировать эффекты вариаций солнечной активности по данным индекса F10.7, а также отличить их от ионосферных вариаций во время геомагнитных бурь. В результате удалось создать обобщенный глобальный “портрет” геомагнитной бури в ионосфере Земли.

Исследованы изменения отклонений от реперных значений интегральных суточных характеристик спорадического слоя Е ото дня ко дню в разные сезоны 1987 г., 1996 г., 2003–2004 гг. и 2014 г. Анализ проводился на основе ежечасных измерений японских наземных станций вертикального зондирования ионосферы с целью выявления возможных краткосрочных ионосферных предвестников коровых (поверхностных) землетрясений с магнитудами М ≥ 6.5 в условиях реальных наблюдений. По совпадению максимумов в изменениях рассматриваемых характеристик Еs в одни и те же сутки на парах станций, разнесенных на сотни километров друг от друга, было обнаружено 12 возможных ионосферных предвестников землетрясений (истинные “тревоги”) и 22 ложные “тревоги”, за которыми не последовали землетрясения указанного диапазона в разных сезонах 1987 г., 1996 г., 2003–2004 гг. Определена эффективность выделения возможных краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясений по выбранной методике на основе оценки Хансена–Койпера (Rscore), которая оказалась равной 0.82 для указанных периодов времени. Сделан вывод, что предложенная методика выявления краткосрочных ионосферных предвестников сильных землетрясений может быть использована в реальных условиях.

Анализируется возможность прогнозирования функции временнóй зависимости числа солнечных пятен (SSN) в цикле солнечной активности на основе применения платформы искусственной нейронной сети Элмана к историческому ряду данных наблюдений. Предложен метод нормализации исходных данных для предварительного обучения алгоритма ИНС, в котором строится последовательность виртуальных идеализированных циклов, используя масштабируемые коэффициенты по длительности и значения максимумов в солнечных циклах. Корректность метода анализируется в численном эксперименте, основанном на моделировании временнóго ряда солнечных пятен. Оценены интервалы изменения адаптируемых параметров в работе ИНС и предложен математический критерий для выбора решения. Характерным свойством построенной функциональной зависимости в цикле числа солнечных пятен является значительная асимметрия ее восходящей и спадающей ветвей. Представлен прогноз временнóго хода на текущий 25-й цикл солнечной активности и обсуждается его корректность в сравнении с другими результатами прогнозирования и имеющимися данными обсерваторских наблюдений.