Оценка параметров атмосферы и ионосферы по данным наземного и спутникового приема сигналов высокоорбитальных навигационных систем, страница 3

Примерреконструкции глобального распределения TEC для 22 UT представлен нарис. 1.90Reconstruction of TEC distribution (TECU), T=22 UT20.0020.0040.006040.0030.0020.00180.030140.0220.060.00 40.00160.00120.080.00100.0-3060.0040.0080.0020.00100.020.0080.0060.00-6040.00-90-180 -150 -120-90-60-300306090120150180Рисунок 1. Восстановленное распределение TEC в ионосфере 22UT 30.10.2003На реконструкции также видно пятно ионизации над Европой в ночноевремя со значениями TEC достигавшими 35 TECU, такие значенияхарактерны для дневной ионосферы.10Во втором параграфе проведена оценка критической частоты слояF2 по данным реконструкции и ее сравнение с данными ионозондов.

Нарис. 2 для 30 октября 2003г оно показано на примере ионозондов Hainan(слева) и Athens (справа). Видно хорошее совпадение временного хода идаже значений f 0 F 2 по данным ионозондов с результатами реконструкциипо данным GPS. Разница в значениях f 0 F 2 по данным ионозондов и поданным GPS вызвана различием между реальной высотой слоя F2 вионосфере и значением высоты максимума слоя используемой в алгоритмевосстановления.Рисунок 2.

Восстановление критической частоты слоя F2. Пример сравнения сданными ионозондов.Третий параграф посвящен сравнению результатов реконструкцийвертикального TEC с данными глобальных ионосферных карт. Показанокачественное совпадение структуры и величин восстанавливаемых полей.В четвертом параграфе представлено сравнение распределенийвертикального TEC, полученного по данным GPS, и TEC, полученногометодом двумерной низкоорбитальной радиотомографии, вдоль цепочкина Аляске (1450 ЗД) для 30 октября 2003г. Наблюдались как случаихорошего совпадения широтных зависимостей и даже значений TEC вдольцепочки приемников по данным низкоорбитальной томографии и повысокоорбитальным данным, так и случаи значительного расхожденияTEC, полученного этими двумя методами.

Расхождение в данных можетобъясняться тем, что в возмущенный период, каким и является 30 октября2003г., практически мгновенное распределение TEC по даннымнизкоорбитальной томографии в связи с быстрыми процессамиперестроения ионосферы не будет совпадать с усредненным по достаточнобольшому временному интервалу (1 час) распределением TEC,построенным по высокоорбитальным данным.В пятом параграфе приведены примеры восстановления параметровэкваториальной аномалии над Юго-Восточной Азией для 22 октября 2003 г11(см рис.

3 слева). На реконструкции хорошо видны северный и южныйгребни экваториальной аномалии. Северный гребень имеет большуюпротяженность, порядка 4000км., и вытянут вдоль 200 СШ. Южныйгребень менее выражен, имеет протяженность порядка 3500км. и вытянутвдоль 50 ЮШ. Значение TEC в максимуме экваториальной аномалии на 2530TECU выше значений TEC на экваторе. Проведено сравнение с даннымиальтиметра спутника TOPEX (см рис. 3 справа), показавшее хорошеесовпадение восстановленного TEC.TEC Reconstruction. 22.10.2003, 5UT40TEC along TOPEX trajectory for 22.10.2003 (4:15-4:50 UT)30,0040,0010040,009096,0050,0072,0080,008066,0060,0050,0070TEC, TECU78,00 66,002066,00040,0080,0070,0030,00605040-2030100TOPEX TECHigh orbital TEC reconstruction2020,00-4090110120TOPEX trajectory13014010-50150-40-30-20GPS stations-100102030LatitudeРисунок 3.

Реконструкция вертикального TEC в области экваториальнойаномалии. Сравнение с данными TOPEX-альтиметра.В шестом параграфе приведен пример восстановления параметровглавного ионосферного провала над Европой для 20UT 22 июля 2004г. (смрис. 4)90Reconstruction of TEC distribution (TECU), T=20 UT22.07.20047.000806.000705.0008. 0009.0006011.0013.0012.0010.0014.00504030-1001020304050Рисунок 4. Реконструкция вертикального TEC в области провала ионизации надЕвропой для 20 UT 22.07.2004.12Отчетливо восстанавливается стенка провала, падение вертикальногоTEC более чем в два раза (с 12 TECU до 5 TECU).

Ширина провала поданным реконструкции составляет ~150. Отметим, наличие станций IGS вЕвропе на широтах выше широты провала, что необходимо длявосстановления параметров провала.Таким образом, предложенный метод позволяет восстанавливатьструктурукрупныхнеоднородностейионосферы,такихкакэкваториальная аномалия, главный ионосферный провал, пятна ионизациии.т.д. Сопоставление результатов восстановления с независимымиизмерениями ионозондов, низкоорбитальной томографии и глобальнымиионосферными картами показало эффективность применяемого подхода.В четвертой главе диссертации проведено исследование внезапногоувеличения полного электронного содержания (SITEC) в ионосфере вовремя ряда интенсивных солнечных вспышек по данным наземного приемасигналов системы GPS.В первом параграфе приведены временные зависимости TEC (t ) и∂TEC(t ) во время вспышки для различных пар приемник-спутник GPS для∂tвспышек: X17 - 28.10.2003, X28 – 04.11.2003, X6 – 14.07.2000, X20 –02.04.2001, X4.2 – 17.01.2005.

Для вспышки X6 – 14.07.2000 этизависимости показаны на рис. 5.Рисунок 5. TEC и скорость изменения TEC для двух пар «спутник-приемник» вовремя солнечной вспышки 14.07.200013Для каждой из проанализированных вспышек наблюдается подобиевременных зависимостей∂TEC(t ) для различных пар спутник-приемник,∂tдля восходящих (рис. 5 сверху) и нисходящих (рис. 5 снизу) траекторийспутников, что говорит о связи временной зависимости скоростиизменения TEC с интенсивностью ионизирующего излучения Солнца вмомент вспышки.Во втором параграфе предложен новый параметр – эффективнаяионизирующая интенсивность солнечного излучения во время вспышки иметоды ее определения по данным высокоорбитальных навигационныхсистем. Показано, что скорость изменения TEC во время вспышкипропорциональна интенсивности дополнительного ионизирующегоизлучения, вызванного солнечной вспышкой:η (λ )∆I ∞ (λ )∂TEC≈ ∑∑ iλ i∂tsec χ(6)где ηi (λ ) - фотоионизационный выход i-й газовой составляющейатмосферы на длине волны λ , ∆I ∞ (λ ) - дополнительная интенсивностьсолнечного излучения с длинной волны λ на верхней границе атмосферы,вызванная вспышкой.

Таким образом, можно ввести эффективнуюионизирующую интенсивность излучения при вспышке в интервале длинволн ∆λ , как:I~ =∑ ∑ I ∞ (λ )η i (λ )λi∑ ∑η i ( λ )λi∂TEC/ cos χ∂t=∑ ∑η i ( λ )λ(7)i∂TEC/ cos χ [4] усредненное по всем станциям наблюдения,∂tрасположенным на дневной стороне Земли, значение скорости измененияэлектронной концентрации в ионосфере, приведенное к зенитному углуСолнца для каждой точки наблюдения.На основе (7) предложен алгоритм оценки интенсивностисолнечного излучения вне диапазона (1-8)Å по данным о скоростиизменения TEC со станций сети IGS и об интенсивности солнечногорентгеновского излучения в диапазоне (1-8)Å со спутников серии GOES.Приведем оценку этой интенсивности для вспышек 28.10.2003 и 04.11.2003(см рис.

6).где14Рисунок 6. Совместный график среднего по всем станциям дневной стороныЗемли dTEC/dt, интенсивности рентгеновского излучения по данным GOES, иоцененной по этим данным интенсивности солнечного излучения в диапазонеλ >8Å во время вспышек 28.10.2003 (слева) и 04.11.2003 (справа).Несмотря на то, что вспышка 04.11.2003 была самой интенсивной изнаблюдаемых в рентгеновском диапазоне, SITEC вызванный ею внесколько раз меньше, чем SITEC вызванный менее интенсивнойвспышкой 28.10.2003. Это можно объяснить тем, что больший вклад вионизацию вносит более длинноволновое ультрафиолетовое излучение,что подтверждается приведенными на рис. 6 оценками.Третий параграф посвящен исследованию параметров глобальногораспределения электронной концентрации в ионосфере в момент вспышки.Была исследована зависимость изменения TEC в ионосфере в моментвспышки от положения точки наблюдения, показана связь величиныSITEC c зенитным углом Солнца точки наблюдения.Рисунок 7.

Вариация полного электронного содержания для вспышек X1728.10.2003 (слева) и X10 29.10.2003 (справа) по данным реконструкции иглобальных ионосферных карт IGS, совместно с солнечным рентгеновскимизлучением в диапазоне (1-8)Å.15Проведена реконструкция глобального распределения электроннойконцентрации во время вспышки по данным GPS, методом, описанным вовторой главе, с шагом по времени 20 мин для вспышек 28.10.2003 и29.10.2003. По данным реконструкции определялась вариация среднего повсему земному шару значения TEC во время вспышки.