Влияние вариаций солнечной активности на межсуточную изменчивость NmE в геомагнито-спокойных условиях по данным наземного ионозонда Dourbes

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Выполнено исследование межсуточных вариаций статистических характеристик электронной концентрации NmE максимума слоя E ионосферы для каждого месяца года в геомагнито-спокойных условиях при низкой и средней солнечной активности по данным часовых измерений критической частоты слоя E ионосферы наземным ионозондом Dourbes с 1957 по 2023 г. В работе вычислялись математическое ожидание NmEE, наиболее вероятное NmEMP, арифметически средняя месячная медиана NmEMED, стандартные отклонения sE, sMP и sMED величины NmE от NmEE, NmEMP и NmEMED и коэффициенты вариаций CVE, CVMP и CVMED значения NmE относительно NmEE, NmEMP и NmEMED соответственно. Показано, что NmEE обеспечивает наилучшее описание множества измерений NmE единственным статистическим параметром за счет меньшей межсуточной изменчивости NmE в сравнении с NmEMP или NmEMED. Впервые доказано, что переход от низкой к средней солнечной активности приводит к существенным изменениям межсуточной изменчивости NmE с наибольшей продолжительностью периодов увеличения и уменьшения исследуемой изменчивости в марте и декабре соответственно.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Павлов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavlov@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Н. М. Павлова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Email: pavlov@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Агекян Т.А. Основа теории ошибок для астрономов и физиков. М.: Наука, 148 с. 1968.
  2. Акасофу С.И. Полярные и магнитосферные суббури. М.: Мир, 316 с. 1971.
  3. Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Ч. 1. М.: Мир, 384 с. 1974.
  4. Балдин К.В., Башлыков В.Н., Рукосуев А.В. Основы теории вероятностей и математической статистики. М.: ФЛИНТА, 489 с. 2016.
  5. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука, 527 с. 1988.
  6. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 664 с. 1970.
  7. Дэйвид Г. Порядковые статистики. М.: Наука, 336 с. 1979.
  8. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. М.: ФИЗМАТЛИТ, 816 с. 2006.
  9. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 551 с. 2012.
  10. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе. М: Мир, 584 с. 1977.
  11. Павлов А.В., Павлова Н.М. Влияние рефракции солнечного излучения на зенитный угол и времена восхода и захода Солнца в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 2. С. 228–233. 2010.
  12. Павлов А.В., Павлова Н.М. Сравнение измеренных ионозондом Москвы и вычисленных концентраций электронов максимума слоя E ионосферы в весенних условиях // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 55. № 2. С. 247–257. 2015. https://doi.org/10.7868/S0016794015020145.
  13. Павлов А.В., Павлова Н.М. Зависимости от месяца года статистических характеристик NmE средних и низких широт в дневных геомагнито-спокойных условиях при низкой солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 4. С. 431–436. 2016. https://doi.org/10.7868/S0016794016040167
  14. Павлов А.В., Павлова Н.М. Суточные вариации статистических характеристик изменчивости NmF2 по данным наземных ионозондов низких широт в геомагнито-спокойных условиях при низкой солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 4. С. 429–440. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794022600685
  15. Пиггот В.П., Равер К. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. М.: Наука, 342 с. 1978.
  16. Тейлор Д. Введение в теорию ошибок. М.: Мир, 272 с. 1985.
  17. Acebal A.O., Sojka J.J. A flare sensitive 3 h solar flux radio index for space weather applications // Space Weather. V. 9. № 7. ID S07004. 2011. https://doi.org/10.1029/2010SW000585
  18. Banks P.M., Kockarts G. Aeronomy. Part B. New York and London: Academic Press, 355 p. 1973.
  19. Chattamvelli R., Shanmugam R. Statistics for scientists and engineers. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc., 467 p. 2015.
  20. Durivage M.A. Practical engineering, process, and reliability statistics. Milwaukee, WA: ASQ Quality Press, 260 p. 2022.
  21. Gatti P.L. Probability theory and mathematical statistics for engineers. London and New York: Spon Press of Taylor & Francis Group, 356 p. 2005.
  22. Haldoupis C. Midlatitude sporadic E. A typical paradigm of atmosphere-ionosphere coupling // Space Sci. Rev. V. 168. № 1–4. P. 441–461. 2012. https://doi.org/10.1007/s11214-011-9786-8
  23. Hedin A.E. MSIS-86 thermospheric model // J. Geophys. Res. – Space. V. 92. № 5. P. 4649–4662. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA05p04649
  24. Howell D.C. Statistical Methods for Psychology. Belmont, CA: Wadsworth Cengage Learning, 771 p. 2013.
  25. Krall J., Emmert J.T., Sassi F., McDonald S.E., Huba J.D. Day-to-day variability in the thermosphere and its impact on plasmasphere refilling // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. № 7. P. 6889–6900. 2016. https://doi.org/10.1002/2015JA022328
  26. Liu H., Yamazaki J., Lei J. Day-to-day variability of the thermosphere and ionosphere / Upper atmosphere dynamics and energetics / Geophysical Monograph Series, 261 / Eds. W. Wang, Y. Zhang, L.J. Paxton / Space Physics and Aeronomy Collection. V. 4, Hoboken, NJ: John Wiley and Sons Inc. P. 275–300. 2021. https://doi.org/10.1002/9781119815631.ch15
  27. Manson J.E. The solar extreme ultraviolet between 30 and 205 Å on November 9, 1971, compared with previous measurements in this spectral region // J. Geophys. Res. V. 81. № 10. P. 1629–1635. 1976. https://doi.org/10.1029/JA081i010p01629
  28. Mendillo M. Day-to-day variability of the ionosphere / The Dynamical Ionosphere. A Systems Approach to Ionospheric Irregularity / Eds. M. Materassi, B. Forte, A.J. Coster, S. Skone, Amsterdam, The Netherlands: Elsevier. P. 7–11. 2021. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814782-5.00002-9
  29. Moore L., Mendillo M., Martinis C., Bailey S. Day-to-day variability of the E layer // J. Geophys. Res. – Space. V. 111. № 6. ID A06307. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011448
  30. Nicolls M.J., Rodrigues F.S., Bust G.S. Global observations of E region plasma density morphology and variability // J. Geophys. Res. – Space. V. 117. № 1. ID A01305. 2012. https://doi.org/10.1029/2011JA017069
  31. Pavlov A.V. The role of vibrationally excited oxygen and nitrogen in the D and E regions of the ionosphere // Ann. Geophys. V. 12. № 10–11. P. 1085−1090. 1994. https://doi.org/10.1007/s00585-994-1085-1
  32. Pavlov A.V. Ion chemistry of the ionosphere at E- and F-region altitudes: A review // Surv. Geophys. V. 33. № 5. P. 1133–1172. 2012. https://doi.org/10.1007/s10712-012-9189-8
  33. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Comparison of NmE measured by the Boulder ionosonde with model predictions near the spring equinox // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 102. № 1. P. 39–47. 2013. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.05.006
  34. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Long-term monthly statistics of mid-latitudinal NmF2 in the northern geographic hemisphere during geomagnetically quiet and steadily low solar activity conditions // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 142. № 5. P. 83–97. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.03.001
  35. Pavlov A.V., Pavlova N.M. Long-term monthly statistics of the mid-latitude ionospheric E-layer peak electron density in the Northern geographic hemisphere during geomagnetically quiet and steadily low solar activity conditions // Ann. Geophys. – Italy. V. 60. № 2. ID A0327. 2017. https://doi.org/10.4401/ag-6969
  36. Pellinen-Wannberg A.K., Häggström I., Sánchez J.D.C., Plane J.M.C., Westman A. Strong E region ionization caused by the 1767 trail during the 2002 Leonids // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 9. P. 7880–7888. 2014. https://doi.org/10.1002/2014JA020290
  37. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. – Space. V. 107. № 12. ID 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430
  38. Ross S.M. Introduction to probability and statistics for engineers and scientists. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 624 p. 2004.
  39. Rumsey D.J. Statistics II. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 423 p. 2022.
  40. Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: A solar EUV flux model for aeronomical calculations // J. Geophys. Res. – Space. V. 99. № 5. P. 8981–8992. 1994. https://doi.org/10.1029/94JA00518
  41. Schunk R.W., Nagy A.F. Ionospheres. Physics, plasma physics, and chemistry. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 628 p. 2009.
  42. Sengupta P.R. Solar X-ray control of the E-layer of the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 32. № 7. P. 1273–1282. 1970. https://doi.org/10.1016/0021-9169(70)90057-7
  43. Sojka J.J., Jensen J.B., David M., Schunk R.W., Woods T., Eparvier F., Sulzer M.P., Gonzalez S.A., Eccles J.V. Ionospheric model-observation comparisons: E layer at Arecibo incorporation of SDO-EVE solar irradiances // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 5. P. 3844−3856. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019528
  44. Titterington D.M., Smith A.F.M., Makov U.E. Statistical analysis of finite mixture distributions. Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd., 243 p. 1985.
  45. Verma J.P., Verma P. Determining sample size and power in research studies. Singapore: Springer, 127 p. 2020. https://doi.org/10.1007/978-981-15-5204-5
  46. Whitehead J.D. Production and prediction of sporadic E // Rev. Geophys. V. 8. № 1. P. 65–144. 1970. https://doi.org/10.1029/RG008i001p00065

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость Pk от NmE в 12:00 UT (12:18 SLT) при низкой солнечной активности. Сплошные и штриховые кривые соответствуют январю и февралю (верхняя левая панель), марту и апрелю (средняя левая панель), маю и июню (нижняя левая панель), июлю и августу (верхняя правая панель), сентябрю и октябрю (средняя правая панель) и ноябрю и декабрю (нижняя правая панель).

Скачать (406KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость Pk от NmE в 12:00 UT (12:18 SLT) при средней солнечной активности. Соответствие сплошных и штриховых кривых месяцам года тоже, что и на рис. 1.

Скачать (434KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Суточные вариации CVE (сплошные кривые), CVMP (пунктирные кривые) и CVMED (штриховые кривые) для января (верхняя левая панель), февраля (средняя левая панель), марта (нижняя левая панель), апреля (верхняя правая панель), мая (средняя правая панель) и июня (нижняя правая панель) при низкой солнечной активности.

Скачать (294KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Суточные вариации CVE (сплошные кривые), CVMP (пунктирные кривые) и CVMED (штриховые кривые) для июля (верхняя левая панель), августа (средняя левая панель), сентября (нижняя левая панель), октября (верхняя правая панель), ноября (средняя правая панель) и декабря (нижняя правая панель) при низкой солнечной активности.

Скачать (322KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Суточные вариации CVE (сплошные кривые), CVMP (пунктирные кривые) и CVMED (штриховые кривые) для января (верхняя левая панель), февраля (средняя левая панель), марта (нижняя левая панель), апреля (верхняя правая панель), мая (средняя правая панель) и июня (нижняя правая панель) при средней солнечной активности.

Скачать (314KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Суточные вариации CVE (сплошные кривые), CVMP (пунктирные кривые) и CVMED (штриховые кривые) для июля (верхняя левая панель), августа (средняя левая панель), сентября (нижняя левая панель), октября (верхняя правая панель), ноября (средняя правая панель) и декабря (нижняя правая панель) при средней солнечной активности.

Скачать (299KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Суточные вариации ∆ CVE в январе, феврале и марте (сплошные, штриховые и пунктирные кривые соответственно на верхней левой панели), в апреле, мае и июне (сплошные, штриховые и пунктирные кривые соответственно на нижней левой панели), в июле, августе и сентябре (сплошные, штриховые и пунктирные кривые соответственно на верхней правой панели), в октябре, ноябре и декабре (сплошные, штриховые и пунктирные кривые соответственно на нижней правой панели).

Скачать (344KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024