Все научные статьи
Максютин С.В., Шерстюков О.Н. Долговременные изменения параметров среднеширотного спорадического слоя E
Научная статья
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 97 Максютин СВ. (sergey.maksyutin@ksu.ru), Шерстюков О.Н.
Казанский Государственный Университет
Введение.
Накопление за последние несколько десятков лет длинных рядов экспериментальных данных позволило ряду исследователей провести изучение долговременных вариаций в различных параметрах ионосферы [1-6]. Неоднократно были рассмотрены климатические изменения в параметрах регулярных слоев Е hF2[1-4]. Также представляет интерес рассмотрение глобальных климатических изменений в параметрах неоднородной ионосферы, в частности, спорадического Е-слоя. Такие исследования также уже проводились ранее [5-6], где на основе анализа параметра foEs для двух станций южного полушария (Rarotonga (21S, 200Е) - в субтропическом регионе и Christchurch (44S, 173Е) - в средних широтах) за 1947-1983 гг. обнаружено систематическое уменьшение вероятности появления слоев Es со значениями foEs выше заданного [5]. Анализ, проведенный раздельно для разного времени суток (00-04 LT, 10-14 LT, 19-23 LT), привел к идентичным результатам. В дальнейшем обнаружено [6], что степень изменения вероятности появления слоев Es больше для интенсивных слоев (foEs > 6 МГц). Необходимо дальнейшее исследование долговременных вариаций в параметрах спорадического Е-слоя для северного полушария на большем количестве станций за длительный интервал времени.
Методика обработки данных.
В качестве источника данных использовались ионосферная цифровая база данных на лазерных компакт-дисках, распространяемая NGDC. В работе анализировались долговременные вариации предельной частоты foEs слоя Es для 20 среднеширотных станций северного полушария (16 из них в полосе 45 - 65N, одна - 43N, три - в полосе 65 - 75N) за период 1957-1990 г.г. (табл. 1).
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ
98
Табл.1 Параметры трендов предельной частоты слоя Es для 20 станций северного полушария.
№ |
Станция |
ей H О к В и о к ей U О CD U |
ей Н О и о ей И О CD ЕГ К -е ей U О <и 1-4 |
параметр наклона регрессионной зависимости А |
Ряд (годы) |
||||
Поа среднегодовым значениям foEs [МГц/год] |
По среднесезонным значениямаа foEs [МГц/год] |
||||||||
0-23 LT |
09-15 LT |
21-03 LT |
ето |
зима |
|||||
1 |
Slough |
51.5 |
359.4 |
0.004 |
0.001 |
0.009 |
0.009 |
0.005 |
1967-89 |
2 |
Dourbes |
50.1 |
4.6 |
0.004 |
0.008 |
0.002 |
0.010 |
0.005 |
1958-88 |
3 |
Uppsala |
59.8 |
17.6 |
-0.005 |
-0.010 |
0.003 |
-0.011 |
0.000 |
1965-89 |
4 |
Lycksele |
64.7 |
18.8 |
-0.006 |
-0.013 |
0.011 |
-0.016 |
0.002 |
1965-89 |
5 |
Kiruna |
67.8 |
20.4 |
-0.002 |
-0.016 |
-0.015 |
-0.013 |
0.014 |
1965-85 |
6 |
Калиниград |
54.7 |
20.6 |
-0.003 |
0.003 |
0.000 |
0.001 |
0.004 |
1965-90 |
7 |
Киев |
50.5 |
30.5 |
0.000 |
-0.002 |
0.004 |
-0.001 |
0.004 |
1964-88 |
8 |
енинград |
60.0 |
30.7 |
-0.011 |
-0.012 |
-0.010 |
-0.002 |
-0.017 |
1958-90 |
9 |
Москва |
55.5 |
37.3 |
-0.006 |
-0.004 |
-0.007 |
-0.005 |
-0.005 |
1958-88 |
10 |
Горький |
56.1 |
44.3 |
-0.002 |
-0.004 |
0.000 |
0.003 |
0.002 |
1959-88 |
11 |
Свердловск |
56.4 |
58.6 |
0.014 |
0.016 |
0.014 |
0.014 |
0.012 |
1958-90 |
12 |
Караганда |
49.8 |
73.1 |
-0.004 |
-0.009 |
0.000 |
-0.006 |
0.000 |
1965-88 |
13 |
Алма-Ата |
43.2 |
76.9 |
-0.014 |
-0.005 |
-0.016 |
-0.012 |
-0.009 |
1958-88 |
14 |
Томск |
56.5 |
84.9 |
-0.010 |
0.000 |
-0.018 |
-0.010 |
-0.011 |
1958-90 |
15 |
Норильск |
69.4 |
88.1 |
0.000 |
-0.006 |
-0.011 |
-0.010 |
0.011 |
1968-88 |
16 |
Иркутск |
52.5 |
104.0 |
-0.006 |
-0.004 |
-0.013 |
-0.008 |
-0.006 |
1958-88 |
17 |
Якутск |
62.0 |
129.6 |
-0.011 |
0.003 |
-0.022 |
-0.017 |
-0.007 |
1958-88 |
18 |
Resolute Bay |
74.7 |
265.1 |
0.008 |
0.009 |
0.006 |
-0.009 |
0.019 |
1967-90 |
19 |
Churchill |
58.8 |
265.8 |
-0.029 |
-0.060 |
-0.013 |
-0.025 |
-0.029 |
1967-90 |
20 |
Ottawa |
45.4 |
284.1 |
0.010 |
-0.002 |
0.010 |
0.021 |
0.005 |
1966-90 |
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ 99 Далее методом наименьших квадратов определялись линейные регрессионные зависимости среднегодовых и среднесезонных значений foEs от времени в виде <foEs>=A*t + B, где t-время. Параметр А (параметр наклона регрессионной засисимости) использовался в качестве численной характеристики выделенных трендов с размерностью МГц / год. Значимость выявленных трендов оценивалась для доверительной вероятности 90 %.
Описание результатов.
В табл. 1 приведены значения параметра А, полученные для рассмотренных станций, указаны их географические координаты и длины использованных в работе рядов. Станции в таблице упорядочены по географической долготе, причем станция Slough (Слау) для удобства рассмотрения вынесена в начало таблицы, так как расположена в Европе (как и остальные станции начала таблицы). В колонках, содержащих значения параметра наклона регрессионных прямых приведены (слева направо) - тренд среднегодовых значений foEs за полные сутки (0-23 LT), за светлое (09-15 LT) и темное (21-03 LT) время суток, и тренд усредненных за лето и зиму значений foEs за полные сутки. Значимые значения (доверительная вероятность 90%) подчеркнуты.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 100аа
Чйп Mjuksu <v? ;S *о ^ -С
'
anil
ZB-
20- |
Даа uLi
АДа .а ^аа Д
*.D
3.5-
3.0-
2.5-
2.0-
СыфДПРПСК
1
О 2 а -3
В |
^ж".:
"-
.V" |
>ж*
ft.i'V |
^-е^V
1 5
i ж i ' i ' i ж i ' i ' i
IBMаа 1W5аа 1Р7ТГаа 1S711аа 1Wаа IBMаа 1ЭИ1 прсмА, годы
Рис.1 Ммошпгшт трвьди IcEiflnn ctjplkm №:ны
- -ТР&Щ ЕрВДНйГОДйЬиХ JhdhdhUU foEi Id ПйЛИий tzfTIH.
- М 3 -ТрйИД ируДНиГйДйиЬИ 14J-hVl VlEj 33 светлее |И.|Ь LT | н темное |21-ПЭ LT|. вргыя с>тпр, соотоетстппннп.
1.5
955 iWO 1BS5 1970 1975 1ЭМ) 19*5 1990 IMS ыренр. юды
РиС ^MhCTunfl-UHd TfHjH.qL 1oES OTVlCTiai'LfMQHpAJKUCK
- -тр*-? Lf^iHifu.nufiu?. jHi--i*Щi taEi ы гшхлсущ
- H 3 -ТрыНД иМа-КГйДМиК Jhd4toUHluEг Ы CBdiruci i ПЙ-1г LT) и Тчм-ijs (21 -OJ LT) updun qmeti.
Для обнаружения возможных сезонных зависимостей, рассматривались усредненные за основные сезоны (зима и лето) ряды значений foEs. В качестве примера, на рис.3-4 приведены временные ряды усредненных за основные сезоны среднесуточных значений величины foEs - также для станций Москва и Свердловск. Несоответствия знаков значимых трендов для основных сезонов также не обнаружено.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ
101
i J 1 ::а -
ММ1Ю
nv |
I.E.а Lx
з э.
-:
25
: э
А дл |
v*
$. ар. |
а ь А ?
ж s.
19а l5аа lSJftа 1ОТ5аа lifHlаа 13ЙЬаа 11ДН1 прямя, гпди
Рня.Э Мнвгапетчне тренды ГоЕв дпя стннцин Wocnea 1 -трнцп зред^пуювы* эначвчм* поЕи. J и Э - тренд 1ндчвнмй fuEs отдельно ы пвто н зиму, соответственна
*.ft- |
Свердловска уаа 3 |
3.5- |
%jkrl |
^а т |
|
З.Ф- |
ri ж"жI"'а i-~аа 'ж" У ^3-Ч"ЁтТ |
г.э- |
|
2.4- |
|
1.5- |
ж i i i i i i ж ж i Х i i ж |
1*0а 1BHS 1HJDа 1J(?S 1SS.Dа 1ЯВ1а 1HD орвЫЯцМДы
pmc ж< Многолетни трачла ШЕбдлр станции Свердловск
- - тренд саяднагпдпих jHa'-i*iH fnгi,
- я 3 iptti.ii. з-наченин inгi DTj,tnbi-H за ага и шму, СоОИвТСТввИНй.
Как следует из приведенных рисунков, во временном ходе рассмотренных параметров наблюдаются межгодовые вариации в соответствии с изменением уровня солнечной активности, однако их рассмотрение выходит за рамки данной работы. Подробно данные межгодовые вариации рассмотрены в [8].
На рис.5 приведено географическое расположение рассмотренных станций и указаны выделенные тренды (треугольники острием вверх - положительный тренд, острием вниз - отрицательный, для значимых трендов символы заполнены). Различие знака выделенных трендов для рассмотренных станций, предположительно, вызвано разным географическим положением станций на континентах - для станций, расположенных в центральной Европе, преобладает положительный тренд, а для станций, расположенных в северной части Европы и в глубине континента -отрицательный. Данному предположению не соответствует станция № 11 (Свердловск), которая расположена в глубине континента и в параметрах которой обнаружен значимый положительный тренд.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 102аа
1С Lcriiqntide6
Рис,а 5а I нарифи'Ы'С^**-а iio.i4ist:ojiHi'а рас исп рлылм* сгишнк^а i[jovitcltiiJiuwn. iijiipjiui'iuiiih-ii-pc|"( - ищ(1*-ц1слы1ынаа тренл.аа шнгриненнигаа Finn. - отршитмъиын.аа Тргугвдыпки,
COOIBf If П(\|Ц1|||№ сTrilLllllfUl СС ЗНаЧИМЫМ llW'll.ll! - IllUb. [HFItbl.
Заключение.
Таким образом, в отличие от ранее опубликованных результатов [3-4], обнаружена изменчивость знака тренда в параметрах слоя Es. На основе анализа по 20 ионосферным среднеширотным станциям северного полушария сделано предположение о том, что знак тренда, по-видимому, зависит от географического положения станции (для станций, расположенных на побережье, преобладает положительный тренд, а для станций, расположенных в глубине континентов -отрицательный), хотя не все результаты для рассмотренных станций с этим согласуются. Как показано в [5], подобные долговременные тренды не могут быть удовлетворительно объяснены изменениями в условиях и методах наблюдений. Полученный для станций северного полушария результат дополняет проделанные ранее исследования, но данная проблема нуждается в дальнейшем изучении на большем количестве станций обеих полушарий и на большем временном отрезке.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 01-05-65251.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 103аа
Все научные статьи