Исследование резонансных структур в электромагнитном шумовом фоне в диапазоне 0.1-10 Гц

Теория предсказывает наличие в ионосфере резонатора для альфвеновских волн (ИАР) на высотах F-области. Как следствие, в спектре флуктуаций электромагнитного поля, измеряемых на земной поверхности, можно ожидать наличие резонансных структур Резонансные структуры спектра (РСС) шумового фона с параметрами, ожидаемыми из предсказаний теории ИАР, впервые были обнаружены на средних широтах в середине 80-х годов прошлого века, и в середине 90-х годов в авроральной зоне. Позднее РСС были обнаружены в низких широтах и в полярной шапке. Работы сотрудников лаборатории внесли определенный вклад в исследования морфологических характеристик РСС в низких широтах, в авроральной зоне и на широтах полярной шапки.

В частности, было показано, что вероятность наблюдения РСС в авроральной зоне имеет явно выраженный суточный ход с максимумом в ночные часы. Найдена сезонная вариация (с максимумом зимой) и вариация, связанная с фазой солнечного цикла (максимальная вероятность наблюдения РСС имеет место в годы минимума солнечной активности). Все эти вариации, очевидно, обусловлены различиями ионосферных параметров при разных условиях освещенности ионосферы Солнцем. Вероятность наблюдения РСС резко уменьшается с ростом геомагнитной активности. Эти особенности согласуются с предсказаниями теории ИАР и, таким образом, могут служить подтверждением этой теории.

В полярной шапке (по данным обсерватории Баренцбург) также выявлен суточный ход вероятности наблюдения РСС. Оказалось, что в дневные часы в Баренцбурге РСС вообще не наблюдаются. Анализ этого факта с привлечением расчета РСС на основе теории ИАР с использованием локальной модели ионосферы показал, что отсутствие РСС на широте Баренцбурга в дневные часы не является следствием различной освещенности ионосферы Солнцем. По-видимому, причиной является то, что в дневные часы обсерватория находится в окрестности дневного каспа, где ионосфера очень нестабильна. Изменчивость ионосферных параметров препятствует наблюдениям РСС.

 

Пример наблюдений РСС в Баренцбурге в течение 4 и 5 июня 2006 г.

Были рассмотрены ситуации наблюдений РСС в Баренцбурге во время развития суббурь, которые начинались на более низких широтах. Показано, что суббури, в которых полярная экспансия сияний и электроджета не приближается к обсерватории ближе, чем 200-300 км не оказывают влияния на РСС. При приближении суббури на более близкие расстояния РСС исчезают (очевидно, вследствие соответствующих возмущений ионосферы). Это согласуется с теорией ИАР, согласно которой РСС генерируется в силовой трубке над точкой наблюдения, и позволяет сделать вывод о характерном горизонтальном масштабе ИАР.

 

Вверху: Наблюдения РСС в Баренцбурге 21 сентября и 10 октября 2003 г.
Внизу: Широтное положение суббуревого электроджета в те же периоды.Горизонтальной штриховой линией показана широта Баренцбурга.

Основные публикации

Yahnin A.G., N.V. Semenova, A.A. Ostapenko, J. Kangas, J. Manninen, T. Turunen, Morphology of the Spectral Resonance Structure of the Electromagnetic Background Noise in the Range of 0.1-4 Hz at L=5.2. Annales Geophysicae, V.21, 779-786, 2003.

Семенова, Н.В., А.Г. Яхнин, А.Н. Васильев, О. Амм. Результаты наблюдений спектральных резонансных структур в высокоширотной обсерватории Баренцбург, Геомагнетизм и аэрономия, №1, 40-48, 2008.

Semenova N.V. and Yahnin A.G. Diurnal behaviour of the ionospheric Alfven resonator signatures as observed at high latitude observatory Barentsburg (L=15). Ann. Geophys., 26, 2245–2251, 2008.