А.М. Аппалонов1, Ю.С. Масленникова2

1,2 Институт физики, Казанский (Приволжский) федеральный университет (г. Казань, Россия)

1 artem309_97@mail.ru; 2 jsmaslennikova@kpfu.ru

Постановка проблемы. Ионосфера - слой атмосферы Земли высотой примерно от 60 до 1000 км. Ионосфера оказывает влияние на радиосвязь, навигацию, спутниковую связь, поскольку содержащиеся в этом слое заряженные частицы (электроны и ионы) могут отражать радиоволны и менять их направление. Особенный интерес для изучения представляет полное электронное содержание (ПЭС) ионосферы. Прогнозирование данного параметра позволяет не только настраивать радиоаппаратуру для более качественной передачи сигнала, но актуально для космической деятельности, так как частицы солнечного ветра могут взаимодействовать с ионосферой, вызывая геомагнитные бури и другие явления, имеющие влияние на работу космических аппаратов. Ранее был изучен 24-й цикл солнечной активности. Необходимо расширить временно́й интервал исследований для того, чтобы подтвердить или опровергнуть полученные в предыдущих экспериментах выводы.

Цель. Провести анализ пространственно-временно́й динамики ионосферы с использованием карт ПЭС за 23-й, 24-й циклы солнечной активности.

Результаты. Приведены результаты анализа пространственно-временно́й динамики ионосферы с использованием глобальных карт ПЭС за 23-й, 24-й циклы солнечной активности (с 1999 по 2018 гг.). Проведена предварительная фильтрация данных для уменьшения влияния суточной и сезонной периодичности. Показано наличие корреляции между вариациями первых компонент разложения ПЭС (обусловленных экваториальной аномалией ионосферы) и индексом солнечной активности F10.7, что подтверждает результаты, полученные ранее по анализу 24-го цикла солнечной активности.

Практическая значимость. Представленные результаты позволяют использовать главные компоненты разложения для понижения размерности данных глобальных карт ПЭС ионосферы, а также могут быть входными данными для реализации различных моделей прогнозирования.

Аппалонов А.М., Масленникова Ю.С. Анализ глобальной динамики полного электронного содержания за 23-й и 24-й циклы солнечной активности с использованием метода главных компонент // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 46−55. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-06

1. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука. 1988. 527 с.
2. Mendillo M. Storms in the ionosphere: Patterns and processes for total electron content // Reviews of Geophysics. 2006. V. 44. № 4. DOI: 10.1029/2005RG000193.
3. Boehm J., et al. The Global Mapping Function (GMF): a new empirical mapping function based on numerical weather model data // GRL. 2006. V. 33. № 7. DOI: 10.1029/2005GL025546.
4. Fitzgerald T.J. Observations of total electron content perturbation of GPS signals caused by a ground level explosion // J. Atoms. S. Terr. Phys. 1997. V. 59. P. 829-834.
5. Nematipour P., Raoofian-Naeeni M., Razin M.R.G. Regional application of C1 finite element interpolation method in modeling of ionosphere total electron content over Europe // Advances in Space Research. 2022. V. 69. № 3. Р. 1351-1365. DOI: 10.1016/j.asr.2021.11.030.
6. Talaat E.R., Zhu X. Spatial and temporal variation of total electron content as revealed by principal component analysis // Ann. Geophys. № 34. Р. 1109–1117. DOI: 10.5194/angeo-34-1109-2016, 2016.
7. Максимов Д.С., Когогин Д.А., Насыров И.А., Загретдинов Р.В. Автоматизированная система обработки данных радиозон-дирования сигналами навигационных спутников, полученных на плотной сети ГНСС станций // XVII Всеросс. открытая конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса». М.: ИКИ РАН. 2019. С. 487.
8. Bust G.S., Liles W., Mitchell C. Space weather influences on HF, UHF, and VHF radio propagation // Space Weather Effects and Applications. 2021. Р. 153-163. DOI: 10.1002/9781119815570.ch7.
9. Tsagouri I., Koutroumbas K., Elias P. A new short-term forecasting model for the total electron content storm time disturbances // Journal of Space Weather and Space Climate. 2018. № 8. Р. 2–12. DOI: 10.1051/swsc/2018019.
10. Сыроватский С.В., Ясюкевич Ю.В., Веснин А.М. и др. Влияние солнечных вспышек на ионосферу Земли в 24-м цикле солнечной активности // Ученые записки физического факультета МГУ. 2018. № 4. С. 1840403.
11. Электронный ресурс JPL. URL: https://www.jpl.nasa.gov (дата обращения: 15.06.2023).
12. Maslennikova Yu.S., Bochkarev V.V. Principal component analysis of global maps of the total electronic content // Geomagnetism and Aeronomy. 2014. V. 54(2). Р. 216–223. DOI: 10.1134/s0016793214020133.
13. Gorban A.N., Kegl B., Wunsch D., Zinovyev A.Y. (Eds.) Principal manifolds for data visualisation and dimension reduction. Series: Lecture Notes in Computational Science and Engineering 58. Springer, Berlin - Heidelberg - New York. 2008. V. XXIV. 340 p.
14. Аппалонов А.М., Масленникова Ю.С. Нейросетевое прогнозирование динамики экваториальной аномалии по данным полного электронного содержания ионосферы // Техника радиосвязи. 2021. № 3(50). С. 29–42. DOI: 10.33286/2075-8693-2021-50-29-42.
15. Heelis R.A. Electrodynamics in the low and middle latitude ionosphere: A tutorial // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2004. № 66. Р. 825–838. DOI: 10.1016/j.jastp.2004.01.034.
16. Электронный ресурс: лаборатория DRAO. URL: https://nrc.canada.ca/en/research-development/nrc-facilities/dominion-radio-astrophysical-observatory-research-facility (дата обращения: 15.06.2023).
17. Taylor H., et al. RMCSat: An F10. 7 Solar Flux Index CubeSat Mission // Remote Sensing. 2021. V. 13. № 23. Р. 4754. DOI: 10.3390/rs13234754.
18. Электронный ресурс: SPACE WEATHER PREDICTION CENTER. URL: https://www.swpc.noaa.gov/phenomena/f107-cm-radio-emissions (дата обращения: 15.06.2023).
19. Rajesh Vaishnav, Christoph Jacobi, Jens Berdermann, Erik Schmölter, Mihail Codrescu. Delayed ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: A modeling approach // Advances in Space Research. 2022. V. 69. № 6. Р. 2460-2476. DOI: 10.1016/j.asr.2021.12.041.
20. Klimenko V.V., Klimenko M.V., Bessarab F.S., Sukhodolov T.V., Koren’kov Yu.N., Funke B., Rozanov E.V. Global EAGLE Model as a tool for studying the influence of the atmosphere on the electric field in the equatorial ionosphere // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2019. V. 13. Р. 720-726. DOI: 10.1134/S1990793119040079.
21. Карлов А.М., Волхонская Е.В., Рябец А.Я. Определение ковариационной матрицы ошибок фильтрации при отклонении параметров устройств формирования и обработки сигнала от оптимальных значений // Радиотехника. 2019. № 2. С. 12–16. DOI: 10.18127/j00338486-201902-02.