ВВЕДЕНИЕ
Ионосферная плазма — высокодинамичная среда, в которой присутствуют естественные неоднородности различных масштабов и видов — от сантиметровых тепловых неоднородностей, используемых для диагностики плазмы методом некогерентного рассеяния, до суточных вариаций, связанных с вращением Земли вокруг своей оси. Исследование ионосферных неоднородностей с временами жизни от минуты и более ведется достаточно давно различными методами и с помощью различных инструментов: сетей GPS/ГЛОНАСС, ионозондов и их сетей, спутников и радаров.
К основным механизмам формирования крупномасштабных неоднородностей с периодами десятки минут и более можно отнести внутренние атмосферные волны, распространяющиеся от различных источников в основном в горизонтальном направлении [Hocke, Schlegel, 1996; Frissell et al., 2016].
Неоднородности с периодами 1–15 мин изучены слабее и в настоящее время активно исследуются [Kozlovsky et al., 2013]. Иногда эти неоднородности связаны с акустическими волнами от различных мощных источников и могут распространяться от источника как в горизонтальном [Berngardt et al., 2015a], так и в вертикальном [Maruyama et al., 2016a, 2016b; Berngardt et al., 2015b, 2017] направлении.
Исследование ионосферы с помощью ионозондов проводятся очень давно. Отработаны регулярные 15-минутные режимы функционирования мировой сети ионозондов, создаются сети ионозондов различных типов — как с импульсным [Reinisch et al., 2009], так и с непрерывным излучением сигнала (см., например, [Ponyatov et al., 1999; Uryadov et al., 2004] и ссылки в них). Долговременные ионозондовые измерения составляют базу для создания современных моделей ионосферной плазмы на высотах ниже максимума F2-слоя и используются при построении моделей, корректируемых в реальном масштабе времени [Bilitza et al., 2017; Pignalberi et al., 2018], а также выборочных [Liu et al., 2011; Maruyama et al., 2011, 2016a, 2016b; Berngardt et al., 2015b] и статистических исследований ионосферных неоднородностей [Kurkin et al., 2014; Berngardt et al., 2017; Givishvili, Leshchenko, 2017].
Развитие ионозондов, наблюдающееся в последние несколько лет, связано, в частности, с развитием методов цифрового формирования излучаемых сигналов и прямого цифрового приема принимаемых сигналов. Это существенно упростило создание высокоскоростных ионозондов, работающих с повышенным временным разрешением (1 мин и менее). Повышение временной детализации ионосферных процессов показало значительную долю короткоживущих неоднородностей в ионосфере и выявило существенные сложности интерпретации получаемых ионограмм. Сложность интерпретации ионограмм и большой поток данных стимулируют разработку методов обработки ионограмм, ориентированных скорее на выявление неоднородностей различных масштабов и определение их характеристик, чем на решение задачи восстановления высотного профиля электронной концентрации [Haldoupis et al., 2006; Jiang et al., 2015]. Далее в работе мы будем использовать близкий подход.
Проявления единичных неоднородностей на одиночном ионозонде часто имеют похожую форму [Lobb, Titheridge, 1977; Голикова и др., 2005; Kurkin et al., 2014] и отличаются в основном длительностью наблюдения эффекта и наблюдаемой вертикальной скоростью перемещения возмущения по ионограмме. Наблюдаемая вертикальная скорость связана не только с групповой или фазовой скоростью неоднородности, но и с направлением движения, а также с отличием реальной высоты, на которой существует неоднородность, от действующей высоты, измеряемой ионозондом.
Далее в работе мы будем рассматривать неоднородности, проявляющиеся в виде существенных быстроживущих дополнительных треков на ионограммах или существенных искажений основного трека, характерное время жизни которых (т. е. время, в течение которого возмущение трека можно считать не меняющим своей формы и высоты) составляет 1–15 мин.
В данной работе предложен и апробирован метод анализа ионограмм вертикального зондирования, основанный на выделении отклонений формы ионограммы от ее регулярного (усредненного за 15 мин) вида. Повышенное временное разрешение ионозонда позволяет считать фоновую ионосферу на периоде усреднения стационарной и устойчиво выделять на ионограммах следы от ионосферных неоднородностей с временами жизни 1–15 мин. На основе предложенного метода по данным быстрого ЛЧМ-ионо-зонда ИСЗФ СО РАН, расположенного вблизи г. Иркутска [Подлесный, 2017; Науменко, Подлесный, 2017], нами получена статистика распределения неоднородностей по наблюдаемым скоростям для данного региона, показано, что существует заметное количество неоднородностей с характерными временами жизни 1–15 мин, движущихся вниз с характерной наблюдаемой вертикальной скоростью порядка 160 м/с, и эта скорость в первом приближении не зависит от сезона.
