Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
УДК 53 Физика
В работе проведен совместный анализ пространственно-временной динамики интенсивности ионосферных и стратосферных возмущенний (с масштабами, характерными для внутренних гравитационных волн) на разных долготах средних широт Cеверного полушария. Анализируются зимние периоды 2012–2013 и 2018–2019 гг., когда происходили сильные внезапные стратосферные потепления (ВСП). Показано, что в области существования зимнего циркумполярного вихря в стратосфере происходит увеличение возмущенности в ограниченном широтном интервале 40°–60° N. В условиях ВСП прекращается генерация возмущений в стратосфере, что проявляется в значительном снижении индекса стратосферной возмущенности. Подобную динамику демонстрируют и широтно-временные распределения индекса возмущенности полного электронного содержания ионосферы. Уровень ионосферной возмущенности на средних широтах существенно снижается после ВСП. Уменьшение ионосферной возмущенности можно объяснить уменьшением волновой генерации в стратосфере, связанным с разрушением циркумполярного вихря в периоды ВСП.
ионосфера, полное электронное содержание, возмущенность, внутренние гравитационные волны, стратосфера, циркумполярный вихрь, внезапные стратосферные потепления
1. Толстиков М.В., Ратовский К.Г., Медведева И.В., Хабитуев Д.С. Оценка влияния стратосферной активности на ионосферу по данным измерений на комплексе инструментов ИСЗФ СО РАН. Солнечно-земная физика. 2021. Т. 7, № 4. С. 84–90. DOI: 10.12737/szf-74202108.
2. Шпынев Б.Г., Черниговская М.А., Хабитуев Д.С. Спектральные характеристики атмосферных волн, генерируемых зимним стратосферным струйным течением северного `полушария. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 2. С. 120–131. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-120-131.
3. Ясюкевич А.С., Черниговская М.А., Мыльникова А.А. и др. Исследование сезонных вариаций ионосферной возмущенности по данным GPS/ГЛОНАСС над регионами Восточной Сибири и Дальнего Востока. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 249–262. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-4-249-262.
4. Afraimovich E.L., Edemskiy I.K., Voeykov S.V., et al. The first GPS-TEC imaging of the space structure of MS wave packets excited by the solar terminator. Ann. Geophys. 2009. Vol. 27. P. 1521–1525. DOI: 10.5194/angeo-27-1521-2009.
5. Charlton A.J., Polvani L.M. A new look at stratospheric sudden warmings. Part I: climatology and modeling benchmarks. J. Climate. 2007. Vol. 20. P. 449–469. DOI: 10.1175/JCLI3996.1.
6. Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Ratovsky K.G., et al. Ionospheric response to winter stratosphere/lower mesosphere jet stream in the Northern Hemisphere as derived from vertical radio sounding data. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. Vol. 180. P. 126–136. DOI: 10.1016/j.jastp.2017.08.033.
7. Forbes J.M., Palo S.E., Zhang X. Variability of the ionosphere. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2000. Vol. 62. P. 685–693. DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00029-8.
8. Frissell N.A., Baker J.B.H., Ruohoniemi J.M., et al. Sources and characteristics of medium-scale traveling ionospheric disturbances observed by high-frequency radars in the North American sector. J. Geophys. Res. Space Phys. 2016. Vol. 121. P. 3722–3739. DOI: 10.1002/2015JA022168.
9. Gerrard A.J., Bhattacharya Y., Thayer J.P. Observations of in-situ generated gravity waves during a stratospheric temperature enhancement (STE) event. Atmos. Chemistry Phys. 2011. Vol. 11. P. 11913–11917. DOI: 10.5194/acp-11-11913-2011.
10. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., et al. The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020. Vol. 146. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
11. Hocke K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982–1995. Ann. Geophys. 1996. Vol. 14. P. 917–940. DOI: 10.1007/s00585-996-0917-6.
12. Kaifler B., Lübken F.-J., Höffner J., et al. Lidar observations of gravity wave activity in the middle atmosphere over Davis (69° S, 78° E), Antarctica. J. Geophys. Res. Atmos. 2015. Vol. 120. P. 4506–4521. DOI: 10.1002/2014JD022879.
13. Labitzke K. Temperature changes in the mesosphere and stratosphere connected with circulation changes in winter. J. Atmos. Sci. 1972. Vol. 29. P. 756–766. DOI: 10.1175/1520-0469(1972)029<0756:TCITMA>2.0.CO;2.
14. Lastovicka J. Forcing of the ionosphere by waves from below. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2006. Vol. 68. P. 479–497. DOI: 10.1016/j.jastp.2005.01.018.
15. Liu X., Yue J., Xu J., et al. Variations of global gravity waves derived from 14 years of SABER temperature observations. J. Geophys. Res. Atmos. 2017. Vol. 122. P. 6231–6249. DOI: 10.1002/2017JD026604.
16. Matsuno T. A dynamical model of the stratospheric sudden warming. J. Atmos. Sci. 1971. Vol. 28. P. 1479–1494. DOI: 10.1175/1520-0469(1971)028<1479:ADMOTS>2.0.CO;2.
17. Nayak C., Yiğit E. Variation of small-scale gravity wave activity in the ionosphere during the major sudden stratospheric warming event of 2009. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2019. Vol. 124. P. 470–488. DOI: 10.1029/2018JA026048.
18. Pancheva D., Mukhtarov P., Mitchell N.J., et al. Planetary waves in coupling the stratosphere and mesosphere during the major stratospheric warming in 2003/2004. J. Geophis. Res. 2008. Vol. 113. D12105. DOI: 10.1029/2007JD009011.
19. Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V. Diurnal, seasonal and solar activity pattern of ionospheric variability from Irkutsk Digisonde data. Adv. Space Res. 2015. Vol. 55. P. 2041–2047. DOI: 10.1016/j.asr.2014.08.001.
20. Rideout W., Coster A. Automated GPS processing for global total electron content data. GPS Solutions. 2006. Vol. 10. P. 219–228. DOI: 10.1007/s10291-006-0029-5.
21. Schoeberl M.R. Stratospheric warmings: observations and theory. J. Geophys. Res.: Space Phys. 1978. Vol. 16. P. 521–538. DOI: 10.1029/RG016i004p00521.
22. Shpynev B.G., Churilov S.M., Chernigovskaya M.A. Generation of waves by jet-stream instabilities in winter polar stratosphere/mesosphere. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015. Vol. 136(B). P. 201–215. DOI: 10.1016/j.jastp.2015.07.005.
23. Shpynev B.G., Khabituev D.S., Chernigovskaya M.A., Zorkal’tseva O.S. Role of winter jet stream in the middle atmosphere energy balance. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2019. Vol. 188. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.03.008.
24. Wu D.L., Waters J.W. Satellite observations of atmospheric variances: A possible indication of gravity waves. Geophys. Res. Lett. 1996. Vol. 23, iss. 24. P. 3631–3634. DOI: 10.1029/96GL02907.
25. Yasyukevich A.S. Features of short-period variability of total electron content at high and middle latitudes. Solar-Terr. Phys. 2021. Vol. 7, iss. 4. P. 71–78. DOI: 10.12737/stp-74202107.
26. Yasyukevich Yu., Mylnikova A., Vesnin A. GNSS-based non-negative absolute ionosphere total electron content, its spatial gradients, time derivatives and differential code biases: bounded-variable least-squares and Taylor series. Sensors. 2020a. Vol. 20, iss. 19, 5702. DOI: 10.3390/s20195702.
27. Yasyukevich Y.V., Kiselev A.V., Zhivetiev I.V., et al. SIMuRG: System for ionosphere monitoring and research from GNSS. GPS Solut. 2020b. Vol. 24, 69. DOI: 10.1007/s10291-020-00983-2.
28. Yasyukevich A., Medvedeva I., Sivtseva V., et al. Strong interrelation between the short-term variability in the ionosphere, upper mesosphere, and winter polar stratosphere. Remote Sens. 2020с. Vol. 12, 1588. DOI: 10.3390/rs12101588.
29. Yiğit E., Medvedev A.S. Role of gravity waves in vertical coupling during sudden stratospheric warmings. Geoscience Lett. 2016. Vol. 3, 27. DOI: 10.1186/s40562-016-0056-1.
30. Zorkaltseva O.S., Vasilyev R.V. Stratospheric influence on the mesosphere–lower thermosphere over mid latitudes in winter observed by a Fabry–Perot interferometer. Ann. Geophys. 2021. Vol. 39. P. 267–276. DOI: 10.5194/angeo-39-267-2021.
31. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/dx1.html (дата обращения 30 марта 2022 г.).
