Search

A comprehensive study of the response of the ionosphere-plasmasphere system at mid-latitudes to weak (Dstmin > -50 nT) magnetic storms is presented. For the first time, it is shown that weak magnetic disturbances can lead to significant modulation of ionosphere-plasmasphere H+ ion fluxes. It is found that this modulation is caused by the enhancements/reductions of the topside O+ ion density, which is induced by F2-layer peak height rise and fall during the storms. The F2-layer motion is caused by thermospheric wind changes and by a penetration electric field. Both drivers are closely related to the changes in the Bz component of interplanetary magnetic field. The most prominent manifestation of the H+ ion flux modulation is strong changes in H+ ion fraction in the topside ionosphere. This study also indicates that the NRLMSISE-00 model provides the correct relative changes of neutral H density during weak magnetic storms and also that there is a compelling need to include geomagnetic activity indices, in addition to solar activity (F10.7), as input parameters to empirical topside ionosphere models.

Characteristics of the wave disturbances of the ionospheric electron number density were measured using the Kharkov incoherent scatter radar. The disturbance generation accompanied the SURA heating of the near-Earth plasma by high-power periodic radiation. The distance between the heater and the radar was about 960 km. The possibility of generating ionospheric wave disturbances with a period of 20 to 30 min in the internal gravity wave range was confirmed. The disturbance propagation velocity was near 320–400 m/s, and the relative amplitude of the electron density variation was 1–10%. The wave disturbances appeared in the altitude range 145–235 km. Aperiodic bursts of the electron number density with a relative amplitude of up to 5–10% were detected after the first switch-ons of periodic radiation in the 30-min heating — 30-min pause regime at altitudes of 145 to 310 km. The observation results generally conform to the synchronous observation data obtained using the Kharkov vertical-sounding Doppler radar and a network of ionosondes.

УДК 550.385.4, 550.358:550.388 Приведены результаты расчетов эффектов возмущений теплового и динамического режимов верхней атмосферы Земли во время сильной магнитной бури 13–14 ноября 2012 г. Магнитная буря вызвала целый комплекс процессов, сопутствовавших возмущениям плазмы, электрических и магнитных полей в различных областях околоземного пространства. Подтверждено наличие в геомагнитных бурях как индивидуальных особенностей, так и общих закономерностей. Ключевые слова: геокосмическая буря, ионосферное возмущение, некогерентное рассеяние, динамические и тепловые процессы Статья поступила в редакцию 01.10.2014 Radio phys. radio astron. 2014, 19(4): 336-347 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Кацко С. В., Черногор Л. Ф. Ионосферные эффекты геокосмической бури 13–14 ноября 2012 г. // Радиофизика и радиоастрономия. – 2014. – Т. 19, № 2. – С. 170–180. 2. Черногор Л. Ф., Домнин И. Ф. Физика геокосмических бурь. – Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2014. – 408 с. 3. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, № 1. – С. 59–106. 4. Григоренко Е. И., Пазюра С. А., Таран В. И., Черногор Л. Ф., Черняев С.В. Динамические процессы в ионосфере во время сильнейшей магнитной бури 30–31 мая 2003 г. // Геомагнетизм и аэрономия. – 2005. – Т. 45, № 6. – С. 803–823. 5. Salah J. E. and Evans J. V. Measurements of thermospheric temperature by incoherent scatter radar. In: Space Research XIII. – Berlin: Academie – Verlag, 1973. – P. 268–286. 6. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P., and Aikin A. C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. Space Phys. – 2002. – Vol. 107, Is. A12. – P. SIA15-1–SIA15-16. 7. Бэнкс П. М. Тепловая структура ионосферы // ТИИЭР. – 1969. – Т. 57, № 3. – С. 6–30. 8. Schunk R. W. and Nagy A. F. Ionospheres: Physics, Plasma Physics, and Chemistry. – Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2004. – 554 p. 9. Banks P. M. Charged particle temperatures and electron thermal conductivity in the upper atmosphere // Ann. Geophys. – 1966. – Vol. 22. – P. 577–584. 10. Dalgarno A. and Degges T. C. Electron cooling in the upper atmosphere // Planet. Space Sci. – 1968. – Vol. 16, Is. 1. – P. 125–127. 11. Сергеенко Н. П. Оценки электрических полей во время ионосферных возмущений. В кн.: Ионосферное прогнозирование. – М.: Наука, 1982. – С. 91–96. 12. Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. – М.: Наука, 1987. – 528 с. 13. Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Ляшенко М. В., Харитонова С. В., Черногор Л. Ф. Ионосферные процессы, сопровождавшие геокосмическую бурю 5–6 августа 2011 г. // Радиофизика и радиоастрономия. – 2012. – Т. 17, № 4. – С. 320–332. 14. Григоренко Е. И., Лысенко В. Н., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Результаты радиофизических исследований процессов в ионосфере, сопровождавших сильнейшую геомагнитную бурю 25 сентября 1998 г. // Успехи современной радиоэлектроники. – 2003. – № 9. – С. 57–94. 15. Григоренко Е. И., Лазоренко С. В., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Волновые возмущения в ионосфере, сопровождающие вспышку на Солнце и сильнейшую магнитную бурю 25 сентября 1998 г. // Геомагнетизм и аэрономия. – 2003. – Т. 43, № 6. – С. 770–787. 16. Кацко С. В., Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Ионосферная буря 5–6 августа 2011 г.: результаты расчетов основных эффектов // Радиофизика и радиоастрономия. – 2014. – Т. 19, № 1. – С. 26–39. 17. Данилов А. Д. Реакция области F на геомагнитные возмущения (обзор) // Гелиогеофизические исследования. – 2013. – № 5. – С. 1–33. 18. Пазюра С. А., Таран В. И., Черногор Л. Ф. Особенности ионосферной бури 4–6 апреля 2006 г. // Космічна наука і технологія. – 2008. – Т. 14, № 1. – С. 65–76. 19. Mansilla G. A. Mid-latitude effects of a great geomagnetic storm // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. – 2004. – Vol. 66, No. 12. – P. 1085–1091. 20. Mansilla G. A. Some effects in the upper atmosphere during geomagnetic storms // Adv. Space Res. – 2010. – Vol. 47, No. 6. – P. 930–937. 21. Sojka J. J., David M., Schunk R. W., and Heelis R. A. A modeling study of the longitudinal dependence of storm time midlatitude dayside total electron content enhancements // J. Geophys. Res. Space. Phys. – 2012. – Vol. 117, Is. A2. – id. A017000.

Приведены результаты исследования отклика области F и внешней ионосферы на сильную магнитную бурю 13–14 ноября 2012 г. (Kp max= 6+ ). Наблюдения проведены с помощью радара некогерентного рассеяния, расположенного вблизи г. Харькова. Магнитная буря сопровождалась ионосферной бурей со знакопеременными фазами. Особенностью данной бури является наличие двух положительных и одной отрицательной фаз возмущения. Ключевые слова: геокосмическая буря, фазы ионосферной бури, ионосфера, некогерентное рассеяние Статья поступила в редакцию 14.02.2014 Radio phys. radio astron. 2014, 19(2): 170-180 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Черногор Л. Ф., Домнин И. Ф . Физика геокосмических бурь. – Х.: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2014. – 408 с. 2. Chernogor L. F., Grigorenko Ye. I., Lysenko V. N., and Taran V. I. Dynamic processes in the ionosphere during magnetic storms from the Kharkov incoherent scatter radar observations // Int. J. Geomagn. Aeron. – 2007. – Vol. 7, No. 3. – id. GI3001. 3. Buonsanto M. J. Ionospheric Storms: A Review // Space Sci. Rev. – 1999. – Vol. 88, No. 3–4. – P. 563–601. 4. Mikhailov A. V. and Foster J. C. Daytime thermosphere above Millstone Hill during severe geomagnetic storms // J. Geophys. Res: Space Phys. – 1997. – Vol. 102, Is. A8. – P. 17275–17282. 5. Danilov A. D. F2 region response to geomagnetic disturbances // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. – 2001. – Vol. 63, Is. 5. – P. 441–449. 6. Домнин И. Ф., Емельянов Л. Я., Кацко С. В., Ляшенко М. В., Черногор Л. Ф. Ионосферные эффекты магнитной бури 13–15 ноября 2012 г. // Cб. тез. докл. 13-й украинской конф. по космическим исследованиям. – Евпатория (Украина). – 2013. – С. 52. 7. Кацко С. В. Геокосмическая буря 14 ноября 2012 года: результаты наблюдений на харьковском радаре некогерентного рассеяния // Сб. тез. докл. конф. ИОН-2013 “Дистанционное радиозондирование ионосферы”. – Малый Маяк, Крым (Украина). – 2013. – С. 46. 8. Черногор Л. Ф. Физика Земли, атмосферы и геокосмоса в свете системной парадигмы // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. – Т. 8, № 1. – С. 59–106. 9. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 1 // Нелинейный мир. – 2006. – Т. 4, № 12. – С. 655–697. 10. Бархатов Н. А., Бархатова О. М. Выявление классов ионосферной возмущенности по многолетним данным о критической частоте слоя F2 // Геомагнетизм и аэрономия. – 2012. – Т. 52, № 4. – С. 510–518. 11. Mikhailov A. V., Skoblin M. G., and Forster M. Daytime F2-layer positive storm effect at middle and lower latitudes // Ann. Geophys. – 1995. – Vol. 13, No. 5. – P. 532–540. 12. Данилов А. Д., Морозова Л. Д. Ионосферные бури в области F2. Морфология и физика (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. – 1985. – Т. 25, № 5. – С. 705–721. 13. Кринберг И. А., Тащилин А. В. Ионосфера и плазмосфера. – М.: Наука, 1984. – 190 с. 14. Данилов А. Д., Морозова Л. Д., Мирмович Э. Г. О возможной природе положительной фазы ионосферных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. – 1985. – Т. 25, № 5. – С. 768–772. 15. Черногор Л. Ф. Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера как открытая динамическая нелинейная физическая система. 2 // Нелинейный мир. – 2007. – Т. 5, № 4. – С. 225–246. 16. Chernogor L. F. The Earth – atmosphere – geospace system: main properties and processes // Int. J. Remote Sens. – 2011. – Vol. 32, No. 11. – P. 3199–3218.

Calculation of dynamic and thermal processes parameters during the severe magnetic storm of August 5–6, 2011 (Kp max=8−) are presented. The magnetic storm was accompanied by negative ionospheric disturbance over Kharkiv which caused a number of changes in ionosphere. Plasma heating was observed during electron concentration depression in the F-layer which was accompanied by changes in neutral atmosphere composition and ionospheric dynamics.

We present the results of observations of the wave disturbances in the ionospheric F region over the city of Kharkov, which accompanied the impact on the ionosphere by high-power radio emission of the Sura heating facility located about 960 km from the observation site. Enhancement of the wave activity in the heater operation intervals is detected. A 1.5–4-fold increase in the relative amplitude of the wave disturbance with a period of about 30 min close to the Sura operation mode at altitudes 160–235 km is revealed. The parameters of this disturbance are evaluated. It is shown that this effect can be due to the propagation of internal gravity waves in the atmospheric waveguide having about 200 km in height and 80–100 km in width. The efficiency of comprehensive analysis of the experimental data which we used to reveal and estimate the parameters of the wave disturbances with a small (a few percent) relative amplitude is demonstrated.

We describe the observation results of ionospheric disturbances at altitudes of 100 to 140 km, which occurred at a distance of about 1000 km from the Sura facility. The observations have been made using the incoherent scatter radar located near Kharkov. The electron density increase by 10–70 % had a temporal duration of 10–20 min and accompanied the high-power HF heating. The time of disturbance evolution was about 10 min. The observation effect can be explained by the intensification of the subsystem coupling in the ionosphere–magnetosphere–upper atmosphere– ionosphere system, which leads to a precipitation of energetic electrons from the magnetosphere. Parameters of the precipitating particles and precipitation-produced ionization are estimated.

We describe the results of using the incoherent scatter technique to observe time-altitude variations in regular parameters of the ionospheric plasma and wave disturbances, which accompanied periodic modification of the near-Earth plasma by radio waves emitted by the “Sura” facility. A distinctive feature of the experiments was that the processes in the ionosphere were diagnosed at a distance of about 1000 km from the facility. It was found that the spectrum composition of wave disturbances in the electron density was changing noticeably during the active experiment. Quasi-periodic processes in the ionosphere were observed with a delay of about 40–60 min. The relative amplitude of wave disturbances was equal to 0.02–0.10, and the periods were equal to 30, 60, 120, and 150–180 min. The observed effect can be explained by the generation and/or amplification of traveling ionospheric disturbances. The results of theoretical estimations agree well with the observational data.