Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2022. Т. 41. №4. C. 89-106. ISSN 2079-6641

Содержание выпуска

Read English Version US Flag

УДК 519.65

Научная статья

Моделирование и анализ параметров ионосферы на основе обобщенной многокомпонентной модели

Н. В. Фетисова, О. В. Мандрикова

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН 684034, Камчатский край, с. Паратунка, ул. Мирная 7

E-mail: nv.glushkova@yandex.ru, oksanam1@mail.ru

В работе представлены результаты моделирования и анализа параметров ионосферы в периоды магнитных бурь 2017-2021 гг. Использовались данные кри- тической частоты F2-слоя ионосферы (foF2 ) (по данным ионозонда ст. <Паратунка>, п-ов Камчатка, ИКИР ДВО РАН). Моделирование выполнялось на основе разработанной авторами обобщенной многокомпонентной модели параметров ионосферы (ОМКМ). Представленная в работе ОМКМ позволяет детально изучать динамику параметров ионосферы в возмущенные периоды. Идентификация модели основана на совместном применении вейвлет преобразования и авторегрессионных моделей (АРПСС модели). ОМКМ описывает три класса аномалий, характеризующих сильные (класс 3), умеренные (класс 2) и слабые (класс 1) ионосферные возмущения. Исследование динамики параметров ионосферы проводилось в зависимости от силы геомагнитного возмущения (рассматривались события слабой, умеренной и высокой интенсивности). В процессе моделирования обнаружены ионосферные аномалии разной интенсивности и продолжительности. Накануне умеренных и сильных магнитных бурь отмечен факт высокой частоты эффекта предповышения в ионосфере, имеющий важную прикладную значимость.

Ключевые слова: ионосферные возмущения, вейвлет преобразование, авторегрессионные модели.

DOI: 10.26117/2079-6641-2022-41-4-89-106

Поступила в редакцию: 02.12.2022

В окончательном варианте: 06.12.2022

Для цитирования. Фетисова Н. В., Мандрикова О. В. Моделирование и анализ параметров ионосферы на основе обобщенной многокомпонентной модели // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2022. Т. 41. № 4. C. 89-106. DOI: 10.26117/2079-6641-2022-41-4-89-106.

Финансирование. Работа выполнена в рамках ГЗ «Физические процессы в системе ближнего космоса и геосфер при солнечных и литосферных воздействиях регистрационный номер АААА-А21-121011290003-0.

Контент публикуется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)

 © Фетисова Н. В., Мандрикова О. В., 2022

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

Благодарность. Авторы выражают благодарность институтам, выполняющим регистрацию данных, которые
использовались в работе.

Список литературы

  1. Афраймович Э. Л., Перевалова Н. П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НУ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
  2. Danilov A. D. F-2 region response to geomagnetic disturbances, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2001. vol. 63, pp. 441–449.
  3. Danilov A.D. Ionospheric F-region response to geomagnetic disturbances, Adv. Space Res., 2013. l. 52, no. 3, pp. 343–366.
  4. Nakamura M., Maruyama T., Shidama Y. Using a neural network to make operational forecasts of ionospheric variations and storms at Kokubunji, Japan, J. Natl. Inst. Inf. Commun. Technol., 2009. vol. 56, pp. 391–406.
  5. Chernogor L. F., Rozumenko V. T. Earth – atmosphere – geospace as an open nonlinear dynamical system, Radio Phys. Radio Astron., 2008. vol. 13, no. 2, pp. 120–137.
  6. Bilitza D., Reinisch B. International reference ionosphere 2007: improvements and new parameters, Adv. Space Res., 2008. vol. 42, no. 4, pp. 599–609 DOI: 10.1016/j.asr.2007.07.048.
  7. Solomentsev D. V., Titov A. A., Khattatov B. V. Three-dimensional assimilation model of the ionosphere for the European region, Geomagn. Aeron., 2013. vol. 53, no. 1, pp. 73–84 DOI: 10.1134/S0016793212060114.
  8. Tebabal A., Radicella S. M., Nigussie M., Damtie B., Nava B., Yizengaw E. Local TEC modelling and forecasting using neural networks, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 2018. vol. 172, pp. 143–151 DOI: 10.1016/j.jastp.2018.03.004.
  9. Watthanasangmechai K., Supnithi P., Lerkvaranyu S., Tsugawa T., Nagatsuma T., Maruyama T. TEC prediction with neural network for equatorial latitude station in Thailand, Earth Planets Space, 2012. vol. 64, no. 6, pp. 473–483.
  10. Mikhailov A., Morena B., Miro G., Marin D. A method for foF2 monitoring over Spain using the El Arenosillo digisonde current observations, Ann. Geophys., 1999. vol. 42, no. 4, pp. 683–689 DOI: 10.4401/ag-3748.
  11. Knyazeva M. A., Namgaladze A. A., Beloushko K. E. Field-aligned currents influence on the iono- spheric electric fields: modification of the upper atmosphere model, Russ. J. Phys. Chem., 2015. vol. 9, no. 5, pp. 758–763 DOI: 10.1134/ S1990793115050206.
  12. Shubin V. N., Karpachev A. T., Telegin V. A., Tchybulya K. G. Global model SMF2 of the F2-layer maximum height, Geomagn. Aeron., 2015. vol. 55, no. 5, pp. 609–622 DOI: 10.1134/S001679321505014X.
  13. Mandrikova O. V., Fetisova N. V., Polozov Y. A., Solovev I. S., Kupriyanov M. S. Method for modeling of the components of ionospheric parameter time variations and detection of anomalies in the ionosphere, Earth Planets Space, 2015. vol. 67, no. 1, pp. 131–146 DOI: 10.1186/s40623-015-0301-4.
  14. Mandrikova O., Polozov Yu., Fetisova N., Zalyaev T. Analysis of the dynamics of ionospheric parameters during periods of increased solar activity and magnetic storms, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 2018. vol. 181, pp. 116-126 DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.019.
  15. Mandrikova O., Fetisova N. Modeling and analysis of ionospheric parameters based on multicomponent model, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 2020. vol. 208, pp. 105399 DOI: 10.1016/j.jastp.2020.105399.
  16. Mandrikova O, Fetisova N, Polozov Y. Hybrid Model for Time Series of Complex Structure with ARIMA Components, Mathematics, 2021. vol. 9, no. 10, pp. 1122 DOI: 10.3390/math9101122.
  17. Mallat S. A Wavelet Tour of Signal Processing: 3rd ed.. London: Academic Press, 1999. 637 с.
  18. Box G., Jenkins G. Time Series Analysis: Forecasting and Control. San Francisco: Holden Day, 1970. 537 с.
  19.  Buresova D., Lastovicka J. Pre-storm electron density enhancements at middle latitudes, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 2008. vol. 70, pp. 1848–1855 DOI: 10.1016/j.jastp.2008.01.014
  20. Loewe C., Prolss G. Classification and mean behavior of magnetic storms, J. GeophyRes., 1997. vol. A102, pp. 14209–14213 DOI: 10.1029/96JA04020.
  21. Abdu M. A. Major phenomena of the equatorial ionosphere-thermosphere system under disturbed conditions, J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 1997. vol. 59, pp. 1505–1519 DOI: 10.1016/S1364- 6826(96)00152-6.
  22. Blagoveshchensky D. V., Kalishin A. S. Increase in the critical frequency of the ionospheric F region prior to the substorm expansion phase, Geomagn. Aeron., 2009. vol. 49, pp. 200–209 DOI: 10.1134/S0016793209020091.
  23. Danilov A. D., Konstantinova A. V. Ionospheric precursors of geomagnetic storms. 1. A review of the problem, Geomagn. Aeron., 2019. vol. 59, no. 5, pp. 554–566 DOI: 10.1134/S0016793219050025.
  24. Konstantinova A. V., Danilov A. D. Ionospheric precursors of magnetic storms. 2. Analysis of Slough
    station data, Geomagn. Aeron., 2020. vol. 60, pp. 311–317 DOI: 10.1134/S001679322003010X.

Фетисова Надежда Владимировна – кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории системного анализа Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, Россия, ORCID 0000-0001-5769-4726.


Мандрикова Оксана Викторовна – доктор технических наук, профессор, заведующая лабораторией системного анализа Института космофизических исследований и распро- странения радиоволн ДВО РАН, Камчатский край, Россия, ORCID 0000-0002-6172-1827.