МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЛОЯ F2 ИОНОСФЕРЫ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Аннотация

В данной статье была построена локальная модель критических частот слоя F2 ионосферы. Для построения такой модели были взяты ионосферные данные с сайта Института Земного Магнетизма, Ионосферы и Распространения Радиоволн (ИЗМИРАН) им. Н.В. Пушкова. Так же полученная локальная модель была сравнена с глобальной моделью ионосферы IRI (International Reference Ionosphere) и вычислена погрешность полученной модели.

Ключевые слова: модель ионосферы, ионосферные данные, критическая частота слоя F2.

В настоящее время для анализа состояния ионосферы широко практикуется использование ионосферных моделей. Данные модели представляют собой совокупность экспериментальных данных наблюдения за ионосферой, зависимостей ионосферных параметров от различных величин (координат, времени, солнечной активности и др.), основанных на некоторых усредненных закономерностях изменений этих параметров. Использование одних лишь ионосферных моделей при решении различного вида задач, может привести к значительным ошибкам в расчетах и неверному представлению о процессах в ионосфере. Поэтому целесообразно использовать адаптацию ионосферных моделей данными непосредственных измерений, полученных, в частности, при помощи радиозондирования. Результатом такой адаптации может быть создание карт, например, критической частоты слоя F2 (f0F2). Такие карты уже давно используются как в геофизических исследованиях, так для нужд коротковолновой радиосвязи для расчета условий распространения радиоволн [1].

В данной статье для построения локальной модели ионосферы были взяты ионосферные данные с сайта Института Земного Магнетизма, Ионосферы и Распространения Радиоволн (ИЗМИРАН) им. Н.В. Пушкова. Данный институт расположен в г. Москве, г. Троицке и занимается изучением явлений земного магнетизма, физических свойств ионосферы и магнитосферы Земли и распространением радиоволн в них, исследованием влияния активности Солнца на геофизические (электромагнитные) процессы. В ИЗМИРАН также ведутся работы по научному приборостроению: создание аппаратуры для магнитометрии, проведения измерений с использованием ИСЗ (ионосферных станций зондирования) и космических аппаратов.

Одна из основных сфер деятельности компании - построение ионограмм вертикального зондирования. Такая ионограмма содержит информацию о географических координатах местности, над которой проводятся измерения, дату и время измерения, данные критических частот и высоту каждого слоя.

В данной работе были использованы ионограммы с данными за октябрь с периодом в один час. В качестве привязки к местности были взяты географические координаты Москвы – 55⁰ 49ꞌ северной широты, 37⁰ 29ꞌ восточной долготы.

На рисунке 1 показан пример ионограммы, полученной с помощью вертикального зондирования ионосферы.

Рисунок 1. Ионограмма на 5 Октября 2017 года 10 часов утра по универсальному времени (UT) [2]

Для обработки с ионограмм были взяты критические частоты слоя F2, дата и время суток. На основе полученных данных, был построен график зависимости критических частот слоя F2 от времени суток. На рисунке 2 графически показана данная зависимость. Так же с помощью средств excel была вычислена медиана и среднеквадратическое отклонение. Медиана показана на графике красной линией.

Рисунок 2. Показания критических частот слоя F2 ионосферы за октябрь 2017 года

На рисунке 3 изображены уже скорректированные данные критических частот. Линии сверху и снизу относительно медианы – это границы, в пределах которых разброс точек допустим. Они были получены с помощью вычисления среднеквадратического отклонения.

Рисунок 3. Скорректированные показатели критических частот слоя F2 ионосферы за октябрь

Для проверки скорректированных данных была взята глобальная модель IRI (International Reference Ionosphere). IRI-2016 – последняя версия модели – основана на данных измерений мировой сети ионозондов, радаров некогерентного рассеяния, спутников и ракет. Модель рассчитывает электронную концентрацию, температуру электронов и ионов; ионный состав и дрейфовую скорость в диапазоне высот 50–1500 км (слой D – 50–90 км; слой E – 90–130 км; слой F1 – 130–180 км; слой F2 – от 180 км). Помимо модельных профилей, рассчитанных только по дате, времени и координатам, модель IRI-2012 дает возможность построения вертикальных профилей ионосферных параметров с использованием реально измеренных величин критических частот и высот слоев Е и F2.

В данной работе для проверки были использованы данные о критической частоте слоя f2 по модели IRI за 15 октября 2017 года.

Для проверки откорректированной модели с помощью модели IRI необходимо их наложить друг на друга. Результат наложения показан на рисунке 4, где красная линия – это медиана откорректированной модели, серые линии – границы, в пределах которых разброс точек допустим, а синяя линия – это данные с модели IRI.

Рисунок 4. Сравнение полученных данных с глобальной моделью ионосферы IRI

Исходя из результирующего графика видно, что данные с модели IRI входят в интервал значений откорректированной модели. В среднем погрешность расчётной модели составила 5,33%, что является достаточно низким показателем, а значит данная откорректированная модель применима и может иметь применение в загоризонтной радиолокации.

Список литературы:

1. Азизбаев М.Р. Коррекция модели ионосферы по данным спутникового радиозондирования со сверхнизких орбит // Геомагнетизм и аэрономия, 2007, том 47, № 5, с. 639-645.
2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.izmiran.ru/ionosphere/moscow/archive. Дата обращения: 20.01.2018.