Отклик ионосферы Земли на воздействие солнечного ветр...
Download
1 / 20

Принцип радиозатменного мониторинга атмосферы - PowerPoint PPT Presentation


  • 159 Views
  • Uploaded on

Отклик ионосферы Земли на воздействие солнечного ветра и ультрафиолетового излучения Солнца по данным измерений с помощью высокостабильных сигналов радионавигационных систем на трассах спутник-спутник. Павельев А.Г., Матюгов С.С., Павельев А.А., Яковлев О.И.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Принцип радиозатменного мониторинга атмосферы' - geona


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Отклик ионосферы Земли на воздействие солнечного ветра и ультрафиолетового излучения Солнца по данным измерений с помощью высокостабильных сигналов радионавигационных систем на трассах спутник-спутник. Павельев А.Г., Матюгов С.С., Павельев А.А., Яковлев О.И.

1Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences, (IRE RAS), Fryazino, Vvedenskogo sq. 1, 141191 Moscow region, Russia E-mail [email protected]

«Физика плазмы в солнечной системе»

Февраль 15 2011ИКИ РАНМосква


Принцип радиозатменного мониторинга атмосферы

Приемник на спутнике L регистрирует сигналы на двух частотах, изменения фазы и амплитуды которых содержат информацию о характеристиках околоземного пространства вдоль трассы распространения радиоволн GТL. При допущении о локальной сферической симметрии околоземной среды эти изменения вызваны, главным образом, влиянием областей ионосферы и атмосферы вблизи точки перигея Т лучевой траектории. Далее по измеренным изменениям фаз и амплитуд и по известным эфемеридам спутников G и L можно рассчитать высотный профиль угла рефракции и затем, с помощью преобразования Абеля, найти высотную зависимость показателя преломления в атмосфере, а также электронной концентрации в ионосфере.


Perigee Point мониторинга атмосферы

Научные КА радиозатменного зондирования, запущенные в 1995-2009 гг.

GPS/MET (Micro-Lab-1), CHAMP, SAC-C, GRACE, METOP etc.

Эти спутники (массой 70-250 кг) были оснащены приемниками GPS-сигналами, прошедшими через слои атмосферы и ионосферы.Принятые сигналы передавались на наземные станции, где обрабатывались для прецизионного вычисленияфизических параметров атмосферы и ионосферы.

“Formosat-3” (NSPO, China-Taiwan):

6 микроспутников (m=69 кг). Орбиты: H=800 км, i=72 ° Запущены в апреле 2006 г.

Мониторинг физических параметров: - в нижней атмосфере на высотах – 1…35 km с вертикальным разрешением 100 - 600 м; - в ионосфере на высотах – 90…400 км с вертикальным разрешением – 800 м

Погрешность измер. температуры – 0,2-1 К (до 30 км), 2-8 К (выше 35 км)

До 2500 зондирований в день вглобальноммасштабе

OceanSAT-2 (с 2009 г.) имеет в составе БА РЗЗА «ROSA» на сигналы GPS и ГЛОНАСС

CanX-2 (с 2008 г.) – наноспутник массой 3,5 кг с БА РЗЗА на сигналы GPS


Мониторинг условий связи в околоземном пространстве и ионосферных параметров с помощью сигналов навигационных спутников

  • Изучение воздействия процессов в магнитосфере и ионосфере на высокостабильные сигналы навигационных спутников

  • Изучение распределения спорадических плазменных слоев в глобальном масштабе и выявление механизма их образования

  • Изучение вертикальных профилей электронной концентрации и их связи с солнечной активностью, антропогенным воздействием и влиянием сейсмической активности

    • Пять типов ионосферного воздействия на GPS сигналы :

    • спокойная ионосфера,

    • изолированные квазирегулярные вспышки (возможен вклад наклонных спорадических Е-слоев),

    • квазипериодические изменения амплитуды и фазы (волновые структуры в электронной концентрации),

    • дифракционные явления

    • явления с шумовым вкладом ионосферных возмущений


    Определение высоты, наклона и положения слоев при дистанционном радио зондировании на трассе спутник-спутник.

    (Liou and Pavelyev, GRL, 2006; Pavelyev et al., JGR, 2007;Павельев и др., Радиофизика 2008; 2009; GRL, 2009; GPS Solutions, 2010).


    Gps f 1

    Определение высоты спорадического слоя слоя и его смещения от перигея по данным измерений на первой частоте системы GPS F1

    Определение высоты спорадического слоя слоя и его смещения от перигея по данным измерений на первой частоте системы GPS F1


    Результаты глобального мониторинга спорадических образований нижней ионосферы Земли с использованием радиотрасс спутник-спутник.

    Исследовалось географическое и сезонное распределение спорадических слоев в нижней ионосфере Земли в зависимости от солнечной активности в течение периода 2002-2008 годов. Исследования проводились методом анализа амплитудных и фазовых составляющих радиоголограмм, полученных в ходе радиозатменных миссий CHAMP, FORMOSAT-3 путем регистрации высокостабильных сигналов навигационной системы GPS на трассах спутник-спутник. Наблюдалось географическое и сезонное распределение спорадических слоев, полученное с высоким пространственным и временным разрешением.

    Разработана методика глобального мониторинга спорадических образований нижней ионосферы. Получены данные о статистике появлений спорадических ионосферных образований в экваториальных, среднеширотных и полярных областях для условий дня и ночи. Получены карты географического распределения интенсивных ЕS–структур. Установлена устойчивая связь между приходом к Земле ударной волны солнечного ветра, возрастанием интенсивности мелкомасштабных неоднородностей плазмы и появлением интенсивных спорадических образований в нижней ночной высокоширотной ионосфере. В высоких широтах в ночной ионосфере интенсивные спорадические структуры связаны с воздействием ударных волн солнечного ветра. В полярных районах индекс S4 в течение 2001-2008 гг. постепенно снижался от 10% до 7%, что указывает на постепенное ослабление интенсивности ударных волн по мере приближения к минимуму солнечной активности. Усредненный по всему земному шару индекс S4 практически не менялся. Разработанный метод позволил выяснить связь следующих явлений: приход ударной волны солнечного ветра – высыпание из радиационного пояса энергичных частиц – возбуждение неоднородностей плазмы в F области ионосферы – появление интенсивных спорадических структур в нижней ночной ионосфере.


    Географическое распределение спорадических слоев в 2008 – 2009 гг. по данным FORMOSAT-3(Wickert et al., 2009)

    Вариации интенсивности радиозатменного сигнала описываются индексом S, где <> - среднее значение, соответствующее высотам h(T)большим 40 км, I(t)– интенсивность радиозатменного сигнала.


    Зависимость интегральной электронной концентрации в околоземном пространстве от солнечной активности (количества пятен и ультрафиолетового излучения) по данным Афраймович, 2004, Wickert, 2010, Hocke 2009


    Зависимость усредненного индекса S4 от времени в период 2001-2008 гг. по данным спутника CHAMP

    Кривые 1-3 соответствуют:

    1 - усредненному по всему земному шару индексу S4;

    2 - усредненному по умеренным и экваториальным широтам (широта <55) индексу S4;

    3 - усредненному по полярным районам (широта >55) индексу S4.

    Кривые 1,2 соответствуют:

    1 - усредненному по земному шару индексу S4, местное дневное время от 08 до 20 ч;

    2 - усредненному по земному шару индексу S4, местное ночное время от 20 до 08 часов

    Криввые 3 и 4 –полиномиальная аппроксимация

    Кривые 1-3 соответствуют:

    1 - усредненному по всему земному шару индексу S4;

    2 - усредненному по экваториальным районам (широта <30) индексу S4;

    3 - усредненному по умеренным и полярным

    широтам (широта >30) индексу S4.


    Hocke jgr 2009
    Спектр вариаций рентгеновского излучения и интегральной электронной концентрации по данным Hocke, JGR, 2009


    Временная зависимость характеристик солнечного ветра и геомагнитной активности в период с 24 по 27 сентября и с 05 по 08 ноября 2001 года.


    Карты распределения интенсивных ионосферных событий с индексом S4,большим, чем 12%, в период октябрь 2001 (левая верхняя панель), октябрь 2002 (правая верхняя панель), октябрь 2003 (левая нижняя панель), и апрель 2004 (правая нижняя панель)


    Сезонная зависимость глобального распределения РЗ событий CHAMP с величиной индекса S4, большим, чем 0.12) в период 14 мая - 14 июля, 2001, (левая верхняя панель), ноябрь-декабрь 2001 (правая верхняя панель), 28 октября – 26 ноября 2003 (левая нижняя панель), апрель 2004 года (правая нижняя панель)


    Глобальное распределение РЗ событий FORMOSAT-3 в период 01, 11 и 12 июня 2007 года


    Глобальное распределение РЗ событий FORMOSAT-3 с индексом S4, большим 12%, в период 01, 11 и 12 июня 2007 года


    Глобальное распределение РЗ событий FORMOSAT-3 с индексом S4, большим 24%, в период 01, 11 и 12 июня 2007 года


    Выводы событий

    I. Преимуществами радиозатменного метода являются:

    (1) возможность разделения вклада слоев и турбулентных неоднородностей в радиозатменный сигнал

    (2) возможность определения положения и наклона спорадических слоев путем совместного анализа фазовых и амплитудных вариаций затменного сигнала.

    II. Показано, что амплитудные вариации радиозатменного сигнала, а также число интенсивных спорадических ионосферных слоев и интегральное электронное содержание связано с солнечной активностью. Выявлена связь амплитудных вариаций радиозатменного сигнала с воздействием ударных волн, вызванных взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой и ионосферой Земли.

    III. Карты географического и сезонного распределения амплитудных вариаций радиозатменного сигнала с высокими значениями индекса S4, относящиеся к периоду 2001-2007 годов, показывают зависимость от уровня солнечной активности.


    Acknowledgments
    Acknowledgments событий

    We are grateful to NSPO (Taiwan), UCAR (USA) and GFZ-Potsdam (Germany) for access to the GPS/MET, CHAMP, and FORMOSAT-3 RO data. The work has been partly supported by Russian Foundation for Basic Researches (RFBR) grant No. 10-02-01015 and program OFN-YI.



    ad