Реконструкция глобального электронного содержания в ионосфере и плазмосфере Земли в 10-24 циклах солнечной активности. Т.Л.Гуляева 1 и И.С. Веселовский. - презентация

1 Реконструкция глобального электронного содержания в ионосфере и плазмосфере Земли в циклах солнечной активности. Т.Л.Гуляева 1 и И.С. Веселовский 2,3 1 ИЗМИРАН, Москва, Троицк 2 НИИЯФ МГУ, Москва 3 ИКИ, Москва Физика плазмы в солнечной системе февраля, 2014, ИКИ, Москва

2 Содержание Введение Продукт Глобального электронного содержания Анализ данных и модель Реконструкция ГЭС в прошлом и будущем Заключение Благодарность Литература

3 Введение Расчеты Глобального электронного содержания, ГЭС, были инициированы Афраймовичем и др. [2006; 2008]. ГЭС представляет собой полное число электронов в сферическом слое над Землей ограниченном орбитой спутников Глобальной навигационной системы GPS (20200 км). ГЭС измеряется в единицах: 1GECU = эл. Обновленная методика расчета ГЭС [Gulyaeva and Veselovsky, 2012, 2014] предусматривает разложение данных ТЕС в узлах глобальной карты GIM-TEC в 3 х-мерные профили электронной плотности Ne(height, latitude, longitude) с помощью Международной модели ионосферы и плазмосферы, IRI-Plas.

4 Расчет ГЭС в сферическом сегменте Сравнение расчета ГЭС без учета сферичности пространства (штрихи) [Афраймович и др., 2006; Afraimovich et al., 2008] с расчетом в сферическом слое (конус, сплошные линии) с учетом вклада измененяющегося с высотой Ne(h) профиля от 0 to км [Gulyaeva and Veselovsky, 2012, 20014]. Объем сферического слоя на орбите GPS в 17 раз превышает объем у Земли Ne(h) профиль (слева) и TEC(h) профиль (справа) от 0 to 20,200 km

5 Соответствие результатов расчета ГЭС за каждый месяц ( гг) по двум типам исходных карт ТЕС (JPL и UPC) и прогноз по модели IRI-Plas с вводом параметров максимума слоя F2 по картам ITU-R (CCIR)

6 Построение климатической модели [Gulyaeva and Veselovsky, 2014]: (1)Модель включает зависимость ГЭС от трех основных составляющих: солнечная активность, годовые и полугодовые изменения; (2)Синтезированный индекс солнечных пятен Rzp включает фильтр сжатия в 5 раз по результатам среднего R i из 3 х компонент, в том числе скользящее среднее за 3 дня, среднее за 7 предыдущих дней, и среднее за 81 предыдущий день [Maruyama, 2010; Лаптухов и др., 2009]: Rzp = 1 + int[ 1/5 ( 1/3 ( 1/3 p-1:p+1 R i + 1/7 p-7:p-1 R i + 1/81 p-81:p-1 R i ))] (3) Ежедневные значения ГЭС в зависимости от Rzp проанализированы за период наблюдений гг.

7 Карта сезонных изменений ГЭС в зависимости от солнечной активности с 1999 по 2012 гг. Распределение значений синтезированного индекса солнечных пятен Rzp за каждый месяц гг

8 Разложение ежедневных значений ГЭС за 2008 г (черная кривая) в гармонический ряд: годовая волна (1- сплошная синяя линия), полугодовая (2 - малиновая), 1/3 года (3 - зеленая), 1/4 года (4 - оранжевая) и 1/5 года (5 – голубые штрихи).

9 Средние за каждый месяц значения ГЭС (кружки) в функции от синтезированного солнечного индекса Rzp и построенная по ним климатическая модель ГЭС (синяя кривая)

10 Временной ряд модельной реконструкции ГЭС с 1850 г (внизу, черная кривая) и исходные значения ГЭС за гг (зеленая кривая). Средние за месяц исходные значения солнечных пятен, SSN (вверху) в 10 – 24 солнечных циклах [Gulyaeva and Veselovsky, 2013]:

11 Для прогноза на будущее имеем прогноз сглаженных среднемесячных значений солнечных пятен R12 ( ). Корреляция 12-месячного сглаженного GEC12 с R12 по данным за гг (слева) Корреляция 12-месячного сглаженного глобального индекса IG12 (по данным foF2) с R12 (справа)

12 Калибровка 12-месячного сглаженного индекса GEC12c для вврда в качестве управляющего ионосферного индекса в модель IRI-Plas при использовании карт ITU-R (CCIR) параметров foF2 и hmF2. GEC12 преобразован в индекс GEC12c для масштабирования от единиц GECU к единицам RZ12 с помощью соотношения: GEC12c = (GEC12 – 1) x 50

13 Синтезированный ионосферный индекс GEC12c (черный), ионосферный индекс IG12 (зеленый) и индекс солнечных пятен R12 (красный цвет) Управляющие ионосферные и солнечные индексы в модели ИРИ и ИРИ-Плаз Период наблюдений и прогноз индексов R12, IG12 и GEC12 с

14 Заключение-1 Глобальное электронное содержание, ГЭС, рассчитывается с учетом сферичности околоземного пространства путем преобразования полного электронного содержания по картам GIM- TEC в 3 хмерное распределение электронной плотности с помощью модели IRI-Plas. Часовые, суточные, месячные, 12-месячные средние значения ГЭС произведены по картам GIM-TEC и исследованы за период 1999 – 2013 гг. Построена климатическая аналитическая модель суточных значений ГЭС в зависимости от солнечной активности, годовых и полугодовых вариаций ГЭС. Средне-квадратичная погрешность климатической модели ГЭС находится в пределах от 8% до 13%.

15 Заключение-2 Модель ГЭС построена в зависимости от синтезированного индекса солнечной активности Rzp, варьирующего от 1 до 40 единиц по предложенной формуле на основе индекса солнечных пятен Ri, включая среднее за 3 дня, среднее за 7 предыдущих дней, и среднее за 81 предыдущий день. По данным ежедневных значений числа солнечных пятен с 1850 г, модельные значения ГЭС реконструированы с 1850 г по настоящее время. Используя корреляцию 12-месячного сглаженного GEC12 с R12, составлен прогноз GEC12 на гг на основе прогноза R12.

16 Благодарность: Карты GIM-TEC предоставлены JPL на сайте ftp://cddis.nasa.gov/pub/gps/products/ionex/ ftp://cddis.nasa.gov/pub/gps/products/ionex/ Ионосферная модель IRI-Plas имеется в свободном доступе на сайте ИЗМИРАН Данное исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ CT_a и TUBITAK 112E568.

17 References Афраймович, Э.Л., Е.И. Астафьева, И.В. Живетьев, Солнечная активность и глобальное электронное содержание, Доклады Академии наук, т. 409(3), , Afraimovich, E.L., E.I. Astafyeva, A.V. Oinats, Yu.V. Yasukevich, I.V. Zhivetiev, Global electron content: a new conception to track solar activity, Annales Geophysicae, vol. 26(2), , Gulyaeva, T., and I. S. Veselovsky, Two-phase storm profile of global electron content in the ionosphere and plasmasphere of the earth, J. Geophys. Res., Space Phys., 117, A09325, doi: /2012JA018017, Лаптухов, А.И., Левитин, A.E., Лаптухов, В.A., Реконструкция информации о межпланетном и солнечном магнитном поле на основе aa индекса геомагнитной активностию Геомагнетизм и аэрономия, 49, 49-57, doi: /S X, Maruyama, T., Solar proxies pertaining to empirical ionospheric total electron content models, J. Geophys. Res., 115, A04306, doi: /2009JA014890, Gulyaeva, T.L., and I.S. Veselovsky. Imaging Global Electron Content backwards in time more than 160 years ago. Adv. Space Res., 53(3), , doi: /j.asr , 2014.

18