Влияние солнечного терминатора

Кроме глобальных синхронных суточных вариаций параметров резонанса Шумана в ряде исследований также было обнаружено наличие локальных кратковременных вариаций, вызванных локальными переходными процессами в ионосфере во время восхода и захода Солнца. Эти вариации различны для различных компонент поля и различных регионов и носят характер кратковременных переходных процессов (см. рис. 3.7.).

Рис. 3.7. Влияние прохождения солнечного терминатора на параметры резонанса Шумана
(станция Hollister).

Источник иллюстрации: A.Melnikov, C.Price, G.Satori, M.Fullekrug. Infuence of solar terminator passages on Schumann resonance parameters.

 

Суточные вариации

[наверх]

27-суточные вариации обусловлены изменением интенсивности падающего на Землю суммарного ионизирующего излучения Солнца вследствие его вращения вокруг своей оси. Наибольший вклад при этом вносит изменение интесивности рентегновского излучения, которое может достигать нескольких десятков процентов, что может вызывать изменение высоты слоя D на величину до 200 м. Однако такое изменени высоты весьма незначительно сказывается на параметрах резонанса, в силу чего данные вариации трудноразличимы на фоне вариаций, вызванных другими факторами. По указанной причине им практически не уделяется внимания в исследованиях и они представляют лишь теоретический интерес.

 

Сезонные вариации

[наверх]

Сезонные вариации частот

Сезонные вариации частот обусловлены как изменением интенсивности падающего на Землю ионизирующего излучения вследствие изменения расстояния от Земли до Солнца в течение года, так и изменением характера и степени асимметрии ионосферы вследствие изменения сооотношения длительности дня и ночи в северном и южном полушариях.

Изменение падающего на Землю ионизирующего потока в течение года составляет около 7%, что вызывает незначительные (сотни метров) изменения высоты и проводимости слоя D и, соответственно, незначительные изменения частот. Основной же вклад вносит второй фактор, поэтому в сезонных вариациях отчетливо выделяется полугодичный период.

На рис.3.8. приведены примеры графиков сезонно-суточных вариаций частоты первой моды. Из них видно, что амплитуда суточных вариаций максимальна в зоне солнцестояний и минимальна в зоне равноденствий, при этом время суточного максимума частоты в течение года циклически сдвигается вправо. Т.о., налицо две составляющие сезонного цикла - годичная и полугодичная.

Рис. 3.8. Пример усредненных сезонно-суточных вариаций частоты первой моды резонанса Шумана (станция Nagycenk)

Источник иллюстрации: G.Satori. Monitoring Schumann resonances-II. Daily and seasonal frequency variations.

Данная зависимость для одной и той же местности стабильно воспроизводится из года в год. На рис.3.9. она показана в долговременном формате, из которого видно, что для станции Nagycenk минимум амплитуды суточных вариаций приходится на апрель-май, а максимум приходится на ноябрь - февраль. Для других регионов соотношение максимумов и минимумов и их расположение может быть несколько иным. Т.о., полугодичная и годичная составляющие имеют значительную степень асимметрии и зависят от координат точки наблюдения, что подтверждает, по мнению автора настоящего обзора, влияние асимметрии ионосферы.

Рис. 3.9. Пример усредненных помесячно сезонно-суточных вариаций частоты первой моды резонанса Шумана (компонента Ez, станция Nagucenk)

Источник иллюстрации: А.П.Николаенко. Мониторинг пиковых частот шумановского резонанса и аналемма.

Кроме того, авторы указанных выше работ (источников иллюстраций к рис.3.8 и рис.3.9) высказывают предположение, что первопричиной сезонных изменений амплитуды суточных вариаций частоты являются сезонные изменения широты глобальных центров грозовой активности, коррелирующие, в свою очередь, с солнечной аналеммой. Однако и в этом случае для изменения частоты требуется наличие анизотропии ионосферы.

Сезонные вариации пиковых значений частот можно проследить по тем же графикам рис.3.9. Хорошо видно, что минимум частот приходится на декабрь-январь, а максимум - на июнь-июль.

Сезонные вариации амплитуд

Главным источником сезонных вариаций амплитуд резонанса Шумана являются сезонные колебания грозовой активности глобальных грозовых центров. На рис.3.10 представлены графики сезонных вариаций среднесуточных амплитуд первой моды резонанса, полученные путем одновременного наблюдения на станциях West Greenwich и Nagucenk.

Рис. 3.10. Пример сезонных вариаций среднесуточных амплитуд первой моды резонанса Шумана (слева - спектральная плотность мощности компоненты Hxy, станция West Greenwich, справа - относительная мощность компоненты Ez, станция Nagucenk).

Источник иллюстрации: G.Satori, E.R.Williams, B.Zicger, R.Boldi, S.Heckman, K.Rothkin. Сomparisons of long-term Scumann resonance records in Europe and North America.

Как видно, характер зависимостей в двух точках наблюдения, значительно удаленных друг от друга, во многом совпадает: обнаруживается как компонента годичного цикла, так и полугодичного, главные максимумы приходятся на июнь-июль, активный рост начинается с периода весеннего равноденствия, а дополнительные максимумы существенно слабее и приходятся на октябрь-ноябрь. В то же время для индийской антарктической станцииMaitri максимумы приходятся на январь-февраль и июнь-июль и сравнимы по величине (см. рис.3.6), т.е. характер сезонных вариаций несколько иной, что подтверждает влияние расположения точки наблюдения относительно грозовых центров.

 

Летние вариации

[наверх]

В течение 11-летнего цикла солнечной активности изменяется средняя интенсивность ультрафиолетового (до 2-х раз) и рентгеновского (до 100 раз) излучений. Это приводит к изменению высоты нижней границы слоя D ионосферы на 4-6 км, а также косвенным образом влияет на параметры грозовой активности. Результатом является 11-летний цикл вариаций параметров резонанса Шумана, в течение которого усредненные частоты и амплитуды изменяются таким же образом, что и показатели солнечной активности (см. рис.3.11)

Рис. 3.11. 11-летние вариации параметров резонанса Шумана

Источник иллюстрации: A.P.Nickolaenko, A.V.Koloskov, M.Hayakawa, Yu.M.Yampolski, O.V.Budanov, V.E.Korepanov. 11-year solar cycle in Schumann resonance data as observed in Antarctica.

Вариации, вызванные 22-х летним циклом солнечной активности, не исследовались.

 

Однократные вариации

[наверх]

Однократные вариации возникают вследствие однократного воздействия на ионосферу мощных внешних факторов, изменяющих параметры ее ионизации. К таковым относятся всплески солнечного космического излучения, являющиеся результатом солнечных вспышек, и всплески галактического космического излучения.