Взаимозаменяемость индексов космической погоды при моделировании ионосферных параметров

Исходные параметры:
В моделях и методах прогноза ионосферных возмущений используются различные источники возмущений космической погоды:
солнечный ветер
межпланетное магнитное поле, ММП
индекс авроральной электроструи, АЕ
планетарные геомагнитные индексы Ap, Kp, Dst, и др.).

Исходные модели…………. 1
Модель прогноза критической частоты слоя F2, STIM (Storm Time Ionospheric Model) построена в зависимости от широты и местного времени, начала возмущения ММП и предыдущих наблюдений foF2 (Tsagouri and Belehaki, 2006)
Входные параметры модели STIM : Величина ММП со спутника АСЕ (Advanced Composition Explorer), скорость изменения ММП, ориентация ММП в северо-южном направлении, наблюдения foF2 за предыдущие 24 часа и медиана fmF2 за предыдущие 25 дней

Исходные модели…………. 2
Прогноз критической частоты слоя F2 по модели STIM проводится на сайте DIAS (Digital Ionosphere-Atmosphere Server) по данным 6 ионозондов в Европе, включая дигизонд ИЗМИРАН.
Модельный прогноз DIAS критической частоты по Москве на 24 часа вперед используется и обновляется в режиме реального времени на сайте ИЗМИРАН (http://www.izmiran.ru/services/iweather).

Индексы ионосферной погоды:
Подобно геомагнитным индексам, изменения foF2 на сайте ИЗМИРАН сопровождаются оценкой индекса ионосферной погоды (W index), с соответствующими пороговыми значениями изменений по отношению к спокойной медиане :
W=±1 спокойное состояние ионосферы
W=±2 умеренное возмущение
W=±3 умеренная буря или суббуря
W=±4 интенсивная буря

Пример наблюдений и прогноза foF2
и W индекса в Москве 10.02.2011

Исходные модели…………. 3
Модель IRI-STORM изменений критической частоты во время ионосферных бурь на основе возмущений Аp индекса, встроенная в систему Международной модели ионосферы (Fuller-Rowell et al., 2001).
Входные параметры: интегральный Арi индекс за предыдущие 39 часов; Арi>200 нТ – начало бури; медиана или фоновая модель foF2; магнитная широта, сезон, время UT
Результат модели - коэффициент коррекции с*foF2 :
c>1 – положительная фаза ионосферной бури
c<1 – отрицательная фаза ионосферной бури

Пример наблюдений и прогноза критической частоты в Соданкиле и Москве по модели IRI-STORM

АЕ индекс опережает ионосферную бурю (W индекс) на 1-3 часа

Исходные модели…………. 4
Индекс АЕ использован в модели прогноза изменений критической частоты и высоты максимума ионизации во время ионосферных бурь и суббурь (Шашунькина, 1969; Deminova et al., 1998)
Модель ΔfoF2(AE) и ΔhmF2(AE) построена для ночного времени в зависимости от магнитной широты, времени начала АЕ бури, сезона и солнечной активности.

Цель работы
Исследование связи изменений высоты и концентрации электронов в максимуме слоя F2 во время возмущений
Разработка модели изменений высоты максимума слоя F2 в зависимости от изменений критической частоты.
Использование имеющихся исходных моделей прогноза критической частоты foF2 как входного параметра в модель прогноза высоты максимума слоя hmF2.

Противоположные изменеия log(hm/hq) и log(Nm/Nq) по данным спутника ISIS-2 в минимуме солнечной активности (1976)

Обозначения:
Уравнение линейной зависимости
dlogh = α + β*dlogf,
где
dlogf = log (Nm/Nq) dlogh = log (hm/Nq)
Nm, hm – текущие значения максимальной плотности электронов и высоты максимума в ионосфере
Nq, hq – медиана (спокойная модель) NmF2, hmF2

Параметры α и β линейной модели в зависимости от сезона, уровня солнечной активности и магнитной широты

Пример расчета и наблюдения hmF2 в Москве по модели cfoF2 (IRI -Storm) во время бури 3-5 апреля 1988

Сравнение расчета и наблюдения увеличения hmF2 в Москве при уменьшении foF2 (W=-4) во время бури (AE) 4 августа 2010 г.

Выводы………………………….1
На основе анализа данных наземного и внешнего зондирования ионосферы построена модель зависимости dlogh от dlogf.
Коэффициенты модели представлены аналитически полиномами в зависимости от магнитной широты, сезона и уровня солнечной активности.

Выводы………………………….2
Коэффициенты модели не зависят прямо от параметров космической погоды, ее применение позволяет варьировать исходные модели критической частоты, такие как DIAS (ММП), IRI-STORM (Api), ИЗМИРАН-суббури (AE), и др.
Модель используется на сайте «Ионосферная погода» для расчета пропущенных hmF2 при наблюдениях ионозонда и реконструкции ионосферы в магнитно-сопряженных областях:
http://www.izmiran.ru/services/iweather