КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 25-17-00187

НазваниеКлиматические изменения и эффекты экстремальных геофизических возмущений в верхней атмосфере Земли

Руководитель Жеребцов Гелий Александрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №104 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-606 - Верхняя и средняя атмосфера

Ключевые слова верхняя атмосфера, ионосфера, климатические изменения, долговременные вариации, эмпирические модели ионосферы, геофизические возмущения

Код ГРНТИ37.15.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Одной из наиболее актуальных задач физики околоземного космического пространства является проблема выявления вкладов космической погоды и изменений в нижней атмосфере в долговременные (климатические) вариации параметров верхней атмосферы Земли. Проект направлен на исследование долговременных вариаций параметров верхней атмосферы, выявление климатических изменений и эффектов экстремальных геофизических возмущений с использованием большого массива экспериментальных данных, получаемых на уникальном комплексе инструментов Института солнечно-земной физики СО РАН (ИСЗФ СО РАН), разработанных в коллективе методик анализа вариаций параметров нейтральной атмосферы и ионосферы и локальной эмпирической модели регулярных вариаций ионосферы. В основные задачи проекта входят. - Исследование климатических (за несколько солнечных циклов) изменений параметров ионосферы и верхней атмосферы и их сезонных особенностей в регионе Восточной Сибири с использованием различных индексов солнечной активности и индексов различных атмосферных осцилляций на основе данных многолетних измерений на комплексе инструментов ИСЗФ СО РАН. - Исследование экстремальных возмущений в верхней атмосфере: комплексный анализ эффектов зимних внезапных стратосферных потеплений на высотах верхней мезосферы и нижней термосферы (МНТ) и в области D ионосферы; сравнительный анализ возмущений максимума электронной концентрации NmF2 и полного электронного содержания TEC; выявление причин высокой отрицательной корреляции между возмущениями NmF2 и TEC. - Разработка метода и создание прогностических локальных моделей ионосферы и регрессионных моделей прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания. Новизной и существенными преимуществами планируемого исследования являются: комплексный подход к изучению климатических изменений ионосферных параметров, сочетающий использование различных индексов солнечной активности и суточно-сезонное разделение ионосферных параметров, а также использование индексов различных атмосферных осцилляций (AO, NAO, SOI и др.) для количественной оценки влияния процессов в нижележащих атмосферных слоях на температурный режим области мезопаузы. В ходе реализации Проекта впервые будет выполнен комплексный анализ эффектов зимних внезапных стратосферных потеплений на высотах области МНТ и в области D ионосферы, имеющий практическое значение для оценки возрастания поглощения коротких радиоволн. Впервые будет проведен обобщенный ретроспективный (1958-1996 гг.) статистический анализ скоростей нейтрального ветра в нижней ионосфере над югом Восточной Сибири, получены оценки климатических норм и долговременных трендов скорости нейтрального ветра. Полученные в результате выполнения проекта новые знания приведут к углублению представлений о процессах в верхней нейтральной атмосфере и ионосфере и могут быть полезны при разработке новых и модернизации существующих моделей атмосферы, а также технологий, обеспечивающих устойчивую работу критически важных инфраструктур: спутниковые системы, системы радиосвязи и навигации, авиация, магистральные линии электропередач и др. Прогностические локальные модели ионосферы и регрессионные модели прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания позволят обеспечить существенное усовершенствование методов и технологий, используемых в системах прогноза состояния околоземного космического пространства и могут быть востребованы в ряде научных организаций, занимающихся прогнозом космической погоды.

Ожидаемые результаты
При выполнении Проекта будут получены следующие основные результаты. 1) Впервые будет проведен анализ климатических (на протяжении шести солнечных циклов) изменений ионосферных параметров в регионе Восточной Сибири, с использованием различных индексов солнечной активности, учетом геомагнитной активности и суточно-сезонном разделением ионосферных параметров. Для анализа будут использованы данные о максимуме электронной концентрации (NmF2) и минимальной действующей высоте отражений от F-слоя (h'F), полученные на иркутской аналоговой автоматической ионосферной станции (АИС) за 1955-1996 гг. и на иркутском цифровом ионозонде DPS-4 за 2003-2024 гг. Удаление межгодовых вариаций, связанных с изменением солнечной и геомагнитной активности, будет реализовано на основе множественной регрессии среднегодовых значений NmF2 и h'F на среднегодовые значения индексов солнечной активности F10.7 и F30 и геомагнитной активности Ap. Оценка трендов, полученная на основе F30, будет сопоставлена с аналогичной оценкой на основе F10.7. Будет проведен сравнительный анализ результатов применения F10.7 и F30 и выявлены преимущества использования различных индексов. Исследование внесет свой вклад в развитие методов определения тренда и нахождение оптимальных индексов для аппроксимации ионосферных данных. В результате будет получена новая информация, имеющая особую важность для понимания климатических процессов в верхней атмосфере Земли. Ожидается, что результаты, полученные в рамках проекта, могут быть использованы в модификациях различных эмпирических моделей ионосферы. 2) Будет создана прогностическая версия локальной эмпирической модели регулярных вариаций ионосферы. Данная версия будет реализована на основе прогноза индекса солнечной активности F10.7. Вариант прогноза F10.7 может быть осуществлен как на основе существующих методов, так и на основе новых методов, разработанных в ходе выполнения проекта. Дополнительным параметром прогноза, который нуждается в оптимизации, является период усреднения F10.7. В ретроспективной версии модели годовой период был выявлен как оптимальный. В прогностической версии модели возможно выявление другого оптимального периода. Ошибки прогностической версии локальной эмпирической модели регулярных вариаций ионосферы будут сопоставлены с ошибками прогноза современной версии модели IRI для оценки выигрыша разработанной модели. Ожидаемым результатом исследований является более точный прогноз космической погоды, который может быть использован в задачах радиосвязи, радиолокации и навигации. 3) Будет реализован регрессионный анализ возмущений максимума электронной концентрации NmF2 и полного электронного содержания TEC с целью оценки эффективности прогноза возмущения максимума электронной концентрации по возмущению полного электронного содержания. Дополнительно будет осуществлен анализ случаев высокой отрицательной корреляции между возмущениями NmF2 и TEC с целью прояснения вопроса влияния экстремальных геофизических возмущений на корреляцию возмущений NmF2 и TEC. В отличие от предыдущих подходов, связывающих непосредственные измерения NmF2 и TEC, планируемое исследование будет основано на регрессионном анализе возмущений максимума NmF2 и TEC. Потенциальные преимущества нового подхода будут оценены сопоставлением с предыдущими исследованиями. В результате анализа будут построены регрессионные модели прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания, которые могут обеспечить улучшение работы систем прогноза КВ каналов радиосвязи. 4) Будут исследованы долговременные (на протяжении двух солнечных циклов) вариации температуры области мезопаузы (80-100 км) и ее изменчивости на основе данных спектрометрических наблюдений параметров излучения молекулы гидроксила ОН(6-2). К исследованию будут привлечены данные об индексах солнечной и геомагнитной активности, а также об индексах различных атмосферных осцилляций (AO, NAO, SOI и др.). Будет выполнена аппроксимация температурных вариаций с использованием метода множественной регрессии и сделана количественная оценка влияния солнечной и геомагнитной активности и процессов в нижележащих атмосферных слоях на температурный режим области мезопаузы. 5) Впервые будет проведен комплексный анализ эффектов зимних внезапных стратосферных потеплений на высотах верхней мезосферы и нижней термосферы (МНТ) (80-100 км) и в области D ионосферы (50-90 км). Будет реализован корреляционный анализ возмущений температуры области мезопаузы и наименьшей частоты отражений на ионограмме (fmin), что внесет свой вклад в прояснение вопроса о коррелированности колебаний в ионизированных и нейтральных компонентах D-области. С практической точки зрения планируемое исследование важно для оценки возрастания поглощения коротких радиоволн во время зимних внезапных стратосферных потеплений. 6) На основе данных иркутского цифрового ионозонда DPS-4 за 2003-2024 гг. будет осуществлен морфологический (статистический) анализ параметров спорадического слоя Es. Будут выявлены основные закономерности, связанные с суточно-сезонным ходом, а также вариациями в цикле солнечной активности. Планируется получить ответы на следующие вопросы: роль фотоионизации и интенсивности метеорного потока в образовании слоя Es; связь вероятности появления слоя с высотой Es; роль солнечной и геомагнитной активности в образовании слоя Es. 7) Будет создан объединенный архив измерений скоростей дрейфа ионосферных неоднородностей для высот нижней ионосферы над регионом юга Восточной Сибири (вблизи г. Иркутск) за длительный период 1958-1996 гг., охватывающий 3.5 солнечных цикла. На основе данных объединенного архива будет проведен обобщенный ретроспективный статистический анализ скоростей нейтрального преобладающего ветра, будут получены климатические нормы вариаций скорости нейтрального зонального и меридионального ветра, а также оценки долговременного тренда величин и направлений скорости движения нейтрального газа на высотах нижней ионосферы над югом Восточной Сибири. Полученные в результате выполнения проекта новые знания приведут к углублению представлений о процессах в верхней нейтральной атмосфере и ионосфере и могут быть полезны при разработке новых и модернизации существующих моделей атмосферы и технологий, обеспечивающих стабильность работы систем радиосвязи и навигации. Прогностические локальные модели ионосферы и регрессионные модели прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания, которые планируется получить в результате выполнения Проекта, позволят обеспечить существенное усовершенствование методов и технологий, используемых в системах прогноза состояния околоземного космического пространства и могут быть востребованы в ряде научных организаций, занимающихся прогнозом космической погоды.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---