ОТЧЕТ по I Балтийской международной Школе молодых ученых “Магнитосферно-Ионосферно-Атмосферные Связи”


В этом году в Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта, совместно с Калининградским филиалом ИЗМИРАН им. Н.В. Пушкова была проведена I Балтийская международная Школа молодых ученых “Магнитосферно-Ионосферно-Атмосферные Связи” (I Балтийская Школа “МИАС”).
Тематика школы охватила многие аспекты солнечно-земных связей, физику процессов во взаимосвязанной системе атмосфера-ионосфера-магнитосфера и ряд прикладных задач: радиосвязи, радиолокации и навигации. Более 30 молодых специалистов из разных уголков России (Москва, Санкт-Петербург, Калининград, Иркутск, Якутск, Нижний Новгород, Апатиты, Мурманск) приняли участие в работе школы.

В рамках I Балтийской Школы “МИАС” были прочитаны лекции для молодых ученых по широкому кругу вопросов, включающему:
1) влияние изменений климата и погоды в нижней и средней атмосфере на космический климат и космическую погоду;
2) химические и физические процессы в верхней атмосфере, связанные с явлениями, происходящими на Солнце и в магнитосфере;
3) влияние магнитосферных процессов на химические и физические процессы в средней и верхней атмосфере;
4) физика предвестников землетрясений в средней и верхней атмосфере;
5) формирование ионосферных неоднородностей различных масштабов в полярной шапке и авроральной области.

В ходе проведения школы молодыми специалистами были представлены устные доклады по следующим направлениям:
1) процессы в атмосфере Земли различных временных и пространственных масштабов;
2) отклик верхней атмосферы и ионосферы на внезапные стратосферные потепления и метеорологические явления;
3) отклик ионосферы на солнечное затмение и геомагнитные бури;
4) глобальная структура и внутренние процессы в ионосфере;
5) мелкомасштабные ионосферные неоднородности техногенного и антропогенного характера;
6) полярный ветер и авроральные явления;
7) прикладные задачи радиосвязи, радиолокации и навигации воздушных и морских судов.

Организаторы мероприятия
Калининградский филиал Института Земного Магнетизма, Ионосферы и распространения радиоволн (КФ ИЗМИРАН)
Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта (БФУ)

Финансирование мероприятия
Калининградский филиал Института Земного Магнетизма, Ионосферы и распространения радиоволн (КФ ИЗМИРАН)
Балтийский Федеральный Университет им. И. Канта (БФУ)
Российский фонд фундаментальных исследований (Проект №16-35-10152)

Ниже приведен список докладчиков с названиями лекционных обзорных докладов:
1. Ян Лаштовичка (Институт Физики Атмосферы, Прага, Чехия) - Долговременные тренды в ионосфере и верхней атмосфере
2. Сергей Александрович Пулинец (Институт Прикладной Геофизики, Москва) – Физические основы генерации краткосрочных предвестников землетрясений;
3. Александр Иванович Погорельцев (Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия) - Генерация немигрирующих приливов и ионосферные возмущения во время событий внезапных стратосферных потеплений
4. Максим Владимирович Клименко (Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн, Калининград, Россия) – Морфология и механизмы формирования отклика F области ионосферы на внезапные стратосферные потепления и геомагнитные бури
5. Евгений Владимирович Розанов (Институт Атмосферы и Климата, Давос, Швейцария) - Влияние различных высыпающихся частиц на озоновый слой и климат
6. Александр Григорьевич Яхнин (Полярный Геофизический Институт РАН, Апатиты, Россия) - Высыпания частиц из магнитосферы в атмосферу Земли от экватора до полярной шапки
7. Алексей Владимирович Дмитриев (Национальный центральный университет, Тайвань) – Ионосферные эффекты запрещенных энергичных электронов на низких широтах
8. Войцех Милош (Университет в Осло, Норвегия) - Наземные, спутниковые и ракетные наблюдения патчей в полярной шапке, авроральных блобов и потокового сдвига
9. Геннадий Валентинович Голубков (Институт Химической Физики, Москва, Россия) Проблемы пассивных удаленных измерений поверхности Земли

Далее приведен краткий обзор работ молодых ученых, которые представили свои доклады на школе.
Колтовским И. было представлено сравнение температур мезосферы на двух станциях в одном долготном секторе. Несмотря на различия в широтном расположении имеется хорошая корреляция между температурой гидроксила на этих двух станциях.
В докладе Германенко А. был сделан вывод о наличии сезонной вариации вторичных космических лучей. Также было показано, что годовая вариация спектра космических лучей обусловлена увеличением потока гамма квантов с энергиями не превышающими 450 кэВ.
Влияние Форбуш понижения галактических космических лучей на стратосферную циркуляцию рассматривалось в работе Артомоновой И. Было показано, что изменения параметров стратосферы связаны с низко-энергичной компонентой галактических космических лучей, которая сильно модулируется солнечной активностью.
Карповым М. исследовалось влияние сейсмогенных электрических токов на температуру термосферы. Результаты расчетов не показали никакого влияния возмущений температуры электронов в Е-области на электронную концентрацию.
Анализ индексов конвективной неустойчивости распределения в нижней тропосфере за две недели до внезапного стратосферного потепления, проведенный Канухиной А., показал, что в некоторых долготных секторах в тропиках увеличивается поток волновой активности из тропосферы в стратосферу и эти области совпадают с областями тропосферной нестабильности только для слабых стратосферных потеплений.
Шевчуком Н. была разработана модель ионосферной проводимости и была продемонстрирована значительная роль геомагнитного крутящего момента и ионного сопротивления в динамике верхней атмосферы.
Ольшанской Е. было показано, что мера положительной продолжительности фазы N-волны в TEC оклике позволяет рассмотреть обратную задачу определения излучаемой сейсмической энергии цунамогенного землетрясения. Таким образом, возмущения TEC обеспечивают дополнительную информацию для системы раннего предупреждения о цунами.
Моделированию вертикального распространения акустико-гравитационных волн в атмосфере на основе вариаций атмосферного давления и исследованию нагрева верхних слоев атмосферы с помощью диссипации волн посвящены работы Курдяевой Ю. с соавторами. Этой же группой рассматривается вопрос об использовании суперкомпьютеров для решения этих задач.
Васильевым П. осуществлена попытка моделирования влияния внутренних гравитационных волн, возбуждаемых в стратосфере во время внезапных стратосферных потеплений, на верхнюю атмосферу.
Толстиков М. с соавторами исследовал взаимодействие внутренних гравитационных волн и нейтрального ветра в верхней атмосфере. Основная причина наблюдаемой анизотропии характеристик перемещающихся ионосферных возмущений связана с фильтрацией внутренних гравитационных волн нейтральным ветром.
Борчевкиной О. вместе с коллегами из БФУ им И. Канта по результатам анализа наблюдений вариаций ТЕС было показано растущее колебание амплитуды акустических волн и вариации с периодами, близкими к периоду Бранта-Вяйсяля во время прохождения солнечного терминатора и солнечного затмения. Лидарные наблюдения показывают, что в основную фазу солнечного затмения наблюдалось уменьшение амплитуды вариаций атмосферных параметров с периодами АГВ и ВГВ. В конце основной фазы солнечного затмения наблюдается резкое увеличение амплитуды вариаций с периодами 2-10 мин. Также этой же группой исследователей был рассмотрен отклик ионосферы на ураганы в Калининградской области. Было показано, что для рассматриваемых событий прослеживается четкая взаимосвязь между параметрами нижней и верхней атмосферы непосредственно над областью урагана.
Поляковой и Мыльниковой проанализированы возмущения TEC в высокоширотной области во время внезапных стратосферных потеплений. Выявлены основные морфологические особенности таких ионосферных возмущений.
В работе Хабитуева Д. осуществляется оценка роли гравитационных волн, генерируемых токовым течением в стратосфере, в ионосферных возмущениях во время внезапных стратосферных потеплении.
Васильев П. с соавторами представил математическое описание профиля Ne в Е-области ионосферы, в котором осуществляется разделение компонент ионного газа.
Зависимость среднеширотных дневных значений NmF2 от солнечной и геомагнитной активности исследовалась группой магистров из БФУ им. И. Канта (Абдулаев А. и Марков А.). Ими было показано важность учета геомагнитной активности для описания электронной концентрации зимой. Также был получен предварительный результат о положительном вкладе солнечной и геомагнитной активности на формирование зимней аномалии в F области ионосферы. Чириком Н. разработан алгоритм и реализована программа обработки огромного массива данных ионосферных наблюдений радиозатменным методом. На основе полученных результатов проведено исследование влияния солнечной активности на зимнюю аномалию и главный ионосферный провал в F области.
Сергеевой М. было установлено, что ионосферные возмущения могут проявляться и тогда, когда Dst мал. Это говорит о том, что TEC является хорошим индикатором состояния ионосферы: когда F10.7 и Dst индексы не показывают каких-либо нарушений, TEC может выявлять сильные вариации ионосферных условий.
Исследованию ионосферного полного электронного содержания с помощью сигналов геостационарных навигационных спутниковых систем посвящены работы молодого коллектива соавторов из Москвы и Иркутска. Делается вывод о возможности использования таких систем в задачах радиотомографии, но только в случае уменьшения зашумленности сигнала.
В докладах Клименко М. с соавторами выявлены основные морфологические особенности долготных вариаций в F области ионосферы Земли, которые должны воспроизводиться в новых глобальных эмпирических моделях. Была разработана новая эмпирическая модель субавроральной ионосферы при наличии главного ионосферного провала. Также этой группой изучался вопрос суточной вариации электронной концентрации в ионосфере на различных высотах для разных сезонов. Впервые отмечается, что во внешней ионосфере выделяется ночной максимум электронной концентрации в зимний период.
Едемский И. представил результаты анализа уровня возмущенности ПЭС в течение длительного периода времени с 1993 по 2012 гг. В докладе показано, что в 1997-1998 гг. возмущенность ПЭС демонстрирует скачкообразное падение и что положение этого скачка согласуется по времени с резким изменением ряда глобальных геофизических параметров, что, по предположению автора, связано с ними.
Веснин А. представил возможности совместного использования ассимиляционной модели IRTAM и численной модели ГСМ ТИП для решения задач изменения космической погоды по всему глобусу.
Щербаковым А. представлен новый радиофизический метод наблюдения меридионального ветра в F области ионосферы.
Холмогоровым А. представлен новый способ изучения ионосферы во время солнечного затмения с использованием одночастотных приемников GPS сигналов. Показано, что этот способ имеет большую перспективу для ионосферных исследований.
Мыльниковой А. и Ясюкевичем Ю. разработан новый метод определения абсолютных значений полного электронного содержания и его вариаций.
Живетьев И. и Ясюкевич Ю. обсудили впервые полученные результаты обработки данных из TEC архивов на основе теории ГРАФ.
Беловым А. были проанализированы методы определения параметров рассеяния неоднородных колебаний на ионосферном экране. В результате было установлено, что достаточная аналитическая точность измеренийможет быть достигнута при использовании некогерентного аппарата с использованием нового R4-метода. Но метод когерентного E-метода оставляет за собой возможность статистической оптимизации ошибок с помощью специальной обработки сигнала в ионосфере.
В КФ ИЗМИРАН под руководством Носикова И., был создан и реализован алгоритм метода «поперечных смещений» и «подталкивания упругой нити» для расчета радиотрасс волн КВ-диапазона. В основе предлагаемого подхода лежит вариационный принцип для функционала оптической длины радиолуча. Данная методика апробирована для различных сред на основе аналитического решения и с помощью метода пристрелки. Показано, что оба метода позволяют находить несколько решений в неоднородных средах, в том числе при наличии перемещающихся ионосферных возмущений.
Группой исследователей под руководством Котовой Д. осуществлено сравнение влияния геомагнитных бурь и внезапных стратосферных потеплений (ВСП) на КВ радиосвязь. В целом низкоширотные эффекты в период ВСП проявляются сильнее по сравнению с эффектами в той же области во время геомагнитных бурь.
Оводенко В. продемонстрировал широкие возможности ассимиляционных методов для решения прикладных задач радиосвязи и радиолокации.
Группой молодых специалистов из ИСЗФ СО РАН была показана связь мелкомасштабных неоднородностей и крупномасштабных ионосферных возмущений во время геомагнитной бури. Предполагается, что мелкие неоднородности возникают тогда, когда крупные возмущения пересекают участки наблюдений.
Болотин И. в своей работе исследовал генерацию супермелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей и их зависимость от эффекта магнитного зенита. Генерация быстрых мелкомасштабных вариаций наиболее эффективна в области магнитного зенита.
Носиковой Н. обсуждались вопросы связи 8 Гц возмущений по спутниковым данным в F области ионосферы с проникновением области Шумановского резонанса в верхнюю ионосферу и с магнитосферными процессами. Отмечается, что комбинация этих двух источников может объяснить наблюдаемые явления.
Группой молодых исследователей из ПГИ (Апатиты) была исследована взаимосвязь неоднородностей в авроральном овале с вариациями TEC в высоких широтах.
Белаховским В. были обнаружены вариации TEC с периодом PC5 пульсаций. Также было показано, что основной источник таких вариаций в TEC расположен на высотах нижней ионосферы в области до 150 км.
Изучению основных морфологических свойств полярного ветра посвящена работа Чугунина Д., который показал основные значения скоростей и температур в полярном ветре и сравнил эти характеристики с результатами моделирования.
Чернышов А. использовал технику мультифрактального анализа для изучения проводимости Холла в авроральной области.