Сезонні особливості просторового розподілу атмосферних гравітаційних хвиль у полярній термосфері Землі

Власов, ДІ, 1Федоренко, АК, 2Крючков, ЄІ, 2Черемних, ОК, 2Жук, ІТ
1Институт космических исследований НАН Украины и ГКА Украины, Киев, Украина
2Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України, Київ, Україна
Kinemat. fiz. nebesnyh tel (Online) 2022, 38(2):23-38
Start Page: Динаміка і фізика тіл Сонячної системи
Мова: українська
Анотація: 

Досліджено особливості просторового розподілу атмосферних гравітаційних хвиль (АГХ) у полярній термосфері Землі. Дослідження базуються на даних прямих супутникових вимірювань параметрів нейтральної атмосфери. Згідно з супутниковими даними у полярних областях обох півкуль систематично спостерігаються АГХ, амплітуди яких зазвичай у кілька разів перевищують амплітуди цих хвиль у середніх і низьких широтах. При цьому полярні АГХ великих амплітуд реєструються на фоні високошвидкісних просторово неоднорідних вітрових течій, що вказує на їхнє можливе підсилення внаслідок взаємодії з вітром. На основі аналізу даних вимірювань на супутнику «Dynamics Explorer 2» виявлено зв’язок просторового розподілу атмосферних гравітаційних хвиль з авроральним овалом. На великому обсязі експериментальних даних встановлено сезонні закономірності розподілу хвильового поля над Антарктикою та Арктикою. Виділено особливості розподілу хвильової активності, характерні для різних пір року. Виконано порівняльний аналіз особливостей АГХ у полярній термосфері обох півкуль для умов полярного дня і полярної ночі. Виявлено певні відмінності розподілу АГХ в залежності від Кр-індексу. Висловлено припущення, що спостережувані сезонні особливості розподілу АГХ та його залежність від рівня геомагнітної активності пов’язані з перебудовою полярної вітрової циркуляції при зміні умов освітлення Сонцем та геомагнітної обстановки.

Ключові слова: атмосферна гравітаційна хвиля, полярна термосфера, супутникові вимірювання
References: 

1. I. K. Edemskii and A. S. Yasyukevich, “Observing wave packets generated by solar terminator in TEC during typhoons,” Soln.-Zemn. Fiz. 4 (2), 33–40 (2018).
https://doi.org/10.12737/szf-42201806

2. Yu. P. Ladikov-Roev, O. K. Cheremnykh, A. K. Fedorenko, and V. E. Nabivach, “Acoustic-gravity waves in whirling polar atmosphere,” Probl. Upr. Inf., No. 5, 74–84 (2015).

3. A. A. Sopin, Yu. M. Yampol’skii, V. V. Paznukhov, et al., “Ionospheric response to AGW propagation detected using GNSS measurements and coherent HF sounding over “Vernadsky” and “Palmer” Antarctic stations,” Ukr. Antarkt. Zh. 15, 50–59 (2016).
https://doi.org/10.33275/1727-7485.15.2016.91

4. A. K. Fedorenko, A. V. Bespalova, I. T. Zhuk, and E. I. Kryuchkov, “Latitude variability of acoustic-gravity waves in the upper atmosphere based on satellite data,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 57, 471–481 (2017).
https://doi.org/10.1134/S0016793217030057

5. A. K. Fedorenko and E. I. Kryuchkov, “Distribution of medium-scale acoustic gravity waves in polar regions according to satellite measurement data,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 51, 520–533 (2011).
https://doi.org/10.1134/S0016793211040128

6. A. K. Fedorenko and E. I. Kryuchkov, “Observed features of acoustic gravity waves in the heterosphere,” Geomagn. Aeron. (Engl. Transl.) 54, 116–123 (2014).
https://doi.org/10.1134/S0016793214010022

7. L. F. Chernogor and Yu. B. Milovanov, “Dynamic falling of the Chelyabinsk meteoroid: Sizes, radiation, and destruction,” Kinematics Phys. Celestial Bodies 37, 241–262 (2021).
https://doi.org/10.3103/S0884591321050056

8. O. Agapitov and O. K. Sheremnykh, “Natural oscillations of the Earth magnetosphere associated with solar wind sudden impulses,” Ukr. J. Phys. 53, 508–512 (2008).

9. T. Beer, Atmospheric Waves (Wiley, New York, 1974).

10. A. V. Bespalova, A. K. Fedorenko, O. K. Cheremnykh, and I. T. Zhuk, “Satellite observations of wave disturbances caused by moving solar terminator,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 140, 79–85 (2016).
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.02.012

11. H. T. Cai, F. Yin, S. Y. Ma, and I. W. McCrea, “Observations of AGW/TID propagation across the polar cap: a case study,” Ann. Geophys. 29, 1355–1363 (2011).
https://doi.org/10.5194/angeo-29-1355-2011

12. G. R. Carignan, B. P. Block, J. C. Maurer, A. E. Hedin, C. A. Reber, and N. W. Spencer, “The neutral mass spectrometer on Dynamics Explorer,” Space Sci. Instrum. 5, 429 (1981).

13. O. K. Cheremnykh, A. K. Fedorenko, E. I. Kryuchkov, and Y. A. Selivanov, “Evanescent acoustic-gravity modes in the isothermal atmosphere: systematization, applications to the Earth’s and solar atmospheres,” Ann. Geophys. 37, 405–415 (2019).
https://doi.org/10.5194/angeo-37-405-2019

14. O. K. Cheremnykh and A. S. Parnowski, “Influence of ionospheric conductivity on the ballooning modes in the inner magnetosphere of the Earth,” Adv. Space Res. 37, 599–603 (2006).
https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.01.073

15. L. F. Chernogor, K. P. Garmash, Q. Guo, V. T. Rozumenko, Y. Zheng, and Y. Luo, “Supertyphoon Hagibis action in the ionosphere on 6–13 October 2019: Results from multi-frequency multiplepath sounding at oblique incidence,” Adv. Space Res. 67, 2439–2469 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.01.038

16. J. J. Dudis and C. A. Reber, “Composition effects in thermospheric gravity waves,” Geophys. Res. Lett. 3, 727–730 (1976).
https://doi.org/10.1029/GL003i012p00727

17. A. K. Fedorenko, E. I. Kryuchkov, O. K. Cheremnykh, Yu. O. Klymenko, and Yu. M. Yampolski, “Peculiarities of acousticgravity waves in inhomogeneous flows of the polar thermosphere,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 178, 17–23 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2018.05.009

18. T. J. Fitzgerald, “Observations of total electron content perturbations on GPS signals caused by a ground level explosion,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 59, 829–834 (1997).
https://doi.org/10.1016/S1364-6826(96)00105-8

19. E. E. Gossard and W. H. Hooke, Waves in the Atmosphere: Atmospheric Infrasound and Gravity Waves, Their Generation and Propagation (Elsevier, Amsterdam, 1975; Mir, Moscow, 1978), in Ser.: Developments in Atmospheric Science, Vol. 2.

20. Q. Guo, L. F. Chernogor, K. P. Garmash, V. T. Rozumenko, and Y. Zheng, “Radio monitoring of dynamic processes in the ionosphere over China during the partial solar eclipse of 11 August 2018,” Radio Sci. 55, e2019RS006866 (2020).
https://doi.org/10.1029/2019RS006866

21. K. Hocke and K. Schlegel, “A review of atmospheric gravity waves and traveling ionospheric disturbances: 1982–1995,” Ann. Geophys. 14, 917–940 (1996).
https://doi.org/10.1007/s00585-996-0917-6

22. R. Hunsucker, “Atmospheric gravity waves generated in the high-latitude ionosphere: A review,” Rev. Geophys. Space Phys. 20, 293–315 (1982).
https://doi.org/10.1029/RG020i002p00293

23. J. L. Innis and M. Conde, “Characterization of acoustic–gravity waves in the upper thermosphere using Dynamics Explorer 2 Wind and Temperature Spectrometer (WATS) and Neutral Atmosphere Composition Spectrometer (NACS) data,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 107, A12 (2002).
https://doi.org/10.1029/2002JA009370

24. F. S. Johnson, W. B. Hanson, R. R. Hodges, W. R. Coley, G. R. Carignan, and N. W. Spencer, “Gravity waves near 300 km over the polar caps,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 100, 23993–24002 (1995).
https://doi.org/10.1029/95JA02858

25. T. L. Killeen, Y.-I. Won, R. J. Nicieyewski, and A. G. Burns, “Upper thermosphere winds and temperatures in the geomagnetic polar cap: Solar cycle, geomagnetic activity, and interplanetary magnetic fields dependencies,” J. Geophys. Res.: Space Phys. 100, 21327–21342 (1995).
https://doi.org/10.1029/95JA01208

26. H. Lühr, S. Rentz, P. Ritter, H. Liu, and K. Häusler, “Average thermospheric wind pattern over the polar regions, as observed by CHAMP,” Ann. Geophys. 25, 1093–1101 (2007).
https://www.ann-geophys.net/25/1093/2007.
https://doi.org/10.5194/angeo-25-1093-2007

27. R. Plougonven and F. Zhang, “Internal gravity waves from atmospheric jets and fronts,” Rev. Geophys. 52, 1–37 (2014).
https://doi.org/10.1002/2012RG000419

28. S. Pulinets and K. Boyarchuk, Ionospheric Precursors of Earthquakes (Springer-Verlag, Berlin, 2004).

29. A. Roy, S. Roy, and A. P. Misra, “Dynamical properties of acoustic-gravity waves in the atmosphere,” J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 186, 78–81 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.02.009

30. S.-R. Zhang, P. J. Erickson, A. J. Coster, et al., “Subauroral and polar traveling ionospheric disturbances during the 7-9 September 2017 storms,” Space Weather 17, 1748–1764 (2019).
https://doi.org/10.1029/2019SW002325