ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ по теме: Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами (промежуточный)

Объектом исследования является пространственно-временная структура и динамика атмосферы, в частности, проявления в верхней атмосфере взаимодействий геосферных процессов на примере крупных атмосферных событий, волновые явления в атмосфере и ионосфере Земли и возможность определения их воздействие на ионосферную плазму; облачная атмосфера Земли. Целью работы является получение новых экспериментальных и теоретических данных о пространственно-временной структуре и динамике атмосферы с использованием томографических методов и дистанционного зондирования, разработка и развитие новых методов и подходов томографии и дистанционного зондирования для исследования атмосферы и космоса, детектирование проявлений пространственно-временной структуры и динамики атмосферы в ионосфере, включая ионосферные волновые возмущения, сопутствующих мезомасштабным атмосферным процессам. Методами исследования являются дистанционное зондирование атмосферы и ионосферы с Земли и со спутников, радиотомография на основе сигналов низко- и высокоорбитальных навигационных спутниковых систем. Для получения данных для анализа и интерпретации результатов используются методы независимых геофизических измерений, теоретические, численные и экспериментальные (полевые) методы исследований, включая непосредственное численное решение скалярного уравнения переноса микроволнового излучения в трехмерно-неоднородных полях разорванной облачности. В результате выполнения НИР 2023 г. на кафедре физики атмосферы получен ряд новых результатов. Продолжено формирование массивов первичных данных радиопросвечивания верхней атмосферы и ионосферы сигналами спутниковых радиомаяков. Сформированы массивы данных низкоорбитального радиопросвечивания на Аляске и массивы данных радиопросвечивания при экспериментах активного воздействия на ионосферу в России. Разрабатывались методы восстановления распределения электронной концентрации в ионосфере на основе одновременного использования разнородных данных и их комбинаций Выполнен анализ возможностей и эффективности комплексирования указанных данных и подходов. Разработан метод построения глобальных и региональных карт полного электронного содержания ионосферы на основе одновременного использования данных GNSS IGS и данных вертикального зондирования GIRO с применением двухслойной ионосферной модели с усеченным разложением TEC в каждом слое. По данным GNSS на плотных сетях приемников выполнен анализ ионосферных откликов на искусственные литосферные возмущения различной природы с магнитудой ниже порога обнаружения ионосферного отклика на землетрясения. Вычислены вариации полного электронного содержания в ионосфере (TEC) в типичном диапазоне проявления ионосферного отклика на литосферные источники возмущений (100--1000 с). На основе анализа пространственно-временных распределений вариаций в окрестностях эпицентра событий, а также диаграммы дальность--время определены характерные скорости выявленных ионосферных возмущений. По данным низкоорбитального спутникового радиопросвечивания выполнен анализ пространственной структуры искусственных вариаций концентрации электронов на высотах верхней и внешней ионосферы Земли, возбуждаемых при модификации F2-слоя среднеширотной ионосферы мощными КВ радиоволнами нагревного стенда СУРА. Рассмотрены характеристики полости с пониженной концентрацией плазмы, образующейся вблизи высоты отражения нагревной волны О-поляризации, дактов с повышенной плотностью плазмы, формирующихся на высотах внешней ионосферы, различных волновых возмущений, индуцируемых на ионосферных высотах. Исследована эффективность метода низкоорбитальной радиотомографии для изучения характеристик данных искусственных ионосферных структур. Начаты исследования морфологии индекса возмущенности ионосферы ROTi/S4, рассчитанного по архивным фазовым данным низкоорбитального радиопросвечивания на Аляске. В соответствии с планом НИР выполнены исследования переноса излучения в средах с градиентами коэффициента преломления. Целью работы является исследование сингулярных распределений интенсивности в средах указанного типа численными методами решения уравнения переноса излучения. Выведены замкнутые аналитические выражения для асимптотики распределений интенсивности в окрестностях сингулярных направлений. Сформулированы критические условия появления сингулярных распределений интенсивности в полях рассеянного излучения в среде. Показано, что сингулярные радиационные поля в таких средах могут порождаться в том числе несингулярными конфигурациями источников излучения. Проведена проверка полученных результатов непосредственным сравнением с результатами численных расчетов методом статистического моделирования Монте-Карло. Результаты являются новыми и получены впервые. Актуальность и значимость работы обусловлена развитием исследованием природных сред (космическая и звездная плазма) и искусственно созданных материалов указанного типа. С использованием региональных станций сверхдлинноволнового радиопросвечивания и измерений возмущений электронной плотности на спутниках SWARM в Дальневосточном регионе России исследован отклик нижней и верхней ионосферы на прохождение нескольких мощных тайфунов в период 2014–2014 гг. Для случая 4 крупнейших тайфунов указанного региона обнаружено, что возмущения амплитуды и фазы СДВ-сигнала, а также электронной плотности во время активной стадии тайфунов соответствуют прохождению атмосферных внутренних гравитационных волн и их диссипации. Определены точностные характеристики модели NeQuick высотного распределения электронной концентрации в различных периодах солнечной активности для различных широтных условий и получены статистические характеристики результатов. Определена перспективность использования систематических данных и радиоизлучении Солнца на длине волны 11.1 см вместо 10.7 см используемых в качестве параметра модели, задающего солнечную активность. Проведено выборочное сравнение точности описания ионосферной электронной концентрации в выбранных современных моделях NeQuick и IRI в различных гео-гелиофизических условиях.