Том 39, номер 02, статья № 11

Аннотация:

С целью исследования динамики атмосферы Земли важно изучить частотный состав вариаций геомагнитного поля в диапазоне периода 16-дневной атмосферной планетарной волны (14,5–18 сут). В настоящей работе анализируются спектры вариаций магнитного поля Земли, зарегистрированные в период с 2000 по 2023 г. на трех европейских среднеширотных магнитных обсерваториях: «Бельск» (восток Европы), «Фюрстенфельдбрук» (центр Европы), «Дурб» (запад Европы). Методом периодограмм Ломба–Скаргла в спектре в диапазоне от 14,5 до 18 сут выделены гармоники, связанные с модуляционным воздействием длиннопериодных вариаций и приливным воздействием. Анализ показал, что спектральный состав геомагнитных вариаций не зависит от долготы месторасположения пункта наблюдения (пункты находятся приблизительно на одной широте). Удалось идентифицировать спектральные гармоники, обусловленные модуляцией полугодовой вариацией второй гармоники цикла вращения солнечных пятен и деклинационной приливной волны. Для приливной волны с периодом ~ 2 нед. выделены гармоники, обусловленные модуляционным воздействием на нее 11-летнего цикла солнечной активности (цикл Швабе), четвертой гармоники 22-летнего цикла солнечной активности, годовой и полугодовой вариаций. В спектрах хорошо выделяются гармоники, которые по периодам соответствуют модуляционному воздействию на 16-дневную планетарную волну 11-летнего цикла солнечной активности, четвертой гармоники 22-летнего цикла солнечной активности, годовой и полугодовой вариаций. Результаты спектрального анализа подтверждают влияние процессов, наблюдающихся в нижней нейтральной атмосфере, на динамику верхних слоев атмосферы. Полученные результаты могут использоваться для разработки моделей динамики атмосферы.

Ключевые слова:

вариация, магнитное поле Земли, приливная волна, цикл Швабе, планетарная волна, модуляция, спектр, метод Ломба–Cкаргла

Список литературы:

1. Шалимов С.Л., Лапшин В.М., Халдопис Х. Структура планетарных возмущений среднеширотной ионосферы по наблюдениям со спутников GPS // Космические исследования. 2006. Т. 44, № 6. С. 483–487.
2. Шпынев Б.Г., Ойнац А.В., Лебедев В.П., Черниговская М.А., Орлов И.И., Белинская А.Ю., Грехов О.М. Проявление гравитационных приливов и планетарных волн в долговременных вариациях геофизических параметров // Геомагнетизм и аэрономия. 2011. Т. 54, № 4. С. 540–552.
3. Deng W., Salah J.E., Clar R.R., Franke S.J., Fritts D.C., Hoffmann P., Kuerschner D., Manson A.H., Meek C.E., Murphy D. Coordinated global radar observations of tidal and planetary waves in the mesosphere and lower thermosphere during January 20–30, 1993 // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N A4. P. 7307–7318. DOI: 10.1029/96ja01630.
4. Lawrence A.R., Jarvis M.J. Initial comparisons of planetary waves in the stratosphere, mesosphere and ionosphere over Antarctica // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28. P. 203–206. DOI: 10.1029/2000GL000116.
5. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасова Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические эффекты в ионосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 272 с.
6. Шалимов С.Л. Атмосферные волны в плазме ионосферы. М.: ИФЗ РАН, 2018. 390 с.
7. Forbes J.M., Leveroni S. Quasi 16-day oscillation of the ionosphere // Geophys. Res. Lett. 1992. V. 19. P. 981–984. DOI: 10.1029/92GL00399.
8. Fraser G. The 5-day wave and ionospheric absorption // J. Atmos. Terr. Phys. 1977. V. 39. P. 121–124.
9. Hagan M.E., Forbes J.M., Vial F. Numerical investigation of the propagation of the quasi-two-day wave into the lower thermosphere // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 23193–23205. DOI: 10.1029/93JD02779.
10. Рябова С.А., Шалимов С.Л. Атмосферные планетарные волны на ионосферных высотах по данным обсерватории Москва (ИЗМИРАН) // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. T. 59, № 6. C. 731–739. DOI: 10.31857/S0002351523060081.
11. Рябова С.А., Шалимов С.Л. О вариациях параметров плазмы ионосферы, наблюдаемых посредством ионозонда и на магнитной станции в диапазоне периодов планетарных волн // Физика Земли. 2021. № 6. С. 122–130. DOI: 10.31857/S0002333721060065.
12. Rossby C.G. Relation between variations in the intensity of the zonal circulation of the atmosphere and the displacements of the semi-permanent centers of action // J. Marine Res. 1939. V. 2, N 1. P. 38–55.
13. Коваль А.В., Гаврилов Н.М., Погорельцев А.И., Шевчук Н.О. Распространение стационарных планетарных волн в верхней атмосфере при разных уровнях солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58, № 2. C. 295–303.
14. Koval A.V., Gavrilov N.M., Didenko K.A., Ermakova T.S., Savenkova E.N. Sensitivity of the 4–10-day planetary wave structures in the middle atmosphere to the solar activity effects in the thermosphere // Atmosphere. 2022. V. 13. DOI: 10.3390/atmos13081325.
15. Диденко К.А., Ермакова Т.С., Погорельцев А.И., Ракушина Е.В. Климатическая изменчивость стратосферно-тропосферных взаимодействий, наблюдаемая в последние десятилетия // Вестн. КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37, № 4. C. 159–170.
16. Рябова С.А., Шалимов С.Л. О геомагнитных вариациях, наблюдаемых на поверхности Земли в диапазоне периодов планетарных волн // Физика Земли. 2021. № 1. C. 51–60. DOI: 10.31857/S0002333721010075.
17. Kohsiek A., Glassmeier K.H., Hirooka T. Periods of planetary waves in geomagnetic variations // Ann. Geophys. 1995. V. 13. P. 168–176. DOI: 10.1007/s00585-995-0168-y.
18. Charney J.G., Drazin P.G. Propagation of planetary-scale disturbances from the lower into the upper atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. V. 66. P. 83–109.
19. Karami K., Braesicke P., Sinnhuber M., Versick S. On the climatological probability of the vertical propagation of stationary planetary waves // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 8447–8460. DOI: 10.5194/acp-16-8447-2016.
20. Zhang Z., Hu X., Xu Q., Cai B., Yang J. Research on 16-day planetary waves in the mid-latitude troposphere, stratosphere, mesosphere, and lower thermosphere with langfang dual-frequency ST-M radar data // Ann. Geophys. 2025. DOI: 10.5194/angeo-2024-27.
21. Salby M.L. Survey of planetary-scale traveling waves: The state of theory and observations // Rev. Geophys. Space Phys. 1984. V. 22. P. 209–236.
22. Riabova S.A., Shalimov S.L. Features of geomagnetic variations in the period range from 12 to 17 days according to the Mikhnevo Observatory // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. DOI: 10.1117/12.2575699.
23. Адушкин В.В., Рябова С.А., Спивак А.А. Геомагнитные эффекты природных и техногенных процессов. М.: ГЕОС, 2021. 264 с.
24. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. М.: Радио и связь, 1985. 312 с.
25. Марпл-младший С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. 265 с.
26. Lomb N.R. Least-squares frequency analysis of unequally spaced data // Astrophys. Space Sci. 1976. V. 39. Р. 447–462.
27. Scargle J.D. Studies in astronomical time series analysis II. Statistical aspects of spectral analysis of unevenly sampled data // Astrophys. J. 1982. V. 263, N 2. P. 835–853.
28. Рябова С.А. Исследование мультифрактральности температуры по данным метеостанции Цугшпитце // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2024. T. 60, № 1. С. 26–32. DOI: 10.31857/S0002351524010038.
29. Шереметьева О.В. Составляющие геомагнитных вариаций с частотами приливных волн // Геомагнетизм и аэрономия. 2011. Т. 51, № 2. С. 224–228.
30. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей: учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1982. 280 с.