Возмущение электрического поля в D-области ионосферы при повышении эманации радона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

При эманации радона увеличивается проводимость в приземном слое воздуха, что вызывает изменение электрического поля не только в нижней части атмосферы, но и в ионосфере. Известны предложения об использовании таких ионосферных возмущений в качестве предвестников землетрясений. В работе рассчитаны ионосферные электрические поля в рамках квазистационарной модели атмосферного проводника, включающего ионосферу. Ранее нами было показано, что даже при экстремальной эманации радона возмущения электрического поля в E- и F-областях ионосферы получаются на несколько порядков меньше, чем предполагаемые предвестники землетрясений и чем обычно существующие там поля, создаваемые другими генераторами. В настоящей работе мы акцентируем внимание на D-области. В вертикальной компоненте напряженности электрического поля основным в D-области является вклад поля хорошей погоды. Показано, что в D-области вертикальная компонента электрического поля над районом интенсивной эманации радона может увеличиваться вдвое по сравнению с полем хорошей погоды. Построена детальная пространственная картина возмущений электрических полей и токов в атмосфере и в ионосфере над областью эманации радона.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Денисенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Красноярск

Н. В. Бахметьева

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: nv_bakhm@nirfi.unn.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Бахметьева Н.В., Бубукина В.Н., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е., Комраков Г.П. Реакция нижней ионосферы на частные солнечные затмения 1 августа 2008 г. и 20 марта 2015 г. по наблюдениям рассеяния радиоволн естественными и искусственными неоднородностями ионосферной плазмы // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 59. № 10. С. 873−886. 2016.
  2. Бахметьева Н.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е., Комраков Г.П. Нижняя ионосфера Земли во время частных солнечных затмений по наблюдениям вблизи Нижнего Новгорода // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 1. С. 64−78. 2017. https://doi.org/10.7868/S0016794017010023
  3. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А. Исследование сумеречной D-области ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей // Изв. вузов. Радиофизика. Т. 45. № 6. С. 502−508. 2002.
  4. Беликович В.В., Бенедиктов Е.А., Толмачёва А.В., Бахметьева Н.В. Исследование ионосферы с помощью искусственных периодических неоднородностей. Н. Новгород: Изд-во ИПФ РАН, 156 с. 1999.
  5. Беликович В.В., Вяхирев В.Д., Калинина Е.Е. Исследование ионосферы методом частичных отражений // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 2. С. 189−194. 2004.
  6. Денисенко В.В., Помозов Е.В. Расчет глобальных электрических полей в земной атмосфере // Вычислительные технологии. Т. 15. № 5. С. 34−50. 2010.
  7. Денисенко В.В., Райкрофт М.Дж., Харрисон Р.Дж. Математическая модель глобального ионосферного электрического поля, создаваемого грозами // Изв. РАН. Сер. физическая. Т. 87. № 1. С. 141−147. 2023. https://doi.org/10.31857/S0367676522700260
  8. Криволуцкий А.А., Вьюшкова Т.Ю., Черепанова Л.А., Куколева А.А., Репнев А.И., Банин М.В. Трехмерная глобальная фотохимическая модель CHARM. Учет вклада солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 55. № 1. С. 64−93. 2015. https://doi.org/10.7868/s0016794015010071
  9. Мареев Е.А. Достижения и перспективы исследований глобальной электрической цепи // УФН. Т. 180. № 5. С. 527–534. 2010. https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201005h.0527
  10. Сурков В.В., Пилипенко В.А., Силина А.С. Могут ли радиоактивные эманации в сейсмоактивном регионе воздействовать на атмосферное электричество и ионосферу? // Физика Земли. № 3. С. 3−11. 2022. https://doi.org/10.31857/5000233372?930097
  11. Фаткуллин М.Н., Зеленова Т.И., Козлов В.К., Легенька А.Д., Соболева Т.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука, 256 с. 1981.
  12. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang X. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions // Space Weather. V. 15. N 2. P. 418–429. 2017. https://doi.org/10.1002/2016SW001593
  13. Denisenko V.V., Biernat H.K., Mezentsev A.V., Shaidurov V.A., Zamay S.S. Modification of conductivity due to acceleration of the ionospheric medium // Ann. Geophys. V. 26. N 8. P. 2111−2130. 2008. https://doi.org/10.5194/angeo-26-2111-2008
  14. Denisenko V.V., Rozanov E.V., Belyuchenko K.V., Bessarab F.S., Golubenko K.S., Klimenko M.V. Simulation of the ionospheric electric field perturbation associated with an increase in radon emanation / Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference / Eds. O.P.Borchevkina, M.G.Golubkov, I.V.Karpov. Kaliningrad: Algomat, P. 117−121. 2023.
  15. Denisenko V.V., Rycroft M.J. WWLLN data used to model the global ionospheric electric field generated by thunderstorms // Ann. Geophys. − Italy. V. 65. N 5. ID PA536. 2022. https://doi.org/10.4401/ag-8821
  16. Denisenko V.V., Rycroft M.J. Seasonal dependence of the equatorial electrojets generated by thunderstorms // Adv. Space Res. V. 73. N 7. P. 3464−3471. 2023. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.08.017
  17. Denisenko V.V., Rycroft M.J., Harrison R.G. Mathematical simulation of the ionospheric electric field as a part of the global electric circuit // Surv. Geophys. V. 40. N 1. P. 1−35. 2019. https://doi.org/10.1007/s10712-018-9499-6
  18. Denisenko V.V., Zamay S.S. Electric field in the equatorial ionosphere // Planet. Space Sci. V. 40. N 7. P. 941−952. 1992. https://doi.org/10.1016/0032-0633(92)90134-A
  19. Golubenko K., Rozanov E., Mironova I., Karagodin A., Usoskin I. Natural sources of ionization and their impact on atmospheric electricity // Geophys. Res. Let. V. 47. N 12. ID e2020GL088619. 2020. https://doi.org/10.1029/2020GL088619
  20. Harrison R.G., Aplin K.L., Rycroft M.J. Atmospheric electricity coupling between earthquake regions and the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 72. N 5−6. P. 376−381. 2010. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.12.004
  21. Hedin A.E. Extension of the MSIS thermospheric model into the middle and lower atmosphere // J. Geophys. Res. – Space. V. 96. N 2. P. 1159−1165. 1991. https://doi.org/10.1029/90JA02125
  22. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Zakharenkova I.E., Pulinets S.A., Zhao B., Tsidilina M.N. Formation mechanism of great positive TEC disturbances prior to Wenchuan earthquake on May 12, 2008 // Adv. Space Res. V. 48. N 3. P. 488−499. 2011. https://doi.org/10.1016/j.asr.2011.03.040
  23. Krider E.P., Roble R.G., et al. The Earth’s electrical environment. Washington, DC: The National Academies Press. 279 p. 1986. https://doi.org/10.17226/898
  24. Molchanov O., Hayakawa M. Seismo-electromagnetics and related phenomena: history and latest results. Tokyo: TERRAPUB. 189 p. 2008.
  25. Nesterov S.A., Denisenko V.V. The influence of the magnetic field on the quasistationary electric field penetration from the ground to the ionosphere // J. Phys. Conf. Ser. V. 1715. ID 012020. 2021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1715/1/012020
  26. Pulinets S., Ouzounov D., Karelin A., Boyarchuk K. Earthquake precursors in the atmosphere and ionosphere. New Concepts. Dordrecht: Springer Nature. 294 p. 2022. https://doi.org/10.1007/978-94-024-2172-9
  27. Siingh D., Singh R.P., Kamra A.K., Gupta P.N., Singh R., Gopalakrishnan V., Singh A.K. Review of electromagnetic coupling between the Earth’s atmosphere and the space environment // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 67. N 6. P. 637–658. 2005. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.09.006
  28. Thebault E., Finlay C.C., Beggan C.D., et al. International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation // Earth Planets Space. V. 67. N 1. ID 79. 2015. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0228-9
  29. Xu T., Hu Y., Wu J., Wu Z., Li C., Xu Z., Suo Y. Anomalous enhancement of electric field derived from ionosonde data before the great Wenchuan earthquake // Adv. Space Res. V. 47. N 6. P. 1001−1005. 2011. https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.11.006

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Высотные профили компонент тензора проводимости в полдень весеннего равноденствия над Камчаткой при высокой солнечной активности (индекс F10.7 = 130).

Скачать (124KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение потенциала и линии тока (штриховые линии) в вертикальной полуплоскости y = 0, x > 0 в атмосфере над областью эманации радона. Значения потенциала указаны около основных эквипотенциалей (жирные линии).

Скачать (157KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вертикальные компоненты плотности тока на двух высотах (штриховые линии) и напряженности электрического поля над землей (сплошная кривая).

Скачать (71KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вызванное эманацией радона возмущение потенциала δV. Жирные линии – эквипотенциали δV с одинаковым шагом в логарифмической шкале с указанными значениями потенциала. Выше 85 км построены дополнительные эквипотенциали с шагом 0.02 мВ (тонкие линии). Линии тока δj, дополнительного по отношению к току хорошей погоды, показаны штриховыми линиями с интервалом 5 км × 2 пА/м2 на высоте 10 км.

Скачать (269KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Линии тока для δj. Жирные линии − проекции на горизонтальную плоскость линий тока, начинающихся на высоте 50 км. Тонкие линии − сечения трубки тока горизонтальными плоскостями, находящимися на высотах от 70 до 150 км.

Скачать (127KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Высотный ход компонент напряженности электрического поля. Сплошная кривая − возмущение за счет эманации радона δEy ≈ δEx, штриховая линия − возмущение δE||, точки − продольная компонента поля хорошей погоды E0||.

Скачать (75KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024