Том 64, № 3 (2024)

Исследованы геофизические процессы в области дневного полярного каспа 22 декабря 2003 г. при северной ориентации межпланетного магнитного поля (ММП), сравнительно высокой скорости и небольшой плотности солнечного ветра с использованием наземных оптических наблюдений на арх. Шпицберген и данных спутника DMSP F16. Сопоставление спутниковых и наземных наблюдений показывает, что мягкие электронные высыпания в области каспа определяют область аврорального свечения в эмиссии (OI) 630.0 нм. Особенность рассмотренного события состоит в наблюдении яркой лучистой дуги сияния, окаймляющей дневной касп с его полярного края. Проведен анализ результатов наблюдений низколетящего спутника DMSP F16 при пересечении лучистой дуги. Предложены объяснения наблюдаемых явлений, основанные на анализе изменений спектров высыпающихся электронов и формировании продольного пучка электронов продольным электрическим полем.

Представлены результаты поиска долговременных трендов критической частоты слоя F2, foF2, на основании наблюдения методом вертикального зондирования на трех станциях Северного полушария (Juliusruh, Boulder и Moscow) и трех станциях Южного полушария (Townsville, Hobart и Canberra). Использовался метод, разработанный и неоднократно описанный авторами ранее. Анализировались данные для двух зимних месяцев (январь и февраль в Северном полушарии и июнь и июль в Южном) и для пяти околополуденных моментов местного времени. Для устранения эффектов солнечной активности использовались три индекса солнечной активности (F30, Ly-α и MgII). Для всех рассмотренных ситуаций (станция, месяц, момент LT, индекс солнечной активности) получены отрицательные тренды. Они хорошо согласуются друг с другом как при сравнении между собой отдельно станций Северного и Южного полушарий, так и при сравнении станций обоих полушарий.

Проанализированы полученные методом низкоорбитальной спутниковой радиотомографии результаты измерений пространственной структуры искусственно созданных вариаций концентрации электронов на высотах верхней и внешней ионосферы Земли, возбуждаемых при модификации F2-слоя среднеширотной ионосферы мощными радиоволнами КВ-диапазона О-поляризации, излучаемыми нагревным стендом СУРА. Рассматриваются характеристики полости с уменьшенной концентрацией плазмы, образующейся на высотах вблизи высоты отражения мощной радиоволны, дактов с увеличенной концентрацией плазмы, формирующихся на высотах внешней ионосферы за счет вытеснения плазмы из области сильного ее разогрева вдоль геомагнитного поля, различных волновых возмущений, индуцируемых на ионосферных высотах. Кроме того, исследованы свойства обнаруженных возмущений плотности плазмы особой природы, регистрируемых в вертикальном столбе над центральной частью возмущенной области ионосферы. Размеры исследуемых неоднородностей составляют от нескольких десятков до нескольких сотен километров, при этом область их регистрации выходит далеко за пределы области резонансного взаимодействия мощной радиоволны О-поляризации с ионосферной плазмой вблизи высоты ее отражения, где возбуждается наиболее интенсивная искусственная ионосферная турбулентность.

Выполнено исследование межсуточных вариаций статистических характеристик электронной концентрации NmE максимума слоя E ионосферы для каждого месяца года в геомагнито-спокойных условиях при низкой и средней солнечной активности по данным часовых измерений критической частоты слоя E ионосферы наземным ионозондом Dourbes с 1957 по 2023 г. В работе вычислялись математическое ожидание NmE_E, наиболее вероятное NmE_MP, арифметически средняя месячная медиана NmE_MED, стандартные отклонения s_E, s_MP и s_MED величины NmE от NmE_E, NmE_MP и NmE_MED и коэффициенты вариаций CV_E, CV_MP и CV_MED значения NmE относительно NmE_E, NmE_MP и NmE_MED соответственно. Показано, что NmE_E обеспечивает наилучшее описание множества измерений NmE единственным статистическим параметром за счет меньшей межсуточной изменчивости NmE в сравнении с NmE_MP или NmE_MED. Впервые доказано, что переход от низкой к средней солнечной активности приводит к существенным изменениям межсуточной изменчивости NmE с наибольшей продолжительностью периодов увеличения и уменьшения исследуемой изменчивости в марте и декабре соответственно.

В работе исследуются возможности использования методов классификации данных при прогнозировании временного ряда геомагнитного Kp-индекса методами машинного обучения. Для классификации категорий Kp-индекса по степени возмущения используются линейная и логистическая регрессия, случайный лес, градиентный бустинг поверх деревьев решений и искусственные нейронные сети различных архитектур. Результаты работы данных методов сравниваются с тривиальным инерционным прогнозом (статистические показатели которого на задачах такого типа всегда высокие) на горизонтах от трех часов до суток с шагом в 3 часа. Исследуются вопрос выбора схемы кросс-валидации для подбора гиперпараметров моделей, способы преодоления несбалансированности категорий, относительная существенность входных признаков, а также зависимость результатов на тестовой выборке (начало 25 цикла солнечной активности) от включения в обучающую выборку данных 23 и 24 либо только 24 цикла. По результатам работы делаются выводы о предпочтительных методах классификации значений индекса Kp по уровню геомагнитного возмущения. Намечены пути дальнейших исследований и возможного улучшения качества классификации, в том числе для решения задачи определения характерных скрытых состояний магнитосферы Земли как динамической системы с целью улучшения качества прогнозирования геомагнитных индексов.