Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and AeronomyГеомагнетизм и аэрономия0016-79403034-5022The Russian Academy of Sciences65092010.31857/S0016794024040059RTQVZOArticlesСтатьиResearch ArticleNmF2 variability at different longitudes in mid-latitudes: the role of geomagnetic activityИзменчивость NmF2 на разных долготах средних широт: роль геомагнитной активностиDepuevV. Kh.ДепуевВ. X.
Russian Federation
depuev@izmiran.ruDeminovM. G.ДеминовМ. Г.
Russian Federation
depuev@izmiran.ruDeminovaG. F.ДеминоваГ. Ф.
Russian Federation
depuev@izmiran.ruDepuevaA. Kh.ДепуеваА. Х.
Russian Federation
depuev@izmiran.ruPushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere, and Radio Wave Propagation, Russian Academy of SciencesИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)23082024644ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ50351101022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-7940/article/view/650920

Based on data from mid-latitude ionospheric stations at close corrected geomagnetic latitudes, the properties of the variability in the F2 layer peak density (NmF2) at different longitudes were analyzed during increased (48 > ap(t) > 27) and high (ap(t) > 48) geomagnetic activity, where ap(t) is the weighted average ap-index of this activity. The standard deviation s of Nm fluctuations with respect to the quiet level and the average shift of these fluctuations xave were used as characteristics of this variability. It was found that at all analyzed stations, the variance s2 for increased geomagnetic activity is greater than for quiet conditions but hardly differs from s2 for high geomagnetic activity. For all analyzed cases, the average shift xave < 0, and for high geomagnetic activity, the absolute value of xave is greater than for increased geomagnetic activity. The difference in xave values between the analyzed stations is quite large. One reason for this difference may be related to the dependence of xave on geomagnetic latitudes. Approximations of the geomagnetic field by the tilted dipole (TD), eccentric dipole (ED), or using corrected geomagnetic (CGM) coordinates were used to select these latitudes. It was found that the dependence of xave on ED latitude is more accurate than the dependence of xave on TD latitude and, moreover, the dependence of xave on CGM latitude. Therefore, ED latitudes, and not CGM latitudes, are optimal for accounting for storm effects on the F2 layer peak density at mid-latitudes. This conclusion has apparently been obtained for the first time.

На основе данных среднеширотных ионосферных станций на близких исправленных геомагнитных широтах проведен анализ свойств изменчивости концентрации максимума слоя F2 (NmF2) на разных долготах при повышенной (48 > ap(t) > 27) и высокой (ap(t) > 48) геомагнитной активности, где ap(t) – средневзвешенный ap-индекс этой активности. В качестве характеристик этой изменчивости использованы стандартное отклонение s флуктуаций Nm относительно спокойного уровня и средний сдвиг этих флуктуаций xave. Получено, что на всех анализируемых станциях дисперсия s2 для повышенной геомагнитной активности больше, чем для спокойных условий, но почти не отличается от s2 для высокой геомагнитной активности. Для всех анализируемых случаев средний сдвиг xave < 0, и для высокой геомагнитной активности модуль xave больше, чем для повышенной геомагнитной активности. Разница в значениях xave между анализируемыми станциями достаточно большая. Одна из причин этой разницы может быть связана с зависимостью xave от геомагнитных широт. Для выбора этих широт использованы аппроксимации геомагнитного поля наклонным диполем (TD), эксцентричным диполем (ED) или с помощью исправленных геомагнитных (CGM) координат. Получено, что зависимость xave от ED-широты точнее зависимости xave от TD-широты и, тем более, зависимости xave от CGM-широты. Следовательно, ED-широты, а не CGM-широты, являются оптимальными для учета эффектов бурь в концентрации максимума слоя F2 на средних широтах. Этот вывод получен, по-видимому, впервые.

Аннакулиев С.К., Деминов М.Г., Фельдштейн А.Я., Шубин В.Н. О долготном эффекте в отрицательной фазе ионосферной бури на средних широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 1. С. 75–83. 1997.Деминов М.Г., Фищук Я.А. Об использовании аппроксимации геомагнитного поля эксцентричным диполем в задачах моделирования ионосферы и плазмосферы // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 40. № 3. С. 119–123. 2000.Деминов М.Г., Деминова Г.Ф., Жеребцов Г.А., Полех Н.М. Свойства изменчивости концентрации максимума F2-слоя над Иркутском при разных уровнях солнечной и геомагнитной активности // Солнечно-земная физика. Т. 1. № 1. С. 56–62. 2015. https://doi.org/10.12737/6558Деминов М.Г., Деминова Г.Ф., Депуев В.Х., Депуева А.Х. Свойства изменчивости концентрации максимума F2-слоя над Алма-Атой при разных уровнях солнечной и геомагнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 5. С. 630–637. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794023600308Черниговская М.А., Шпынев Б.Г., Хабитуев Д.С., Ратовский К.Г., Белинская А.Ю., Степанов А.Е., Бычков В.В., Григорьева С.А., Панченко В.А., Мелич Й. Исследование отклика среднеширотной ионосферы Северного полушария на магнитные бури в марте 2012 г. // Солнечно-земная физика. Т. 8. № 4. С. 46–56. 2022. https://doi.org/10.12737/szf-84202204Alken P., Thebault E., Beggan C.D. et al. International geomagnetic reference field: the thirteenth generation // Earth Planets Space. V. 73. № 1. ID 49. 2021. https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-xAltadill D. Time/altitude electron density variability above Ebro, Spain // Adv. Space Res. V. 39. № 5. P. 962–969. 2007. https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.05.031Araujo-Pradere E.A., Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V. STORM: An empirical storm-time ionospheric correction model: 1. Model description // Radio Sci. V. 37. № 5. ID 1070. 2002. https://doi.org/10.1029/2001RS002467Araujo-Pradere E.A., Fuller-Rowell T.J., Codrescu M.V., Bilitza D. Characteristics of the ionospheric variability as a function of season, latitude, local time, and geomagnetic activity // Radio Sci. V. 40. № 5. ID RS5009. 2005. https://doi.org/10.1029/2004RS003179Bilitza D. IRI the international standard for the ionosphere // Adv. Radio Sci. V. 16. P. 1–11. 2018. https://doi.org/10.5194/ars-16-1-2018Buonsanto M.J. Ionospheric storms: a review // Space Sci. Rev. V. 88. № 3–4. P. 563–601. 1999. https://doi.org/10.1023/A:1005107532631Chernigovskaya M.A., Shpynev B.G., Yasyukevich A.S. et al. Longitudinal variations of geomagnetic and ionospheric parameters in the Northern Hemisphere during magnetic storms according to multi-instrument observations // Adv. Space Res. V. 67. № 2. P. 762–776. 2021. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.10.028Danilov A.D., Berbeneva N.A. Statistical analysis of the critical frequency foF2 dependence on various solar activity indices // Adv. Space Res. V. 72. № 6. P. 2351–2361. 2023. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.05.012Deminov M.G., Deminova G.F., Zherebtsov G.A., Polekh N.M. Statistical properties of variability of the quiet ionosphere F2-layer maximum parameters over Irkutsk under low solar activity // Adv. Space Res. V. 51. № 5. P. 702–711. 2013. https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.09.037Forbes J.M., Palo S.E., Zhang X. Variability of the ionosphere // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 62. № 8. P. 685–693. 2000. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(00)00029-8Fotiadis D.N., Kouris S.S. A functional dependence of foF2 variability on latitude // Adv. Space Res. V. 37. № 5. P. 1023–1028. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.02.054Fraser-Smith A.C. Centered and eccentric geomagnetic dipoles and their poles, 1600–1985 // Rev. Geophys. V. 25. № 1. P. 1–16. 1987. https://doi.org/10.1029/RG025i001p00001Gustafsson G., Papitashvili N.E., Papitashvili V.O. A revised corrected geomagnetic coordinate system for epochs 1985 and 1990 // J. Atmos. Terr. Phys. V. 54. № 11–12. P. 1609–1631. 1992. https://doi.org/10.1016/0021-9169(92)90167-JHedin A.E. MSIS-86 thermospheric model // J. Geophys. Res. – Space. V. 92. № 5. P. 4649–4662. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA05p04649Jacchia L.G. Thermospheric temperature, density and composition: New models // SAO Special Report. № 375. 1977.Kilifarska N.A. Longitudinal effects in the ionosphere during geomagnetic storms // Adv. Space Res. V. 8. № 4. P. 23–26. 1988. https://doi.org/10.1016/0273-1177(88)90200-1Koochak Z., Fraser-Smith A. C. An update on the centered and eccentric geomagnetic dipoles and their poles for the years 1980–2015 // Earth and Space Science. V. 4. P. 626–636. 2017. https://doi.org/10.1002/2017EA000280Laštovička J., Burešova D. Relationships between foF2 and various solar activity proxies // Space Weather. V. 21. № 4. ID e2022SW003359. 2023. https://doi.org/10.1029/2022SW003359Lei J., Liu L., Wan W., Zhang S.-R. Variations of electron density based on long-term incoherent scatter radar and ionosonde measurements over Millstone Hill // Radio Sci. V. 40. № 2. ID RS2008 2005. https://doi.org/10.1029/2004RS003106Liu L., Wan W., Ning B., Pirog O.M., Kurkin V.I. Solar activity variations of the ionospheric peak electron density // J. Geophys. Res. – Space. V. 111. № 8. ID A08304. 2006. https://doi.org/10.1029/2006JA011598Ma R., Xu J., Wang W., Yuan W. Seasonal and latitudinal differences of the saturation effect between ionospheric NmF2 and solar activity indices // J. Geophys. Res. – Space. V. 114. № 10. ID A10303. 2009. https://doi.org/10.1029/2009JA014353Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. – Space. V. 107. № 12. ID 1468. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009430Pirog O., Deminov M., Deminova G., Zherebtsov G., Polekh N. Peculiarities of the nighttime winter foF2 increase over Irkutsk // Adv. Space Res. V. 47. № 6. P. 921–929. 2011. https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.11.015Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V. Diurnal, seasonal and solar activity pattern of ionospheric variability from Irkutsk Digisonde data // Adv. Space Res. V. 55. № 8. P. 2041–2047. 2015. https://doi.org/10.1016/j.asr.2014.08.001Ratovsky K.G., Medvedeva I.V. Local empirical model of ionospheric variability // Adv. Space Res. V. 71. № 5. P. 2299–2306. 2023. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.10.065Richards P.G., Fennelly J.A., Torr D.G. EUVAC: A solar EUV flux model for aeronomic calculations // J. Geophys. Res. – Space. V. 99. № 5. P. 8981–8992. 1994. https://doi.org/10.1029/94JA00518Richards P.G., Woods T.N., Peterson W.K. HEUVAC: A new high resolution solar EUV proxy model //Adv. Space Res. V. 37. № 2. P. 315–322. 2006. https://doi.org/10.1016/j.asr.2005.06.031Rishbeth H., Mendillo M. Patterns of F2-layer variability // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 63. № 15. P. 1661–1680. 2001. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(01)00036-0Shpynev B.G., Zolotukhina N.A., Polekh N.M. et al. The ionosphere response to severe geomagnetic storm in March 2015 on the base of the data from Eurasian high-middle latitudes ionosonde chain // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 180. P. 93–105. 2018. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.014Taylor J.R. An introduction to error analysis. Mill Valley, CA: Univer. Sci. Books, 270 p. 1982.Wrenn G.L. Time-weighted accumulations ap(t) and Kp(t) // J. Geophys. Res. – Space. V. 92. № 9. P. 10125–10129. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA09p10125Wrenn G.L., Rodger A.S. Geomagnetic modification of the mid-latitude ionosphere - Toward a strategy for the improved forecasting of foF2 // Radio Sci. V. 24. № 1. P. 99–111. 1989. https://doi.org/10.1029/RS024i001p00099Zhang S.-R., Holt J.M. Ionospheric climatology and variability from long-term and multiple incoherent scatter radar observations: variability // Ann. Geophys. V. 26. № 6. P. 1525–1537. 2008. https://doi.org/10.5194/angeo-26-1525-2008