Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and AeronomyГеомагнетизм и аэрономия0016-79403034-5022The Russian Academy of Sciences65092110.31857/S0016794024040069RTQHJHArticlesСтатьиResearch ArticleVerification of the empirical model of ionization of the lower ionosphere during solar flares of different classesВерификация эмпирической модели ионизации нижней ионосферы во время солнечных вспышек различного классаRyakhovskyI. A.РяховскийИ. А.
Russian Federation
ryakhovskiy88@yandex.ruPokladY. V.ПокладЮ. В.
Russian Federation
poklad@mail.ruGavrilovB. G.ГавриловБ. Г.
Russian Federation
boris.gavrilov34@gmail.comSadovsky Institute of Geospheres Dynamics, Russian Academy of SciencesИнститут динамики геосфер им. акад. М.А. Садовского РАН (ИДГ РАН)23082024644ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ51251801022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-7940/article/view/650921

Using the results of measurements of VLF signal parameters propagating in the Earth-D-region of the ionosphere waveguide to assess changes in the state of the lower ionosphere as a result of the impact of X-ray radiation of solar flares, allows us to obtain qualitative data on the nature and magnitude of the impact. Obtaining accurate data on the relationship between changes in electron concentration and flare parameters and reliable prediction of the conditions of propagation of LF radio signals in conditions of strong geophysical disturbances is complicated by the lack of complete information on the frequency spectrum of X-ray radiation at a particular flare and data on the ionization rate of the ionosphere at flares of different classes. The technique of determining the X-ray spectrum in a wide range of wavelengths and calculating the ionization coefficients of the lower ionosphere as a function of the ionizing radiation parameters of flares, presented in [Ryakhovsky et al., 2023], makes it possible to improve the accuracy of estimates of variations in the parameters of the lower ionosphere. The present paper is devoted to verifying the performance of the developed empirical model of the lower ionization of the lower ionosphere at the solar flare front and comparing the results obtained with experimental data on the variation of VLF radio parameters.

Использование результатов измерений параметров ОНЧ-сигналов, распространяющихся в волноводе Земля – D-область ионосферы, для оценки изменений состояния нижней ионосферы в результате воздействия рентгеновского излучения солнечных вспышек позволяет получить качественные данные о характере и величине воздействия. Получение точных данных о связи изменений электронной концентрации с параметрами вспышки и надежное прогнозирование условий распространения НЧ-радиоизлучения в условиях сильных геофизических возмущений затрудняется отсутствием полной информации о частотном спектре рентгеновского излучения при конкретной вспышке и данных о скорости ионизации ионосферы при вспышках различных классов. Предложенная авторами ранее методика определения рентгеновского спектра в широком диапазоне длин волн и расчета коэффициентов ионизации нижней ионосферы в зависимости от параметров ионизирующего излучения вспышек позволяет повысить точность оценок вариаций параметров нижней ионосферы. Настоящая статья посвящена проверке работоспособности разработанной эмпирической модели ионизации нижней ионосферы на фронте солнечных вспышек и сравнению полученных результатов с экспериментальными данными по изменению параметров ОНЧ-радиосигналов.

lower ionosphereVLF radiationsolar flaresX-ray radiationнижняя ионосфераОНЧ-излучениесолнечные вспышкирентгеновское излучениеРоссийский Научный ФондRussian Science Foundation22-77-00051Министерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-03-2022-330Гаврилов Б.Г., Ряховский И.А., Поклад Ю.В. Воздействие солнечного рентгеновского излучения и протонных высыпаний на амплитуду ОНЧ сигналов // Динамические процессы в геосферах. Т. 15. № 2. С. 81−88. 2023. https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_2_81Корсунская Ю.А Эвристическая модель для восстановления рентгеновской части солнечного спектра по спутниковым данным в интересах геофизических приложений // Солнечно-земная физика. Т. 5. № 3. С. 89−101. 2019. https://doi.org/10/12737/szf-53201909Ряховский И.А., Поклад Ю.В., Гаврилов Б.Г. Оценка ионизации нижней ионосферы во время солнечных вспышек Х-класса по данным ОНЧ-наблюдений // Геомагнетизм и аэрономия. T. 63. № 4. С. 422−428. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794022600648Bekker S.Z., Ryakhovsky I.A., Korsunskaya J.A. Modeling of the lower ionosphere during solar X-ray flares of different classes // J. Geophys. Res. − Space. V.126. e2020JA028767. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JA028767Bekker S.Z., Korsunskaya J.A. Influence of the neutral atmosphere model on the correctness of simulation the electron and ion concentrations in the lower ionosphere // J. Geophys. Res. − Space. 128 (12). e2023JA032007. 2023.https://doi.org/10.1029/2020JA028767Bekker S.Z., Kozlov S.I., Kudryavcev V.P. Comparison and verification of the different schemes for the ionization-recombination cycle of the ionospheric D-region. // J. Geophys. Res. − Space. 27 (10). e2022JA030579. 2022.https://doi.org/10.1029/2022JA030579Cummer S.A., Inan U.S., Bell T.F. Ionospheric D region remote sensing using VLF radio atmospherics // Radio Sci. V. 33. № 6. P. 1781−1792. 1998. https://doi.org/10.1029/98RS02381Ferguson J. A. Ionospheric model validation at VLF and LF // Radio Sci. V. 30. № 3. 775−782. 1995. https://doi.org/10.1029/94RS03190Gavrilov B.G., Ermak V.M., Poklad Y.V., Ryakhovskii I.A. Estimate of variations in the parameters of the midlatitude lower ionosphere caused by the solar flare of September 10. 2017 // Geomagn. Aeronomy. V. 59. № 5. P. 587−592. 2019. https://doi.org/10.1134/S0016793219050049Gavrilov B.G., Poklad Y.V., Ryakhovsky I.A., Ermak V.M. Dependence of D-region perturbations of the midlatitude ionosphere on the spectral composition of the X-ray radiation of solar flares according to experimental data // Geomagn. Aeronomy. V. 62. № 1. P. 98−103. 2022. https://doi.org/10.1134/S0016793222020086Hayes L.A., O’Hara O.S.D., Murray S.A., Gallagher P.T. Solar flare effects on the earth’s lower ionosphere // Solar Phys. V. 296. № 11. 2021. https://doi.org/10.1007/s11207-021-01898-yLevine E.V., Sultan P.J., Teig L.J. A parameterized model of X-ray solar flare effects on the lower ionosphere and HF propagation // Radio Sci. V. 54. № 2. P. 168−180. 2019. https://doi.org/10.1029/2018RS006666Palit S., Basak T., Mondal S. K., Pal S., Chakrabarti S.K. Modeling of very low frequency (VLF) radio wave signal profile due to solar flares using the GEANT4 Monte Carlo simulation coupled with ionospheric chemistry // Atmos. Chem. Phys. V. 13. № 18. P. 9159–9168. 2013. https://doi.org/10.5194/acp-13-9159-2013.Singh A.K., Singh A.K., Singh R., Singh R.P. Solar flare induced region ionospheric perturbations evaluated from VLF measurements // Astrophys. Space Sci. V. 350. № 1. P. 1–9. 2013. https://doi.org/10.1007/s10509-013-1699-4Thomson N.R. Daytime tropical D region parameters from short path VLF phase and amplitude // J. Geophys. Res.− Space. 115. № A9. 2010. https://doi.org/10.1029/2010JA015355Thomson N.R., Rodger C.J., Clilverd M.A. Daytime D region parameters from long-path VLF phase and amplitude // J. Geophys. Res −Space. V.116. № A11. 2011. https://doi.org/10.1029/2011JA016910.Xu W., Marshall R.A., Bortnik J., Bonnell J.W. An electron density model of the D- and E-region ionosphere for transionospheric VLF propagation. // J. Geophys. Res. − Space. V. 126. № 7. e2021JA029288. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029288