Влияния различных явлений космической погоды и метеорологических возмущений на изменчивость верхней атмосферы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-17-00208

НазваниеВлияния различных явлений космической погоды и метеорологических возмущений на изменчивость верхней атмосферы

Руководитель Клименко Максим Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-606 - Верхняя и средняя атмосфера

Ключевые слова Численные модели, ионосфера, термосфера, озоновый слой, внезапное стратосферное потепление, солнечная радиация, геомагнитные возмущения, высокоэнергичные частицы, циркуляция атмосферы, атмосферная химия, космическая погода, атмосферно-ионосферное взаимодействие, глобальная электрическая цепь

Код ГРНТИ37.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изучение динамики верхней и средней атмосферы, в том числе озонового слоя является актуальным направлением в геофизике, имеющим большое прикладное значение. Современные эмпирические модели средней и верхней атмосферы, которые нередко используются для решения различных прикладных задач, воспроизводят только некоторое среднее климатическое состояние среды и не подходят для исследования возмущений, связанных с различными явлениями космической погоды. В рамках проекта предполагается провести исследование взаимосвязанных процессов в системе атмосфера-ионосфера в периоды кратковременных, но очень интенсивных солнечных, магнитосферных и атмосферных возмущений. Солнечные вспышки и солнечные протонные события чаще всего предшествуют геомагнитным суббурям и бурям, а в периоды повышенной активности Солнца эти события могут наблюдаться вместе с геомагнитными бурями. Для таких событий бывает сложно выделить роль каждого из возмущающих факторов, используя лишь данные наблюдений. Запланированные в проекте численные эксперименты с применением модели всей атмосферы EAGLE, созданной ранее исполнителями проекта, позволят разделить эффекты от этих явлений. В ходе реализации данного проекта будут смоделированы события, включающие возмущения различных составляющих системы Солнце-Земля. Например, будут рассмотрены: 1) эффекты внезапного стратосферного потепления в период значительного изменения солнечной активности (январь 2013 года); 2) эффекты геомагнитной бури во время внезапного стратосферного потепления (январь 2006 года); 3) солнечная вспышка и солнечное протонное событие в период геомагнитной бури (сентябрь 2017 года). Проект также направлен на изучение влияния и связи (возможно косвенной) процессов в нижней термосфере и ионосфере на изменчивость стратосферного озона. Результаты недавних исследований показали, что существенное влияние на поведение озонового слоя оказывают энергичные электроны и протоны магнитосферного происхождения. Эти частицы в нижней полярной термосфере производят окислы азота, которые способны проникать в стратосферу воздействуя на озоновый слой. Однако в проведенных до сих пор исследованиях влияние энергичных электронов на озоновый слой использовались эмпирические модели производства окислов азота, которые не учитывают всех механизмов, вовлеченных в этот процесс. В рамках проекта эта задача будет решаться с применением модели всей атмосферы (EAGLE), которая позволит исследовать все аспекты как влияния термосферных процессов на стратосферу и озоновый слой, так и обратного влияния стратосферы на термосферу и ионосферу. Актуальность подобного проекта отмечена в четырехлетнем плане по координации деятельности Всемирной Метеорологической Организации (ВМО) в области космической погоды, который указывает на необходимость учета взаимодействия между процессами, происходящими в ближнем космосе и в нижней атмосфере, и призывает обратить внимание на разработку моделей, включающих атмосферу от поверхности Земли до верхней границы термосферы. Актуальность проекта также следует из плана по исследованию влияния космической погоды на земную атмосферу и ионосферу принятого научным комитетом по исследованию солнечно-земной физики (SCOSTEP) и подготовкой анализа состояния озонового слоя Всемирной Метеорологической Организацией (WMO). Новизна предлагаемого проекта состоит в использовании уникальных моделей, имеющих всего несколько аналогов в мире и решении новых проблем, связанных с изменчивостью и взаимодействиями в атмосфере от поверхности Земли до ближнего космоса. Новая модель EAGLE не имеет аналогов в России и Европе, а с учетом планируемого нами объединения ее с моделью глобальной электрической цепи эта модель не будет иметь аналогов в мире. Существующая и модифированная версии модели EAGLE позволят по-новому взглянуть на проблемы и движущие силы вариативности ионосферы, а также проблемы вертикальной связности процессов в системе атмосфера-ионосфера. В рамках проекта впервые будет предпринята попытка оценить роль изменчивости системы атмосфера-ионосфера на глобальную электрическую цепь, а также сравнить влияние атмосферного электричества и динамики средней атмосферы на изменчивость ионосферы. В рамках проекта планируется осуществить учет в модели EAGLE метеорологических возмущений, что требует использования дополнительных динамических и тепловых источников, которые должны основываться на пространственно-временном осреднении потоков акустических и внутренних гравитационных волн. Для расчета потоков этих волн будет использована мелкомасштабная нелинейная негидростатическая региональная модель нейтральной атмосферы.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Борчевкина О.П., Курдяева Ю.А., Дьяков Ю.А., Карпов И.В., Голубков Г.В., Ванг П.К., Голубков М.Г. Disturbances of the Thermosphere and the Ionosphere during a Meteorological Storm MDPI Atmosphere, Том 12, Стр. 1384. (год публикации - 2021)
10.3390/atmos12111384

2. Клименко М.В., Клименко В.В., Бессараб Ф.С., Тимченко А.В., Миронова И.А., Розанов Е.В. О ВОЗМОЖНЫХ ПРИЧИНАХ ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО ВОЗМУЩЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ В ПЕРИОД СЛОЖНОГО ГЕЛИО-ГЕОФИЗИЧЕСКОГО СОБЫТИЯ В СЕНТЯБРЕ 2017 ГОДА Космические Исследования, Т. 59, № 6, С. 483–488 (год публикации - 2021)
10.31857/S0023420621060042

3. Клименко М.В., Ратовский К.Г., Клименко В.В., Бессараб Ф.С., Суходолов Т.В., Розанов Е.В. Влияние атмосферы на вариативность электронной концентрации в ионосфере в январе 2009 года Химическая Физика, Т. 40. № 10. С. 85-90 (год публикации - 2021)
10.31857/S0207401X21100083

4. Клименко М.В., Бессараб Ф.С., Клименко В.В., Ратовский К.Г., Суходолов Т.В., Розанов Е.В. РОЛЬ АТМОСФЕРНО-ИОНОСФЕРНЫХ СВЯЗЕЙ В ФОРМИРОВАНИИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИОНОСФЕРЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ МОДЕЛИ EAGLE Труды XXVII Всероссийской открытой научной конференции РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, Часть 1, С. 51-56 (год публикации - 2021)

5. Курдяева Ю.А., Кшевецкий С.П., Борчевкина О.П., Карпов М.И. Ветровые эффекты в термосфере при распространении атмосферных волн, генерируемых тепловым тропосферным источником Геомагнетизм и аэрономия, Т. 62, № 4, С. 537-544 (год публикации - 2022)
10.31857/S0016794022040113

6. Тимченко А.В., Бессараб Ф.С., Клименко М.В., Радиевский А.В., Клименко В.В. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ИОНОСФЕРНЫХ КАРТПОЛНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ В МАРТЕ 2015 г. ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, том 62, № 3, с. 345–354 (год публикации - 2022)
10.31857/S0016794022030191

7. Белюченко К.В., Клименко М.В., Клименко В.В., Ратовский К.Г. СВЯЗЬ ВОЗМУЩЕНИЙ ПОЛНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ С AE ИНДЕКСОМ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ ВО ВРЕМЯ ГЕОМАГНИТНОЙ БУРИ В МАРТЕ 2015 г. Солнечно-земная физика, Т. 8, № 3, С. 41-48 (год публикации - 2022)
10.12737/szf-83202206

8. Кшевецкий С.П., Курдяева Ю.А., Куличков С.Н. Исследование особенностей распространения атмосферных волн, генерируемых тропосферными источниками и вариациями приземного давления Известия Российской Академии Наук. Физика Атмосферы И Океана, Т. 58, № 1, С. 37-51 (год публикации - 2022)
10.31857/S0002351522010060

9. Тимченко А.В., Бессараб Ф.С., Денисенко В.В. CORRELATION OF TOTAL ELECTRON CONTENT VARIATIONS AT MAGNETICALLY CONJUGATED POINTS "Physics of Auroral Phenomena", Proc. XLV Annual Seminar, Proc. XLV Annual Seminar, Apatity, pp. 24-27 (год публикации - 2022)
10.51981/2588-0039.2021.44.030

10. Тимченко А.В., Павлов И.А., Падохин А.М., Бессараб Ф.С. Сравнение двух подходов к адаптивному моделированию ионосферы по данным радиопросвечивания сигналами низкоорбитальных спутниковых радиомаяков Труды БШФФ-2022, БШФФ-2022. С. 303–306 (год публикации - 2022)

11. Ратовский К.Г., Клименко М.В., Дмитриев А.В., Медведева И.В. Relation of Extreme Ionospheric Events with Geomagnetic and Meteorological Activity Atmosphere, V. 13, P. 146 (год публикации - 2022)
10.3390/atmos13010146

12. Клименко В.В., Денисенко В.В., Клименко М.В. ПРЕДПОСЫЛКИ К МОДИФИКАЦИИ БЛОКА РАСЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА В ИОНОСФЕРЕ В МОДЕЛИ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ (ГСМ ТИП) ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, том 41, № 10, с. 1–7 (год публикации - 2022)

13. Клименко М.В., Клименко В.В., Ясюкевич А.С., Ратовский К.Г. МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЫСОТЫ НИЖНЕГО ПРЕДЕЛА ИНТЕГРИРОВАНИЯ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ОТНОШЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА И МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА, n(O)/n(N2), ПО МЕТОДИКЕ НАБЛЮДЕНИЙ TIMED GUVI ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА, том 41, № 5, с. 1–6 (год публикации - 2022)

14. Клименко М.В., Клименко В.В., Суходолов Т.В., Бессараб Ф.С., Ратовский К.Г., Розанов Е.В. Role of internal atmospheric variability in the estimation of ionospheric response to solar and magnetospheric proton precipitation in January 2005 Advances in Space Research, V. 71, I. 11, P. 4576–4586 (год публикации - 2023)

15. Бессараб Ф.С., Борчевкина О.П., Карпов И.В., Клименко В.В., Клименко М.В., Яковчук О.С., ВиссингДж.М., Розанов Е.В. Energetic Particle Precipitation Influence on Tidal Variations of Thermosphere Parameters in September 2017 Atmosphere, V. 14, I. 5, P. 829 (год публикации - 2023)
10.3390/atmos14050829

16. Денисенко В.В., Райкрофт М.Дж., Харрисон Р.Дж. Mathematical model of the global ionospheric electric field generated by thunderstorms Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, V. 87, № 1, P. 118-123 (год публикации - 2023)
10.3103/S1062873822700277

17. Денисенко В.В., Розанов Е.В., Белюченко К.В., Бессараб Ф.С., Голубенко К.С., Клименко М.В., Клименко В.В. Simulation of the ionospheric electric field perturbation associated with an increase in radon emanation Atmosphere, ionosphere, safety / edited by O.P. Borchevkina, M.G. Golubkov and I.V. Karpov. - Kaliningrad, 2023, В сборнике: Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference. Eds. O.P. Borchevkina, M.G. Golubkov and I.V. Karpov. Kaliningrad, 2023. P. 117-121. (год публикации - 2023)

18. Клименко М.В., Клименко В.В., Денисенко В.В., Розанов Е.В. Role of atmosphere-ionosphere coupling on ionospheric electric field Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference, В сборнике: Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference. Eds. O.P. Borchevkina, M.G. Golubkov and I.V. Karpov. Kaliningrad, 2023. P. 106-109. (год публикации - 2023)

19. Белюченко К.В., Клименко М.В., Клименко В.В., Ратовский К.Г. Моделирование UT-эффекта зонально-усредненных возмущений параметров верхней атмосферы на примере геомагнитной бури в марте 2015 Известия Российской академии наук. Серия физическая, том 88, № 3 (год публикации - 2024)

20. Курдяева Ю.А., Борчевкина О.П., Карпов И.В.,Голикова Е.В. Disturbances in the upper atmosphere during the meteorological storm in the Moscow region on May 2017 Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference, В сборнике: Atmosphere, Ionosphere, Safety. Proceedings of VIII International Conference. Eds. O.P. Borchevkina, M.G. Golubkov and I.V. Karpov. Kaliningrad, 2023. P. 138-142. (год публикации - 2023)
10.59043/9785604204474_138

21. Курдяева Ю.А., Борчевкина О.П., Голикова Е.В., Карпов И.В. Влияние метеорологического шторма в московском регионе в мае 2017 года на вариации параметров верхней атмосферы Известия Российской академии наук. Серия физическая, Т. 88, № 3. (год публикации - 2024)

22. Замай С.С., Денисенко В.В., Клименко М.В.. Клименко В.В., Анисимов С.В. Математическое моделирование возмущения атмосферного электрического поля во время геомагнитной бури 17 марта 2015 года Химическая физика (год публикации - 2024)

23. Курдяева Ю.А., Бессараб Ф.С., Борчевкина О.П., Клименко М.В. Мультимодельное исследование влияния атмосферных волн от тропосферного источника на ионосферу во время геомагнитной бури 27-29 мая 2017 Химическая физика (год публикации - 2024)

24. Карагодин А.В., Розанов Е.В., Миронова И.А. On the Possibility of Modeling the IMF By-Weather Coupling through GEC-Related Effects on Cloud Droplet Coalescence Rate Atmosphere, V.13, № 6, P. 881 (год публикации - 2022)
10.3390/atmos13060881

Публикации