Грантовый проект ИРН AP09259375

Руководитель проекта: Зав. лаборатории нестационарных процессов в атмосфере и ионосфере кандидат физико-математических наук Антонова В.П.

Наименование приоритетного направления развития науки:  Информационные, телекоммуникационные и космические технологии

Период реализации проекта: 01.01.2021 г. – 31.12.2023 г., продолжительность – 36 месяцев.

Актуальность: Взаимодействие динамических процессов, протекающих в различных слоях атмосферы Земли, является одной из важнейших фундаментальных задач физики околоземного космического пространства. Многочисленные публикации последних лет говорят о том, что грозовая активность, как главный источник атмосферного электричества, является одним из основных элементов глобальной электрической цепи, через которую возможно влияние солнечной активности, вариаций параметров солнечного ветра, межпланетного магнитного поля и галактических космических лучей на атмосферные процессы. Однако механизмы такого влияния до сих пор дискутируются. Установлено также, что кроме космических факторов на атмосферу оказывают влияние физические процессы, происходящие совсем близко от поверхности Земли;  «транзиентные световые явления» и «земные гамма-всплески», природа которых возможно связана с проявлениями атмосферного электричества.

Несмотря на то, что исследованию электрического поля Земли посвящено уже достаточно большое количество работ, нет твёрдых доказательств связи (или отсутствия связи) процессов в атмосфере-ионосфере Земли во время грозовой активности, нет единого представления о механизме проникновении возмущений из нижней атмосферы в ионосферу, остается невыясненным также ряд вопросов, требующих дальнейшего теоретического и экспериментального исследования. Грозы обладают широким спектром воздействия на человеческую деятельность, поэтому их изучение, предупреждение и поиск эффективной защиты от молниевых разрядов имеет высокий социальный спрос.

На высокогорном Тянь-Шаньском научном комплексе «Гроза» комплексное изучение динамики грозового процесса началось и развивается в кооперации с ведущими научными учреждениями России; с Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН (Москва), Институтом радиофизических исследований (Нижний Новгород), Институтом прикладной физики РАН (Нижний Новгород),  НИИЯФ МГУ (Москва).

Цель работы: Развитие и модернизация экспериментальной базы мониторинга космо- и геофизических полей, выявление причинно-следственных связей в системе «атмосфера-ионосфера» под воздействием грозовой активности, создание информационной системы сбора, обработки и анализа данных с высоким быстродействием, визуализацией, интерактивным доступом пользователей к результатам измерений.

Ожидаемые результаты:

2021 г. Особенности молниевой активности на высокогорной Тянь-Шаньской станции в зависимости от фазы цикла солнечной активности и ее спорадических проявлений. Система сбора, хранения и отображения данных сетей GNSS станций для локальной базы данных разрабатываемой информационной системы

Достигнутые результаты:

Получены особенности молниевой активности на высокогорной Тянь-Шаньской станции в зависимости от фазы цикла солнечной активности и ее спорадических проявлений. Создана система сбора, хранения и отображения данных сетей GNSS станций для локальной базы данных разрабатываемой информационной системы.

Выполнен расширенный анализ 126 событий грозовой активности за 11-летний период c привлечением данных о параметрах нижней ионосферы, геомагнитной активности и геоэффективных событиях в околоземном космическом пространстве. Установлено, что максимум грозовой активности на Тянь-Шаньской высокогорной станции наблюдается с 5 до 16 часов по мировому времени (UT) или с 11 до 22 часов по местному времени (LT). Минимум грозовой активности приходится на ночные часы. Количество гроз с положительными разрядами не превышает 24%, но эта величина значительно больше принятых представлений о соотношении положительных и отрицательных молниевых разрядов в литературе, ~ 10%.

Отсутствие в суточном ходе напряженности электрического поля на высокогорной Тянь-Шаньской станции кривой Карнеги с максимумом в 19 часов (UT) объясняется близостью к грозовому очагу в Гималаях. В данном случае локальные особенности расположения высокогорной станции преобладают над глобальными эффектами, влияющими на динамику атмосферного электрического поля. Максимум суточного распределения грозовой активности как для города Алматы, так и для района Большого Алма-Атинского озера согласуется с научными литературными данными для равнин и горно-долинных объектов на наших широтах.

Расширенный анализ состояния космо- и геофизических параметров подтвердил ранее обнаруженную нами тенденцию появления грозовой активности после воздействия геоэффективных выбросов корональных масс, высокоскоростных потоков солнечного ветра, повышенной интенсивности высокоэнергичных электронов и протонов на орбите Земли с запаздыванием на 1-2 суток с наибольшей вероятностью на фазе восстановления геомагнитных бурь. Заметные изменения состояния нижней ионосферы в эти периоды служат дополнительным подтверждением воздействия активных процессов на Солнце на нижнюю атмосферу/ионосферу Земли.

Явной зависимости количества грозовых событий от фазы цикла солнечной активности не наблюдается ни для высокогорной Тянь-Шаньской станции космических лучей, ни для города Алматы. Этот факт можно объяснить чрезвычайно низким уровнем 24-го цикла солнечной активности и затянувшимся минимумом 23-го цикла.

Для автоматизации процесса выявления перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) разработана система сбора, хранения и отображения данных GNSS станций.

В 2021 году опубликованы 2 научные работы по результатам устных докладов в режиме видеоконференции, в EGU General Assembly 2021, EGU21-7250. https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU21/EGU21-7250.html и в материалах  пятой Всероссийской конференции / Геофизическая обсерватория «Борок» – филиал Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН – Ярославль : Филигрань, 2021. ISBN 978-5-6042792-4-3.

Плановое задание на 2021 г. выполнено полностью, корректировок и сокращений не было.