Scyntylacje jonosferyczne a pogoda kosmiczna Andrzej W. Wernik Centrum Badań Kosmicznych PAN, Warszawa XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Amerykański Program Pogody Kosmicznej wymienia pośród priorytetowych zadań zrozumienie: związków między termosferą, jonosferą i magnetosferą, które mają wpływ na powstawanie i ewolucję nieregularności koncentracji plazmy o rozmiarach od 10 km do 50 m i które wywołują scyntylacje związków między tymi nieregularnościami i wpływem scyntylacji na określone systemy [nawigacji, łączności itp.] XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Co to są scyntylacje? Typowe odbiorniki gubią sygnał gdy C/N0 <27-28 dB XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

Najważniejsze wydarzenia w historii badań scyntylacji XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Parametry scyntylacji i co one mówią o nieregularnej strukturze jonosfery XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Wpływ scyntylacji na pomiary GPS After K. Groves, Monitoring Ionospheric Scintillation with GPS, Colloquium on Atmospheric Remote Sensing using GPS, 20.06-2.07.2004, Boulder, CO, After S. Datta-Barua et al. L1 – 1575.42 MHz (19.05 cm) L2 – 1227.60 MHz (24.45 cm) XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Zniekształcenie impulsu GPS wywołane scyntylacjami XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Głębokość zaniku sygnału w paśmie L Mapy zaników sygnału w okresie maksimum i minimum aktywności słonecznej Basu, Su. et al., Radio Sci., 23, 363, 1988 XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

Związek scyntylacji z „obłokami” koncentracji elektronów Coker, C. et al., Radio Sci., v. 39, RS1S15,doi:10.1029/2002RS002833,2004 De Francesci, G. et al., JASTP (in print) XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Nieregularności równikowe pojawiają się zaraz po zachodzie Słońca, gdy prędkość wznoszenia się jonosfery przekracza 15-20 m/s (w okresie maksimum aktywności Słońca 30-45 m/s) tworzą struktury przypominające pióropusze osiągające wysokość ponad 1000 km scyntylacje są obserwowane jeżeli grubość warstwy z nieregularnościami jest wystarczająco duża zmiany sezonowe i z długością geograficzną (w Huancayo maksymalna częstość występowania w okresach równonocy i w grudniu, w Kwajalein – latem) w kierunku pionowym forma falowa nieregularności przypomina szoki; w poziomie forma falowa jest sinusoidalna lub przypadkowa poniżej 300 km 1D p  2 dla nieregularności o rozmiarach 1-10 km i p  2.6 dla rozmiarów 200-700 m powyżej 350 km p  1 dla kilometrowych nieregularności i p  3.2 dla nieregularności metrowych duże (pierwotne) nieregularności są generowane niestabilnością Rayleigh’a-Taylor’a instability mechanism; mniejsze nieregularności są generowane w hierarchii niestabilności, z których najważniejsze są niestabilności ExB i dryfowa XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Nieregularności na dużych szerokościach szeroki zakres rozmiarów nieregularności od setek km do kilku cm o wyjątkowej dynamice związanej z ruchem konwekcyjnym kontrolowanym międzyplanetarnym polem magnetycznym w obszarze kaspu i nocnej części owalu zorzowego, niejednorodności strumienia wysypujących się cząstek generują struktury o rozmiarach większych niż około 50 km w sprzyjających warunkach struktury te są niestabilne i, w rezultacie oddziaływań fala-fala i kaskad typowych dla turbulencji, mogą powstawać mniejsze nieregularności wielkoskalowe struktury mają długi czas życia i konwekcja może je przenosić na duże odległości konwekcja odgrywa większą rolę na półkuli zimowej w lecie, duże przewodnictwo elektryczne obszaru E spowalnia tempo narastania niestabilności i umożliwia dyfuzję plazmy w kierunku poprzecznym do pola magnetycznego; w rezultacie małe struktury znikają wkrótce po utworzeniu i nieregularności w czapie polarnej mają małą amplitudę a ich widma są strome zimą widma mocy w czapie polarnej są bardziej płaskie; czas życia unoszonych konwekcją struktur jest długi i dynamika nieregularności zależy od dynamiki magnetosfery XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

Model scyntylacji jonosferycznych WBMOD • Brasilia • Dar es Salaam XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Model scyntylacji na dużych szerokościach wykorzystujący pomiary in situ DE-2 Model rozkładu koncentracji elektro-nów: Ne (fs, ls, dd, t, Kp , IMF etc.) Dane satelitarne: DN, Ns, fs, ls, hs, dd, t Parametry geofizyczne: Kp , IMF etc. (dd, t) Widma mocy: p i Cs Kształt nieregularności Maksymalna koncentracja, odpowiadająca jej wysokość, grubość warstwy nieregularnej DN/N=const p=const Model ekranu fazowego Parametry scyntylacji fazy i amplitudy: sf , S4 itp. Mapy sf , S4 XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Przykład XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Parametr intensywności turbulencji XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Dobowe zmiany scyntylacji Su. Basu et al., Radio Sci, v. 20, 347, 1985 XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 SCIntillation Network Decision Aid (SCINDA) SCINDA jest programem komputerowym przy pomocy którego będzie możliwe przewidywanie przerw w łączności satelitarnej nad równikiem wywołanych scyntylacjami jonosferycznymi Automatycznie mierzone i zapamięty-wane są scyntylacje na dostępnych łączach satelitarnych oraz dryf jonosferyczny. Dane te odzyskiwane są co 15 minut i wykorzystywane wraz z empirycznym modelem dynamiki nieregularności równikowych do konstruowania map obszarów w których istnieje zagrożenie zakłóceniami wywołanymi scyntylacjami. Groves, K.M. et al., Radio Sci., 32, 2047-2064, 1997 XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Wnioski Teoria scyntylacji jest wystarczająco zaawansowana Pomiary scyntylacji z powodzeniem mogą być używane do badania nieregularnej struktury jonosfery Jednoczesny odbiór sygnałów GPS w kilku punktach pozwala na badanie zmian czasowo-przestrzennych nieregularności jonosferycznych Konieczne jest doskonalenie modeli klimatycznych scyntylacji, zarówno opartych pomiarach scyntylacji jak i satelitarnych Systemy typu SCINDA pozwolą na prognozowanie scyntylacji niemal w czasie rzeczywistym XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Dziękuję za uwagę XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007

XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007 Niestabilność Rayleigha-Taylora 2 2 Warunek konieczny: g·n0 < 0 1 2 Tempo narastania: =g/Lin 2 XII Spotkania Bieszczadzkie, Dwerniczek, 14-17 czerwca 2007