(43-6) 16 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Алгоритм выделения интенсивных аномальных изменений во временном ходе параметров ионосферы

Н.В. Фетисова1

1 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН (ИКИР ДВО РАН),
684034, Россия, Камчатский край, с. Паратунка, ул. Мирная, д. 7

 PDF, 875 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-1064-1071

Страницы: 1064-1071.

Аннотация:
В работе представлена модифицированная многокомпонентная модель временного ряда параметров ионосферы. Модель описывает регулярные вариации и аномальные изменения разномасштабной структуры, характеризующие возникновение ионосферных неоднородностей. Идентификация компонент модели основана на совместном применении вейвлет-преобразования и моделей авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего. На основе предложенной модели разработан алгоритм анализа ионосферных параметров, позволяющий в оперативном режиме выделять интенсивные ионосферные аномалии, характеризующие возникновение сильных ионосферных бурь. Представлены результаты апробации алгоритма, выполненные на примере обработки и анализа часовых и 15-минутных данных критической частоты ионосферы (foF2) в периоды магнитных бурь, произошедших в 2015–2017 гг. Выполненные оценки показали эффективность алгоритма и возможность его применения в задачах прогноза космической погоды.

Ключевые слова:
авторегрессионные модели, вейвлет-преобразование, параметры ионосферы, ионосферные неоднородности.

Цитирование:
Фетисова, Н.В. Алгоритм выделения интенсивных аномальных изменений во временном ходе параметров ионосферы / Н.В. Фетисова // Компьютерная оптика. – 2019. – Т. 43, № 6. – С. 1064-1071. – DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-1064-1071.

Благодарности:
Автор выражает благодарность институтам, выполняющим регистрацию ионосферных и геомагнитных данных, которые использовались в работе, а также центру коллективного пользования «Северо-восточный гелиогеофизический центр».

Литература:
  1. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э.Л. Афраймович, Н.П. Перевалова. – Иркутск: ГУ НУ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. – 480 с.
  2. Danilov, A.D. Ionospheric F-region response to geomagnetic disturbances / A.D. Danilov // Advances in Space Research. – 2013. – Vol. 52, Issue 3. – P. 343-366. – DOI: 10.1016/j.asr.2013.04.019.
  3. Nakamura, M. Using a neural network to make operational forecasts of ionospheric variations and storms at Kokubunji, Japan / M. Nakamura, T. Maruyama, Y. Shidama // Journal of the National Institute of Information and Communications Technology. – 2009. – Vol. 56. – P. 391-406.
  4. Danilov, A.D. F2-region response to geomagnetic disturbances / A.D. Danilov // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. – 2001. – Vol. 63. – DOI: 10.1016/S1364-6826(00)00175-9.
  5. Космическая среда вокруг нас / Н.И. Будько, А.Н. Зайцев, А.Т. Карпачев, А.Н. Козлов, Б.П. Филиппов; под ред. А.Н. Зайцева. – Троицк: ТРОВАНТ, 2006. – 232 с.
  6. Mandrikova, O.V. Ionospheric parameter modeling and anomaly discovery by combining the wavelet transform with autoregressive models / O.V. Manrikova, N.V. Fetisova (Glushkova), R.T. Al-Kasasbeh, D.M. Klionskiy, V.V. Geppener, M.Y. Ilyash // Annals of Geophysics. – 2015. – Vol. 58, Issue 5. – A0550. – DOI: 10.4401/ag-6729.
  7. Mandrikova, O.V. Method for modeling of the components of ionospheric parameter time variations and detection of anomalies in the ionosphere coupling of the high and mid latitude ionosphere and its relation to geospace dynamics / O.V. Mandrikova, N.V. Fetisova, Y.A. Polozov, I.S. Solovev, M.S. Kupriyanov // Earth, Planets and Space. – 2015. – Vol. 67, Issue 1. – P. 131-146. – DOI: 10.1186/s40623-015-0301-4.
  8. Mandrikova, O. Analysis of the dynamics of ionospheric parameters during periods of increased solar activity and magnetic storms / O. Mandrikova, Yu. Polozov, N. Fetisova, T. Zalyaev // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. – 2018. – Vol. 181. – P. 116-126. – DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.019.
  9. Мандрикова, О.В. Моделирование и анализ параметров ионосферы на основе совмещения вейвлет-преобразования и авторегрессионных моделей / О.В. Мандрикова, Н.В. Глушкова, И.В. Живетьев // Геомагнетизм и аэрономия. – 2014. – Т. 54, № 5. – С. 638-645. – DOI: 10.7868/S0016794014050101.
  10. Шубин, В.Н. Глобальная спутниковая модель высоты максимума слоя F2 / В.Н. Шубин, А.Т. Карпачев, В.А. Телегин, К.Г. Цыбуля // Геомагнетизм и аэрономия. – 2015. – Т. 5, № 5. – C. 623-637. – DOI: 10.7868/S0016794015050156.
  11. Bilitza, D. International reference ionosphere 2007: Improvement sand new parameters / D. Bilitza, B.W. Reinisch // Advances in Space Research. – 2008. – Vol. 42. – P. 599-609.
  12. Ботова, М.Г. Вариации ионосферы: сопоставление результатов моделирования с данными наблюдений / М.Г. Ботова, Ю.В. Романовская, А.А. Намгаладзе // Вестник МГТУ. – 2014. – Т. 17, № 2. – С. 385-393.
  13. Соломенцев, Д.В. Трехмерная ассимиляционная модель ионосферы для европейского региона / Д.В. Соломенцев, Б.В. Хаттатов, А.А. Титов // Геомагнетизм и аэрономия. – 2013. – Т. 53, № 1. – С. 78-90.
  14. Титов, А.А. Сравнение критической частоты foF2 по данным ионозондов, ассимиляционной модели ионосферы ФГБУ ЦАО и эмпирической модели IRI над территорией РФ / А.А. Титов, Д.В. Соломенцев, В.У. Хаттатов, Б.В. Хаттатов, В.И. Денисова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2014. – Т. 11, № 1. – С. 255-263.
  15. Wang, R. Predicting foF2 in the China region using the neural networks improved by the genetic algorithm / R. Wang, C. Zhou, Z. Deng, B. Ni, Z. Zhao // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. – 2013. – Vol. 92. – P. 7-17.
  16. Watthanasangmechai, K. TEC prediction with neural network for equatorial latitude station in Thailand / K. Watthanasangmechai, P. Supnithi, S. Lerkvaranyu, T. Tsugawa, T. Nagatsuma, T. Maruyama // Earth, Planets and Space. – 2012. – Vol. 64, Issue 6. – P. 473-483.
  17. Перевалова, Н.П. Оценка характеристик наземной сети приемников GPS/ГЛОНАСС, предназначенной для мониторинга ионосферных возмущений естественного и техногенного происхождения / Н.П. Перевалова // Солнечно-земная физика. – 2011. – Т. 11. – С. 124-133.
  18. Мандрикова, О.В. Обобщенная многокомпонентная модель временного ряда параметров ионосферы / О.В. Мандрикова, В.В. Геппенер, Н.В. Фетисова // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2018. – № 10. – С. 31-41.
  19. Малла, С. Вейвлеты в обработке сигналов / С. Малла; пер. с англ. – М.: Мир, 2005. – 671 с.
  20. Добеши, И. Десять лекций по вейвлетам / И. Добеши; пер. с англ. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 464 с.
  21. Чуи, К. Введение в вейвлеты / К. Чуи; пер. с англ. – М.: Мир, 2001. – 412 с.
  22. Hamoudi, M. Wavelet analysis of ionospheric disturbances. EGU General Assembly 2009 / M. Hamoudi, N. Zaourar, R. Mebarki, L. Briqueu, M. Parrot // Geophysical Research Abstracts. – 2009. – Vol. 11: EGU2009-8523.
  23. Мандрикова, О.В. Автоматический способ оценки состояния геомагнитного поля / О.В. Мандрикова, Е.А. Жижикина // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 3. – С. 420-428. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-3-420-428.
  24. Воробьев, А.В. Геоинформационная система для амплитудно-частотного анализа данных наблюдений геомагнитных вариаций и космической погоды / А.В. Воробьев, Г.Р. Воробьева // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 6. – С. 963-972. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-6-963-972.
  25. Mandrikova, O.V. Methods of analysis of geomagnetic field variations and cosmic ray data / O.V. Mandrikova, I.S. Solovev, T.L. Zalyaev // Earth Planet Space. – 2014. – Vol. 66, Issue 1. – DOI: 10.1186/s40623-014-0148-0.
  26. Kato, H. Development of automatic scaling software of ionospheric parameters / H. Kato, Y. Takiguchi, D. Fukayama, Y. Shimizu, T. Maruyama, M. Ishii // Journal of the National Institute of Information and Communication Technology. – 2009. – Vol. 56. – P. 465-474.
  27. Бокс, Дж. Анализ временных рядов прогноз и управление / Дж. Бокс, Г. Дженкинс; пер. с англ. – М.: Мир, 1974. – 604 с.
  28. Привальский, В.Е. Модели временных рядов / В.Е. Привальский, В.А. Панченко, Е.Ю. Асарина. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 772 с.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20