Геоинформационная система для мониторинга продольных токов по данным низкоорбитальных спутников

Геоинформационные системы
УДК: 
528.8:004.95
DOI: 
10.22389/0016-7126-2025-1021-7-55-64
1 Воробьев А.В.
2 Воробьева Г.Р.
Год: 
2025
№: 
7
1021
Страницы: 
55-64

Геофизический центр РАН

1, 

Уфимский университет науки и технологий

2, 
Аннотация:
Статья посвящена разработке специализированного геоинформационного решения для анализа пространственно-временных взаимосвязей между параметрами продольных токов, регистрируемых спутниками миссии SWARM, и морфологией полярных сияний, наблюдаемых наземными камерами. Актуальность исследования обусловлена необходимостью комплексной обработки геофизических данных с различной дискретизацией для выявления скрытых паттернов магнитосферно-ионосферного взаимодействия. Предложено программное решение на базе модульной архитектуры, сочетающее методы временной кластеризации, геопространственной статистики и машинного обучения. Разработан математический аппарат для пространственно-временного сопряжения данных, учитывающий орбитальную геометрию, временные задержки и магнитные координаты. Реализованы алгоритмы анализа совместной встречаемости событий, включая расчет производных по продольным токам, статистическую оценку корреляций и классификацию авроральных явлений. Инструмент обеспечивает интерактивную визуализацию данных в картографических и временных представлениях, а также экспорт результатов
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-21-00143, https://rscf.ru/project/25-21-00143

Список литературы: 
1.   Белов И. О., Соловьев А. А., Пилипенко В. А., Добровольский М. Н., Богоутдинов Ш. Р., Калинкин К. Д. Онлайн система для анализа токов в верхней ионосфере по данным спутников Swarm // Солнечно-земная физика. – 2023. – Т. 9. – № 4. – С. 121–133. DOI: 10.12737/szf-94202314.
2.   Воробьев А. В., Соловьев А. А., Пилипенко В. А., Воробьева Г. Р. Интерактивная компьютерная модель для прогноза и анализа полярных сияний // Солнечно-земная физика. – 2022. – Т. 8. – № 2. – С. 93–100. DOI: 10.12737/szf-82202213.
3.   Пилипенко В. А. Воздействие космической погоды на наземные технологические системы // Солнечно-земная физика. – 2021. – Т. 7. – № 3. – С. 73–110. DOI: 10.12737/szf-73202106.
4.   Мартинес-Беденко В. А., Пилипенко В. А., Федоров Е. Н., Нахайо Э., Яйзенгау Э. Низкоширотные Рi2 волны по наблюдениям на спутниках SWARM и наземных станциях // Космические исследования. – 2020. – Т. 58. – № 1. – С. 5–15. DOI: 10.31857/S0023420620010057.
5.   Ягова Н. В., Федоров Е. Н., Пилипенко В. А., Мазур Н. Г., Мартинес-Беденко В. А. Колебания геомагнитного поля в диапазоне 2,5–12 Гц в F-слое ионосферы по данным спутников SWARM // Солнечно-земная физика. – 2023. – Т. 9. – № 1. – С. 37–50. DOI: 10.12737/stp-91202305.
6.   Anderson B. J., Korth H., Waters C. L., Green D. L., Merkin V. G., Barnes R. J., Dyrud L. P. (2014) Development of large-scale Birkeland currents determined from the active magnetosphere and planetary electrodynamics response expermenti // Geophysical Research Letters. 41, 9, pp. 3017–3025. DOI: 10.1002/2014GL059941.
7.   Astfalk P., Jenko F. (2016) Parallel and oblique firehose instability thresholds for bi-kappa distributed protons // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 121, 4, pp. 2842–2852. DOI: 10.1002/2015JA022267.
8.   Gallardo-Lacourt B., Liang J., Nishimura Y., Donovan E. (2018) On the origin of STEVE: Particle precipitation or ionospheric skyglow? // Geophysical Research Letters. 45, 16, pp. 7968–7973. DOI: 10.1029/2018GL078509.
9.   Greenwald R. A., Baker K. B., Dudeney J. R., Pinnock M., Jones T. B., Thomas E. C., Villain J.-P., Cerisier J.-C., Senior C., Hanuise C., Hunsucker R. D., Sofko G., Koehler J., Nielsen E., Pellinen R., Walke A. D. M., Sato H., Yamagishi H. (1995) DARN/SuperDARN. A global view of the dynamics of high-latitude convection // Space Science Reviews. 71, pp. 761–796. DOI: 10.1007/BF00751350.
10.   Kamide Y. (1982) The relationship between field-aligned currents and the auroral electrojets: A review // Space Science Reviews. 31, 2, pp. 127–243. DOI: 10.1007/BF00215281.
11.   Mathew A. (2022) Web scraping and data analytics using Python language // International Journal of Computer Trends and Technology. 70 (11), pp. 15–19. DOI: 10.14445/22312803/IJCTT-V70I11P103.
12.   Mende S. B., Harris S. E., Frey H. U., Angelopoulos V., Russell C. T., Donovan E., Jackel B., Greffen M., Peticolas L. M. (2008) The THEMIS Array of Ground-based Observatories for the Study of Auroral Substorms // Space Science Reviews. 141, pp. 357–387. DOI: 10.1007/s11214-008-9380-x.
13.   Mooney M., Marsh M., Forsyth C., Sharpe M., Hughes T., Bingham S., Jackson D. R., Rae I. J.,Chisham G. (2021) Evaluating auroral forecasts against satellite observations // Space Weather. 19, 8, e2020SW002688, DOI: 10.1029/2020SW002688.
14.   Motale S. S., Urankar S. S. (2025) Using GIS in a landslide-prone area // International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. 5, 7, pp. 323–329. DOI: 10.48175/IJARSCT-24441.
15.   Nanjo S., Nozawa S., Yamamoto M., Kawabata T., Johnsen M. G., Tsuda T. T., Hosokawa K. (2022) An automated auroral detection system using deep learning: real-time operation in Tromsø, Norway // Scientific Reports. 12, DOI: 10.1038/s41598-022-11686-8.
16.   Newell P. T., Sotirelis T., Wing S. (2009) Diffuse, monoenergetic, and broadband aurora: The global precipitation budget // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 114, A09207, DOI: 10.1029/2009JA014326.
17.   Newell P. T., Sotirelis T., Wing S. (2010) Seasonal variations in diffuse, monoenergetic, and broadband aurora // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 115, A03216, DOI: 10.1029/2009JA014805.
18.   Nose M., Hosokawa K., Nomura R. Teramoto M., Asamura K., Miyoshi Y., Mitani T., Sakanoi T., Namekawa T., Kawano T., Iwanaga Y., Tatematsu S., Hirahara M., Halford A., Shumko M., Lessard M. R., Lynch K., Paschalidis N., Jaynes A. N., McHarg M. G. (2024) Field-aligned currents associated with pulsating auroral patches: Observation with magneto-impedance magnetometer (MIM) onboard loss through auroral microburst pulsations (LAMP) sounding rocket // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 129, e2023JA032232, DOI: 10.1029/2023JA032232.
19.   Robinson R. M., Kaeppler S. R., Zanetti L., Anderson B., Vines S. K., Korth H., Fitzmaurice A. (2020) Statistical relations between auroral electrical conductances and field-aligned currents at high latitudes // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 125, 7, e2020JA028008, DOI: 10.1029/2020JA028008.
20.   Smith A., Paces M. (2022) Python tools for ESA’s Swarm mission: VirES for Swarm and surrounding ecosystem // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. 9: 1002697, DOI: 10.3389/fspas.2022.1002697.
21.   Sharma S. (2025) Geographical Information System (GIS) // International Journal of Advanced Research in Science, Communication and Technology. 5, 2, pp. 612–614. DOI: 10.48175/IJARSCT-26278.
22.   Vorobev A. V., Pilipenko V. A., Krasnoperov R. I., Vorobeva G. R., Lorentzen D. A. (2020) Short-term forecast of the auroral oval position on the basis of the virtual globe technology // Russian journal of Earth sciences. 20, ES6001, DOI: 10.2205/2020ES000721.
23.   Wagh R., Auti Sh. (2025) The role of Geographic Information Systems (GIS) in Land Use Planning // International Journal of Innovations in Science Engineering And Management. 4, 1, pp. 366–370. DOI: 10.69968/ijisem.2025v4i1366-370.
Образец цитирования:
Воробьев А.В., 
Воробьева Г.Р., 
Геоинформационная система для мониторинга продольных токов по данным низкоорбитальных спутников // Геодезия и картография. – 2025. – № 7. – С. 55-64. DOI: 10.22389/0016-7126-2025-1021-7-55-64
СТАТЬЯ
Поступила в редакцию: 29.05.2025
Принята к публикации: 25.07.2025
Опубликована: 20.08.2025

Содержание номера

2025 июль DOI:
10.22389/0016-7126-2025-1021-7