Введение к работе
Актуальность проблемы. Интенсивное хозяйственное освоение полярных областей, получившее в последнее вреда дальнейшее развитие, поставило в ряд весьма актуальных практических задач проблему изучения энергетики и динашіад интенсивных авроральных возмущений, которые тем или иным образом оказывают влияние на хозяйственную деятельность человека в высоких широтах. Так, потребности решения эадач устойчивого распространения радиоволн, стабильной работы навигационных систем, краткосрочного прогноза мопных аномальных магнитных явлений и т. п. привели к необходимости построения физической модели магнитосферкой суб-Оури.
Одна из важнейших проблем, которую необходимо решить для построения физической модели суббури, - выяснение природы геомагнитных пульсаций. Перспективным направлением, дающим возможность приблизиться к решению этой проблеш, является изучение частотно-временных- характеристик пульсаций, а тшш? их тонкой структуры в достаточно широком частотном диапазоне, позволяющее установить характер неустойчивости, приводящей к генерации соответствующих пульсаций. Однако во многих случаях здесь поіса не удалось найти удовлетворительные решения. В частности, такая ситуация наблюдается в изучении частотно-временных характеристик иррегулярных пульсаций в диапазоне периодов от десятков секунд до одного часа. Согласно принятой в настоящее время классификации [13, иррегулярные пульсации, лежащие в этом диапазоне периодов, относятся к типам Р12 (периоды от 40 до 150 с) и РіЗ (периоды более 150 с). Кроме того, в диапазоне пульсаций РіЗ выделяется два поддиапазона: пульсации Pip (периоды менее 400 с) и пульсации Ps6 (периоды более 400 с).
В такой ситуации, очевидно, следовало провести комплексные исследования частотно-временных и пространственных характерне-
тик этих пульсация на обширном и, главное, достоверном экспериментальном материале. Необходимость таких исследований и определила цель настоящей работа
Целью данной диссертационной работы является:
1. Исследование частотно- временных, амплитудно-фазовых и
шгрессионных характеристик иррегулярных геоьгагнитных пульсаций
в диапазонах РіЗ и Р12;
2. Установление взаимосвязи меаду динамикой параметров эк
вивалентного ионосферного тока западной электроструи и струїсту-
рой спектров пульсаций Рзб.
-
Создание базы цифровых ыагнитовариационных данных с 1-секундным интервалом дискретизации на основе данных сташдш 'ЦЫЕС-2;
-
Разработка методики, алгоритшв и пакета программ ана-.лиэа частотно-временных, амшштудно-фаьовых и регрессионных ха-рактерстик иррегулярных геомагнитных пульсаций.
На ваящту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований чаетотію-вре-
дешшх и амплитудно-фазовых характеристик геомагнитных пульса
ций в зоне полярных сияний с помощью цифровой шгнитовариацион-
ной станции ІЩВС-2, в том числе:
а) положение о той, что спектры геомагнитных пульсаций
Рзб, как правило, кыеют дискретный характер;
б) положение о том, что дискретный характер спектров гео
магнитных пульсаций Рзб обусловлен частотно-временными харак?-
ристикаші параметров, описывающих ионосферный ток в аароральной
области;
в) положение о тон, что для пульсаций в диапазоне периодов
20-300 с моию выделить два типа колебаний, различающихся; по
длительности существования и динамическим характеристикам.
2. Создание и практическое применение базы цифровых магни-
товариационных данных с односекундным интервалом дискретизации.
3. Методика, алгоритмы и пакет программ анализа частот
но-временных и амплитудно-фаговых характеристик геомагнитнш
пульсаций в рамках модели гармонического приближения.
Научная новизна работы. Впервые на основе использования цифровой регистрации исследовании частотно-временные и ампдн-
тудно-фазовые характеристик длиинолериодных иррегулярных геомагнитных пульсаций типа Рі2 и РіЗ в авроральных широтах.
Установлено судествовалгае тонкой структуры в спектрах пульсаций типа Ps6. Исследован характер динамики параметров эквивалентного ионосферного тока западной электроструи в диапазоне периодов от 8 до 30 мни н показано, что элеыэити тонкой струотуры спектров пульсаций Рзб по-рсшому проявляются в различных параметрах струи.
Показано, что для пульсаций з диапазоне периодов от 20 до 50 с, наблюдающихся в спокойных геошгшшшх условиях, колю выделить два типа колебания, различающееся по длительности существования и динамическим характеристика»!.
Создана база цифровых ыагнитоваркациоивых данных с 1-св-кунднш интервалом дискретизации на основе данных станции ЦМВС-2.
Еыделен строгий ісритерий оцешга значимости кзавипериодй-ческих составяяших а иррегулярных геомагнитных пульсациях. Создана методика и па ее основе разработан пакет программ ана-лиза частотно-вреиэнных, ашлитудно-фавовых и регрессионных ха-рактеристик иррегулярных геокэгикпшх пульсаций з ршяшх модели гарютнического приблипяпш.
Научная я практическая значимость. ПЬлученныэ в дггесэрта-ционной работе результаты позволят яучш понять фиэичвгашв процессы, проигаодяцш по вроет суббурн, объясняют негогорк'э экспериментальные факты и должны учитываться при разработка физической гудели магнитосфэрной суббури.
. Іізтодичесішз разработки и пакет програш могут быть использованы при аналізе частотно-врсмэяпш я ашлктудао-фазовых характеристик всех классов геомагнитных пульсаций,, а такиэ времнных последовательностей. гагэюязж другу» физическую природу.
Личный вклад автора состоял в участии в постановке оадач исследования и проведении экспедиционных наблвдений на Карстом геофизическом полигоне в 1987-1989 гг. Автор возглавлял группу,, ванимавшувся созданием и дальнзйшн расширением банка цифровых тгнитовариационных данных с 1-секунднші интервалом дискретнаа-ции. Автором выделен критерий оценки степени квазипериодичности
иррегулярных геомагнитных пульсаций, разработана методика анализа их частотно-временных, аыплитудно-фазовых и корреляцонных характеристик, выношен большой объеы обработки цифровой информации. Реаультаты, наложенные в диссертации, получены автором самостоятельно sum на равных правах с соавторами. Автором самостоятельно получены и сформулированы положения, выносимые НЕ яащиту.
Реализация работы. Результаты исследований использовались при выполнении научно-нсслэдовательских работ, проводимых в рамках темы: "Исследование динамики и энергетики геомагнитных явлений в высоких широтах" ( N гос. регистации 01.86.0086419 ), направленных на исследование динамики полярных элгктроструй в энергетическом балансе системы ыагнитосфера-ионосфера-атыосфе-Ра.
Методика и пакет програш анализа частотно-вреиенных и aw-плитудно-фавовых характеристик геомагнитных вариаций используется в лаборатории полярных геомагнитных исследований ИЗШР All СССР, а также внедрены в Институте космической физики и аэрономии ЯФ СО АН СССР, Норильской КЖС СибИЗШР СО АН СССР и НЕЮ "Тайфун" ( г. Обнинск ), на что имеются соответствующие акты о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XXVII сессия КОСПАР (г. Хельсинки, йшляндия, 1988 г.), на 6-й ассамблее JJATA (г.Эксетер, Великобритания, 1989 г.), на XX генеральной ассашее КОГГ (г.Бена, Австрия, 1991 г.), на 5-м симпоэиуш КАПР (г.Самарканд, 1989 г.)» на XII и XIII Апатитс-ких сешшарач "Физика авроралышх явлений" (г.Апатиты, 1989 и 1990 гг.), на Всесоюзних семинарах "Полярные геоьзагюгошз исследования" (г.Троицк. 1987 и 1988 гг., г.Калуга, 1989 г.), т, научных семинарах лаборатории полярных геомагнитных исслэдова-ний ИЭМИРАН и отдела здектромагнитных исследований ШВ им. О. U ПШдтв.
Зубликации. По теьге диссертации опубликовано 12 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Диссертация содершга 174 страницы машинописного текста, 45 рисунков, 10 таблиц, библиографии ив 181 наименования.