Автореферат (1149453), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Основные результаты находятся в согласии срезультатами наблюдений других исследователей.Апробация работыОсновные результаты и выводы, вошедшие в диссертацию, обсуждались на семинареИКФИА СО РАН, ИСЗФ СО РАН и докладывались на следующих научных конференциях:Международная Байкальская школа по фундаментальной физике (БШФФ) (Иркутск, 2006,2008, 2013 гг.), Лаврентьевские чтения (Якутск, 2008-2014 гг.), Всероссийская конференция«Космические лучи и гелиосфера» (Якутск, 2012), 16-я международная конференция молодыхученых «Состав атмосферы.
Атмосферное электричество. Климатические эффекты» (САТЭП)(Звенигород, 2012), XXI Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физикаатмосферы» (Новосибирск, 2014).Отдельные аспекты работы, положенные в основу диссертации, прошли экспертизу ибыли поддержаны грантами РФФИ № 08-02-00348-а, № 09-05-98540-р_восток_а, № 12-0598528-р_восток_а, 12-07-98507-р_восток_а, №12-02-00174-а, 14-05-31056 мол_а, ФПЦ НОЦ г.к.02.740.11.0248, программами президиума РАН № 10, №16, РНП 2555 и гранта Президента РФдля поддержки ведущей научной школы № НШ-1741.2012, грант главы Республики Саха(Якутия) для молодых ученых за 2016 год.ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 35 работах, из них 9 – в рецензируемыхжурналах из перечня ВАК.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Работаизложена на 204 страницах, включает в себя 114 рисунков, 21 таблицу, 331 библиографическуюссылку.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачиисследования, представлены основные результаты и защищаемые положения, определеныновизна и научная ценность работы, а также кратко изложено содержание диссертации.В первой главе дан обзор материалов, посвященных исследованию основных элементов,составляющих Глобальную Электрическую Цепь (ГЭЦ): атмосферное электрическое поле,грозовая активность, а также их роль в наблюдаемых эффектах вторичной компонентыкосмических лучей (КЛ) на уровне моря.Подробно рассмотрены основные результаты исследований грозовой активности наВостоке Сибири, включая территорию Якутии, по данным наземных наблюдений с 1844 г по2004г [1-5].Показано, что годовое число дней с грозой на территории Якутии колеблется в широкихпределах: от 0,1 на севере до 20 в южных районах и объясняется разными физикогеографическими условиями и неоднородностью подстилающей поверхности [5].В работе [3] выделяются три области с частой повторяемостью гроз:1.Южная горная часть Якутии.
Годовое число дней с грозой составляет 18-19.2.Верхоянский хребет. Годовое число дней с грозой составляет 9-12. Причиной, помнению автора, является динамическая турбулентность, которая возникает при переваливаниивоздушных масс через хребет.3.Юго-восточная горная часть Якутии. Годовое число дней с грозой составляет 7-10.Таким образом, максимум грозовой активности в Якутии соответствует лишь среднему уровнюгрозовой деятельности в Красноярском крае и Иркутской области [3].Особое внимание в первой уделяется положительным грозовым разрядам. Грозовыеразряды, переносящие из облака к земной поверхности положительные заряды, в последниегоды привлекают внимание в связи с тем, что вслед за ними часто происходят грозовые разрядыв мезосферу (ионосферу)[6], проявляющиеся в красном и синем свечении на больших высотах(«спрайты», «джеты»).
Таким образом, положительные разряды играют важную роль вглобальной электрической цепи. Так как грозовая активность зависит от географическихособенностей местности, то и распределение положительных грозовых разрядов должноотражать соответствующие особенности региона наблюдений.Отмечен ряд нерешенных вопросов, касающихся теории атмосферного электричества:происхождение унитарной вариации и сильные вариации напряженности электрического поляво время гроз и метелей.Также в первой главе рассмотрены эффекты генерации проникающих излучений(нейтроны, гамма-кванты) в грозовой атмосфере.Первое экспериментальное обнаружение нейтронов, генерированных молнией, былосделано индийскими физиками в 1983 году [7]. В наши дни это явление продолжаютрегистрировать современные установки в горах [8], на уровне моря [9] а также за пределамиземной атмосферы на детекторах спутников [10] и МКС [11].Физический механизм, отвечающий за генерации нейтронов в грозовой атмосфере, доконца не установлен.
Представлен обзор основных теорий претендующих на объяснениемеханизма генерации нейтронов в грозовой атмосфере.Во второй главе приводится описание комплекса приборов, по данным которыхвыполнена диссертационная работа. Приборы установлены на стационарных полигонахИКФИА СО РАН :·Полярная геокосмофизическая обсерватория (Тикси) (71°35' N, 128°46' E);·Радиофизический полигон (Якутск) (61°55' N, 129°21'E);·Спектрограф космических лучей (Якутск) (61°59' N, 129°41' E);·Якутская установка широких атмосферных ливней (ШАЛ) (с. Октемцы) ( 61°39'N, 129°21' E);·Пункт наблюдения в Нерюнгри на базе филиала ФТИ СВФУ (56°39' N, 124°43' E);·Пункт наблюдения в ИКФИА (Якутск) (62° 1' N, E129°43' E);Приведены основные технические характеристики приборов, использованных вэкспедиционных и стационарных условиях для измерения напряженности атмосферногоэлектрического поля, пространственного распределения грозовых разрядов, детекторов мюонови нейтронов вторичного космического излучения.
Дано описание электростатическогофлюксметра, разработанного и сконструированного в ИКФИА СО РАН.В настоящее время широко применяются радиотехнические методы определениякоординат молниевых разрядов. Методы, лежащие в основе наземных систем грозопеленгации,можно разделить на однопунктовые и многопунктовые. Основная идея функционированиясистем грозопеленгации заключается в приеме с помощью антенн электромагнитных сигналовот молниевых разрядов.Многопунктовые системы обладают большей точностью, чем однопунктовые, однаконуждаются в точной синхронизации измерений во всех пунктах и требуют наличия каналовпередачи данных в единый центр обработки.
Однопунктовая система по сравнению смногопунктовой проще и более доступна в плане организации наблюдений. К ее недостаткамследует отнести увеличение погрешности определения координат молниевых разрядов сувеличением площади наблюдения. Частично компенсировать указанную погрешность доприемлемого уровня возможно при наблюдении повторных разрядов в крупных грозовыхочагах.Исследование грозовой активности является одним из направлений исследований вИКФИА СО РАН [5]. Изучается как собственно грозовая активность на востоке Сибири(локальные грозы) и в мировых грозовых центрах (прежде всего – в Африканском мировомгрозовом очаге), так и ее связь с другими геофизическими явлениями.Основные измерения сигналов (атмосфериков) проведены с помощью однопунктовогогрозопеленгатора-дальномера, который охватывает своими наблюдениями всю территориюЯкутии (круг с радиусом ~1200 км).
Географически грозопеленгатор находится в 30 км к югозападу от Якутска на стационарном радиофизическом полигоне ИКФИА СО РАН.Направление на грозовые разряды a определяется по отношению среднеквадратичныхзначений сигналов Uс-ю, и Uв-з,, поступающих с магнитных антенн. Неоднозначность пеленгаустраняется путем сопоставления знаков взаимной корреляции электрической и магнитнойсоставляющих сигнала атмосферика. Для устранения погрешности, вносимой шумовойсоставляющей поля в измеряемые значения, из квадратичных значений сигналов атмосфериковвычитается фоновый уровень Uф.
Фоновый уровень определяется на предшествующематмосферику интервале длительностью 1 мс: U2ф=е(Uф, i-Uср)2. Азимут прихода сигналаопределяется по формуле:=arctg(((Uс-ю, i-Uср, с-ю)2-U2ф, с-ю)0,5/ ((Uв-з, i-Uср, в-з)2-U2ф, в-з)0,5),где Uср,с-ю=Uс-ю, i/nи Uср,в-з=Uс-ю, i/n –средние значения сигналов в течение одноймиллисекунды с начала атмосферика, принятые с ортогональных магнитных рамочных антенн вплоскостях С-Ю и В-З, соответственно; n – число отсчетов АЦП по каждому каналу в течениеодной миллисекунды. Максимальное стандартное отклонение по пеленгу составляет ~ 2,5°.Дальность до грозового разряда (L) определяется как среднегеометрическое по четыремпараметрам сигнала атмосферика (два амплитудных и два спектральных): среднеквадратичноезначение Е - составляющей (Eср.кв.) и Н - составляющей сигнала атмосферика (Hср.кв.) иколичество положительных (N+) и отрицательных (N-) полупериодов Е - составляющейатмосферика,превосходящихуровень,равный0,1максимальнойвеличинысигналаатмосферика:L=D((N+* N-)/( Eср.кв.* Hср.кв))0,5,где D – постоянный (нормировочный) коэффициент; Eср.кв =((Ei-Eср)2/n)0,5; Ei – nоцифрованных АЦП значений Е - составляющей атмосферика, Eср – среднее значение Есоставляющей в течение той миллисекунды, в которой зарегистрирован атмосферик.Использование четырех признаков нормализует распределение и уменьшает погрешностьизмерений.Значение H-составляющей определяется как корень квадратный из суммы квадратоввеличин сигналов, принятых на две скрещенные рамочные антенны:Hср.кв=((((Uс-ю, i-Uср, с-ю)2-U2ф, с-ю)+ ((Uв-з, i-Uср, в-з)2-U2ф, в-з))/n)0,5.Среднеквадратичные значения амплитуды сигналов атмосфериков, приходящих изодного очага, имеют асимметричное распределение.
Мода этого распределения сдвинута всторону меньших амплитуд, трактуемых как большие расстояния. Амплитуды сигналов,принимаемых антеннами, обратно пропорциональны дальности.Ошибкаопределениякоординатмолниевогоразрядапоуказаннойметодикеоднопунктовой дальнометрии составляет ~18%.Для разделения межоблачных и наземных разрядов используется алгоритм, основанныйна том, что спектр сигналов межоблачных разрядов является более высокочастотным посравнению с сигналами наземных разрядов. В эксперименте, граница раздела (пороговаячастота) определяется в начале сезона и в последующем контролируется. Атмосферик счастотой,превышающейпороговую,рассматриваетсякакмежоблачный.Такжеотбраковываются сигналы, у которых нарушено амплитудное соотношение электрической имагнитной составляющих сигнала (во многих случаях это обусловлено наложением несколькихатмосфериков).
Затем по знаку первого квазиполупериода атмосферика разделяютсяположительные и отрицательные наземные разряды.Детальное описание методики вычисления координат по данным грозопеленгаторадальномера ИКФИА СО РАН приводится в монографии [5].Измерение напряженности поля в Якутске, Нерюнгри и Октемцах осуществлялось спомощью электростатических флюксметров марки EZ НМЛС 411124000 производства НИРФИ(г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
