Диссертация (1149579), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Диапазон угловприхода ЭМ возмущений относительно дуги большого круга составлял ±10∘ .Малый диапазон углов выбран для того, чтобы можно было не производитькоррекцию времени задержки на угол прихода, так как cos 10∘ ≈ 0.985 и ошибкаизмерения времени из-за отсутствия коррекции составит приемлемую величинув 1.5%. Времена прохождения дуги Ловозеро–Баренцбург в прямом и обратномнаправлениях усреднялись за каждые сутки отдельно. Результаты приведенына рис. 4.9.5.8Time delay, ms5.65.45.2BAB->LOZLOZ->BAB5246810Days12141618Время прохождения дуги большого круга, соединяющей обс.
Ловозеро иобс. Баренцбург электромагнитными возмущениями, распространяющимисяот Ловозеро к Баренцбургу (показаны красным цветом) и обратно (синим).Прямые линии показывают тренды задержек в зависимости от времени.Рисунок 4.9: Усредненные за день времена прохождения дугиЛовозеро–Баренцбург.Средние времена распространения LOZ–>BAB BAB–>LOZ составляют5.475 мс и 5.429 мс. Их разность мала и лежит в пределах статистической118погрешности. Отметим, что эти различия во времени приводят к различиямв оценках скорости примерно в 2 тыс.
км/с. Наблюдающиеся тренды всторону увеличения также близки и отражают уменьшение групповой скоростираспространения, наблюдавшееся с 1 по 20 октября (см. рис. 4.10). Стандартныеотклонения после вычитания тренда составляют 0.18 тыс. км/с для BAB–>LOZи 0.11 тыс.
км/с для LOZ–>BAB. Несколько большая величина стандартногоотклонения при распространении от Баренцбурга к Ловозеру отражает тотфакт, что амплитуды ЭМ возмущений, приходящих с севера, как правило,меньше, чем у приходящих с юга. Статистический тест отвергает гипотезу оразличии времен задержек при распространении LOZ–>BAB и BAB–>LOZ суровнем значимости 0.05, что свидетельствует об отсутствии систематическихошибок синхронизации данных с мировым временем.4.3.5Измерение волнового импедансаНесмотря на то, что связь между волновым импедансом / и фазовойскоростью распространения ЭМ возмущений в волноводе Земля-ионосфера начастотах ниже ∼ 1 кГц была представлена в работах J.
R. Wait [89; 92],явно выписана в работе [46] D. Ll. Jones в 1974 г. и позже обсуждалась В.В. Кирилловым в его диссертационной работе [109] в 2005 г., исследователиуделяли мало внимания экспериментальному исследованию поведения этойхарактеристики.В данной работе волновой импеданс определялся как = Re ( / ) /120 .Здесь – измеренная в точке наблюдения вертикальная компонентаэлектрического поля в декартовой системе координат, первая, вторая и третьяоси которой направлена на географический север, восток, вертикально вниз,соответственно, а – полученная при измерениях горизонтальная компонентамагнитного поля, вычисляемая как сумма проекций и на большую осьэллипса поляризации магнитного поля ЭМ возмущения.1194.4Результаты экспериментаНа первом этапе исследований влияния гелиогеофизических возмущенийна скорость распространения ЭМ сигналов в волноводе Земля-ионосфера и наволновой импеданс необходимо отделить эффекты, вызываемые солнечнымивспышками, от эффектов невозмущенного волновода.
Для этого сначала былпроведен анализ особенностей поведения групповой скорости распространенияЭМ возмущений в спокойных гелиогеофизических условиях, а затем во времягелиогеофизических возмущений.4.4.1СкоростьраспространенияиволновойимпедансЭМ возмущений в спокойных гелиогеофизическихусловияхДля анализа вариаций скорости распространения и волнового импедансаЭМ возмущений в спокойных гелиогеофизических условиях был выбран периодс 1 по 20 октября 2011 г.
В это время Kp-индекс изменялся от 0 до 3,а Dst-индекс не опускался ниже -44 нТл, что свидетельствует о спокойнойгеомагнитной обстановке [2]. Поток рентгеновских лучей в выбранные дни поданным спутника GOES-15 [3] составлял в среднем 10−6 Вт/м2 . Это характернодля слабой солнечной активности.
Близость данного периода к дню осеннегоравноденствия позволила вести анализ групповой скорости в условиях, когдадлительность ночи примерно равна длительности дня.На рис. 4.10 (а) изображена усредненная скользящим средним стрехчасовым временным окном групповая скорость распространения ЭМвозмущений на трассе Ловозеро-Баренцбург ¯ , оцененная в полосе частот95-165 Гц, и минимальный и максимальный для данного промежутка временидоверительный интервал ±∆ для доверительной вероятности 0.9. Как былопоказано в разделе 4.3.2, трехчасового периода усреднения достаточно дляполучения статистически обоснованных оценок групповой скорости.
Такоеусреднение используется в диссертации и далее при рассмотрении поведениягрупповой скорости распространения и волнового импеданса ЭМ возмущений.120GroupuVelocityEu=Mvukm>sWzMаnWLMWgMWSMWIMWvMWWMW=MM==:R=:zZ>ZMEuOhmOctoberuWM==GroupuVelocityMWMvMIMSMgMLMzMR=M==Days=W=v=I=S=g=L=zWaveuImpedance=RWMбn=:L=:g=:S=:I=:vSunuZenithuAngleEudegrees=:WM=MWMvMIMSMgMLMzMRgMLovozeroEuBarentsburgLMzMRM=MM==M=WM=M==Days=W=v=I=S=g=L=zpB>AcmWususrnWMвn=MgгnEPEADuProtonsuSPmin:upBA>=uMeVncEupBA>SuMeVncEupBA>=MMeVncEuB=West=MI pBA>vMMeVncEupBA>SMuMeVncEpBA>gMuMeVncEupBA>=MMuMeVnc=MW=MM=MPWM=SAbsorbtionEudB=RIMWMvMIMSMgMLMzMR=M==Days=W=v=I=S=g=L=z=RWMдnRiometerEuIvalovW=MM=MWMvMIMSMgMLMzMR=M==Days=W=v=I=S=g=L=z=RWMа) Групповая скорость распространения ЭМ возмущений на трассе ЛовозероБаренцбург в диапазоне частот 95-165 Гц; б) волновой импеданс; в) зенитныйугол в обс.
Ловозеро и Баренцбург на высоте 80 км; г) поток протонов (GOES15); д) риометрическое поглощение (обс. Ивало).Рисунок 4.10: 01 - 20 октября 2011 г. Спокойные гелиогеофизические условия.121Из рисунка 4.10 (а) видно, что наблюдается регулярный суточный ходгрупповой скорости распространения ЭМ возмущений в это время. Днемскорости минимальны и изменяются примерно от 230 тыс. до 243 тыс. км/с,а ночью – максимальны, их значения варьируются примерно от 260 тыс. до274 тыс. км/с. Минимум скорости приходится примерно на локальный полдень,а максимум примерно на локальную полночь.
Для того, чтобы изучить,как влияет освещенность Солнцем трассы Ловозеро-Баренцбург на поведениегрупповой скорости распространения, на рис. 4.10 (в) приведены зенитные углыв обс. Ловозеро и обс. Баренцбург на высоте 80 км.Для более детального рассмотрения суточного хода групповой скоростираспространения ЭМ возмущений на трассе Ловозеро-Баренцбург в октябре2011 г., мы усреднили ее значения за октябрь методом наложения эпох.Результат показан на рисунке 4.11. Здесь хорошо видно снижение скоростираспространения в утренние часы (5-7 часов UT) и ее увеличение в вечерниеGroup Velocity, 103 km/sчасы (17-20 часов UT).265260255250245240235051015Hours of a Day20Рисунок 4.11: Средний суточный ход групповой скорости распространенияЭМ возмущений в диапазоне частот 95-165 Гц в спокойныхгелиогеофизических условиях.ДлявыявлениясезонныхвариацийскоростираспространенияЭМвозмущений в спокойных гелиогеофизических условиях на рис.
4.12 приведеносравнение групповых скоростей в окрестности трассы Ловозеро-Баренцбургв июле и в декабре 2011 г. Были взяты периоды с 1 по 22 июля и с 1по 31 декабря 2011 г., характеризующиеся отсутствием гелиогеофизическихвозмущений и расположенные вблизи дней летнего и зимнего солнцестояния. В122280246December, 20118 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 302December, 20118 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30100SunhZenithhAngle,hdegreesGrouphVelocity,h103hkm/s6902702602502402302202104110120130Lovozero,Barentsburg50607080902468 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30July, 20112468 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30July, 2011Групповые скорости распространения ЭМ возмущений: красным цветом – виюле, синим цветом – в декабре.Рисунок 4.12: Групповые скорости распространения ЭМ возмущений вокрестности трассы Ловозеро-Баренцбург в июле и в декабре 2011 г.июле Kp-индекс был ниже 4, Dst-индекс - выше -50 нТл, поток рентгеновскихлучей составлял в среднем 5·10−7 Вт/м2 .
В декабре практически также: Kpиндекс < 3, Dst-индекс > -30 нТл, поток рентгеновских лучей - на уровне 10−6Вт/м2 . В июле в авроральных широтах, там, где расположена трасса ЛовозероБаренцбург, нижняя ионосфера освещена Солнцем все время (полярный день),а в декабре – наоборот (полярная ночь). Из рисунка видно, что в июле, каки в декабре, групповая скорость распространения ЭМ возмущений изменяетсяхаотично.
Ее среднее значение в июле составило 242 тыс. км/с, в декабре –265 тыс. км/с. Если сравнить эти значения со значениями групповой скоростираспространения, полученными в октябре 2011 г. (см. рис. 4.10 (а)), можнозаметить, что среднее значение групповой скорости распространения ЭМвозмущений в июле соответствует дневным значениям групповой скоростив октябре, а ее среднее значение в декабре – ночным значениям групповойскорости в октябре.Приведенный волновой импеданс /0 в октябре 2011 г. в спокойныхгелиогеофизических условиях, рассчитанный по данным обс.
Ловозеро,приведен на рисунке 4.10 (б). Из рисунка видно, что в волновом импедансенаблюдается регулярный суточный ход, обратный суточному ходу скорости123распространения. Риометрическое поглощение по данным обс. Ивало [4] (см.рис. 4.10 (д)) в октябре 2011 г. не превышало 1.5 дБ.Для более детального рассмотрения суточного хода волнового импеданса,также как и в случае с групповой скоростью распространения, мы усредниливолновой импеданс за октябрь 2011 г.
методом наложения эпох. Результатусреднения представлен на рисунке 4.13. Из рисунка видно, что в октябре1.65Z/Z0, Ohm1.61.551.51.451.4051015Hours of a Day20Рисунок 4.13: Средний суточный ход волнового импеданса ЭМ возмущений воктябре 2011 г.максимум волнового импеданса приходится на локальные утренние часы,примерно на 6-7 часов UT, и составляет около 1.65 от волнового импедансасвободного пространства 0 . Минимум этой величины достигается ночью, врайоне 21 часа UT, и составляет примерно 1.40 .Как уже обсуждалось, согласно работе [46], волновой импеданс для ТЕМмоды в сферическом волноводе связан с фазовой скоростью распространенияЭМ возмущения уравнением (1.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
