Автореферат (1149665), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Все результаты, описанные в диссертации,были получены автором самостоятельно. Большая часть численных расчетов ианализ полученных результатов были выполнены в среде программирования иматематических вычислений MATLAB, где автором разрабатывались необходимые алгоритмы.Публикации.Основные результаты по теме диссертации изложены в восьми статьях,четыре из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК, остальныечетыре — в сборниках трудов конференций.Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.Полный объем диссертации 129 страниц с 71 рисунком и 9 таблицами.
Списоклитературы содержит 88 наименований.6Содержание работыВо введении обосновывается актуальность исследований, формулируется цель и ставятся задачи, указывается научная новизна и практическая значимость представляемой работы. Также приводятся основные положения, выносимые на защиту и список публикаций автора по теме исследования.Первая глава даёт обзор основных используемых понятий и терминов.Приводится краткое описание солнечного и межпланетного магнитных полей.Объясняется формирование секторной структуры межпланетного магнитногополя (ММП).
Даётся описание геомагнитного поля и систем координат, в которых осуществляются измерения элементов геомагнитного поля. Третий подраздел кратко объясняет эффект Свальгарда-Мансурова, лежащий в основе представленного метода восстановления секторной структуры ММП.Вторая глава состоит из трёх разделов и посвящена описанию геомагнитных данных, используемых для восстановления полярности ММП.В разделе 2.1 даётся обзор геомагнитных станций, данные которых использовались в ранних методах восстановления полярности ММП, и объясняется, каким образом выбор станций определяет получаемые результаты.
Основным тезисом части является утверждение о том, что восстановление секторнойструктуры возможно по геомагнитным данным неполярных станций, где раньшевсего начали вестись магнитные наблюдения.В начале следующей части излагается краткая история геомагнитных наблюдений в 19-м веке. Особое внимание уделяется обзору станций в СанктПетербурге и Хельсинки. Приводится информация о доступности регулярныхпочасовых геомагнитных наблюдений, проводившихся в 19-м веке, и дается список станций, данные которых используются для восстановления полярности. Двапоследующих подраздела посвящены описанию корректировки представленныхгеомагнитных измерений.
В первом представлен подробный отчёт об исправлении ложных трендов в используемых данных и о том, в какие периоды эти данные не рассматриваются ввиду сильных сбоев измерительного оборудования. Вовтором показано, как выполнялся сдвиг данных, необходимый для приведенияизмерений к современному формату Всемирного времени (UT).В разделе 2.3 вводится индекс геомагнитной активности IHV(1d), необходимый специально для представленного метода восстановления полярности впериоды, когда аа-индекс геомагнитной активности был недоступен.Третья глава представляет собой подробный разбор предлагаемого метода восстановления полярности ММП и состоит из пяти разделов.В первом разделе исследуется проявление эффекта СвальгардаМансурова (С-М) в геомагнитных вариациях: распределение наибольших вариаций эффекта в течение дня и в различные сезоны года.
В первую очередь рассматриваются способы определения полярности ММП в ранних методах Свальгарда [5], Мансурова [6] и Веннерстрём [4]. Вводятся диаграммы интенсивностиэффекта С-М в разных компонентах геомагнитного поля. Наблюдаемые изменения в эффекте объясняются с точки зрения DPY токовой системы, ответственнойза исследуемый наземный эффект. С помощью аналогичных диаграмм такжепоказано, что различие геомагнитных вариаций в дни положительной и отрицательной полярностей ММП наблюдается и на средних широтах. Эффект противоположен весной и осенью.
Вводится предположение о том, что его источникомявляется кольцевой ток.В разделе 3.2 вводится весовая функция, с помощью которой по рассчитанным ранее диаграммам определяются весовые коэффициенты геомагнитныхвариаций каждого часа в течение года. Значения весов для вариаций тем больше,чем сильнее средняя интенсивность эффекта С-М в конкретный период.Третий раздел посвящён описанию процедуры расчёта суточной кривой,относительно которой определяются геомагнитные вариации эффекта С-М. Рассматривается проблема зависимости результатов метода от геомагнитной активности, имевшая место в методе Свальгарда [3] и возникающая при использовании суточной кривой, получаемой простым усреднением значений геомагнитного поля.
Для решения указанной проблемы вводится метод определения суточной кривой, основанный на усреднении только тех значений поля, которым соответствует тот же уровень геомагнитной активности, что и в исследуемый период. Показано, что получаемые значения действительно дают различные формысуточной кривой в условиях меняющейся геомагнитной активности. В следующем разделе приводятся итоговые формулы для расчёта значений полярностиPi , определяемых как сумма всех «взвешенных» вариаций.В разделе 3.5 описан процесс корректировки получаемых значений полярности. На основе предположения о квазистационарности солнечного ветра,вводится процедура сглаживания значений Pi с помощью 27-дневных диаграммБартельса.
Результаты восстановления полярности по данным геомагнитного поля на станции Воейково до и после корректировки, а также полярность по спутниковым данным показаны на рис. 1. Указанная процедура сглаживания позволяет улучшить точность восстановления полярности в среднем на 5%.8Pi , beforePi , afterBY − BX19701971197219731974197519761977197819791980−300−200−1000100200300−10010Рис.
1: Восстановленная полярность по данным Санкт-Петербурга: до сглаживания (слева) ипосле (в центре); справа — полярность ММП по спутниковым данным (1970–1980 гг.)В конце третьей главы излагается структура предлагаемого метода восстановления полярности ММП:• Вычисляется среднее годовое распределение различий между характернымисуточными кривыми геомагнитного поля для положительной и отрицательнойполярностей ММП.• На основе полученных диаграмм для всех станций и каждой компоненты формируется набор весовых коэффициентов, определяющий время, когда вариации используются для восстановления полярности, а также указывающий назнак различий.• Суточная кривая фонового геомагнитного поля определяется усреднением значений поля в интервале ∆N в периоды с тем же уровнем геомагнитной активности (±∆aa), что и в исследуемое время.
Параметры ∆N и ∆aa опреде9ляются подбором отдельно для каждого месяца, геомагнитной компоненты истанции.• Итоговые значения восстановленной полярности Pi одной станции вычисляются суммированием взвешенных отклонений для всех доступных геомагнитных компонент.• Средние величины отрицательных и положительных Pi выравниваются вскользящем 55-дневном интервале.• Полученные данные сглаживаются в диаграммах Бартельса.В четвертой главе, состоящей из четырёх разделов, оценивается точность и качество восстановленной секторной структуры ММП.В части 4.1 объясняется, каким образом определяется полярность поспутниковым данным ММП.
Демонстрируется, что ввиду преимущественно спиральности магнитного поля солнечного ветра, в большинстве случаев(∼94%) среднесуточная полярность совпадает со знаком азимутальной компоненты ММП, определяемой в GSM системе координат. Поэтому делается выводо том, что значения Pi , восстановленные с использованием геомагнитных данных, действительно отражают истинную полярность ММП.В следующем разделе восстановленная полярность сравнивается со спутниковыми данными ММП, доступными начиная с 1965-го года. Оценки приводятся для всех станций, по отдельности для результатов, полученных в разныхкомпонентах геомагнитного поля.
Оценки, представленные в таблице 4.2, свидетельствуют о том, что использование геомагнитных данных высокоширотныхстанций даёт наилучшие результаты — до 82% успешных определений. Тем неменее, секторная структура, восстановленная по данным среднеширотных станций, также хорошо совпадает с полярностью согласно спутниковым измерениям— до ∼75% успешных определений.Затем анализируется точность восстановления полярности для разныхстанций уже в зависимости от сезона года.
На основе представленных графиков точности полярности, реконструированной по вариациям поля на среднеширотных станциях, делается заключение о том, что в определённые месяцы дляполучения итоговых значений полярности не следует использовать данные всехкомпонент геомагнитного поля.Далее в таблице 4.3 приводятся оценки точности восстановления по данным всех станций (с использованием выбранных компонент поля). Количествосовпадений варьируются от 73 до 85%, а после применения процедуры корректировки сглаживанием возрастает до 77–88%.
В таблице 4.5 демонстрируются оценки точности секторной структуры, полученной для различных групп10данных в соответствии с появлением измерений геомагнитного поля. Начинаяс 1844-го года до 1985-го года, с открытием новых магнитных станций точность восстановленной секторной структуры предположительно возрастает с 78до 90%.В конце раздела исследуется изменение точности результатов метода отгода к году (рис. 2) и делается вывод о том, что худшие результаты наблюдаются в периоды минимумов солнечной и геомагнитной активности. Это позволяет определить периоды в прошлом, когда восстановленная секторная структуравозможно содержит большее число ошибок.100THLVOSMIRGDHSODSITLERNURLNNESKSVDWITCNBSunspotsIHVaa90success rate, %80706050403020101965197019751980198519901995Year200020052010Рис.
2: Среднегодовая точность метода для отдельных станций (тонкие линии в верхнейчасти графика), ниже толстыми линиями изображены среднегодовые значения чисел пятен(красный), IHV (1d) (синий) и aa (зелёный) индексы геомагнитной активности.Раздел 4.3 посвящён проверке полярности, восстановленной в 19-м веке. В результате сравнения секторных структур ММП, полученных по даннымразных компонент, а также сравнения результатов разных станций, предполагается, что измерения склонения геомагнитного поля в Екатеринбурге с 1887-гопо 1925-й года вероятно содержат много ошибок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
