Автореферат (1149950)
Текст из файла
федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиАстафьев Александр МихайловичОПРЕДЕЛЕНИЕ ЮЖНОЙ ГРАНИЦЫ ВЫСЫПАНИЯ В СРЕДНЮЮПОЛЯРНУЮ АТМОСФЕРУ УЛЬТРА-ЭНЕРГИЧНЫХРЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ МЕТОДОМ СДВ01.04.03 — радиофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»Научныйруководитель:доктор физико-математических наук, доцент, РеменецГеоргий Федорович, ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургскийгосударственный университет, профессор кафедрырадиофизикиОфициальныеоппоненты:доктор физико-математических наук, старший научныйсотрудник, Лазутин Леонид Леонидович, ФГБОУ ВПОМосковский государственный университет им.
М. В.Ломоносова, Научно-исследовательский институт ядернойфизики имени Д. В. Скобельцына, отдел космическойнауки, ведущий научный сотрудник лабораториикосмических исследованийкандидат физико-математических наук, Федоренко ЮрийВалентинович, ФГБУН Полярный геофизическийинститут Кольского научного центра Российскойакадемии наук, старший научный сотрудникВедущаяорганизация:ФГБУН Институт земного магнетизма, ионосферы ираспространения радиоволн им.
Н.В. Пушкова Российскойакадемии наук «ИЗМИРАН», г. ТроицкЗащита состоится «22» июня 2017 г. в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.44 по защите диссертаций на соисканиеученой степени кандидата наук при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адресу: 199178, Санкт-Петербург, 10-ая линия В.О., д. 33-35,ауд. 74.Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу:198504,Санкт-Петербург,Петергоф,ул.Ульяновская,д.3,ученому секретарю диссертационного совета Д 212.232.44 А.В. Комолкину.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им.М.
Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. Диссертация иавтореферат диссертации размещены на сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан «___»_____________2017 г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.232.44к-т физ.-мат.
наукА.В. Комолкин2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность и степень разработанности темы исследованияИсследование земной ионосферы является одной из актуальных задачсовременной науки при решении, как фундаментальных вопросов физикикосмическойплазмы,такиприкладных,касающихсяраспространениярадиоволн различных диапазонов. Известно, что работа средств радиосвязи вомногом зависит от электрических характеристик ионосферы, которые неявляются стационарными из-за воздействия множества факторов естественногохарактера. Их влияние может приводить к нарушениям качества радиосвязи, атакже к полному ее исчезновению. С другой стороны, зависимость характерараспространения радиоволн от состояния ионосферы позволяет регистрироватьвозникающие ионосферные возмущения.
Путем последующего анализа спривлечением геофизических данных (спутниковых, магнитометрических и др.)устанавливается природа источников этих ионосферных возмущений, что в своюочередьпозволяетпродвинутьсявпониманиипроцессовнаСолнце,радиационных поясах магнитосферы и физических свойствах космическихпотоков, ионизирующих атмосферуВ данной диссертации исследуется новое и пока еще малоизученноегеофизическоеявление,проявляющеесебя ввысокоширотной среднейатмосфере чаще всего на фоне низкой солнечной активности в дневное и ночноевремя [1 – 5].
Суть этого явления, как установлено косвенным СДВ – методоманализа, заключается во вторжении в среднюю полярную атмосферу Земливысокоэнергичных релятивистских электронов с энергией ~ 100 МэВ.Вторгающиеся электроны тормозятся в окрестности 40 км над поверхностьюземли и генерируют тормозное рентгеновское излучение, которое ионизируетатмосферу в области 10 – 40 км и вызывает появление спорадического DS – слоя[2, 6, 7, 8]. Пространственный масштаб таких возмущений соизмерим савроральной зоной Земли, а их длительность составляет от десятка минут донескольких часов.
Факт существования описанного явления был получен только3косвенным методом благодаря многолетним и непрерывным наземнымизмерениям амплитуд и фаз сверхдлинноволновых (СДВ) сигналов 10 – 16 кГцна полностью авроральной и частично авроральной радиотрассах [2, 5]. Данныйтип аномальных атмосферных возмущений не регистрируется другимиизвестными средствами мониторинга состояния области нижней ионосферы –средней атмосферы. Кроме того, не существует прямых (спутниковых)измерений указанных спорадических электронных потоков такой большойплотности в ближнем космосе.Названное спорадическое явление оказалось новым для геофизики.Одной из важнейших особенностей наблюдавшегося явления состоит в том, чтовторгающиеся в верхнюю атмосферу электроны не проникают в средниешироты.
Согласно грубой оценке эта величина соответствует примерно 60° [5].Проблемаопределения южной (экваториальной) границы возмущения поназемным СДВ данным в условиях отсутствия спутникового мониторинганазванных корпускулярных высыпаний является актуальной задачей. Онаявляется таковой с точки зрения познания нового геофизического явления, сточки зрения сохранности телекоммуникационнойаппаратуры в ближнемкосмосе и с точки зрения безопасности функционирования живых объектов всредней атмосфере в условиях тормозных рентгеновских лучей. При этомотмечаем, что мониторинг СДВ – сигналов в полярной области остаетсяединственным средством исследования случаев вторжения высокоэнергичныхрелятивистских электронов, то дальнейший более детальный анализ имеющихсяСДВ данных представляется актуальной задачей.Целью данной работы является определение планетарных масштабоввозмущений за 1982 – 1987 годы, вызванных вторжением высокоэнергичныхрелятивистских электронов в полярную область атмосферы, по известнымданным вариаций СДВ сигналов в диапазоне 10 – 16 кГц, которыераспространялись вдоль полностью и частично высокоширотных радиотрасс.4Задачами диссертации являются:1.
Исследование динамики электрических свойств средней атмосферына начальной и восстановительной стадиях спорадических аномальных СДВвозмущений: нахождение временных зависимостей модуля коэффициентаотражения первого ионосферного луча и эффективной высоты возмущенноговолноводного канала «Земля – ионосфера» по известным вариациям амплитуд ифазсигналоввысокоширотнойрадиотрассыАлдра–Апатиты.Такоеисследование определено как решение обратной СДВ – задачи первого типа.Основным признаком аномальности анализировавшихся возмущений являетсякачественное подобие вариаций всех трех СДВ – сигналов, отличающихся другот друга значениями частоты.
Указанное подобие на тех же расстояниях (около1000 км – средняя зона расстояний от источника СДВ – излучения) никогда ненаблюдалась в средних и низких широтах.2. Исследование корректности решения обратной СДВ – задачи попричинам:1)характерныймасштабнеоднородностиповертикалеионизованного атмосферного слоя соизмерим с длиной электромагнитнойволны; 2) связь между параметрами электрической проводимости слоя ихарактеристикамираспространениятрансцендентная,ипоэтомусоответствующая обратная задача неоднозначна; 3) эффективные частотныеполосы амплитудных каналов (пиковые детекторы) в эксперименте были нанесколько порядков больше, чем полосы фазовых каналов (синхронноедетектирование); 4) скорость изменения состояния электрических свойствионизованногослоянеобязанааприорибытьсогласованнойс«инерционностью» амплитудных и фазовых каналов; 5) неприменимостьстандартных методов оценки погрешностей конечного результата; 6) возможныеизменения отношения сигнал / шум по амплитудным каналам на порядок (от 10до 1) по причине интерференционного характера изменений сигналов вуказанной зоне расстояний.53.
Определение глобального масштаба возмущений, вызывавшихсявторжением в атмосферу ультра-энергичных релятивистских электронов (УРЭ):определение южной (экваториальной) границы области вторжения потокавысокоэнергичных релятивистских электронов по известным амплитудным ифазовым вариациям СДВ – сигнала, распространяющегося вдоль частичновысокоширотной радиотрассы Великобритания – Апатиты. Это исследование вопределено как решение обратной СДВ – задачи второго типа.4. Оценка влияния на определение границы возмущения эффектовотраженияиперевозбуждениянормальныхволннанеоднородностирадиотрассы, порождаемой высыпанием УРЭ и вариаций проводимости земнойповерхности вдоль радиотрассы.5. Выполнить сравнительный анализ точности трех алгоритмоввычисления собственных значений поперечного оператора для волновода«Земля – ионосфера (спорадический DS – слой)» в импедансной постановкезадачи: обобщенного метода Шумана, метода интегрирования нелинейногоуравнения Рикатти и приближенного вариационного метода моментов [9 – 12].6.
Ответить на вопрос о степени пространственной однородностивысыпаний УРЭ.Научная новизнаПредставленные в работе оригинальные результаты были полученычисленными методами на основе существующей теории распространениясверхдлинных радиоволн. Алгоритм вычисления зависимостей от времениэффективной высоты и модуля коэффициента отражения от верхней средыприземного волновода каналабыл взят из имеющихся литературныхисточников (самосогласованный метод решения обратной СДВ – задачи [13, 14])и применен к набору СДВ – возмущений за 1982 – 1987 годы, которые ранее неисследовались.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
