Автореферат (1149950), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Полученные аномальные вариации электрических параметровспорадическогослояионизациидополняют6статистикуисследованныханомальных возмущений и одновременно являются неотъемлемым этапомрешения основной задачи работы – задачи по определению границы высыпанияУРЭ.Использованныйалгоритмопределенияюжнойграницыявлениявторжения ультра-энергичных релятивистских электронов по наземным СДВданным является абсолютно оригинальным.1.
Решена обратная СДВ – задача 1-ого типа для совокупности случаеввторжения УРЭ, наблюдавшихся в 1982 – 1987 годах.2. Впервые была решена обратная СДВ-задача 2-ого типа длянеоднородной радиотрассы Великобритания – Апатиты и определена южнаяграница высыпания ультра-энергичных релятивистских электронов. Впервые“точно” учтен эффект перевозбуждения основной нормальной волны в другиенормальныеволнынаграницеобластивторжениявысокоэнергичныхэлектронов (на границе со спорадическим DS – слоем).3. Выполнен сравнительный анализ точности и эффективности трехметодов вычисления собственных значений для поперечного оператора,соответствующему сферическому изменяющемуся во времени волноводу, спомощьюкоторогомоделируетсядинамикааномальноговозмущенияприземного волноводный канал с спорадическим DS – слоем.4.
Численным методом показано, что для корректного решения обратнойСДВ–задачипервоготипанеобходимо,чтобычисловходныхэкспериментальных функций времени, характеризующих аномальные СДВ –возмущения, не менее чем в три раза превышало число искомых параметров,характеризующихдинамикуэлектрическихсвойстввозникающегоспорадического DS – слоя.5.Впервыеспомощьюпредставленногочисленногоанализа(совместного решения обратных СДВ – задач первого и второго типа)аргументирована относительная однородность возмущения электрическойпроводимости в DS – слое в пространственном масштабе соизмеримым сплощадью 10 градусов долготы на 5 градусов широты.7Достоверность результатовОсновные результаты работы получены с помощью двух широкоизвестных методов решения задач распространения волн СДВ диапазона вволноводном канале земля – ионосфера [12].
Первый из них является лучевойметод, который был использован при анализе динамики электрических свойствволноводного канала «Земля – ионосфера (спорадический DS – слой)». Второйметод, основывающиеся на представлении решения виде ряда нормальных волн,был применен при решении обратной СДВ задачи для неоднороднойрадиотрассы Великобритания – Апатиты.Приведенный в работе численный анализ был выполнен на основеэкспериментальных СДВ – данных, полученных сотрудниками ПГИ КНЦ РАН в1982 – 1992 гг. Достоверность этих экспериментальных данных подтвержденакак большим числом публикаций сотрудников ПГИ КНЦ РАН, так ииспользованием СДВ – данных при проведении геофизического и численногоанализа СДВ – возмущений различной геофизической природы: вторжение всреднюю атмосферу ультра-энергичных релятивистских электронов, высыпаниеавроральных электронов, высыпания солнечных протонов (явление ППШ),рентгеновские вспышки на Солнце, переходные условия «день – ночь» нарадиотрассе распространения сигнала [1 – 8].Основным критерием достоверности представленных результатов навсех этапах представленного анализа является малость функционала-невязки вслучае первой обратной СДВ – задачи и функции-невязки в случае 2-ойобратной СДВ – задачи.
В невязки входят разности экспериментальных ирасчетных временных функций. Оценка точности временных функций, которыехарактеризуютдостигаетсядинамикуповторномвозмущаемыхрешениемэлектрическихобратных задачдлясвойствсреды,фиксированноговозмущения с искомыми начальными условиями, которые соответствуютразным моментам времени этого возмущения.8Основные положения, выносимые на защиту:1.
Аномальные зависимости от времени эффективной высоты и модулякоэффициента отражения от верхней границы приземного волноводногоканала,возмущенногопотокамиультра-энергичныхрелятивистскихэлектронов (УРЭ, СДВ – задача 1-ого типа). Они установлены по наборууникальных экспериментальных СДВ данных, полученных в ПГИ КНЦ РАН втечение десятилетия 1982 – 1992 годы. При их получении путем численногоанализа установлено, что для корректного решения обратной СДВ – задачинеобходимо,чтобычислоэкспериментальныхвременныхзависимостей,характеризующих аномальные СДВ – возмущения, не менее чем в три разапревышало число искомых параметров, описывающих динамику электрическихсвойств спорадического DS – слоя.2.
Значения геомагнитных широт экваториальных границ высыпания УРЭ,c усредненным по событиям значением равным 61,3 ± 0,7 градусов, и методих определения (решение обратной СДВ – задачи 2-ого типа). Вариацииэлектрических свойств Земли вдоль радиотрассы оказывают незначительноевлияние на значение найденной границы высыпания.3.
Обоснование применимости “Обобщенного шумановского метода” дляопределения собственных значений при решении обратной СДВ-задачи 2-готипа. Метод моментов дает удовлетворительное приближенное значение вслучаях аномальных возмущений. Обобщенный шумановский метод даетточный результат в тех же случаях. Оба метода применяются к модельномуприземному волноводу с “реальными” импедансными граничными условиям наверхней границе. Эти зависящие от времени импедансы получены в результатерешения обратной СДВ – задачи 1-ого типа.4.Утверждениеомалойзначимостиэффектовотраженияиперевозбуждения основной нормальной волны в другие волны на границевысыпанияУРЭприопределении9еегеомагнитнойшироты.Этоутверждение получено с использованием эффективных профилей электрическойпроводимости,моделирующихспорадическийDS–слой,итеориинесамосопряженных операторов.5.
Утверждение об относительной однородности высыпаний УРЭ впространственных масштабах авроральной радиотрассы S1 и возмущеннойчасти смешанной радиотрассы S2. Оно подкрепляется успешным решениемобратной СДВ – задачи 2-ого типа, которая полностью опирается на решение 1ой задачи. Решения задач строятся на допущении о продольной однородностивозмущенных участков радиотрасс в каждый момент времени.Апробация работыОсновные результаты работы были представлены на следующихнаучных семинарах и конференциях:1.
36th, 38th Annual Seminar Physics of Auroral Phenomena 2013, 2015 PGI, KSCRAS, Apatity, Murmansk region.2. XIX, XX Региональная конференция по распространению радиоволн 2013,2014 СПбГУ, Санкт-Петербург.3. 10th, 11th International conference "Problems of Geocosmos", St. Petersburg,Russia, 2014, 2016.Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2статьи в рецензируемых научных журналах, 6 тезисов докладов и однометодическое пособие.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫДиссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.Диссертация содержит 100 страниц текста, 34 рисунка, 6 таблиц и списоклитературы, включающего 102 наименования.Вовведенииобосновываетсяактуальностьтемыдиссертации,сформулированы ее основные цели и решаемые задачи, а также приведено10краткое содержание диссертации.Первая глава представляет собой обзорную часть.
В ней описываютсяосновные характеристики и методы исследования известных энергичныхпотоков космического излучения, вторгающихся в полярную атмосферу земли.Основное внимание уделено детальному описанию СДВ метода исследованияизменяющийся нижней ионосферы и сравнение его с другими методамимониторинга состояния ионосферы, которые не позволяют обнаруживатьисследуемые в работе явления вторжения ультра-энергичных релятивистскихэлектронов.Во второй главе приводится решение нестационарной СДВ задачипервого типа и анализируется точность полученного результата для несколькиханомальных возмущений за 1982 – 1992 годы, вызванных вторжением ультраэнергичных релятивистских электронов. Суть этой задачи заключается внахождении самосогласованным методом [13, 14] зависимостей от времениэффективной высоты и модуля коэффициента отражения первого ионосферноголуча по известным изменениям относительных амплитуд и приращениям фаз натрех близких частотах (10,2; 12,1 и 13,6 кГц) СДВ сигналов высокоширотнойрадиотрассы S1 Алдра – Апатиты, которая предполагалась однородной.
Решениестроилось с использованием лучевого метода [15] в трехлучевом приближении,в котором учитывались дифракционная волна Ватсона – Фока, однократно идвукратно отраженные от возникающего спорадического DS – слоя лучи.Особенность самосогласованного метода состоит в том, что он позволяетопределить абсолютные значения ионосферных параметров (являющиесяфункциями времени) по относительным вариациям СДВ величин.ПроведенныйанализСДВданныхпоказал,чтовтечениеисследовавшихся событий вариации эффективной высоты волноводного каналаи модуля коэффициента отражения первого ионосферного луча составляли от 65– 60 до 40 км и 0,7 – 0,65 до 0,4 – 0,3 соответственно. При таком сильномуменьшении коэффициента отражения вклад в принимаемый сигнал луча,11дважды отраженного от верхнего слоя проводимости, пренебрежимо мал (заисключением рассмотренного умеренного возмущения 5 мая 1986 года, 10:55 –11:30 UT).
Ослабление СДВ сигналов в максимуме возмущения вызваноинтерференциейпервогоионосферноголучаидифракционнойволны,распространяющейся вдоль поверхности Земли. Как и ожидалось, точностьрешения поставленной задачи сильно зависела от скорости изменения и уровняослабления СДВ сигналов.При исследовании сильных СДВ возмущений, характеризующиесябольшим (в три и более раз) ослаблением сигналов в максимуме таких событий,оказался эффективным подход, при котором данные вариаций СДВ сигналовделились на две части (до и после максимума возмущения) каждая из которыхзатеманализироваласьотдельноинезависимодруг отдруга.Такойпоследовательный анализ двух отдельных частей одного возмущения позволилминимизироватьошибку,возникающуюиз-заограниченнойточностииспользуемых приближений в области максимального ослабления СДВсигналов.В ходе проведенного численного анализа был выявлен новый и важныйэмпирический численный результат, заключающийся в том, что для корректногорешения обратной СДВ – задачи первого типа необходимо, чтобы числоэкспериментальных временных зависимостей, характеризующих аномальныеСДВ – возмущения, не менее чем в три раза превышало число искомыхпараметров, описывающих динамику электрических свойств спорадического DS– слоя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
