Диссертация (1149951), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

2.1. 3 – х часовой и среднесуточный Kp индекс во время возмущений 1982 – 1987. Жирнымшрифтом выделены значения Kp индекса, соответствующие времени возмущения.Таблица 2.1 указывает на то, что аномальные сильные СДВ возмущения, вызванныевторжением ультра-энергичных релятивистских электронов в полярную атмосферу, напрямуюне связаны с активностью магнитосферы.2.3.2. Возмущение от 30 апреля 1992 года, 13:00 – 13:30 UT. На рис. 2.4 и 2.5 (жирныекривые слева) представлены измеренные зависимости усредненных по трем точкам и исходных(неусредненных) зависимостей амплитуд и фаз для начальной части возмущения 30 апреля1992 года (по техническим причинам вторая половина возмущения не была зарегистрирована).32Рис.

2.4. Слева – усредненные по трем точкам экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц. Справа – Модуль коэффициента отражения и эффективная высота, вычисленныеотносительно трех частот для 30 апреля 1992 года.33Рис. 2.5. Слева – исходные (неусредненные) экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц возмущения 30 апреля 1992 года.

Справа – полученные зависимости модулякоэффициента отражения и эффективной высоты.Данный случай аномального возмущения ранее анализировался по неусредненным даннымамплитуд и фаз в работе [9], в которой было установлено резкое снижение эффективной высотыволноводного канала с 57 – 60 до 30 км, а также аномальное уменьшение модуля коэффициентаотражения первого отраженного луча с 0,65 до 0,4 – 0,5 (зависимости на рис. 2.5 справа,которые практически воспроизводят кривые из [9]).

При таком сильном уменьшениикоэффициента отражения вклад в принимаемый сигнал луча, дважды отраженного от верхнегослоя проводимости, пренебрежимо мал. Результат анализа этого события по усредненнымданным вариаций СДВ сигналов (рис. 2.4 справа) в целом повторяет полученный ранее в [9],однако дает лучшее соответствие экспериментальных и расчетных зависимостей для амплитуди фаз (рис. 2.4 слева).

Сравнение значения функционала-невязки показали, что в последнемслучае он составлял, тогда как в первом случае он был почти в полтора раза больше34). Такое различие функционалов для двух случаев анализа показывает эффективность(использования усредненных данных вариаций СДВ сигналов.На примере рассматриваемого этого события в работе [9] был проанализирован вопрос оразрешающей способности СДВ метода. Для этого одна и та же обратная задача решаласьтрижды с переопределением эффективной высоты: с привязкой к частотам 10.2(f1); 12,1(f2) и13.6(f3) кГц (,и) РНС “Омега”. В случаях определения эффективнойвысоты относительно крайних частотфункционалах – невязкиии(2.6) при минимизации соответствующих(2.13 и 2.14), а также при вычислении зависимостейииспользовались данные не всех трех, а только для двух частот (10.2 и 12.1 кГц в случаепривязки эффективной высоты к; 12.1 и 13.6 кГц в случае привязки эффективной высоты к).

Представленный в [9] анализ показал, что зависимости дляипочти совпалии были регулярными, тогда как зависимость от времениимела признакинерегулярности (на рис. 2.6 слева представлен похожий результат, полученный сиспользованием усредненных по трем точкам данных). В данной работе был выполненаналогичный анализ этого возмущения для случая использования усредненных по трем точкамисходных СДВ данных. При определении эффективной высоты относительно 10,2 кГц ииспользовании данных сигналов только первых двух частот была обнаружена вычислительнаянеустойчивость, заключающаяся в наличии двух минимумов функционала:и.

Кривые, соответствующие этим двум минимумам (двум начальнымзначениямзависимостями) представлены на рис. 2.6 слева (1 a и 1 b). Если по полученныммодулякоэффициентаотраженияиэффективнойвысоты(которымсоответствуют кривые 1 (a), 1 (b) и 3) вычислить с помощью выражений 2.3 – 2.5 амплитуды ифазы всех трех частот и определить полный функционал, привлекая для его определенияданные всех трех частот, то величина последнего составит: 39,1 – для привязки эффективнойвысоты к первой частоте 1 (a); 21,1 – для привязки эффективной высоты к первой частоте 1 (b);12,4 – для привязки эффективной высоты к третей частоте 3.

Эти значения полногофункционала для трех вариантов (1 (a), 1 (b) и 3) получились значительно больше ()вышеописанного случая анализа с использованием данных всех трех частот и определенииэффективной высоты относительно центральной частоты 12,1 кГц (рис. 2.4).Дальнейший анализ с использованием данных всех трех частот позволил получитьблизость и регулярность всех трех кривых,и(кривые 1, 2 и 3 рис.

2.6справа). Значения функционала, соответствующие определению эффективной высотыотносительно крайних частот и использованию полных данных, получились очень близкими к35значению(9,2 – для привязки эффективной высоты к первой частоте; 9,5 – дляпривязки эффективной высоты к третей частоте)Рис. 2.6. Зависимости модуля коэффициента отражения и эффективной высоты, вычисленныедля случаев определения эффективной высоты относительно трех частот для 30 апреля 1992года. Слева – вычисления с использованием данных вариаций фаз и относительных амплитудтолько двух частот при определении эффективной высоты относительно крайних частот (10,2 и13,6 кГц).

Справа – вычисления с использованием данных вариаций фаз и относительныхамплитуд всех трех частот.Таким образом, для получения наиболее достоверных зависимостейинеобходимо использовать данные всех трех частот, т.е. иметь шесть экспериментальныхзависимостей для вычисления двух. Использование только четырех экспериментальныхисходных зависимостей для определения двух ионосферных параметров не гарантируеткорректность (однозначность) численного решения обратной СДВ задачи численного решения.362.3.3.

Возмущение от 18 сентября 1987 года, 12:25 – 14:00. Возмущение от 18 сентября1987 года (рис. 2.7 для усредненных и рис. 2.8 для неусредненных данных) характеризуетсядовольно плавными и не очень сильными вариациями амплитуд и фаз трех СДВ сигналов, приэтом амплитуды сигналов в максимуме возмущения (13:00 UT) убывают относительно своихначальных значений от 0,3 для сигнала 13,6 кГц до 0,5 для сигнала 10,2 кГц. На рис. 2.7 справапредставлены зависимости эффективной высотычастоты 12,1 кГц) и модуля коэффициента отражения(определенной относительно среднейот спорадического– слоя. Этирезультаты были получены при разной последовательности обработки возмущения: анализвозмущения по двум половинам и анализ всего возмущения (в прямоми обратномнаправлениях времени).Рис.

2.7. Слева – усредненные по трем точкам экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц. Справа – модуль коэффициента отражения и эффективная высота для 18 сентября371987 года (1 и 3 - прямой и обратный анализ всего возмущения; 2a и 2b- анализ возмущения подвум частям).Относительно небольшое отличие кривых на рис.

2.7 справа (в отличие от представленныхдалее случаев рис. 2.10 и рис. 211) указывает на то, что лучевой метод в данном случаеудовлетворительно воспроизводит вариации электрических свойств радиотрассы S1, когдаэффективная высота не опускается ниже 50 км. Этот факт подтверждает и хорошеесоответствие экспериментальных и расчетных вариаций амплитуд и фаз (рис.

2.7 слева).Рис. 2.8. Слева – исходные (неусредненные) экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц возмущения 18 сентября 1987 года. Справа – полученные зависимости модулякоэффициента отражения и эффективной высоты (прямой анализ всего возмущения).Если сравнить результаты анализа этого события для случаев использования исходных(неусредненных по трем временным точкам, рис. 2.8) и усредненных данных (рис.

2.7), то впервом случае точность вычисления будет значительно ниже. На данное обстоятельство38указывает большая разница значений функционалов (2.11), соответствующим двум вариантаманализа. Анализ с использованием усредненных данных дает минимальное значениефункционала, тогда как при использовании неусредненных данных.В разделе 2.3.2 (рис. 2.6) были представлены результаты вычислений эффективныхвысот и модулей коэффициентов отражения относительно всех трех частот для возмущения 30апреля 1992 года.

На рис. 2.9 приведен аналогичный анализ для события 18 сентября 1987 года,который также показал сильное отличие кривыхипри определении эффективнойвысоты относительно крайних частот и использовании данных только двух сигналов (рис. 2.9справа).Рис. 2.9. Зависимости модуля коэффициента отражения и эффективной высоты для 18 сентября1987 года, вычисленные относительно трех частот (кривые 1, 2 и 3). Слева - расчет сиспользованием всех шести величин; справа - расчет относительно крайних частот 10,2 и 13,6кГц с использованием только четырех величин (кривые 1 и 3). Представленные кривыеполучены путем анализа всего возмущения в прямом направлении по времени.39В варианте анализа с использованием данных только первых двух частот (кривые 1 нарис.

2.9 справа) при минимизации функционалабыла обнаружена вычислительнаянеустойчивость, которая заключалась в наличии сильных отклонений значений функционаловпри малых вариациях h0 и R0, что хорошо видно из таблицы значений функционалов (2.15) вобласти по h – от 63 до 69 км (с шагом 1 км); по R – от 0,6 до 0,66 (с шагом 0,01).Если по зависимостямичастот и минимизации функционалов, полученным с использованием данных только двухи(кривые 1 и 3 на рис. 2.9 справа), вычислить спомощью выражений 2.3 – 2.5 амплитуды и фазы всех трех частот и определить полныйфункционал, привлекая для его определения данные всех трех частот (2.11), то величинапоследнего составит: 149,9 – для привязки эффективной высоты к первой частоте; 318,6 – дляпривязки эффективной высоты к третей частоте.

Характеристики

Список файлов диссертации