Диссертация (1150760)
Текст из файла
Санкт-Петербургский Государственный УниверситетНа правах рукописиЕрмоленко Светлана ИгоревнаСобственные колебания атмосферы и Земли побарометрическим и сейсмометрическим данным25.00.29 - физика атмосферы и гидросферыДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель - доктор физико-математических наук,профессор Швед Г. М.Санкт-Петербург – 20162ОглавлениеВведение............................................................................................................................................3Глава 1. Состояние исследований волн в атмосфере и в Земле.............................................81.1 Обзор осцилляций атмосферы...................................................................................................81.2 Наблюдения глобальных колебаний сейсмическими приборами..............................….....20Глава 2. Выявление длиннопериодных глобальных волн сейсмометром STS-2.............25Заключение по главе 2....................................................................................................................36Глава 3.
Короткопериодные глобальные колебания в атмосфере……..............................373.1 Выявление признаков гравитационных собственных колебаний атмосферы.....…...........373.2 Исследование влияния крупномасштабной динамики атмосферы на короткопериодныеглобальные волны……………………………....................................................…………….......453.3 Исследование связи собственных колебаний Земли с крупномасштабной динамикойатмосферы......... ……………………………....................................................……………..........50Заключение по главе 3....................................................................................................................54Глава 4.
Выявление гравитационных собственных колебаний атмосферы побарометрическим данным Глобального Геодинамического Проекта….…......................55Заключение по главе 4....................................................................................................................71Заключение……………………..…………………………………….……........................……..72Список сокращений......................................................................................................................74Список литературы…………………………..………………………………......................…..75Приложение....................................................................................................................................823ВведениеВсюду в атмосфере наблюдаются периодические изменения всех гидродинамическихвеличинветра, температуры, давления и плотности, а также концентрации ее газовыхкомпонент.
В ионосфере периодические изменения испытывают концентрации электронов иионных компонент. Амплитуда колебаний имеет тенденцию расти с высотой, так что в верхнихслоях атмосферы волны становятся доминирующей формой движения. Диапазон частотнаблюдаемых колебаний крайне широк от частот обычного звука до колебаний с периодами вгоды.Данная работа посвящена исследованию волн в диапазоне периодов от ~ 50 суток до ~ 1часа по данным сейсмометров и барометров. Сейсмологов и гравиметристов давно занимаетпроблема исключения из показаний сейсмометров и гравиметров воздействия на эти приборыатмосферных процессов.
Именно поэтому в приборном оборудовании сейсмических игравиметрических станций всегда присутствует чувствительный барометр. Сейсмологи игравиметристы воздействие атмосферы на показания приборов всегда воспринимали какдосадный шум. Но они не предпринимали попыток с помощью совместных показанийсейсмических приборов и барометров исследовать процессы в атмосфере. Впервые и до сих порединственной научной организацией в мире, где данные сейсмических приборов (обычновместе с одновременными показаниями барометров) привлекаются к исследованию динамикиатмосферы, является физический факультет СПбГУ.
Конкретно в СПбГУ с помощью показанийбарометров и сейсмических приборов с 1980-х годов ведется планомерное изучение глобальныхволн в атмосфере. Наше исследование продолжает эту работу.Предмет и актуальность исследованияОсновным объектом исследования в диссертации являются периодические динамическиепроцессы в земной атмосфере в широком диапазоне периодов от ~ 50 суток до ~ 1 час. Причем4основной упор сделан на исследование малоизученных короткопериодных движений спериодами ~ 1-5 час. В атмосфере наблюдаются периодические процессы разной физическойприроды.
Мы же сосредоточились в основном на исследовании собственных колебанийатмосферы (СКА), называемых ещѐ нормальными атмосферными модами. Если в нижнейатмосфереСКА,какправило,малозаметнынафонесиноптической,циклоно-антициклонической активности, то при распространении СКА вверх их амплитуды возрастаютна порядки, и они становятся важной составляющей движений средней и верхней атмосферы.
Вэтих слоях атмосферы вариации всех параметров атмосферы и еѐ нейтрального и ионногосостава в значительной степени определяются СКА, что делает исследования СКА актуальнойзадачей.Предметом исследования также являются сфероидальные собственные колебания Земли(СКЗ) 0S2 с периодом около 54 мин, наблюдаемые в сейсмически спокойные периоды. Поэтомуактуальной задачей является поиск механизма их возбуждения.Степень разработанности темы исследованияСуществуют СКА первого и второго рода.
Волны второго рода – это вращательные илиинерционные волны (волны Россби). Они достаточно хорошо изучены. Существует большоечисло наблюдений этих волн с периодами от ~ 2 до ~ 30 суток. Основной массив наблюдаемыхСКА с периодами короче ~ 2 суток относится к волнам первого рода - гравитационным волнам.В настоящее время существуют оценки частот этих волн приближенными аналитическимиметодами (см. ниже).
Однако наблюдать гравитационные СКА с периодами меньше ~ 7 часовпока никому не удавалось в силу их крайней слабости.Что же касается СКЗ 0S2, то ещѐ в 1980-х годах сейсмолог Е.М. Линьков заметил, чтоданное колебание существует не только после землетрясений, но также обнаруживается и всейсмически спокойные периоды. Однако поиск источников фоновых СКЗ 0S2 не проводился.Цели и новизна исследованияОсновная задача исследования – выявить указанные выше периодические движения ватмосфере в измерениях вариаций приземного давления и показаниях сейсмометров.
А выявивих, наша задача была исследовать особенности этих движений в той степени, какую допускаетполученный экспериментальный материал. Новизна нашего исследования заключается преждевсего в том, что впервые использованы показания сейсмометров. Во-вторых, впервыебарометрические измерения использованы для исследования СКА с периодами короче 5 часов.5Что касается СКЗ 0S2, впервые была поставлена задача исследовать его связь с процессамив атмосфере.Методология и методы исследованияВработеиспользуютсястандартныепрограммыпостроенияспектров:Фурье-преобразование по методу Ломба-Скаргла и вейвлет-преобразование Морле 6.
Для поискаследов СКА длинные ряды разделяются на короткие 5-суточные ряды с шагом в 1 сутки.Используется оригинальныйновый метод исследования, основанный на построениигистограмм количества спектральных пиков. Впервые в исследованиях атмосферных волниспользован метод перемножения спектров.
Для поиска следа гравитационных СКА разработанспециальный подход к поиску периодичностей в спектрах. Для обнаружения конкретныхпроявленийгравитационныхСКАиспользованыданныебарометровсостанций,расположенных в разных частях земного шара и требование длительности колебания не менеенескольких суток подряд.При исследовании связи СКЗ 0S2 с атмосферными движениями искалась корреляциямежду атмосферным индексом Арктической осцилляции (АО) и следом СКЗ в показанияхсейсмометра.Достоверность результатовДостоверность результатов, представленных в диссертации, подтверждается тем, что ониполученынабольшомстатистическомматериале,сиспользованиемфизическииматематически обоснованных стандартных и оригинальных методов.
Для исследованияпривлеченыданныестандартныхприборов.Кромеэтогорезультатыисследованияподтверждаются теоретическими оценками.Положения, выносимые на защиту- экспериментальноеподтверждениепериодичностивгруппированиичастотгравитационных собственных колебаний атмосферы в диапазоне периодов ~ 1-5 часов;- обнаружение конкретных проявлений собственных колебаний атмосферы в диапазонепериодов ~ 2-5 час;- обнаруженние чувствительности показаний горизонтальных каналов сейсмометров кглобальным осцилляциям атмосферы в диапазоне периодов порядка 2-50 суток;6- существование статистически значимой корреляции между индексом циркуляцииатмосферы АО и возбуждением сфероидального собственного колебания Земли 0S2.Практическая и научная значимость1.Исследование СКА и условий их возбуждения имеет фундаментальное значениекак индикатор нелинейных макромасштабных динамических процессов в атмосфере ипрактическое значение для определения источников вариаций параметров атмосферы и еѐсостава.2.В перспективе исследования СКА по рядам измерений параметров атмосферМарса и Венеры могут явиться индикатором теплового и динамического состояния указанныхатмосфер.3.Исследование полезно для сейсмологов и гравиметристов как объясняющееприроду некоторых сигналов, регистрируемых сейсмическими приборами, и механизмавозбуждения СКЗ.Личный вклад автораАвтор участвовал в постановке задач, поиска методов их решения и анализе результатов.Поиск качественных исходных данных и их математическая обработка приведены авторомединолично.Апробация работыРезультаты работы докладывались на следующих российских и международных научныхконференциях: на международных симпозиумах «Атмосферная радиация и динамика» МСАРД2011, МСАРД-2013 и МСАРД-2015 (Санкт-Петербург, 2011, 2013 и 2015), молодежныхконференциях «Физика и прогресс» в СПбГУ (2011 и 2015), XXIII научной сессии Совета понелинейной динамике (Москва, 2014), всероссийской научной конференции «Природа, теория имоделирование системы «атмосфера – гидросфера – земная поверхность»» (Санкт-Петербург,2016).
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}
