ПОИСК И ИДЕНТИФИКАЦИЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ ОЧАГОВ ПЛАНЕТАРНОЙ ГРОЗОВОЙ АКТИВНОСТИ МЕТОДАМИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ ПО ДАННЫМ КРАЙНЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ МАГНИТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ТОМСКЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Механизмы формирования ЭМ-фона КНЧ-диапазона в окружающей среде ....6
1.1 Источники КНЧ-излучений 6
1.1.1 Классификация источников 6
1.1.2 Система наблюдения за грозами Lightning Imaging Sensor (LIS) 8
1.2 Шумановские резонансы 11
1.2.1 Резонатор Земля-ионосфера 13
1.2.2 Временные вариации параметров ШР 15
1.2.3 Магнитные измерения КНЧ-фона в Томске 30
2 Обработка экспериментальных данных за период с 01.06.2017 по 31.05.2018 ...35
2.1 Поведение горизонтальных компонент магнитной индукции второй
моды ШР, по данным измерений в Томске 35
2.2 Пространственно-временные характеристики грозовой активности ..40
3 Оценка возмущений компонент МИ активностью грозовых центров 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ А 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ B 70
Основным механизмом формирования естественного электромагнитного (ЭМ) фона крайне низкочастного (КНЧ) диапазона (3-30 Гц) в окружающей среде является явление, называемое «шумановские резонансы» [1]. Впервые механизм был предсказан теоретически В.О. Шуманом в 1952 г [1] и экспериментально открыт М. Бальсером и Ч. Вагнером [1].
По современным представлениям шумановские резонансы - явление интерференции бегущих электромагнитных КНЧ-волн (их длина соизмерима с геометрическими размерами Земли), генерируемых глобальной грозовой активностью (ГГА). Средой распространения КНЧ-волн является резонатор Земля-ионосфера - глобальная динамическая система, включающая в себя поверхностные слои Земли, всею нейтральную атмосферу и внутреннею (нижнею) ионосферу, сезонно-суточное распределение параметров, которой во многом и определяет характеристики резонансов [1].
Определяющее влияние ГГА на амплитудные характеристики ШР было установлено еще в 60-х годах XX века [2]. В современной работе [2] экспериментально показана возможность идентификации локальных очагов ГГА в поляризационных характеристиках первых трех мод ШР. Отметим, что поляризационные характеристики ЭМ-волн являются существенно более сложным параметром, чем просто амплитудные, - они получаются с использованием нелинейных математических преобразований из амплитудных характеристик волн с учетом также фазовых соотношений [2].
Необходимо особо отметить, что в открытых источниках не удалось обнаружить сведения о попытках успешной идентификации отдельных региональные очагов ГГА по данным измерений исключительно амплитудных характеристик ШР. Поэтому существование такой возможности на данном этапе исследований следует расценивать как исключительно гипотетическое. Указанный момент определяет новизну работы и ее ярко выраженный разведочный характер.
Целью работы является оценка возможности идентификации региональных очагов глобальной грозовой активности с применением пространственно-временной селекции по данным магнитных КНЧ- измерений в Томске.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд связанных задач:
1. Провести обзор литературы о физических механизмах формирования и вариациях параметров магнитных компонент ЭМ-фона КНЧ-диапазона в околоземном пространстве и (отдельно) о характеристиках ГГА.
2. Рассмотреть и освоить современные методики измерений и цифровой обработки данных магнитных компонент в диапазоне КНЧ и (отдельно) мониторинга глобальной грозовой активности.
3. Получить оценки взаимосвязи возмущений компонент магнитной индукции (МИ) с моментами максимальной активации региональных очагов глобальной грозовой активности.
Принимая во внимание крайнюю сложность и комплексность поставленных задач, проверку предлагаемой гипотезы проведем для амплитуд горизонтальных компонент магнитной индукции Вх, Ву на примере второй моды шумановских резонансов и характеристик очагов глобальной грозовой активности. В работе для анализа будут использоваться данные измерений в Томске за один полный годовой цикл - за период с 01.06.2017 по 31.05.2018.
В процессе выполнения работы проведен обзор литературы о физических механизмах формирования КНЧ ЭМ-фона окружающей среды. Описаны технические возможности и особенности работы одной из основных космических систем регистрации ГГА на базе Международной космической станции посредством детектора грозовых разрядов LIS.
Предложена гипотеза о возможности простого поиска и идентификации локальных очагов ГГА в амплитудных данных ШР, полученных для компонент магнитной индукции в сезонно-суточном цикле измерений. Для одного частного случая проведена проверка этой гипотезы.
По данным детектора LIS получены характеристики сезонно-суточного распределения ГГА по всей поверхности планеты для полного годового цикла измерений - за период с 01.06.2017 по 31.05.2018. Выделены 12 локальных очагов грозовой активности и определены их количественные характеристики с учетом сезона года и мирового времени. Вычислены локальные максимумы суммарного числа грозовых разрядов для всех 12 очагов ГГА.
По данным измерения магнетометра LEMI-30 построены сезонно-суточные распределения амплитуд горизонтальных компонент МИ для второй моды ШР. Предложен «удобный» параметр для сравнительного анализа с ГГА, представляющий из себя линейную комбинацию для компонент Bxи Byи метод сравнения положений экстремумов для сезонно¬суточных распределений этих параметров.
В результате проведенных поисковых исследований получено, что из 37 максимумов ГГА и 45 экстремумов разности компонент МИ для второй моды ШР совпали всего только 8. Это указывает на то, что, по-видимому, реализованный подход является неудачным для решения такой задачи. Причины получения отрицательного результата требуют отдельного изучения.
