ВВЕДЕНИЕ 5
1 Электромагнитный фон крайне низкочастотного диапазона в окружающей среде 6
1.1 Источники электромагнитного фона крайне низкочастотного диапазона 6
1.2 Шумановские резонансы 8
1.3 Вариации резонансных характеристик ШР 9
1.4 Поляризационные характеристики ШР 13
2 Магнитные измерения характеристик ЭМ-фона КНЧ-диапазона в Томске 19
2.1 Измерительное оборудование и методика регистрации ШР в Томске 19
2.2 Методика регистрации сигналов и обработка экспериментальных 21 данных
2.3 Измерение позиционного угла эллипса поляризации 24
3 Анализ сезонно-суточных вариаций резонансных параметров ШР 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31
Список использованных источников и литературы 3
В современном индустриальном обществе активно развиваются электроэнергетика, промышленность, связь и т.п. Это привело в последней трети XX века к возникновению нового значимого фактора - электромагнитного (ЭМ) загрязнения окружающей среды [1]. В результате освоения человеком спектра электромагнитных волн возникли
антропогенные источники электромагнитных полей (сотовая связь, средства
дистанционного наблюдения и т.д.), которые способствуют увеличению уровня электромагнитного фона в окружающей среде. В России широкие исследования электромагнитных полей и их влияние на биосистемы были начаты в 60-х годах прошлого столетия [1]. Исследовались условия, модифицирующие биологические эффекты этих полей, накапливались данные для обоснования нормативных уровней, в различных диапазонах частот по механизму их биологического действия [1]. В результате проведенных исследований было выделено особое значение диапазона крайне низких частот (КНЧ) (3 ^ 30 Гц), так как экспериментально была обнаружена возможность влияния на живые организмы электромагнитных излучений указанного диапазона [2].
Изучение ЭМ-полей КНЧ-диапазона является важной задачей не только с позиций фундаментальных проблем физики солнечно-земных связей, но так же и в ряде многочисленных прикладных задач геофизики, космофизики, электромагнитной экологии и пр. Основное физическое явление, формирующее естественный ЭМ-фон в КНЧ- диапазоне, - шумановские резонансы (ШР) [1, 3-21]. Шумановские резонансы были теоретически предсказаны В.О. Шуманом в 1952 году вследствие чего и получили свое название.
Длины волн излучений КНЧ-диапазона сопоставимы с радиусом планеты, поэтому непрерывный мониторинг этих полей позволяет диагностировать глобальные изменения параметров окружающей среды. При этом представляется возможность оценки свойств, как канала распространения (например, энергетические и поляризационные характеристики резонатора Земля-ионосфера), в основном определяемым состоянием нижней ионосферы, так и параметров источников сигналов (гроз), таких как их координаты в случае одиночного импульсного излучателя, его мощность, а так же пространственное распределение глобальной грозовой активности.
Целью работы является исследование вариаций параметров шумановских резонансов, полученных в результате многолетних магнитных измерений в Томске.
Для достижения поставленной цели необходимо:
1) Познакомиться с физическими механизмами формирования электромагнитного фона КНЧ-диапазона в околоземном пространстве.
2) Изучить современные методы регистрации электрических и магнитных компонент электромагнитных излучений КНЧ-диапазона.
3) С помощью спектральных и статистических методов провести обработку экспериментальных данных и анализ полученных для Томска закономерностей.
В процессе выполнения работы получены следующие основные результаты.
Проведен обзор литературных источников, посвященный исследованиям вариаций параметров шумановских резонансов.
Проведена статистическая обработка основных параметров шумановских резонансов. В среднем, добротность первой моды, по полученным данным, имеет значение 5.42 ± 0.14, второй - 7.15 ± 0.34 и третьей - 9.04 ± 0.33. Видно, что добротности увеличиваются в зависимости от номера моды, что во многом и обусловлено значениями резонансных частот fa = 7.63 ± 0.03 Гц, fa = 13.84 ± 0.08 Гц и f3 = 20.02 ± 0.07 Гц.
Определены сезонные хода для резонансных параметров и показано, что максимальные амплитудные значения для всех мод последовательно снижались. Так для третьей моды ШР самое высокое значение амплитуды 0.58 пТл приходится на 2013 год, в 2014 году составило — 0.53 пТл, а в 2015г. — 0.51 пТл.
Сезонно-суточные распределения всех резонансных параметров (A, f, Q) от года к году сохраняют сходный вид, что свидетельствует об устойчивых периодических изменениях электродинамических свойств резонатора Земля-ионосфера и его источников возбуждения.
Полученные результаты оформлены в виде материалов XXV Всероссийской открытой конференции «РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН», посвященной 80-летию отечественных ионосферных исследований: С.А. Колесник, А.А. Колмаков, Д.А. Недосеков, Ю.В. Сижук. «Электромагнитный фон КНЧ-диапазона по данным многолетних магнитных измерений в Томске» .
