РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Электромагнитный фон крайне низкочастотного диапазона в окружающей среде 5
1.1 Источники крайненизкочастотных излучений 5
1.2 Шумановские резонансы 7
1.3 Вариации основных характеристик шумановских резонансов 8
1.4 Поляризационные характеристики шумановских резонансов 9
2 Численное моделирование эллипсов поляризации электромагнитных волн 15
2.1 Метод геометрических фигур 15
2.2 Математическое моделирование интерференции двух плоских монохроматических электромагнитных волн в двумерной постановке задачи 25
2.3 Результаты численного моделирования 28
3 Магнитные измерения характеристик электромагнитного фона крайненизкочастотного диапазона в Томске 36
3.1 Оборудование для измерения и способы регистрации шумановских
резонансов 36
3.2 Методика регистрации и обработка экспериментальных данных 38
3.3 Распределения позиционных углов эллипсов поляризации трех мод
шумановских резонансов в сезонном цикле наблюдений 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ
Формирование естественного электромагнитного фона в окружающей среде в диапазоне крайненизких частот (КНЧ) главным образом определяется физическим явлением, называемым шумановскими резонансами (ШР) [1, 2]. Это явление было теоретически предсказано В.О. Шуманом [1] в 1952 году, вследствие чего и получило свое название.
В настоящий момент под ШР понимают явление интерференции бегущих ЭМ-волн КНЧ-диапазона, длина таких волн соизмерима с окружностью Земли (100000-10000 км, или иначе частота составляет 3:30 Гц), излучаемых грозовыми разрядами, сгруппированными в центрах глобальной грозовой активности [2]. Эти волны при распространении отражаются от стенок резонатора Земля-ионосфера [2], вследствие чего могут менять свои свойства [2-4]. Наиболее высокий вклад в создание планетарного КНЧ ЭМ-фона вносят центры грозовой активности, расположенные в Африке, Америке и Юго¬восточной Азии [2]. Местные очаги грозовой активности вносят высокий локальный вклад в формирование ЭМ-фона Земли в летнее время [3].
Работа направлена на получение поляризационных характеристик ШР по данным магнитных измерений с учетом суточных и сезонных вариаций. Целью работы является определение позиционных углов трех первых мод шумановских резонансов по данным измерений в Томске за 2015 год.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач.
1. Познакомиться с физическими механизмами формирования электромагнитного фона КНЧ-диапазона в околоземном пространстве и изучить современные методы регистрации магнитных компонент электромагнитных излучений КНЧ-диапазона.
2. С помощью математического моделирования провести анализ поляризационных характеристик ШР.
3. Провести обработку и анализ позиционных углов эллипсов поляризации, на примере экспериментально полученных данных для Томска в сезоне 2015 года.
В процессе выполнения работы получены следующие основные результаты.
1. Проведено знакомство с принципами экспериментального и модельного определения спектральных и поляризационных характеристик мод глобального резонатора Земля-ионосфера, таких как: резонансные частоты, амплитуды, коэффициенты эллиптичности и позиционные углы эллипсов поляризации.
2. Рассмотрена простая модельная задача вычисления эллипсов поляризации для двумерного случая двух монохроматических ЭМ-волн в свободном пространстве. В пакете математической обработки Origin были смоделированы геометрические фигуры, описывающие вращение вектора поляризации для набора амплитуд, фазовых задержек и углов прихода ЭМ- волн. Получены разнообразные эллипсы поляризации и некоторые частные случаи: окружности (круговая поляризация), отрезки прямой линии (линейная поляризация), точка (вырожденный случай).
3. Для периодов летнего и зимнего солнцестояния 2015 года по выборкам месячных данных (июнь, декабрь) построены статистические распределения позиционных углов для трех мод шумановских резонансов. Выявлены значения позиционных углов, которые за время измерений появлялись наибольшее количество раз.
4. Самый высокий процент появлений обнаружен у второй моды ШР во время зимнего солнцестояния - частота появления в интервале значений от 70о до 75о составила ~5.6% от общего числа измерений за этот месяц.
5. Наименьший процент случаев появлений имеет третья мода ШР во время зимнего солнцестояния и имеет частоту появления ~1.1% от всех измерений в интервале значений от -80о до -75о.
