Ионосферные возмущения на различных фазах 23-го цикла солнечной активности по данным глобальной сети GPS

Живетьев Илья Валерьевич

    Актуальность темы

    В настоящее время внимание исследователей приковано к изучению геофизических явлений, предшествующих и сопровождающих кризисные процессы (землетрясения, цунами) Эти исследования имеют особое значение для своевременного предсказания катастроф Однако, несмотря на все научные изыскания, до сих пор нет основы для создания надежной технологии их прогноза Одной из причин низкой результативности является то, что чаще всего такие исследования проводятся только для региона, где произошло или ожидается катастрофическое явление, и охватывают небольшие промежутки времени вокруг таких событий

    Между тем, начиная с классических работ академика Вернадского [2], в мировой литературе все большее число публикаций посвящено разработке предложенной им концепции изучения геофизических явлений как единого процесса взаимодействия геосфер - литосферы, атмосферы, ионосферы, магнитосферы, межпланетной среды и Солнца, составляющих единую систему Солнце-Земля Одной из геосфер, наиболее чувствительных к процессам, сопровождающим катастрофические явления в твердой земле и атмосфере, является ионосфера

    Исходя из концепции геосфер, исследованию подлежит не только регион, где произошла катастрофа, но и вся система геосфер в целом, и не только непосредственно перед событием, но и на протяжении длительного интервала времени до пего Реализация подобного подхода в экспериментальном плане требует высокого пространственно-временного разрешения средств мониторинга процессов в системе геосфер Так, состояние атмосферы во многом зависит как от динамики цикла солнечной активности, так и от целого спектра возмущений среды в широком диапазоне периодов - от месяцев до минут В пространственном измерении необходим анализ широкого диапазона масштабов -от системы геосфер в целом до детальных региональных особенностей Существующие ранее системы мониторинга не удовлетворяли этим требованиям

    В настоящее время ситуация существенным образом меняется Появилось множество наземных и спутниковых систем мониторинга окружающей среды (параметров солнечной активности, электромагнитного и корпускулярного излучения Солнца, солнечного ветра, магнитосферы, атмосферы, процессов в литосфере) В распоряжении ученых появились доступные в сети Интернет и удобные для анализа цифровые данные за много лет (вплоть до нескольких солнечных циклов) Гигантский объем этих данных требует для своего анализа адекватного подхода, основанного на концепции геосфер

    Одним из наиболее катастрофических явлений являются землетрясения (ЗТ), сопровождающиеся разрушением земной поверхности и образованием цунами Проведено множество исследований откликов атмосферы и ионосферы на

    процессы, инициируемые главным толчком ЗТ Результаты этих исследований нельзя непосредственно использовать для прогноза, однако они необходимы для изучения всего комплекса литосферно-ионосферных явлений, без понимания которого невозможно решить проблему прогнозирования

    На протяжении многих лет огромные усилия исследователей предпринимаются для поисков научного обоснования построения системы предсказания ЗТ на основе мониторинга состояния геосфер Существует множество указаний на различные признаки готовящихся ЗТ в изменении локальных параметров нейтральной и заряженной компонент ионосферы, а также в акустическом и электромагнитном поле излучения эпицентров будущих ЗТ Считается, что на ускорение подготовки ЗТ могут влиять различные глобальные проявления динамики солнечной активности, обусловленные регулярными изменениями в течение солнечного цикла, а также вспышками, выбросами корональной массы, вызывающими магнитные и ионосферные бури [8, 9] Обсуждается гипотеза о том, что не только литосферные процессы могут быть источником ионосферных (атмосферных) возмущений, но и глобальные изменения в атмосфере сами влияют на характер протекания литосферных процессов, при этом атмосферные катаклизмы могут служить «спусковым» механизмом высвобождения сейсмической энергии [7] Эта гипотеза также требует надежных экспериментальных доказательств

    В настоящее время широкое распространение получили исследования литосферно-ионосферных процессов на основе изучения возмущений полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере Земли, регистрируемых при зондировании ионосферы сигналами современных спутниковых навигационных систем - американской GPS и российской ГЛОНАСС

    В некоторых работах [5, 12] отмечено отклонение от регулярного суточного хода ПЭС вблизи эпицентра ЗТ за несколько часов и дней до главного толчка Предпринимались неоднократные попытки обнаружить в вариациях ПЭС предсказанное теорией изменение спектра возмущений ионосферной плазмы, обусловленное генерацией в районе эпицентра акустико-гравитационных волн (АГВ) [10], которые регистрируются в форме перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) Однако до сих пор не получено надежных свидетельств подготовки катастрофических землетрясений по вариациям ПЭС, как, впрочем, и по другим характеристикам сигналов радиофизических средств мониторинга сейсмоопасных районов

    Для надежной идентификации признаков подготовки ЗТ необходимо хорошо знать глобальные и локальные характеристики «фоновых» возмущений ПЭС, обусловленных изменениями солнечной и геомагнитной активности Эта проблема составляет предмет настоящей диссертации

    В диссертации изучение глобальных свойств ионосферы основано на концепции глобального электронного содержания (ГЭС), предложенной в 2005 г Э Л Афраймовичем Основное внимание в изучении локальных характеристик уделено Камчатскому региону Сейсмическая деятельность у Тихоокеанского

    побережья Камчатки, Курильских островов и северо-восточной Японии достигает наивысшего на Земле уровня В районе Камчатского залива и Командорских островов расположена область стыка Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг, которая относится к наиболее важным и интересным тектоническим узлам мира Сюда подходит и крупный подводный хребет Императорских гор В этом районе находится самое резкое пересечение глубоководных желобов в мире, а также один из магматических центров мира — Ключевская группа вулканов

    Экспериментальную основу работы составляют данные глобальной и региональной Камчатской сетей двухчастотных многоканальных приемников сигналов навигационной системы GPS, а также необходимая для исследования информация о геофизических и гелиофизических процессах.

    Основные положения, выносимые на защиту:

    1. Новый ионосферный параметр - глобальное электронное содержание, отличающийся от известных параметров боПлыпим соответствием отображения глобальных характеристик ионосферы в эксперименте и моделировании, метод определения и программный комплекс Уточненные параметры связи динамики ионосферы, индекса солнечной активности F10 7 и потока УФ-излучения Солнца во время 23-го солнечного цикла 

    2. Пропорциональная зависимость относительной амплитуды волновых возмущений полного электронного содержания от значения планетарного индекса КР и преобладание геомагнитного контроля амплитуды этих вариаций на высоких и средних широтах над регулярной суточной зависимостью во время магнитных бурь 

    3. Экспериментальное доказательство существования крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений с кольцевой формой волнового фронта, полученное при анализе данных глобальной сети станций GPS

    Ионосферные возмущения на различных фазах 23-го цикла солнечной активности по данным глобальной сети GPS : диссертация... кандидата физико-математических наук : 25.00.29 Иркутск, 2007 187 с. РГБ ОД, 61:07-1/80