I. Пленарные доклады
1. Гвишиани А.Д., Соловьев А.А.
Российский
сегмент
проекта
ИНТЕРМАГНЕТ:
современное
состояние
и
перспективы развития
Геофизический центр РАН, Москва
На
сегодняшний день российско-украинский сегмент мировой сети ИНТЕРМАГНЕТ
успешно развивается в нескольких направлениях. Первое направление –
развитие сети геомагнитных наблюдений на территории России и Украины:
кроме существующих обсерваторий «Борок», «Арти», «Новосибирск»,
«Иркутск», «Якутск», «Магадан», «Львов», «Киев» и «Академик
Вернадский», в ближайшее время планируется создание новых обсерваторий
в Ленинградской области («Красное озеро»), Архангельской области
(«Ротковец»), а также в полярном регионе РФ совместно с ААНИИ и
Сибирским отделением РАН. Второе направление развития
российско-украинского сегмента ИНТЕРМАГНЕТ включает в себя
усовершенствование регионального узла сбора геомагнитных данных на базе
Геофизического центра РАН. На данный момент создана система сбора
данных из 10 обсерваторий и станций, включая тестовую обсерваторию
«Москва» (ИЗМИРАН, г. Троицк) и станцию «Ротковец». Система сбора и
обработки поступающих данных будет включать в себя алгоритмические
модули для поиска техногенных возмущений на поступающих магнитограммах,
что позволит более эффективно и оперативно подготавливать окончательные
данные.
2. Петров В.Г., Кузнецов В.Д., Канониди К.Х.
Развитие сети магнитных наблюдений ИЗМИРАН и участие в проекте СуперМАГ
Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г.Троицк МО
Развитая система наземных магнитных
обсерваторий является эффективным средством для решения многих задач
геофизики. Существует две большие области применения наземных
геомагнитных данных. Первая – это исследование главного магнитного поля
Земли и его динамики для изучения внутреннего строения Земли и
практического применения для навигации и ориентации. Такие исследования
требуют высокостабильных абсолютных измерений и могут выполняться
только в хорошо оборудованных стационарных обсерваториях. Вторая –
исследования магнитосферы, проблем солнечно-земной физики, эффектов
воздействия космической погоды. В таких исследованиях используются
только вариации магнитного поля – т.е. отклонения поля от некоторого
среднего (спокойного) уровня. Требования к долговременной стабильности
данных здесь существенно мягче, абсолютные измерения не обязательны, и
создать пункты наблюдений гораздо проще.
В последнее десятилетие ИЗМИРАН начал восстановление
сети наземных геомагнитных наблюдений. Были восстановлены цифровые
измерения в обс. Москва, начаты вариационные измерения в Архангельской
области (Карпогоры, Коноша), на северном Кавказе (Кабардино-Балкария,
Карачаево-Черкессия, Сочи), на Ямале (Салехард). В этом году будут
восстановлены или начаты наблюдения в Калининграде, в Ленинградской
обл., в пос. Харасавей и мыс Каменный (Ямал). Все данные поступают
(будут поступать) в ИЗМИРАН в режиме почти реального времени – с
задержкой от одного до трех часов. Также будут поступать данные
магнитной обсерватории Казань. Данные доступны на серверах ИЗМИРАН
http://serv.izmiran.ru/ и http://forecast.izmiran.ru/bankr.htm
В настоящее время в мире работает около 250
обсерваторий и существует порядка 30 проектов (не считая отдельных
обсерваторий), собирающих и организующих доступ к геомагнитным данным.
Однако даже 30 мест, откуда можно получить данные очень много для
большинства пользователей и в 1991 г. был создан проект Intermagnet
(http://www.intermagnet.org), задачей которого было собрать в одном
месте и формате одноминутные геомагнитные данные трех компонент полного
магнитного поля Земли (для решения задач по первому из указанных выше
направлений исследований). В этом проекте представлены данные 80 ÷ 100
станций с 1991 г. по настоящее время.
Однако во многих точках проводятся только
вариационные измерения, без абсолютных. Такие данные не удовлетворяют
целям проекта Intermagnet и не могут быть включены в него, но эти
данные очень важны для задач второй группы, поэтому в рамках программы
Electronic Geophysical Year (eGY, 2007÷2008) был создан проект SuperMAG
(http://supermag.uib.no/index.html), облегчающий пользователям доступ к
вариационным геомагнитным данным. В базе данных SuperMAG содержатся
данные о вариациях (отклонениях от спокойного уровня) в единой для всех
станций системе координат. В настоящее время представлены данные за
период 1980÷2010, однако база данных продолжает пополняться новыми
данными. Количество доступных станций меняется от 90 до 165 в
зависимости от запрошенного интервала.
Поскольку большинство станций сети ИЗМИРАН являются
вариационными станциями, в 2011г. ИЗМИРАН стал участником проекта
SuperMAG. Данные обсерватории Москва уже переданы в базу данных
проекта, остальные передаются по мере подготовки.
3. Зайцев А.Н., Кузнецов В.Д., Петров В.Г.
Перспективы
развития
справочно-информационной
системы
«Полярная
геофизика Ямала»
Институт земного
магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им.Н.В.Пушкова РАН,
г.Троицк МО
На
территории Ямало-Ненецкого автономного округа (столица – г. Салехард)
сложились условия для развития работ по системе геофизического
мониторинга, включая электромагнитный комплекс, т.е. системе наблюдений
за состоянием магнитного поля, ионосферы и полярных сияний. Ввиду
наличия потребности в оперативных данных о возмущениях магнитного поля
и их значимости для работы высокотехнологических систем, а также для
оценки влияния магнитных возмущений на окружающую среду и на здоровье
человека, представляется необходимым создание региональной
справочно-информационной системы о состоянии магнитного поля, ионосферы
и полярных сияний по территории Ямала и прилегающих областей.
Предложения по созданию такой системы были озвучены в период
Международного полярного года 2007-2008 гг. и поддержаны в 2009 году с
подписанием Протокола о намерениях заинтересованных сторон –
Правительством ЯНАО, ИЗМИРАН и компаниями ГАЗПРОМа.
Эти же вопросы были рассмотрены на Второй
международной конференция «Инновационные электромагнитные методы
геофизики» 25-28 августа 2010г. в г.Салехарде, которая была
организована Национальным исследовательским Центром «Курчатовский
институт», Национальным (Российским) Фондом Наследия Нобилей совместно
с
Правительством Ямало-Ненецкого автономного округа. В решении
конференции было записано отдельным пунктом: «Поддержать научный проект
по созданию «Справочно-информационной системы о состоянии магнитного
поля на территории Ямало-ненецкого автономного округа», а также
проведение региональных магнитотеллурических и
магнитовариационных зондирований».
За прошедшее время ситуация с развитием
геофизических наблюдений на Ямале продвинулась по нескольким
направления: образовался целый кластер организаций, ведущих
исследовательские и поисковые работы. В 2009 году ИЗМИРАН провел работы
по установке магнитно-вариационной станции в пос. Сеяха,
разработал концепцию информационной системы «Полярная геофизика Ямала»,
включая развитие системы на 2011-2015 гг. по 4 основным направлениям:
- развитие научных исследований,
- исследования эффектов воздействия космической среды на
технологические системы,
- использование геофизических данных в эколого-медицинском
направлении,
- разработку образовательных и просветительских программ
(Public Outreach and Education).
В 2010 году в г. Надыме был учрежден филиал
Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН, в 2011 году
Институтом прикладной геофизики Росгидромета начаты работы по
обновлению ионосферной станции в Салехарде, Геофизический центр РАН
готовит предложения по созданию магнитной обсерватории на Ямале в
стандарте Интермагнет. В течение сезонов 2012-2013 года силами ИЗМИРАН
запланирована установка магнитно-вариационных станций в пунктах Мыс
Каменный, Сеяха и Харасовей. При поддержке ААНИИ имеется возможность
использования данных обсерваторий Амдерма и Диксон, что позволяет
реализовать создание сервера в режиме «виртуальной магнитной
обсерватории» по территории Ямала. Региональная версия сервера может
быть установлена в Салехарде в составе развертываемого Ситуационного
центра Губернатора Ямала.
Благоприятные перспективы развития
справочно-информационной системы «Полярная геофизика Ямала»
определяются потребностями в оперативных данных о состоянии магнитного
поля Земли, которые найдут приложение во многих направлениях науки и
практики, в том числе:
- как инструмент контроля возможных рисков под воздействием
космической погоды, включая не только технику, но оценку рисков в
деятельности организма человека под воздействием магнитных бурь,
- как базовая геофизическая информация при работах по
освоению новых
месторождений на Ямале, в Обской губе и на шельфе Карского моря,
выполняемых производственными организациями ГАЗПРОМА и научными
организациями Академии наук,
- как основа научно-образовательной программы «Возмущения
магнитного
поля как проявления космической погоды», поддержанной Департаментом
образования ЯНАО,
- как основа развития перспективных научных исследований по
физике
геомагнитных возмущений и токовых систем и их связи с внешней
космической средой в формате центра прогнозов космической погоды для
региона Ямала.
При этом может быть решена задача перехода от суточных прогнозов
космической погоды к
![](Ris/Zaitsev.png) прогнозам состояния
космической среды за более короткие интервалы,
вплоть до предупреждений в пределах нескольких часов. Ожидаемые
результаты работы по проекту «Полярная геофизика Ямала» найдут самое
широкое применение по мере развития Ситуационного центра Губернатора
Ямала, в структуре которого необходимо заложить создание оперативной
системы оценки состояния магнитного поля и положения зоны полярных
сияний в реальном времени по территории Ямало-Ненецкого автономного
округа.
На
рисунке представлена карта-схема сети
магнитометров в районе Карского моря и полуострова Ямал, работавшая с
1972 года (черные точки). Часть станций с 1985 года вела цифровую
регистрацию. Красным цветом выделены действующие и планируемые к
восстановлению станции. На 01 января 2010 года работали 17 - Амдерма,
02 - Диксон, 19 - Норильск, 25 - Надым. Планируемые к восстановлению 18
– Салехард, 15 - Мыс Каменный, 14 – Сеяха, 13 – Харасовей, 20 –Сабетта.
Толстыми линиями нанесены геомагнитные координаты, зона активных
полярных сияний 64-67 град.
4. Трошичев О.А.
Полярный
геофизический центр ААНИИ
Арктический и Антарктический НИИ, С.Петербург
В рамках ФЦП
«Геофизика» планируется создать на базе ФГБУ «ААНИИ» Полярный информационно-аналитический центр
мониторинга геофизической обстановки
(далее Полярный Геофизический Центр – ПГЦ), который будет выполнять
функции подразделения Росгидромета по мониторингу геофизической
обстановки в Арктике и Антарктике.
Предметом
деятельности Полярного Геофизического Центра является
оперативная
геофизическая информация – данные магнитных, риометрических,
ионосферных и радиофизических наблюдений на Российской сети
геофизических наблюдений в Арктике и Антарктики, и геофизические
данные, поступающие в Центр в рамках международных соглашений
Росгидромета о сотрудничестве в области космической погоды с
Национальным Управлением океанов и атмосферы (НОУА, США), Финским
Метеорологическим Институтом (ФМИ, Финляндия), Центром анализа данных
по земному и околоземному магнетизму (DACGSM, Япония) и Датским
Техническим Университетом (DTU Space).
Основные задачи
Полярного Геофизического центра ФГБУ «ААНИИ»:
- Оперативный сбор всей доступной геофизической
информации, характеризующейгеофизическую обстановку в высокоширотных
регионах Земли (авроральная зона и полярные шапки Арктики и Антарктики);
- Оперативный анализ поступающей геофизической информации;
- Осуществление мониторинга и текущего прогноза (nowcasting)
геофизической
- обстановки в Российской Арктике (а также в других
арктических регионах), включая:
- состояние магнитосферы;
- геомагнитную активность в авроральной зоне;
- естественную (фоновую) возмущённость полярной и
авроральной ионосферы;
- условия распространения радиоволн в полярных областях
Земли;
- эффекты возможного антропогенного воздействия на
высоширотную ионосферу.
5. Хомутов С.Ю.
Геофизическая
обсерватория "Ключи" (Новосибирск): 8 лет в INTERMAGNET (достижения,
проблемы, перспективы)
Геофизическая обсерватория «Ключи», АСФ ГС СО РАН,
г.Новосибирск
Комплексная
магнитно-ионосферная станция "Ключи" (КМИС) была организована на
основании Постановления Совета министров СССР №382-152 от 09.04.1960 г.
по Постановлению Бюро Президиума АН СССР от 20/26 апреля 1962 г.
№294-08 (г. Москва) и последующему Решению Бюро Президиума СО АН СССР
от 8 июня 1962 г. №234 (г. Новосибирск). С 1 января 2000 г. на
основании Постановления Президиума СО РАН от 16 апреля 1998 г. №126
обсерватория переведена в АСФ ГС СО РАН.
Обсерватория с 1967 г. зарегистрирована IAGA как
магнитная станция (код "NVS"), с 2004 г. является сертифицированной
магнитной обсерваторией международной сети INTERMAGNET.
Регулярный мониторинг магнитного поля Земли - одно
из трех основных (приоритетных) направлений деятельности обсерватории
"Ключи". Для измерения вариаций магнитного поля в диапазоне характерных
времен от единиц секунд до десятилетий используются цифровые
компонентные вариометры LEMI-008 (c 2003 г.) и ЦМВС "Кварц-09" (с 2010
г.), протонный магнитометр POS-1 на эффекте Оверхаузера (с 2003 г.),
DI-магнитометры на базе немагнитных теодолитов 3Т2КП и Theo-020B (с
1991 г.), которыеми были заменены аналоговые приборы с фотозаписью
(кварцевые датчики Боброва), работающие с 1966 г. В настоящее время
Геофизическая обсерватория "Ключи" имеет полный комплект аппаратуры и
программно-методического обеспечения, необходимого не только для
обеспечения мониторинга, но и для выполнения других обсерваторских
задач.
Можно отметить следующие моменты, позволившие
обсерватории "Ключи" без критических потерь пережить кризисные 90-е
годы и обеспечить в настоящее время приемлемый международный статус в
части мониторинга магнитного поля: (i) преемственность, (ii) кадровый
состав и (iii) отлаженная инфраструктура.
Имеется три группы проблем, в той или иной степени
присущие большинству магнитных обсерваторий:
- финансовые (особенность обсерватории – большие затраты на
поддержаниеинфраструктуры, невозможность без ущерба основным задачам
выполнять дополнительныеработы, в т.ч. коммерчески выгодные);
- организационные (проблемы кадров, в основном – отсутствие
молодежи, и проблемы с координацией отношений между обсерваториями);
- измерительные (преимущественно из-за наличия техногенных
помех; на ГО "Ключи" - это Западно-Сибирская железная дорога с
подвижным составом на постоянном токе, мегаполис в 20-30 км и активная
застройка окрестностей дачами и коттеджными поселками).
Результаты анализа источников и способы решения
рассмотренных выше проблем Геофизической обсерватории "Ключи", могут
быть полезными при создании новых магнитных станций, в том числе, в
полярных регионах. Обобщение многолетнего опыта ведения регулярного
мониторинга магнитного поля Земли нашло отражение в опытно-
методических и программных разработках, которые могут быть использованы
при организации магнитной службы на других обсерваториях.
6. Могилевский М.М.1,
Зеленый
Л.М.1, Демехов А.Г.2, Немыкин С.А.3
Изучение процессов во внутренней магнитосфере Земли: спутниковые и
наземные измерения
1Институт космических
исследований РАН
2Институт прикладной физики РАН
3Научно-производственное объединение им. С.А.
Лавочкина
С 1957 года, с момента запуска первого
искусственного спутника Земли по настоящее время получены новые знания
об окружающем нас космическом пространстве:
• выявлены основные закономерности процессов в приземной плазме,
• определена структура и взаимодействие плазменных оболочек Земли,
• найдены закономерности изменения параметров приземной плазмы в
зависимости от солнечной активности.
Вместе с тем стало понятно, что
ионосферно-магнитосферная электродинамическая плазма представляет собой
сложную, многопараметрическую систему и для понимания происходящих в
ней процессов необходим комплексный подход с использованием как
многоточечных измерений на космических аппаратах, так и на сетях
наземных обсерваторий. В 2014 году появляется возможность изучения
ионосферно-магнитосферной системы с использованием спутниковых
измерений при помощи приборов на спутниках проекта РЕЗОНАНС и сети
наземных станций.
Проект РЕЗОНАНС направлен на изучение физических
процессов во внутренней магнитосфере Земли и в авроральных областях
магнитосферы. В рамках проекта предполагается запустить две пары
спутников, орбиты которых выбраны таким образом, чтобы проводить
долговременные измерения в выбранной силовой трубке магнитного поля
(рисунок 1). Измерения на таких орбитах позволяют проследить динамику
процессов в магнитосфере, поскольку плазма замагничена.
![](Ris/Mogilevsky_ris1.png)
Рисунок 1. Принцип
построения магнито-синхронной
орбиты проекта
РЕЗОНАНС.
На рисунке изображена силовая линия магнитного поля,
коротирующая вместе с Землей, в различные моменты времени (t1, t2, …).
Реальное положение спутника в каждый момент времени отмечено красными
кружками, а начальное – белыми. Можно подобрать параметры орбиты таким
образом, что спутник, с одной стороны, коротирует вместе с
Землей, и, вместе с этим, движется вдоль выбранной силовой линии
магнитного поля.
В состав комплекса научной аппаратуры входят приборы
для измерения
параметров фоновой и сверхтепловой плазмы, энергичных частиц,
электромагнитных
волн и полей в широком диапазоне частот. Феррозондовый магнитометр
ФМ-7Р построен по
классической схеме, неоднократно использованной во многих проектах. Он
предназначен
для измерения трех компонент квазипостоянного магнитного поля, в первую
очередь
продольных токов в авроральной области, а также может быть использован
для определения
ориентации спутника. В отличие от предыдущих экспериментов в этом
приборе расширен
частотный диапазон для
измерения геомагнитных пульсаций. Три прибора – AMEF-WB,
ELMAWAN и HFA, предназначены для измерения электромагнитных полей в
диапазоне
частот от долей Гц до 1 МГц. AMEF-WB представляет собой
трехкомпонентный КНЧ приемник электрического поля. В датчиках этого
прибора применено электронное
подавление емкости, что позволяет использовать их во всем диапазоне
частот в других
приемниках.
Рис.2.
Пара
спутников
проекта
РЕЗОНАНС
в
полетной
конфигурации.
ELMAWAN – многокомпонентный низкочастотный приемник в диапазоне частот
20 Гц – 20 кГц. Основные задачи этого эксперимента – исследование
хоровых
излучений в приэкваториальной области и различных сигналов в
авроральной области. В
состав приемника входит анализатор, позволяющий вычислять
характеристики волн
на борту спутника. Для измерения 3-х электрических компонент
используются
датчики прибора AMEF-WB, а для магнитных – собственный трехкомпонентный
индукционный
датчик.
HFA – высокочастотный анализатор, основной задачей
которого является
изучение АКР. Кроме этого, в состав прибора входит приемник-анализатор
для
вычисления фазовых характеристик излучения прибора РИК для определения
TEC между
спутниками одной пары. Измерения электрических компонент поля
проводится с
использованием датчиков AMEF-WB, магнитные компоненты регистрируются
собственным индукционным
датчиком, а для приема излучения РИК используются специальные антенны.
Прибор РЕПИН предназначен для измерения параметров
фоновой плазмы.
Методика измерений основана на измерении коллекторного тока ловушек
заряженных
частиц (Цилиндров Фарадея). Прототипом датчика эксперимента РЕПИН
является
цилиндр Фарадея плазменного эксперимента ROMAP европейского проекта
ROSETTA-LANDER. Для
полного покрытия угловой сферы 4π установлены шесть идентичных
датчиков,
объединенных в две группы в солнечном и антисолнечном направлениях.
Спектрометр КАМЕРА-E предназначен для
изучения тонкой структуры функции распределения электронов. Конструкция
прибора позволяет получать 2D
функцию распределения с высоким временным разрешением, до 0,1 сек., в
энергетическом диапазоне 50 эВ – 20 кэВ.
Изучение ионного состава и тонкой структуры функций
распределения ионов проводится прибором КАМЕРА-И. Схема измерения
аналогична схеме прибора
КАМЕРА-E, что позволяет получать 2D функцию распределения ионов и их
состав за
время порядка одной секунды в энергетическом диапазоне 50 эВ – 20 кэВ.
Диапазон энергий электронов 20-1000 кэВ будет
исследоваться прибором
DOK-M. Этот прибор является модернизацией успешного эксперимента ДОК-2
проекта
Интербол. Он предназначен для измерений протонов и электронов
кольцевого тока и
суббуревых инжекций. Прибор, представляет собой набор полупроводниковых
детекторов
и имеет разрешение по энергии не более 10%.
Cпектрометр релятивистских электронов РЭМ
предназначен для мониторинга электронов с энергиями 100 keV – 10 MeV и
энергичных ионов. Прибор
состоит из 2-4 полупроводниковых телескопов, регистрирующих электроны и
ионы в
нескольких направлениях с разрешением по энергии около 25%.
Прибор БЕЛА предназначен для анализа функции
распределения электронов в приэкваториальной области при их
взаимодействии с волнами при генерации
хоровых излучений. Решение этой задачи требует специальных
характеристик
прибора - быстрого (0,1 сек) измерения электронов в диапазоне 5-50 keV
с высоким
энергетическим разрешением (5-8 %). Такие характеристики прибора
достигаются как за
счет конструкции датчика и специальной логики опроса элементов
детектора.
Прибор РИК представляет собой двухчастотный
передатчик, излучающий огерентные сигналы на частотах 5 и 10 мГц. Этот
прибор работает
совместно с приемником HFA и предназначен для измерения плотности
плазмы (TEC) между спутниками одной пары.
В рамках проекта планируется проведения ряда
координированных
экспериментов с использованием как спутниковых, так и наземных
измерений. В частности,
одним из таких экспериментов является «УНЧ интерферометр». Используя
измерения в
диапазоне частот 0- 10 Гц на борту спутников на расстояниях порядка
полутора радиусов Земли
и наземные измерения в основании выбранных силовых линий (на которых
будут
находиться спутники), будут лоцированы источники УНЧ излучений и
построено распределение
полей во внутренней магнитосфере.
Рисунок 3. Стратегия проведения
измерений на двух парах спутников
проекта
РЕЗОНАНС. Пунктирная желтая кривая – орбита первой пары спутников (1А и
1В), сплошная желтая – часть орбиты, проходящая внутри выбранной силовой
трубки. Красным цветом – аналогично для второй пары спутников.
Темно-синие
линии – базовые расстояния УНЧ интерферометра.
7. Пулинец С.А.
Исследование полярной
ионосферы с помощью внешнего зондирования
Институт космических исследований РАН, г. Москва
Тезисы доклада будут представлены
во время выступления.
8. Гуляева Т.Л.1, Арикан Ф.2 и
Станиславска
И.3
Глобальные характеристики
ионосферных бурь
1ИЗМИРАН, 142190 Троицк, Московская
область, Россия
2Университет Хасетепе, Анкара, Турция
3Центр космических исследований, Варшава,
Польша
Космическая
погода характеризуется «солнечными индексами» как мерой активности
Солнца, «геомагнитными индексами» для оценки поведения магнитосферы, и
«ионосферными индексами» в качестве меры изменений в ионизации. Недавно
разработанная система W индексов ионосферной погоды позволяет
градуировать состояние ионосферы и плазмосферы от спокойных условий,
W=±1, до интенсивных бурь, W=±4. Их обобщение по планетарным картам
полного электронного содержания, GPS-TEC, позволяет оценить планетарный
Wp индекс. По разработанным критериям планетарный Wp индекс
используется для составления каталога ионосферно-плазмосферных бурь,
представленного онлайн на странице Интернет:
http://www.izmiran.ru/services/iweather/storm/. Результаты представлены
в виде фильмов развития глобальных ионосферных бурь.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект
№11-02-91370-СТ_а) и СНТИТ (проект EEEAG 110E296).
9.
Петрукович А.А., Подладчикова
Т.В.
Прогноз величины наступающей
магнитной бури.
Институт космических исследований РАН
Характеристики магнитной бури и, в частности, геомагнитного возмущения
определяются свойствами солнечного ветра и ММП, взаимодействующих с
магнитосферой Земли. Развитие магнитной бури носит кумулятивный
характер и занимает несколько часов после первого касания магнитосферы
межпланетным возмущением. Это дает возможность увеличить
заблаговременность прогноза максимальной амплитуды бури (по индексу
Dst) до 4-10 часов, относительно стандартной, обусловленной разницей
скоростей радиосигнала из точки либрации и скорости солнечного ветра
(около часа). Основную трудность при таком прогнозе представляет
определение компромисса между заблаговременностью и надежностью.
Алгоритм прогноза реализован в реальном времени на сайте ИКИ РАН
www.spaceweather.ru/
10. Гайдаш С.П., Белов А.В., Абунин А.А.,
Абунина М.А.
Прогнозирование
космической погоды
Центр прогнозов космической погоды, ИЗМИРАН
Центр
прогнозов космической погоды ИЗМИРАН работает с августа 1998 г. (до
2010 г. – как Центр прогнозов геофизической обстановки). Создание
Центра было обусловлено, прежде всего, практическими потребностями
развития отечественной космонавтики и других сфер жизнедеятельности.
При этом были реализованы уникальные возможности ИЗМИРАН, в котором в
одном месте были сконцентрированы ведущие научные школы по широкому
спектру солнечно-земной физики и имелся многолетний опыт краткосрочного
и долгосрочного прогнозирования распространения коротких радиоволн.
Большую роль в становлении Центра сыграло наличие уникальных
электронных баз данных по важнейшим параметрам космической погоды.
В ежедневном прогнозировании анализируются и
запоминаются в базах данных все доступные данные, как свои, так и
многочисленные информационные ресурсы, предоставляемые по сети Интернет
(порядка 100 ресурсов). На основе разработанных моделей созданы
методики прогнозирования различных аспектов космической погоды на
различные сроки заблаговременности. Общим для них является то, что все
они автоматизированные, т.к. содержат в себе элемент экспертной оценки.
Спектр создаваемых прогнозов определялся практическими потребностями
потребителей.
В настоящее время ежедневно выполняются следующие
прогнозы:
- геомагнитный прогноз на 1 - 3 суток
- геомагнитный прогноз на 6 - 8 суток с указанием
среднесуточного Ар и максимального значения трехчасового Кр
- прогноз солнечной (F10,7) и геомагнитной (Ар) активности на
55 суток
- обзор космической погоды и прогноз на 45 суток (для
планирования запусков)
- прогноз флюенса электронов с энергией >2 МэВ на
геостационарной орбите) на 28 дней
- прогноз и предупреждение об угрожающей ситуации и
возможности развития солнечных протонных событий на 2 дня
- прогноз протонных возрастаний на 28 дней
- обзор и прогноз основных параметров космической погоды с
прогнозом протонных возрастаний
- обзор и прогноз основных параметров космической погоды на 3
суток в табличном виде
- прогноз вероятности наблюдения полярного сияния в различных
пунктах Финляндии
Кроме того, ежедневно поддерживается собственный
сайт (http://forecast.izmiran.ru/) и обновляются страницы «космическая
погода» на сайте Роскосмоса и на сайте ФГУП «ЦЭНКИ».
Важным является то, что точность создаваемых
прогнозов в сравнении с реальными измеренными данными и аналогичными
прогнозами других Центров практически всегда находится на высоком
уровне.
11. Трошичев О.А., Янжура А.С.
РС
индекс
как
индикатор
поступающей
в
магнитосферу
энергии
солнечного
ветра: основа для наземного
мониторинга космической погоды
Арктический и Антарктический научно-исследовательский
институт, С.Петербург
PC индекс
был введён, как характеристика магнитной активности в полярной шапке,
обусловленной воздействием межпланетного электрического поля EKL,
определяемого по формуле. Исследования, выполненные в ААНИИ,
показывают, что PC индекс имеет значительно более глубокое физическое
значение:
- (1) PC индекс адекватно реагирует как на изменения поля
EKL, так и на резкие изменения (импульсы) динамического давления
солнечного ветра,
- (2) магнитные бури и магнитосферные суббури начинаются
только в том случае, если величина РС индекса превышает определённое
пороговое значение (~ 2 мВ/м для бурь и >1.5мВ/м для суббурь),
- (3) длительность фазы роста и интенсивность суббури
определяются скоростью увеличения PC индекса, как только PC индекс
падает ниже величины 1-1.5 мВ/м, суббури прекращаются,
- (4) продолжительность магнитной бури определяется длиной
временного интервала с PC>2мВ/м, при этом интенсивность бури линейно
коррелирует с величиной PC индекса, усреднённого за период главной фазы
бури,
- (5) периодичность пилообразных (saw-tooth) суббурь,
происходящих при воздействии стабильно высокого уровня EKL,
соответствует чередованиям роста и спада PC индекса,
- (6) “экстраординарные” бури и суббури, происходящие в
условиях северной ориентации ММП, оказываются обычным явлением, при их
соотношении с поведением РС индекса,
- (7) развитие конкретных бурь и суббурь лучше согласуется с
поведением PC индекса, чем с вариациями межпланетного электрического
поля EKL, и т.д.
На основании всех этих экспериментально
установленных фактов делается вывод, что PC индекс можно рассматривать
в качестве on-line индикатора энергии солнечного ветра, поступающей в
магнитосферу. Поскольку накачка энергии в магнитосферу является
обязательным условием развития магнитосферных возмущений, PC индекс
может быть использован для текущего прогноза (nowcasting) космической
погоды. PCS индекс, рассчитываемый по данным Антарктической станции
Восток, публикуется в режиме реального времени на сайте ААНИИ:
<http://geophys.aari.ru>
12. Кузнецова Т.В., Лаптухов А.И., Петров В.Г.
Новый подход в прогнозе
полярной и глобальной геомагнитной активности: теоретическое и экспериментальное
обоснование.
Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн РАН им. Н.В.Пушкова, г. Троицк МО
Хорошо
известно, что геомагнитная активность (ГА) может нарушать работу
технологических инфраструктур и таким образом наносить ощутимый
экономический и социальный ущерб. Чтобы минимизировать риски от ГА
необходимо развивать научные методы мониторинга ключевых параметров
космической погоды. Прогресс возможен, если мы сфокусируем усилия на
понимании физики взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой,
которая контролирует ГА. Несмотря на успехи в этой области, в настоящее
время отсутствует понимание ключевого механизма взаимодействия. Широко
распространено мнение, что благоприятная для пересоединения компонента
межпланетного магнитного поля (ММП) южного направления (Bz<0)
контролирует процесс. Но это не так. Анализ физических моделей
пересоединения показывает, что электрическое поле не есть результат
процесса, а вводится как внешний независимый параметр, который и
определяет скорость пересоединения. Электрическое поле солнечного ветра
определяется обычно на основе измерений южной компоненты ММП в GSM. Мы
показываем, что GSM – неподходящая система координат для учета эффектов
орбитального и суточного движений Земли в эффективных параметрах. Мы
предложили модель, которая описывает пересоединение между
произвольно-ориентированными межпланетными и геомагнитными полями с
учетом эффектов орбитального и суточного движений магнитного момента
Земли, на ее основе эффективные независимые инвариантные параметры.
Используя этот подход, нам удалось также объяснить годовую и UT
вариацию ГА – одну из самых старых нерешенных проблем (Adv. in Space
Res., v. 47, 2011). Измерения солнечного ветра за период 4-х солнечных
циклов позволили нам проверить количественно существующие модели
взаимодействия. Мы показали, что изменение ориентации ММП относительно
геомагнитного поля (механизм Данжи) само по себе не может объяснить
изменения индексов (Kp, Dst, Am). Предложенный нами геоэффективный
параметр объясняет 95% изменений этих индексов. Мы обнаружили также
четкое увеличение ГА с увеличением величины ММП северного направления и
показали, что в этом случае наибольшие возмущения будет наблюдаться в
полярных областях. Примером развития таких возмущений была магнитная
буря 21-22 января 2005 г. (Dst= -105 нТ), которая считается аномальной:
ее главная фаза и дальнейшее развитие (~ 7 часов) происходили при ММП c
Bz>0. Анализ показал, что начало главной фазы бури было вызвано
резким ростом скорости переноса энергии к дневной магнитопаузе, а
минимум Dst отмечен максимальной скоростью передачи энергии в южную
полярную шапку (описываются компонентами вектора Пойтинга). Мощность
источников солнечного ветра во время бури достигала ~1012 W, а индексы
полярной авроральной активности AU~3000 nT, AL~1000 nT, что указывает
на необходимость изучения подобных бурь. Мы нашли также, что при
больших возмущениях (Кр=8-9) на классическом профиле годового
распределения Кр с пиками вблизи равноденствий появляются
дополнительные
максимумы в июле и ноябре. Возможные причины появления новых пиков –
недавно полученный нами результат. Результаты важны не только для
понимания взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой, но и для
оценки вероятности возникновения больших магнитных возмущений, что
важно для прогноза космической погоды.
Исследование выполнено при поддержке гранта
программы П-22 РАН, 2012.
13. Бархатов Н.А.1,2, Бархатова О.М.1,2
Классификационный анализ связи активности авроральных электроджетов и
токовых систем симметричной и асимметричной частей кольцевого тока на
главной фазе магнитной бури
1Нижегородский государственный
архитектурно-строительный университет (ННГАСУ)
2Нижегородский государственный педагогический
университет (НГПУ)
Установлена
степень влияния динамики симметричной (SYM) и асимметричной (ASY)
частей магнитного поля кольцевого тока и динамики авроральных
электроджетов (AU, AL) на наличие или отсутствие нелинейной связи между
соответствующими токовыми системами на главной фазе магнитной бури.
Уровень нелинейной связи устанавливается нейросетевым методом
основанном на проверке возможности восстановления одного по другому.
Отличие в поведении индексов SYM, ASY, AU и AL в зависимости от
интенсивности и продолжительности геомагнитного возмущения с помощью
искусственной нейронной сети (ИНС) типа слоя Кохонена.
Классификация проводилась для 30 уединенных
одношаговых магнитных бурь по двум параметрам, которые соответствуют
исследуемым парам индексов: SYM и AU; SYM и AL; ASY и AU; ASY и AL. Эти
эксперименты выполнялись кумулятивным и продуктивным методами для
каждой пары классификационных параметров. Кумулятивный метод
классификации основан на последовательном рассмотрении предлагаемых
функций, описывающих изменения индексов. Он учитывает динамику
классификационных параметров. Продуктивный метод основан на
перемножении параметров, предлагаемых сети, и учитывает энергетику
процесса.
В каждом из выполненных нейросетевых экспериментов
исследуемые события описываемые парой индексов были разделены на два
класса. В первый класс попали короткие события малой интенсивности, а
во второй класс – длительные и интенсивные события. При классификации
по параметрам SYM и AU в первый класс попадает 80% событий, для которых
существует нелинейная связь между указанными индексами. При
классификации по параметрам SYM и AL нейросеть помещает также в первый
класс 90% событий с нелинейной связью между данными параметрами.
Отметим, что первый класс наиболее соответствует «классическому»
развитию геомагнитной бури. Можно предположить, что магнитосферные и
ионосферные процессы в таких магнитных бурях имеют похожую природу и
развиваются по одному сценарию. При классификации по параметрам ASY и
AU 80% событий, имеющих нелинейную связь между данными параметрами,
попали во второй класс. Для параметров ASY и AL наблюдается иная
ситуация: во второй класс попали 90% событий, для которых отсутствует
нелинейная связь между рассматриваемыми индексами.
Анализ результатов, полученных при классификации пар
ASY, AU и ASY, AL позволяет подтвердить гипотезу о существовании
магнитосферно-ионосферной токовой системы, составными частями которой
являются кольцевой ток, генерирующий асимметричное магнитное поле, и
два авроральных электроджета. Результаты по классификации пар индексов
SYM, AU и SYM, AL подтверждают предположение об активации
соответствующих токовых систем единым источником.
14. Копытенко Ю.А., Исмагилов В.С.
Использование
метода
ультранизкочастотной
магнитной
локации
для
исследования динамики
ионосферных источников
геомагнитных возмущений
СПбФ ИЗМИРАН, г. Санкт-Петербург
По
данным эксперимента BEAR проводится УНЧ магнитная локация ионосферных
источников вариаций. Для целей локации были выбраны две тройки
магнитных станций (аналог магнитных градиентометров), разнесенные на
расстояние ~1000 км и построены вектора градиентов на каждом
градиентометре. Расстояние между станциями в каждой тройке составляло
~150 км. Показано, что источники пульсаций в диапазоне периодов 5 – 100
сек. в течение выбранного 5–часового интервала располагались примерно
вдоль геомагнитной параллели и, по-видимому, статистически отражают
положение южной кромки аврорального овала.
На площади примерно 2000 на 2000 км исследуются
двумерные распределения амплитуд, фазовых задержек, фазовых скоростей и
градиентов геомагнитных пульсаций. По этим распределениям можно
наблюдать развитие геомагнитных возмущений со временем и их
суперпозицию на земной поверхности. Показано, что двумерные
распределения амплитуд, градиентов и скоростей позволяют локализовать
ионосферные источники геомагнитных пульсаций и определить их динамику
при построении последовательных во времени мгновенных распределений,
т.е. проводить непрерывный мониторинг.
По данным трех близкорасположенных (5-7 км)
магнитных станций в Карелии (п.Лехта, субавроральная зона) определены
фазовые задержки и построены вектора градиентов и фазовых скоростей
геомагнитных пульсаций типа Рс. Показано, что для исследуемого
временного интервала источник пульсаций в Z компоненте располагался на
северо-западе от градиентометра.
Показано, что величины и направления векторов
градиентов зависят от интенсивности ионосферного источника (первичный
источник, падающие волны), от его местоположения и от
распределения электропроводности в земной коре (вторичные источники,
отраженные волны). Величины и направления векторов фазовой скорости
практически полностью определяются распределением электропроводности
земной коры и местоположением источника относительно геоэлектрических
аномалий и не зависят от интенсивности ионосферного источника.
15. Мандрикова О.В., Соловьев И.С.
Вейвлет-технология
анализа геомагнитных данных и выделения возмущений в периоды сильных магнитных бурь
Институт космофизических исследований и
распространения радиоволн ДВО РАН, Камчатский
государственный технический университет
Данная
работа направлена на создание технологий и автоматизированных систем по
изучению геомагнитных данных, выделению и классификации особенностей,
возникающих в периоды магнитных бурь. В эти периоды в данных
наблюдаются вариации разных частотных спектров и периодов.
Формирующиеся локальные структуры определяются возмущенностью поля и
несут информацию об интенсивности и характере развития магнитной бури.
Из-за сложной внутренней структуры, сильной
изменчивости, нерегулярности регистрируемых геомагнитных данных задача
их обработки и анализа является весьма сложной. В работе для изучения
данных магнитного поля Земли на примере Н-компоненты предложены
численные решения и алгоритмы, основанные на вейвлет-преобразовании,
которые позволяют в автоматическом режиме выделить периоды повышенной
геомагнитной активности, идентифицировать структуры, формирующие данный
процесс, и оценить изменения энергетических характеристик поля.
Построенные вейвлет-образы позволяют проследить динамику изменений
Н-компоненты как накануне магнитной бури, так и во время ее развития.
Также в работе предложен автоматический метод определения спокойной
суточной вариации Sq-кривой и вычисления K-индекса на основе
конструкции вейвлет-пакетов. Метод включает операцию оценки
возмущенности магнитного поля и позволяет воспроизвести принятую на
магнитных обсерваториях методику Дж. Бартельса. Быстрые схемы
вейвлет-преобразования, использующие только формулу скользящего
среднего, обеспечивают возможность получения результатов преобразования
в режиме реального времени (реальное время означает, что расчетные
значения вейвлет-коэффициентов могут быть вычислены так же быстро, как
может быть записана последовательность регистрируемых данных).
Надежность предложенных методов и алгоритмов
доказана экспериментально. Статистический анализ результатов
преобразований показал, что во время развития бури интенсивность
выделенных возмущений значительно увеличивается (рис.1, 2), что
позволяет в ряде случаев фиксировать момент предстоящей бури и выделить
возмущения, предшествующие развитию главной фазы бури. Полученные
аппроксимирующие компоненты позволили проанализировать суточные
вариации поля и их существенное изменение в периоды возрастания
интенсивности возмущений.
![](Ris/Mandrikova.png)
"Работа поддержана грантом МД-2199.2011.9 и грантом
РФФИ – ДВО РАН 11-07-98514- р_восток_а."
16. Потапов А.С., Полюшкина Т.Н., Пуляев В.А.
УНЧ волны на Солнце, в
солнечном ветре и магнитосфере: поиск связей
ИСЗФ СО РАН
Из всех географических зон полярные области Земли
наиболее чутко реагируют на воздействие солнечных возмущений. Одним из
проявлений таких возмущений являются УНЧ волны – электромагнитные
колебания в диапазоне частот от долей миллигерца до нескольких герц. В
докладе излагается гипотеза о связи колебаний, наблюдаемых на Солнце, с
УНЧ волнами в солнечном ветре и на земной поверхности. Приводятся
результаты статистического анализа связи параметров солнечного ветра с
УНЧ колебаниями в
межпланетной плазме и в магнитосфере и волн солнечного ветра с
геомагнитными пульсациями по данным 23-го цикла солнечной активности.
Даны примеры наблюдения колебаний в корональных дырах на уровне
солнечной фотосферы и хромосферы, в потоках солнечного ветра и на
наземных обсерваториях. Обсуждается возможность переноса солнечных
колебаний высокоскоростными потоками межпланетной плазмы к орбите Земли
и проникновения их в магнитосферу. Приводятся аргументы в пользу
воздействия УНЧ волн на потоки релятивистских электронов внешнего
радиационного пояса. Работа частично поддержана грантом РФФИ
10-05-00661.
17.
Рахматулин Р.А., Михалев А.В.
Перспективы развертывания
магнитных, риометрических и оптических наблюдений на Норильском меридиане
Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск
Для изучения
динамики ионосферных возмущений различных масштабов планируется
организовать цепочку GPS-станций вдоль Енисея (Туруханск, П.Тунгуска,
Енисейск, база ~500 км) и измерительный треугольник
(Тунгуска-Туруханск-Тура, база ~600 км) в высоких широтах. Кроме того
предполагается создать два измерительных треугольника в Прибайкалье:
малый (Торы-Усолье-Листвянка, база ~100 км) и большой (Монды-Братск-
Узур, база ~500 км). Малый треугольник уже функционирует в тестовом
режиме.
Дополнительно к этому планируется установка магнитовариационной станции
в Туруханске.
На станции Исток (ИСЗФ), которая расположена
севернее Норильска на 90 км, предполагается установка приборов для
оптических наблюдений за авроральными явлениями (т.к. оптические
наблюдения в черте г.Норильска невозможны). В специально изготовленном
кунге будет размещена следующая аппаратура:
- - камеры всего неба для регистрации полярных сияний в
различных спектральных диапазонах и линиях.
- - фотометры для регистрации быстрых процессов типа
пульсаций в различных эмиссионных линиях.
- - спектрограф для диапазона длин волн 400 — 700 нм.
- - спектрограф для диапазона длин волн 700 — 1000 нм.
Необходимо отметить, что на Норильской КМИС
функционирует обширнейший комплекс геофизической аппаратуры, который
производит непрерывную регистрацию большинства геофизических параметров
авроральных явлений.
18. Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Малышева
Л.М.
Полярные суббури и геомагнитные
пульсации
Институт физики Земли РАН, г. Москва
Приводятся результаты анализа суббурь
в полярных широтах и сопровождающих их геомагнитных пульсаций Pi2 (8-15
мГц) и Pi3 (2-5 мГц) по данным сети цифровых магнитных наблюдений.
Исследовались суббури, отвечающие двум критериям: (1) появление суббури
на геомагнитных широтах выше 71º и (2) отсутствие одновременной суббури
в авроральных широтах данного меридиана. Показано, что характерной
особенностью всех анализируемых суббури является одновременное
возбуждение интенсивных геомагнитных пульсаций диапазона Pi2 и Pi3,
длительность которых определяется длительностью суббури. Амплитуда
пульсаций резко уменьшалась на геомагнитной широте ниже ~71º почти на
порядок. Высказано предположение, что наблюдаемые пульсации являются
отражением флюктуаций ионосферных токов, связанных с полярными
суббурями. Показано, что анализируемые на скандинавском меридиане
суббури всегда сопровождались бухтообразными возмущениями на
высокоширотных станциях, расположенных к востоку (Амдерма, Норильск).
Во многих случаях не удалось установить точный временной долготный
сдвиг начала суббури, поскольку, к сожалению, на восточных станциях
проводится лишь 1-мин магнитная регистрация, что не позволяет
исследовать геомагнитные пульсации Pi2, которые являются надежным
индикатором начала суббури.
19. Думин Ю.В.
Исследование магнитосферного
поля коротации по измерениям электрического поля атмосферы в высоких широтах
Геофизический факультет Российского Государственного
Геологоразведочного Университета, Москва
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН,
г.Троицк МО
Как известно, крупномасштабные
движения плазмы во внутренней магнитосфере Земли происходят под
воздействием двух типов электрических полей: поля конвекции,
формируемого при взаимодействии потока солнечного ветра с границей
магнитосферы, и поля коротации, возникающего при вращении
намагниченного земного шара [1]. В то время, как изучению поля
магнитосферной конвекции, начиная с 1960-х годов, было посвящено
большое число исследований (в том числе, и по его эффектам в
электрическом поле нижней атмосферы), значительно меньшее внимание
уделялось полю коротации. В абсолютном большинстве теоретических работ
оно бралось просто в приближении идеализированного поля униполярной
индукции. Что же касается экспериментальных исследований, то проявления
поля коротации изучались, как правило, лишь косвенно – по его влиянию
на распределение холодной плазмы в магнитосфере.
С другой стороны, как было уже достаточно давно
показано Голдрайхом и Джулианом [2], электрическое поле коротации может
проявлять весьма нетривиальную динамику в результате реакции на
возмущения фонового магнитного поля. В случае земной магнитосферы такие
возмущения создаются, естественно, магнитными бурями.
Цель настоящего доклада состоит в том, чтобы
представить возможный метод достаточно “прямого” исследования динамики
поля коротации (т.е. с помощью измерений именно электрического поля, а
не его косвенных эффектов в распределении плазмы), а именно – по данным
об атмосферно-электрическом поле в высоких широтах. Основная идея
основана на нашей теоретической работе [3], в которой рассчитывалось
изменение поля коротации при деформации магнитосферного магнитного поля
во время магнитной бури. При этом было показано, что соответствующее
изменение потенциала коротации “садится”, в основном, в тонкий слой (~1
км) нижней атмосферы в области полярной шапки.
Основная проблема, которая возникает при этом
подходе – как отделить атмосферно-электрические эффекты поля коротации
от аналогичных эффектов поля конвекции, которые, вообще говоря, имеют в
несколько раз большую амплитуду. Это, однако, вполне может быть сделано
с учетом того факта, что, во-первых, эффекты поля конвекции
проявляются, в основном, на авроральных широтах, а эффекты поля
коротации – на полярных; а во-вторых, что еще более важно, эти поля
имеют принципиально различный тип симметрии: поле коротации –
симметрично относительно полуденно-полуночного меридиана, а поле
конвекции – антисимметрично. Поэтому, при измерении на фиксированной
высокоширотной станции вклад поля конвекции должен занулиться при
усреднении за достаточно большой интервал времени (поскольку магнитные
бури происходят в случайные моменты LT), и вклад поля коротации
останется “в чистом виде”.
Таким образом, было бы очень интересно, используя
весь накопленный к настоящему времени объем данных об
атмосферно-электрическом поле в высоких широтах, провести поиск
устойчивых корреляций средней напряженности электрического поля на
фиксированных станциях с уровнем геомагнитной возмущенности на
максимально возможных интервалах времени. Положительный результат
такого анализа стал бы существенным вкладом в исследование динамики
магнитосферного поля коротации.
Список
литературы:
1. A. Nishida, J. Geophys. Res.,
v. 71, p.5669 (1966)
2. P. Goldreich, W.H. Julian,
Astrophys. J., v. 157,
p.869 (1969)
3. Yu.V. Dumin, Adv. Space Res.,
v. 30, p.2209 (2002)
20. Романов А.А., Трусов С.В., Аджалова А.В.,
Бобровский С.А., Барабошкин О.И., Романов А.А
Сетевая технология
радиотомографии ионосферы OXENGY: реализация, возможности, перспективы
ОАО «Российские космические системы», г. Москва
Одним из
наиболее эффективных способов определения распределения электронной
концентрации в ионосфере на всем диапазоне высот является томография с
использованием сигналов низкоорбитальных спутников (150 и 400 МГц).
Регистрация разности фаз двух когерентных сигналов от спутников с
приполярной орбитой на сети приемных установок, расположенных в
меридиональном направлении, дает возможность реконструировать
распределение электронной концентрации по полученным проекциям
интегральной характеристики. Подобный подход был реализован около 20
лет назад (Куницын В.Е., Терещенко Е.Д., 1991), однако на протяжении
последующих лет не появилось инструмента для систематической
оперативной обработки результатов наблюдений. Развитие информационных
систем и системный подход к задаче томографии позволили создать
информационную технологию OXENGY, способную оперативно формировать
карты высотного распределения электронной плотности ионосферы над
местом расположения сети приемных установок.
В результате работы технологии информация о
распределении электронной концентрации над районом мониторинга доступна
на сервере совместной обработки данных уже через 5-10 минут после
регистрации данных на всех станциях сети. Обработка данных происходит
без участия оператора в автоматическом режиме, однако серверное
программное обеспечение имеет широкие возможности по изменению
параметров работы технологии и контролю процесса обработки,
реализованных посредством веб-интерфейса. Реализована поддержка
одновременной работы с данными 10 территориально разнесенных сетей.
В настоящее время с использованием данной технологии
ведется мониторинг электронной концентрации ионосферы над Сахалином (4
приемных станции) и Камчаткой (3 приемных станции). В Институте
прикладной геофизики им. Е.К.Федорова на базе этой технологии создается
подсистема низкоорбитальной радиотомографии ионосферы (в 2011 г. была
введена в эксплуатацию первая сеть из 5 приемных станций от Мурманска
до Ростова- на-Дону). Томограммы электронной концентрации ионосферы,
полученные с этой сети, показали что технология уверенно работает на
данных получаемых в высоких широтах, в частности хорошо восстанавливает
главный ионосферный провал. На средних и высоких широтах используются
сигналы 7 спутников, что обеспечивает получение информации в среднем 6
раз в сутки.
Самые последние томограммы ионосферы над Сахалином и
Камчаткой доступны в сети Интернет по адресу http://tomo.ionospace.ru.
В перспективе состав информационных продуктов планируется дополнить
наблюдениями ионосферных мерцаний амплитуды зондирующих радиосигналов
(индекс S4), а также автоматически выделенными неоднородностями
электронной концентрации.
21. Щирый А.О.
База знаний для систематизации и
экстраполяции данных радиозондирования ионосферы.
Марийский государственный университет, Йошкар-Ола
По данным наклонного и вертикального
радиозондирования ионосферы коротковолновыми сигналами (КВ) можно
получить информацию о процессах в ионосферной плазме, о ее структуре и
состоянии. По мере накопления экспериментальных данных возникают задачи
не только физического хранения всё возрастающих объемов данных, но и
рационального их размещения с возможностью выборок данных в нужных
информационных срезах (т.е. для заданных условий), а также задача их
систематизации по некоторым критериям. В последнем случае речь идет
также о получении неких макрохарактеристик, позволяющих сократить на
порядки объем информации о результатах одного сеанса радиозондирования
(традиционно представленных ионограммой). При этом организация хранения
должна обеспечивать и доступ к максимально «сырым» экспериментальным
данным (в нашем случае это оцифрованный сигнал с выхода приемника
ионозонда) для решения задач «противоположной» направленности –
получения более «тонкой» информации, чем традиционная классическая
ионограмма.
В качестве примера методики получения
макрохарактеристик можно назвать методику классификации по эмпирическим
моделям многолучевости [Хмельницкий Е. А. Оценка реальной
помехозащищенности приема сигналов в ДКМ диапазоне. – М.: Связь, 1975],
эта методика реализована докладчиком программно, показала свою
практическую значимость, и является подсистемой представляемой в
докладе базы знаний для систематизации и экстраполяции данных
радиозондирования ионосферы. Указанные задачи систематизации и
получения макрохарактеристик вызваны, прежде всего, потребностями
прогноза. Реализация этого подхода позволяет получать схематическую
среднестатистическую ионограмму для заданных условий (дата, время,
радиотрасса, гелио- и геофизические условия).
22. Беляев Г.Г., Костин В.М., Трушкина Е.П.,
Овчаренко О.Я.
Модификация ионосферы над Ямалом
при КВ нагреве вблизи вечернего терминатора по базе данных ИСЗ Космос-1809
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г.Троицк МО
Проведен ретроспективный анализ данных по нагревным экспериментам
стенда Сура, полученных с ИСЗ Космос-1809 за 1991-1993 г. Выбраны 8
событий, когда эксперименты проводились в вечернем секторе, а
траектории спутника проходили вблизи полуострова Ямал. Ранее авторами
было показано, что мощное дополнительное ВЧ энерговыделение в F-слое
вблизи терминатора может изменить процессы в экваториальной ионосфере,
подавление формирования bubbles
[http://plasma2012.cosmos.ru/presentations?page=1 (Kostin2012_0.ppt)].
Обнаружено, что ВЧ нагрев излучением стенда Сура
проявляется также и в полярной ионосфере. Выявлена модификация
воздействия на ионосферу мощного архангельского СДВ передатчика на
плазмопаузе L≈4, которая простирается до Ямала. Севернее, до границы
полярного овала, возникают электрические поля, которые приводят к
дополнительному выносу плазмы на меридиане Ямала. Взаимосвязь с работой
Суры подтверждается при низкочастотной модуляции ВЧ излучения,
эффектами включения и выключения, измерениями в авроральной области
южного полушария, а также сопоставлением со средним фоном.
Авторы признательны Г.П. Комракову и всем
исследователям, обеспечивавшим синхронную работу стенда Сура под
пролеты ИСЗ Космос-1809.
23. Попель С.И., Дубинский А.Ю.
Модель формирования и эволюции
полярных мезосферных облаков
Институт динамики геосфер Российской академии наук (ИДГ
РАН)
Представлена самосогласованная физико-математическая
модель плазменно-пылевых образований в полярной мезосфере таких, как
серебристые облака (noctilucent clouds) и полярные мезосферные
радиоотражения (polar mesosphere summer echoes). Модель учитывает
процессы конденсации паров воды, ионизации, рекомбинации, действия
солнечного излучения, образования протон-гидратных ионов из первичных
ионов и описывает процессы зарядки и роста мелкодисперсных частиц,
фотоэффекта, седиментации частиц, а также эволюцию электронной
концентрации, концентрации ионов различных видов, концентрации
мелкодисперсных частиц и изменения их заряда в самосогласованных
электрических полях. На основе модели объяснены основные наблюдательные
данные о поведении заряженной компоненты в полярной летней мезосфере.
Показано влияние начальных распределений мелкодисперсных частиц, а
также процессов конденсации и поглощения молекул воды мелкодисперсными
частицами на образование серебристых облаков и полярных мезосферных
радиоотражений. Проиллюстрирована возможность формирования слоистой
структуры и резких границ серебристых облаков.
24. Котиков А.Л.1,2, Николаева В.Д.2,3
Продольные токи: использование
наземных магнитных измерений и сопоставление результатов с данными радара EISCAT и
спутника DMSP.
1Санкт-Петербургский Филиал Института земного
магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн
им.Н.В.Пушкова РАН, 199034, Санкт-Петербург
2Санкт-Петербургский Государственный
университет, г. Санкт-Петербург
3Арктический и Антарктический
научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург
В данной работе представлены результаты
сопоставления параметров продольных токов восстановленных по наземным
измерениям магнитного поля в Скандинавии (IMAGE) и ионосферной
проводимости, рассчитанной по измерениям потоков высыпающихся
электронов на спутнике DMSP F13 для конкретных событий 06, 07 и 08
декабря 2004 года. Кроме того, были проведены расчеты ионосферной
проводимости с использованием прямых измерений электронной концентрации
радаром EISCAT для различных уровней геомагнитной возмущенности в
различных широтных интервалах. Для 06 декабря 2004 года при наличии
развитых ионосферных токов (электрождетов), отмечается высокая
корреляция между продольными токами, рассчитанными по данным спутника
DMSP и продольными токами, рассчитанными по радарным измерениям.
Сравнение продольных токов восстановленных по предлагаемой методике с
токами, рассчитанными по вариациям магнитного поля на спутнике DMSP,
подтверждает корректность разработанного алгоритма. Исследование
продольных токов на базе спутниковых измерений магнитного поля не
позволяет осуществлять непрерывный мониторинг их параметров в ходе
развития суббури и построить полную статистическую картину их
распределения для разных фаз суббури и для разных уровней магнитной
активности. Поэтому, предлагаемый метод восстановления продольных
токов, по наземным измерениям магнитного поля позволяющий осуществлять
непрерывный мониторинг электродинамических параметров ионосферы
представляется весьма перспективным.
25. Кульчинский Р.Г.
Глобальный мониторинг
геомагнитной активности методами дискретного математического анализа
Геофизический центр Российской академии наук, Москва
Тезисы доклада будут представлены
во время выступления.
26. Хохлов А.В.
Моделирование вековых вариаций
магнитного поля Земли
Геофизический центр РАН
Магнитное поле Земли непостоянно во времени, его
вариации наблюдаются во всех масштабах времени; возможные
статистические описания вариаций в масштабах тысяч и миллионов лет
привлекают внимание в связи с интересными приложениями и ростом
количества собранных палеомагнитных данных. Среди приложений таких
описаний упомянем, например, возможность с гораздо большей точностью
восстанавливать древние положения континентов. Важная проблема:
научиться сопоставлять данные измерений направлений с возможными (в
реальности часто противоречащими друг-другу) теоретическими описаниями.
Иными словами, необходима точная количественная теория магнитных
вариаций и способы ее статистической проверки.
В докладе будет рассказано о структуре современных
статистических моделей вековых вариаций, предложенных Констабль и
Паркером, о вычислительной реализации этой модели, о статистических
тестах и сопоставлении синтетических модельных данных с реальностью. В
частности, на примере синтезированных данных будет продемонстрированы
некоторые свойства магнитного поля, которые в реальных данных до сих
пор рассматривались как особенные, не укладывающиеся в “стандартную
статистику”, проявления.
27. Старченко С.В.
Законы масштабирования конвекции
и магнетизма в недрах Земли и планет
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
Законы масштабирования планетарной конвекции и
магнетизма соотносят типичные величины магнитных полей, скорости и
других неизвестных параметров недр планет с такими определяющими и
достаточно уверенно оцениваемыми величинами, как размер конвективной
области, ее проводимость, угловая скорость вращения и энергия
поддерживающая конвекцию. За последние двадцать лет сотни численных
моделей гидромагнитных динамо были построены при таких всевозможных
значениях чисел Прандтля, магнитного Рейнольдса и Эльзассера, которые
могут быть характерны для геодинамо и динамо в других планетах. При
этом, замыкающие определение конфигурации планетарного динамо, числа
Рейнольдса, Экмана и магнитного Прандтля все еще на много порядков
отличались от реальных величин. Поэтому для оценки величины реальных
магнитных полей в недрах планет из сотен численных моделей был
скомпилирован (преимущественно в работах Christensen и Aubert) простой
закон масштабирования, который однозначно определяет это магнитное поле
как величину прямо пропорциональную корню третей степени из мощности
той энергии, которая непосредственно поддерживает конвекцию. Эта
закономерность неплохо работает для геомагнитного поля и магнитного
поля Юпитера, а вот с другими планетами Солнечной системы у нее
возникают проблемы. Так же остается неясно, как эта простая
закономерность может быть выведена непосредственно из исходных
уравнений гидромагнитного динамо планет и существуют ли другие законы
масштабирования для этих динамо. Для прояснения подобных неясностей уже
почти век проводятся разнообразные исследования, но все они остаются
пока еще недостаточно результативными. И только в этой работе удалось
вывести из первых принципов, как эту простую закономерность, так и
получить другие глобальные закономерности для планетарного магнетизма и
конвекции. При этом были определены не только типичные величины
скорости и магнитного поля, но и соотношения между их векторами, а
также типичные гидромагнитные размеры и коэффициенты переноса. Эти
размеры и коэффициенты позволяют определить физическую природу, как
периодов различных геомагнитных вариаций, так и их пространственное
распределение. Показано, что в Земле и еще в большей степени в Сатурне
вектор скорости почти параллелен вектору магнитного поля и это,
по-видимому, определяет как малый угол наклона магнитных диполей к оси
вращения этих планет, так и преимущественно симметричное распределение
магнитного поля вокруг оси вращения. Напротив, в недрах Урана и Нептуна
действует другой тип динамо, которое приводит к сильному наклону диполя
и существенной асимметрии магнитного поля относительно оси вращения. В
рамках полученного нового типа динамо также впервые удается объяснить,
почему при разности теплового потока из этих планет почти на порядок их
магнитные поля практически совпадают как по величине, так и по
конфигурации.
28. Зверева Т.И.
Динамика главного магнитного
поля Земли с 2001 по 2009 годы по данным спутника СНАМР
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
По векторным магнитным данным немецкого спутника
СНАМР построены среднесуточные сферические гармонические модели
главного геомагнитного поля до n=m=10 для временного периода с мая 2001
г. по апрель 2009 г. с интервалом 4 дня. По этим моделям получены
средние за полгода (16 моделей), по которым рассчитаны координаты
северного и южного магнитных полюсов (точек, в которых силовые линии
магнитного поля вертикальны). Прослежены их изменения за эти восемь
лет. Оба полюса продолжают двигаться в северном и западном направлении.
Северный магнитный полюс за это время переместился на 400 км. Причем
скорость его движения до 2003 г. росла, достигнув 62.5 км/год, после
чего начала падать и к началу 2009 г. снизилась до 45 км/год. Кроме
того, направление движения из северо-северо-западного перешло в
северо-западное, т.е. полюс стал немного разворачиваться в сторону
Канады. Южный магнитный полюс двигался в 10 раз медленнее и за этот
период переместился на 42 км. Также рассчитано перемещение геомагнитных
(дипольных) полюсов, эксцентричного диполя и мировых магнитных аномалий.
29. Петров В.Г., Амиантов Ю.А., Бурцев Ю.А.
Магнитное поле Земли и проблемы
его использования для навигации и ориентации
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
Магнитное поле Земли и сейчас остаётся важным
источником информации для целей навигации и ориентации. Несмотря на
развитие систем GPS и ГЛОНАСС, в некоторых условиях (в горах, в лесу,
под водой и под землёй) оно остаётся единственным доступными источником
для ориентирования. В отличие от спутниковых систем, которые позволяют
определить положение объекта, магнитный компас даёт ориентацию объекта
в пространстве и часто является обязательным дополнением спутниковым
системам. Для использования компаса необходимо знание угла между
направлением магнитного поля (местным магнитным меридианом) и
географическим меридианом – склонения. Основная проблема заключается в
том, что склонение изменяется со временем и в пространстве. В прошлом,
когда точность компаса была порядка 1°, приведенных на карте изолиний
значений склонения и скорости его изменения было достаточно для
практических целей. Сейчас, с появление микросхем цифровых компасов,
обеспечивающих точность 0.1°, а в ближайшей перспективе и 0.01° и их
внедрением в системы управления в реальном времени, существенно
повышаются требования к точности определения склонения.
Долговременные (вековые) вариации склонения
обусловлены изменением токов в ядре и мантии Земли и измерения со
спутников, проводимые на высотах около 500-800 км позволяют создать
модели (IGRF), достаточно хорошо описывающие такие изменения. Однако
магнитные поля источников, расположенных в коре Земли на этих высотах
сильно ослабляются и не могут быть надежно восстановлены. Считается,
что средняя ошибка моделей IGRF имеет величину около 0.5°, однако в
районах магнитных аномалий она может быть на порядок больше.
Единственным способом точно учесть магнитные аномалии является
глобальная наземная и воздушная магнитная съёмка, которая в России не
проводилась уже более 40 лет.
Склонение также имеет регулярную суточную вариацию
величиной 0.4°-1.1°, а в случае сильных магнитных бурь - до 10°. Для
учета таких вариаций и введения поправок необходимо создание магнитных
обсерваторий или специальных высокостабильных станций для измерения
склонения. В качестве такой станции для использования в аэропортах, на
буровых установках и т.д. может использоваться кварцевый
однокомпонентный динамический HD магнитометр.
30. Воробьев В.А.
О возможном обнаружении влияния
переориентации магнитного поля солнца на высотный ход ГКЛ в полярной шапке
Институт глобального климата и экологии
Исследовался высотный ход космического
излучения в полярной шапке. Использовались данные непрерывных
наблюдений протонов с энергией около 100 МэВ с помощью системы ИСЗ с
полярной орбитой «Метеор» и подспутниковые измерения на сети станций
радиометрического стратосферного зондирования Госкомгидромета. Дважды
отмечено существенное изменение высотной зависимости ГКЛ во время
переполюсовки магнитного поля солнца. В случае подтверждения
обнаруженного эффекта, его нужно учитывать при оценке радиационного
воздействия космического излучения на низковысотные космические объекты
и ионизацию атмосферы.
31. Андреев О.П.1, Арабский А.К.1,
Ахмедсафин
С.К.1, Кирсанов С.А.1, Кобылкин Д.Н.2
Комплекс новых
геолого-геофизических методов контроля разработки газовых месторождений, минимизирующих техногенное
воздействие на окружающую среду
1ООО «Газпром добыча Ямбург»,
2Ямало-Ненецкий Автономный округ (ЯНАО)
Основой рационального недропользования
газодобывающей промышленности в регионах дислокации газодобывающих
предприятий являются общепризнанные принципы устойчивого развития,
требующие достижения максимального коэффициента извлечения
углеводородов из недр и обеспечения экологической безопасности
процессов разведки, обустройства и эксплуатации месторождений.
Большинство месторождений газа России связано с
природными комплексами Арктики, в том числе в зоне побережий,
отличающихся повышенной чувствительностью к техногенным воздействиям.
Баренцево и другие моря Арктики обладают огромным потенциалом водных
биологических ресурсов, высоким биологическим разнообразием.
Указанные особенности диктуют необходимость особого,
комплексного подхода к управлению экологическими и социальными
аспектами политики, стратегии и планов реализации нефтегазовых
проектов.
Одним из направлений хозяйственной деятельности
добывающих предприятий является разработка инновационных способов и
технологий исследований, обеспечивающих осуществление контроля
разработки (характер дренирования запасов и продвижение пластовых вод)
месторождений природного газа, расположенных в районах Арктического
шельфа.
Для обеспечения экологической и промышленной
безопасности при разработке месторождений углеводородов берега и шельфа
перспективно использование наземных геофизических методов, к которым
относится и прецизионный гравиметрический мониторинг.
С конца 2003 года ООО «Газпром добыча Ямбург»
проводит гравиметрические наблюдения с целью контроля разработки
газовой залежи и в нашей стране. Полигоном для внедрения методики стало
Заполярное нефтегазоконденсатное месторождение (ЗНГКМ),
расположенное на севере Западной Сибири с площадью газоносности 1150
км2. Объект контроля – сеноманская газовая залежь, разработка которой
началась в 2002 году.
За восемь лет исследований, проводимых с полугодовым
интервалом, было выполнено более 1400 серий измерений силы тяжести на
150 пунктах наблюдений кратностью 2-5 раз и точностью не превышающей
±0,005 мГал. Всего проведено более 6000 замеров. Определены фактические
зависимости изменения силы тяжести от степени выработки запасов газа и
интенсивности движения пластовых вод. Разработаны и запатентованы
способы проведения гравиметрического мониторинга разработки газовых
месторождений в условиях Крайнего Севера Западной Сибири. Технология
отработана и стандартизирована – в 2011 г. введен в действие
соответствующий СТО.
Накопленный опыт позволяет аналитически оценить
эффективность гравиметрического контроля применительно к шельфовым
месторождениям Обско-Тазовского региона. В качестве рассматриваемого
объекта принято Северо-Каменномысское месторождение, которое по планам
ОАО «Газпром» будет осваивать ООО «Газпром добыча Ямбург».
Соответственно уже сейчас ведутся подготовительные, изыскательские и
проектные работы. В рамках этих работ произведены расчеты вариаций
гравитационного поля для различных вариантов величин отбора газа.
Проведенные расчеты и имеющиеся экспериментальные
данные по контролю за перемещением ГВК на Заполярном месторождении
показали принципиальную возможность гравиметрического мониторинга для
определения положения ГВК при отборе газа на Северо-Каменномысском
месторождении после введения его в эксплуатацию. Реальные объемы отбора
газа находят измеряемые отражения в вариациях гравитационного поля.
Решения обратной задачи гравиметрии для вариационного гравитационного
поля позволяет определить положение газо-водяного контакта с
достаточной для практических целей точностью.
32. Лобанов А.М.1,
Каххоров У.Т.1, Гарбацевич В.А.2
Опыт регистрации
инфранизкочастотных гравиинерциальных колебаний
1Геофизический факультет РГГУ, Москва
2Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им.Н.В.Пушкова РАН, г.Троицк МО
Более 20 лет гравиметрические съемки в России
проводятся с применением зарубежных цифровых гравиметров с
автоматической компенсацией Sintrex – CG-5 avtograv и La Cost-Romberg,
позволяющие измерять приращения силы тяжести на пунктах измерений с
погрешностью 1 – 2 микрогала. Повышение точности измерений открывает
новые возможности этого метода для решения многих геологических и
инженерно-технических задач. Однако реальная точность гравиметрических
съемок остается низкой, на уровне 70 –80-х годов, и составляет 0.05 –
0.10 мГал, с успехом обеспечиваемая отечественными гравиметрами марки
ГНУ-КВ. Совершенно ясно, что повышение точности гравиметрических съемок
не может быть обеспечено только применением высокоточных гравиметров,
необходимо разработать и технологию измерений с новым поколением
гравиметров, изучить источники помех, которые раньше можно было
игнорировать, разработать инструктивные и нормативные документы
микрогальных съемок.
Задачами микрогравиметрических измерений являются
инженерно-геологические исследования, геотехнологическое картирование
разрабатываемых рудных месторождений, контроль за разработкой
нефтегазовых месторождений, за состоянием ПХГ, мониторинг инженерных
сооружений и др. Преимуществом гравиметрии является всепроникающая
способность гравитационного поля и независимость его от
электромагнитных помех, что в условиях работы промышленных городов и
предприятий очень важно. Вопросы технологии проведения
микрогравиметрических съемок и их применения требуют исследований и
осмысления с учетом двойственного характера чувствительного элемента
гравиметра, являющегося в первую очередь сейсмографом.
При повышении точности измерений обнаруживаются
источники помех о которых раньше имели только общее представление, и
ввиду их слабой интенсивности, их просто игнорировали. Главные
источники внешних помех при измерении силы тяжести возникают за счет
инерциальных ускорений (микросейсмы, отголоски землетрясений,
техногенные вибрации, вертикальные подвижки и наклоны земной
поверхности и т.д.) с периодами от 0,1 до 1000с. Эти помехи приводят к
увеличению дисперсии погрешности отсчетов на каждом пункте, к снижению
точности измерений в рейсах, а также к увеличению времени измерения на
пункте. Для обнаружения инерциальных помех необходимо производить их
непрерывную регистрацию. Это можно сделать если при производстве
измерений силы тяжести гравиметром одновременно производить измерения
угла отклонения маятника у второго аналогичного прибора, который будет
служить в качестве гравиинерциальной (или гравивариационной) станции,
аналогично тому, как в магниторазведке учитывают вариации магнитного
поля с помощью магнито-вариационных станций. Это актуально при
гравитационном каротаже, где существенное значение имеет точность
измерении силы тяжести и где работы проводятся в условиях естественных
и техногенных помех, вызванных разработкой залежей углеводородов, а так
же при мониторинге разработки залежей углеводородов и при контроле за
контуром газа на ПХГ. Особое значение таких регистраций приобретают
измерения на шельфе и в переходной зоне где динамика гравитационного
поля за счет приливных изменений уровня геоида велика.
Пробные записи инфранизкочастотных колебаний
гравиинерциального поля были проведены в МГРИ-РГГРУ с помощью записи
отклонений маятника донного гравиметра ГДК-1 в 2000 02001 г. В 2011 г в
МГРИ-РГГРУ сконструирована гравиинерциальная станция, состоящая из
гравиметра ГНУ-КВ, электронного окуляра и программного обеспечения,
позволяющая оцифровывать положение маятника гравиметра 4 раза в
секунду. Назначение такой станции – регистрировать гравиинерциальные
колебания земной поверхности в пределах частот 0.001 – 10 гц, что
позволяет надеется решить следующие
задачи:
- - опробование подготовленных к бурению нефтегазоносных
структур на наличие залежей углеводородов (УВ) по результатам
регистрации повышенного уровня сейсмического фона в области низких
частот над структурами, содержащими залежи УВ.
- - районировать опасные территории и участки с техногенной
нагрузкой по уровню интенсивности и частотному составу
гравиинерциального фона исследуемых территорий.
Результаты регистрации и анализа гравиинерциального
фона, произведенные в течении лета 2011 года в различных регионах
(Москва, Инта, с. Александровка Калужской обл., г. Троицк) и сравнение
аналогичных регистраций, полученных с помощью цифрового гравиметра
Scintrex-5avt свидетельствуют о неоднородности микросейсмического поля.
В работе представлены результаты этих исследований.
Литература.
- Лобанов А.М., Булатов Б.С. 2000. Опытные регистрации
инфранизкочастотных колебаний земной поверхности. Изв. вузов. Геология
и разведка, №6 1999.
- Розенберг В.Н. Изменение результатов гравиметрических
наблюдений, локализованных во времени и в пространстве. В кн. Повторные
гравиметрические наблюдения. АН СССР, М. 1978, с. 85-90.
- Латынина А.А., Милюков В.К., Васильев И.М. О глобальных
возмущениях деформаций земной коры перед сильнейшими мировыми
землетрясениями. В кн. Геофизика 21 столетия, М. Научный мир, 2006.
33. Волкомирская Л.Б., Варенков В.В., Резников
А.Е., Сахтеров В.В., Силивакин А.В.
Перспективы использования
георадиолокации в освоении месторождений углеводородов
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
Современные радиолокаторы подповерхностного
зондирования имеют хорошее соотношение «разрешающая способность
/глубина зондирования», которое в условиях полуострова Ямал могут быть
реализованы при работе с поверхности уже хорошо зарекомендовавшими себя
в России и во многих странах за рубежом изделиями «Грот». Практически
для любых типов грунта и состава воды во внутренних водоемах
полуострова глубина зондирования при работе с поверхности будет
гарантированно составлять не менее 50- 100 метров. Это позволяет
проводить инженерно-геологические обследования при подготовке
строительных площадок для размещения буровых установок, прокладки
коммуникаций и дорог. Одновременно можно решать задачи поиска местных
полезных ископаемых необходимых при обустройстве предприятий
нефтегазового комплекса, включая инертные материалы, и проводить оценку
их запасов и возможных затрат на разработку и добычу. При этом георадар
позволяет исследовать и проводить сезонный мониторинг вечномерзлых
грунтов с целью оценки их влияния на состояние объектов инфраструктуры.
Приводятся примеры выполнения работ в сходных условиях на вечной
мерзлоте.
Целесообразно также использовать георадиолокацию для
навигации при разведочном бурении и промышленной добыче углеводородов.
Большой динамический диапазон уже имеющихся систем, малое потребление и
высокая информативность позволяют их рассматривать как эффективное
средство навигации бура на больших глубинах, особенно при разбуривании
горизонтальных пластов с целью повышения нефтеотдачи. Георадар в
реальном масштабе времени обеспечит информацией об окружающих бур
средах и границах раздела сред с различной диэлектрической
проницаемостью. Значительная часть проблем связанных с недостатком
информации об условиях, в которых развивается процесс бурения, в этом
случае снимается.
34. Янжура А.С., Сормаков Д.А.
Создание распределенной системы геофизического мониторинга на
территории российской Арктики
Арктический и Антарктический
научно-исследовательский институт, С.Петербург.
Станции геофизических наблюдений, которые находится
в ведении отдела геофизики ААНИИ, составляют одну из самых
распределенных мониторинговых сетей в мире. Станции расположены в
наиболее труднодоступных частях Aрктического и антарктического регионов
планеты. Удаленность пунктов наблюдений является одной из серьезнейших
проблем организации регулярного сбора информации.
На сегодняшний день на станциях устанавливается
современное измерительное оборудование, позволяющее получать
комплексную оперативную информацию по нескольким видам геофизических
наблюдений, включающих вариационные и абсолютные магнитные измерения,
измерения уровня космического шума, вертикальное и наклонное
зондирование ионосферы.
Вся измерительная аппаратура, через каналы цифровой
связи, взаимодействует с сервером сбора геофизических данных,
установленным в ААНИИ. Распределенная вычислительная сеть позволяет
осуществлять дистанционный контроль и управление измерительными
комплексами.
В настоящее время сотрудниками отдела активно
проводятся работы по дальнейшей модернизации геофизической сети,
расположенной в Арктике и Антарктике, совершенствуются системы сбора и
накопления информации, разрабатываются алгоритмы обработки оперативных
данных и представления их потребителям.
35. Сормаков Д.А., Янжура А.С.
Структура и функции сервера
геофизических данных ААНИИ
Арктический и Антарктический научно-исследовательский
институт, С.Петербург.
Принимая во внимание постоянно увеличивающийся объем
оперативной и исторической информации, поступающей с полярных
геофизический станций, возникла острая необходимость построения
современного сервера данных. Вычислительный геофизический комплекс,
установленный в ААНИИ, состоит из двух серверных машин, на одной из
которых организованы процессы обмена данными, на другой - обработка
поступающей оперативной и исторической информации.
Накопление результатов геофизических измерений
производится на дисковом хранилище, для долгосрочного хранения больших
объемов данных организована система резервного копирования.
Программное обеспечение для вычислительного
комплекса создается с учетом особенностей сетевого взаимодействия
измерительной аппаратуры, установленной на полярных геофизических
станциях, и коммуникационных протоколов, поддерживаемых существующими
каналами связи.
Оперативная информация, поступающая с пунктов
наблюдения, проходит стадии оперативного контроля, на которых
выявляются возможные ошибки форматов информационных блоков, и
сохранения в реляционной базе данных.
В дальнейшем производится обработка первичных
данных. На данном этапе производятся расчеты индексов геомагнитной
активности, уровня поглощения космического шума, предварительная
обработка ионограмм и т.п.
Первичная информация и результаты ее обработки
немедленно отправляются потребителям в рамках договоров об обмене
данными.
Все вычислительные процессы, организованные на
сервере, полностью автоматизированы. В настоящее время разрабатывается
программная система мониторинга поступающей информации, которая
позволит оперативно оценивать состояние как измерительных систем,
развернутых на станциях, так и работоспособность каналов связи.
Серверный комплекс отдела геофизики позволяет
максимально эффективно решать задачи по автоматизированному сбору и
обработке геофизической информации, поступающей с сети наблюдательных
станций, в режиме реального времени.
36. Калегаев В.В., Баринова В.О., Баринов О.Г.
Центр данных космического
мониторинга НИИЯФ МГУ
НИИЯФ МГУ
В НИИЯФ МГУ создан Центр данных космического
мониторинга. Он представляет собой программно-аппаратный комплекс,
состоящий из серверов производства НР, вычислительного кластера и
высокопроизводительной системы хранения HP EVA8400. Для организации
хранения данных используется СУБД Oracle. Центр данных предназначен для
хранения и распространения информации, получаемой в ходе космических
экспериментов, прежде всего, связанных с изучением радиационного
состояния околоземного космического пространства. На данный момент в
базах данных центра хранится информация, полученная в ходе 11
космических миссий, в том числе ныне действующих: Метеор М1 и Электро
Л1. На борту спутников установлена аппаратура НИИЯФ для регистрации
потоков электронов и протонов с энергией от 50 эВ до сотен МэВ. Главной
составной частью центра является программный комплекс, выполняющий
загрузку с пункта приема и обработку космической телеметрии.
Поступающая информация оперативно обрабатывается в Центре данных
космического мониторинга НИИЯФ МГУ и используется для текущего анализа
радиационных условий в околоземном космическом пространстве. Наряду с
расшифровкой данных происходит расчет орбит спутников в разных системах
координат и запись данных в таблицы базы данных. Прием, обработка и
загрузка данных происходит в автоматическом режиме по заданному
расписанию. Для доступа к данным создан англоязычный информационный
портал, http://smdc.sinp.msu.ru, который позволяет осуществлять запросы
к базе данных через web-формы. Запросы обрабатываются на стороне
сервера, что существенно снижает нагрузку на линии связи. В качестве
терминалов могут выступать, в том числе, различные мобильные
устройства. Наряду с данными, сайт предоставляет доступ к моделям,
разработанным в НИИЯФ, а также к специализированным научным архивам,
полученным в результате научной обработки баз данных (каталоги
магнитных бурь, протонных возрастаний и т.д.). Последние полученные
данные отображаются на первой странице сайта в течение нескольких минут
после поступления информации. На базе сайта создана уникальная,
полностью автоматизированная система для расчета радиационных условий
на траекториях низкоорбитальных спутников во время событий СКЛ. Система
позволяет рассчитать энергетические спектры по данным измерений потоков
энергичных частиц спутниками GOES с использованием моделей
геомагнитного обрезания в зависимости от уровня геомагнитной
возмущенности.
37. Пилипенко В.А.
Электромагнитные аспекты
технологической безопасности в Арктике и Антарктике
Институт физики Земли РАН
Исследования состояния околоземной космической
среды, кратко именуемое “космическая погода”, выходят за рамки чисто
академического интереса по мере возрастания количества проблем,
связанных с нарушениями нормального функционирования тех или иных
технических систем. К ним относятся сбои спутниковых и авиационных
систем, частичные или полные отключения электроэнергии, нарушения
сигналов GPS/GLONASS, помехи в радиокоммуникации. Чем шире внедряются
передовые технологии, тем чувствительнее для экономики и
жизнедеятельности становятся их сбои и выходы из строя. Протяженным
магистральным линиям электропередачи свойственна повышенная вероятность
нарушений под воздействием токов, наводимых геомагнитными бурями.
Эксплуатация летательных аппаратов на высотах порядка 20 км, повышает
риск облучения экипажа и пассажиров при возмущенной космической погоде.
Известны многочисленные примеры катастрофических последствий некоторых
событий космической погоды, имевшие место в США, Канаде, Англии и
Японии (Bolduc, 2002). Изменчивость факторов космической погоды и
возмущающее их воздействие на окружающую среду являются естественной
нормой, и их невозможно избежать, но необходимо знать и учитывать. При
решении инженерных проблем знание характера параметров космической
погоды, диапазона их изменений необходимо для усовершенствования
используемых и грамотной разработки новых технических средств.
Влияние
космической погоды на наземную технологическую инфраструктуру
Одним из наиболее существенных факторов космической
погоды для наземных технологических систем являются электрические токи,
индуцируемые в поверхностных слоях Земли при резких изменениях
ионосферных токов и геомагнитного поля, называемые geomagnetically
induced currents (GIC). Эти резкие изменения опасны для протяженных
трубопроводов (Boteler, 1997; Pulkkinen et al., 2001), магистральных
кабельных линий, протяженных высоковольтных линий электропередач,
железнодорожного оборудования, морских коммуникационных кабелей,
телефонных и телеграфных линий (Pirjola et al, 2005), особенно если
вышеперечисленные системы вытянуты в долготном направлении.
Наиболее интенсивные токи (до сотен ампер)
возбуждаются на авроральных широтах при магнитных бурях и суббурях.
Общее количество энергии, выделяющейся во время полярных сияний, при
магнитной буре средней интенсивности составляет ~1400 ГВт, что почти
вдвое превышает мощность всех электростанций США. Квази-постоянные
наведенные токи вызывают насыщение, перегрев и даже повреждение
высоковольтных трансформаторов на электрических подстанциях (Erinmez et
al, 2002). Воздействие GIC на линии электропередач зависит не только от
величины возмущения, но и от геометрии и структуры сети. Поэтому оценка
возможных эффектов для каждой конкретной системы представляет собой
сложную отдельную задачу. В мировой электроэнергетике наблюдается
тенденция к переходу от существующих систем с напряжением 200-700 kВ к
более высоковольтным и низко-резистивным линиям передач для уменьшения
потерь. Однако такие протяженные низкоомные линии будут более
подвержены воздействию квази-постоянных GIC. Постоянное расширение
высоковольтных энергетических сетей, рост связей между ними, увеличение
нагрузки ведут к повышению вероятности аварийных ситуаций при сильных
магнитных бурях и суббурях.
Наиболее активные проявления геомагнитных возмущений
и наведенных токов наблюдаются на авроральных широтах, поэтому в
передовых северных странах (США, Канада, Великобритания, Скандинавские
страны) с 1970-х годов начались исследования по влиянию GIC на наземные
технологические системы и возможным мерам уменьшения негативных
последствий (Boteler et al, 1998). Не меньшую опасность эти факторы
предоставляют для безопасной работы технологических систем в Российской
Арктике, т.к. Россия располагает самыми протяженными нефтегазопроводами
и линиями электропередач. Однако уровень и размах отечественных
исследований явно отстает от работ в других странах. Проблема
усугубляется тем, что информация о происшедших сбоях в работе систем
являются служебной, и не предоставляется открыто для скрупулезного
научного анализа.
Космическая погода и вызванные ей глобальные
электромагнитные возмущения представляют опасность и для трубопроводов
в Арктике, т.к. большая их часть имеет протяженность в долготном
направлении. Наведенные токи вызывают кумулятивный эффект, приводящий к
ускоренной коррозии трубопроводов. На большинстве трубопроводов для
защиты от коррозии используется катодная защита, поддерживающая
отрицательный потенциал трубы относительно земли. Под действием токов
GIC это распределение потенциала сильно искажается, что резко
увеличивает скорость коррозии во время геомагнитных бурь (Gummow,
2002), и в конечном счете приводит к сокращению срока эксплуатации
трубопровода. Косвенно, геомагнитные возмущение могут повлиять на
измерения катодного потенциала защиты, и тем самым привести к работе
при неоптимальных параметрах защиты. Кроме того, западные нефтяные и
газовые компании начинают учитывать помехи, вносимые геомагнитными
возмущениями, при геофизической разведке и бурении.
Безопасность
систем навигации в Арктике
Спутниковые навигационные системы подвержены
возмущающему воздействию физических условий, складывающихся в
околоземном пространстве. Так точность систем навигации, использующих
сигналы очень низких частот (LORAN, OMEGA) зависит от знания
действительной высоты нижней границы ионосферы. Быстрые вертикальные
изменения этой границы во время солнечных вспышек и магнитных бурь
могут внести ошибки порядка нескольких километров в определение
местоположений. В сильно возмущенной ионосфере может происходить потеря
сигнала глобальных навигационных систем GPS/GLONASS. Таким образом,
технологии спутниковых навигационных систем для достижения необходимой
точности потребуют лучшего обеспечения информацией об условиях
космической погоды, чтобы избежать обусловленных ими ошибок.
Влияние
геофизических факторов на надежность спутниковых систем и запусков космических аппаратов на высоких
широтах
Эффекты и механизмы негативного воздействия
космических факторов на функционирование космических аппаратов,
находящихся на разных типах орбит, активно изучаются в последние
десятилетия. Количество отказов возрастает после солнечных вспышек и во
время магнитных бурь, когда на несколько порядков увеличиваются потоки
частиц разных энергий в околоземном пространстве [Pilipenko et al.,
2005; Романова и др., 2005]. Высоко-энергичные протоны и ионы солнечных
вспышек вызывают разрушение солнечных панелей, вызывают нарушения в
работе оптических датчиков ориентации, создают объемных заряд в
материале спутников. Со своей стороны, потоки магнитосферных электронов
приводят к дифференциальной зарядке поверхности спутника, пробоям
диэлектриков, повреждают интегральные электронные схемы. Известны
многочисленные примеры серьезных нарушений в работе спутниковых систем,
вплоть до их полной потери, во время магнитных бурь [Lanzerotti, 2001].
Миниатюризация электроники, вызванная необходимостью уменьшения веса и
объема бортовой аппаратуры, подвергает опасности пагубного воздействия
на ее компоненты высокоэнергичных частиц, особенно на высоких широтах.
Нельзя исключить возможности влияния факторов
космического окружения на космические аппараты во время запуска и
выведения на орбиту. С 1957 г. по 2005 г. в мире с различных
космодромов было произведено более 4500 запусков космических аппаратов,
из которых более 400 оказались аварийными, что не позволило запускаемым
спутникам функционировать в расчетном режиме и привело к огромным
финансовым потерям. Попытка такого статистического исследования была
предпринята в [Романова и др., 2010]. Были обработаны данные о всех
запусках с космодрома Плесецк, который находится на авроральных
геомагнитных широтах, где проявления космической погоды значительно
сильнее, чем на средних и низких широтах. Всего с данного космодрома
было проведено 1544 запуска, из которых 52 оказались аварийными.
Статистический анализ показал, что вероятность аварийного запуска
увеличивается в несколько раз в летние месяцы во время сильных
магнитных возмущений.
Перспективы дальнейших
исследований
Необходима разработка компьютерной системы,
способной заблаговременно предсказать ключевые параметры космической
погоды, критичные для технологических систем в арктических широтах:
- - интенсивность наведенных токов в элементах заданной
энергетической или
- трубопроводной сети;
- - потоки релятивистских электронов в районе геостационарной
орбиты.
Разрабатываемая система должна опираться на
существующие модели земной магнитосферы, ионосферы, проводимости земной
коры, космической радиации и др. Входными параметрами послужат данные в
реальном времени с межпланетных спутников на линии Земля-Солнце (АСЕ,
SOHO). Эти данные дадут возможность с упреждением 30-90 мин рассчитать
интенсивности и длительности токов, которые будут наведены в заданной
технологической системе, и предсказать интенсивность космической
радиации. При разработке такой системы надо будет максимально широко
использовать программы США и Европейского Сообщества по космической
погоде, что позволит существенно уменьшить финансовые и материальные
затраты. Работа должна иметь межведомственный характер, учитывать
интересы и наработки как академических институтов (ИФЗ, ИЗМИРАН, ИКИ,
ИСЗФ), так и ведомственных институтов, энергетических и нефтяных
компаний. Информация, предоставляемая международными прогностическими
центрами по космической погоде, должна будет адаптирована к нуждам
использования Российской Арктики. Разрабатываемая система будет
предупреждать о ситуациях, которые могут повлиять на работу и
надежность орбитальных и наземных технических систем. В дальнейшем, она
должна стать элементом всероссийской межведомственной структуры,
обеспечивающей наблюдения, диагностику и прогноз состояния окружающего
пространства, необходимые для своевременного прогноза воздействия на
технические системы.
В частности, на базе существующих наработок возможно:
- - Вероятное предсказание геомагнитной бури с
заблаговременностью 1-3 дня на
- основе спутниковых наблюдений за активностью Солнца, и
оперативное предсказание
- момента и интенсивности магнитной бури с
заблаговременностью 30-60 мин на основе
- спутниковых наблюдений в точке L1 (~200 радиусов Земли);
- - Создание статистической модели для оценки возможных
значений переменного
- магнитного поля, электрических полей и токов в ионосфере, и
в конечном счете наведенных
- земных токов (GIC) для региона Российской Арктики при
различных параметрах
- космической погоды;
- - Создание численной модели сети, дополненной моделью
проводимости земной
- коры, для расчета величины GIC в отдельных элементах сети.
Подобного рода модели
- созданы для отдельных сетей в Северной Америке и Северной
Европе, и эти модели будут
- адаптированы к выбранной сети в Российской Арктике.
Выявление с помощью
- синтетической модели слабых элементов сети по отношению к
GIC;
- - Оперативный прогноз возможности критических уровней GIC,
который может быть
- использован операторами сетей для принятия необходимых мер
для снижения риска
- катастрофических последствий: уменьшения нагрузки,
подключения емкостной защиты, и
- т.п.
- - Моделирование заданной ветки трубопроводов и расчет
ожидаемого распределения
- потенциалов в системе труба-Земля с учетом топологии
трубопровода и его
- неоднородностей. Располагая расчетами отклика потенциалов и
токов вдоль трубопровода на
- GIC инженеры смогут полно представить поведение катодной
защиты при магнитных бурях
- и учесть его при дальнейшей эксплуатации;
- - Создание математической модели для предсказания уровня
потоков релятивистских
- электронов на геостационарной орбите в зависимости от
параметров межпланетной среды;
Литература к проекту
- Романова Н.В., В.А. Пилипенко, Н.В. Ягова, А.В. Белов,
Статистическая связь частоты сбоев на геостационарных спутниках с
потоками энергичных электронов и протонов, Космические исследования,
43, N3, 186, 2005.
- Романова Н.В., Чиженков В.А., Пилипенко В.А., Возможная
связь аварий при запусках КА с космодрома Плесецк с высокоширотными
геомагнитными возмущениями, Геомагнетизм и Аэрономия, 49, №1, 111, 2009.
- Bolduc L., GIC observations and studies in the Hydro-Quebec
power system. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64, 1793, 2002.
- Boteler D.H., Pirjola R.J., Nevanlinna H., The effects of
geomagnetic disturbances on electrical systems at the Earth’s surface.
Adv. Space. Res., 22, 17-27, 1998.
- Erinmez I.A., Kappenman J.G., Radasky W.A., Management of
the geomagnetically induced current risks on the national grid
company’s electric power transmission system. J. Atmos. Sol. Terr.
Phys., 64, 743, 2002.
- Gummow R.A., GIC effects on pipeline corrosion and
corrosion-control systems. J. Atmos. Sol. Terr. Phys., 64, 1755, 2002.
- Lanzerotti L.J., Space weather effects on technologies. In:
Space Weather. AGU, Geophysical Monograph, 125, 11, 2001.
- Lehtinen M., R. Pirjola, Currents produced in earthed
conductor networks by geomagnetically- induced electric fields, Annales
Geophysicae, 3, 479, 1985.
- Pirjola R., Kauristie K., Lappalainen H., Viljanen A.,
Pulkkinen A., Space weather risk. Space Weather, 3, S02A02, 2005.
- Pilipenko, V., Fedorov E., Mursula K., Pikkarainen T,
Generation of magnetic noise bursts during distant rocket launches,
Geophysica, 41, 57, 2005.
- Pilipenko V., N. Yagova, N. Romanova, J. Allen, Statistical
relationships between the satellite anomalies at geostationary orbits
and high-energy particles, Advances in Space Research, 37, 1192, 2006.
- Pulkkinen A., et al., Modelling of space weather effects on
pipelines, J. of Applied Geophysics, 48, 233, 2001.
- Thomson A.W. P., A.J. McKay, E. Clarke, S.J. Reay, Surface
electric fields and geomagnetically induced currents in the Scottish
Power grid during the 30 October 2003 geomagnetic storm, Space Weather,
3, S11002, 2005.
- USA National Space Weather Program. The Implementation
Plan. FCM-P31-1997. Washington, DC. January 1997, 104 p.
38. Ишков В.Н.
Солнце в фазе максимума текущего
24 цикла СА: основные характеристики и особенности развития
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн РАН им. Н.В.Пушкова, г. Троицк МО
Рассмотрены основные характеристики и ход эволюции
текущего 24 цикла СА после 41 месяца развития, когда он без всяких
сомнений вступил в фазу максимума активности. Для достоверных солнечных
циклов фазу максимума можно определить, как период времени, когда
значения сглаженных чисел Вольфа лежат в пределах 15 % от величины
максимума данного солнечного цикла. В тоже время кривая развития
текущего солнечного цикла проходит ниже цикла 14 – самого низкого из
достоверных. Запуск солнечной обсерватории SDO позволил с очень высоким
пространственным и временным разрешениями начать изучение солнечных
вспышек малых, средних (146) и больших (28) баллов, в том числе 14
протонных событий, выявить предполагавшиеся связи между вспышками и
выбросами солнечных волокон и подтвердить глобальный характер даже не
мощных вспышечных явлений. Привлечение наблюдательных данных
космических обсерваторий STEREO даёт возможность исследовать вспышечные
события с разных точек пространства и получать трёхмерную картину
развития событий. В то же время, геоэффективность солнечных вспышечных
явлений и корональных дыр остаётся аномально низкой: и за эти 3 года не
зарегистрировано ни одной очень большой магнитной бури (Ap≥100), всего
две больших магнитных бурь (Ар≥70) и лишь четыре солнечных протонных
событий (Epr>10 MeV) с потоком протонов больше 100 p.f.u.
39. Сахаров Я.1, Ю.Катькалов Ю.1,
Селиванов
В.2, Баранник М.2, Вильянен А.3
Регистрация эффектов космической
погоды в энергетических системах Северо-Запада
России. Проект EURISGIC
1ПГИ КНЦ РАН
2ЦФТПЭС КНЦ РАН
3ФМИ
Токи индукционного характера (ГИТ), возникающие в
линиях электропередач в периоды развития сильных геомагнитных
возмущений, представляют определенную угрозу для работы энергетических
систем. Европейской комиссией в рамках FP7 финансируется исследования
риска для энергосистем Европы от воздействия геомагнитных возмущений. В
рамках проекта нами организована непрерывная регистрация ГИТ на
подстанциях энергосистемы на Северо-западе России. Получаемые данные в
режиме, близком к реальному времени, используются для проверки модели
распределения токов в сетях электропередач. Работа поддержана Седьмой
рамочной программой ЕС (FP7/2007-2013 GA no 260330)
40. Сидоров Р.В., Соловьев А.А., Богоутдинов
Ш.Р., Агаян С.М., Шулья А., Гвишиани А.Д.
Система автоматизированного
контроля качества магнитограмм
Геофизический центр РАН, Москва
Алгоритмы, разработанные в лаборатории
математического анализа геомагнитных данных Геофизического центра РАН,
направлены на распознавание возмущений с заданной морфологией на
временных рядах. Эти алгоритмы были применены к данным сети ИНТЕРМАГНЕТ
с 1-минутной и 1-секундной дискретизацией с целью распознавания
искусственных возмущений на магнитограммах. Мировая сеть обсерваторий
ИНТЕРМАГНЕТ – основа геомагнитного мониторинга, и требования надёжности
регистрируемых данных очень высоки. Поэтому важной задачей является
объективное и формализованное распознавание и дальнейшее устранение
возможных антропогенных аномалий на записях. Алгоритмы SP и SPs для
обнаружения выбросов и алгоритм JM для распознавания скачков базовой
линии созданы для обработки данных с 1-минутной, 1- секундной и меньшей
дискретизацией. Результаты обучения и экзамена показали. Что алгоритмы
SP, SPs, JM достаточно эффективны в распознавании практически всех
искусственных выбросов и скачков, обнаруженных
экспертами-интерпретаторами вручную. Это также дает возможность
ретроспективного анализа и контроля качества магнитограмм, доступных в
Мировых центрах данных Международного совета по науке.
В настоящий момент в Геофизическом центре РАН
происходит создание регионального узла геомагнитных данных.
Особенностью этого узла является автоматизированная система
распознавания искусственных возмущения на поступающих магнитограммах в
реальном времени. Такая система будет обеспечивать контроль качества
геомагнитных данных, приходящих с обсерваторий российско-украинского
сегмента ИНТЕРМАГНЕТ. Система включает в себя: 1) алгоритмические
модули; 2) базу данных MySQL для работы с данными, их хранения и
доступа к ним; 3) программу расчёта базовой линии с интерактивным
веб-интерфейсом. События, распознаваемые алгоритмами контроля качества
на приходящих данных, также хранятся в базе данных. Для каждой
обсерватории база данных содержит таблицу с общей справочной
информацией. Справочная информация включает в себя название
обсерватории, её IAGA-код, географические координаты, часовой пояс,
научное учреждение, к которому она относится, сведения об аппаратуре
(протонный магнитометр, вариометр и ориентация его датчиков), о
форматах приходящих данных и некоторые другие сведения. Также для
каждой обсерватории присутствуют таблицы для предварительных,
квазиокончательных и окончательных данных, а также таблицу значений
базовой линии. Программа расчёта значений базовой линии для всех
компонент магнитного поля создана для обработки абсолютных измерений,
производимых на обсерватории регулярно.
41. Зайцев А.Н., Петров В.Г., Амиантов А.С.
Открытые системы мониторинга
геофизических явлений в высоких широтах: развитие и перспективы
Институт Земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
По мере освоения Арктики, а также расширения
практической деятельности в космосе, требуются все более детальные
сведения о характеристиках ионосферно- магнитосферных токовых систем,
особенно в высоких широтах в период магнитных бурь. Эффекты магнитных
бурь проявляются на земле и в космосе самым различным образом, в том
числе в виде наличия помех при точной GPS навигации, приводят к сильным
индукционным токам в газопроводах и энергетических сетях, приводят к
существенным ошибкам при наклонном бурении, при реализации
электромагнитных методов геофизической разведки. Отсюда возникает
проблема точного описания состояния магнитного поля в виде открытой
справочно-информационной системы, используемой как для научных
изысканий, так и для практических работ. Поэтому идет процесс развития
и создания открытых справочно-информационных систем мониторинга
геофизических явлений в высоких широтах, которые служат основой системы
прогноза космической погоды на региональном уровне и использоваться как
инструмент контроля возможных рисков под воздействием космической
погоды. Ведущей в мире системой мониторинга космической погоды является
центр в Боулдере, США. С использованием огромных открытых ресурсов
центра в Боулдере развивается сеть центров в других странах, а также
строится сеть тематических информационных систем по отдельным видам
наблюдений и по сложным системам спутниковых и наземных инструментов.
В докладе приведен обзор действующих систем
мониторинга геофизических явлений в высоких широтах. Как правило, все
системы строятся с опорой на возможно полную сеть пунктов наблюдений,
покрывающих целиком полушарие или выбранный регион. К сожалению, не
всегда удается обеспечить необходимое покрытие.
При постановке задачи регионального мониторинга в
высоких широтах дается оценка развития и применения этих систем в
практике геофизических исследований. Как перспективное развитие в этом
случае можно рассмотреть задачу создания справочно- информационной
системы «Полярная геофизика Ямала». Организация сервера и
пользовательского интерфейса для открытой справочно-информационной
системы «Полярная геофизика Ямала» будет выполнена с соблюдением
принятых в сети Интернет требований к открытым справочно-информационным
системам.
Сеть пунктов наблюдений используется как основа
виртуальных обсерваторий, данные которых служат исходной базой данных
для основной системы в целом. В докладе приводятся первые результаты
разработки таких систем для высоких широт. Создан определенный задел на
будущее, разработаны алгоритмы анализа и представления данных в
реальном времени под задачи прогноза космической погоды
(http://serv.izmiran.ru/). В качестве тестовой площадки рассмотрены
проблемы создания виртуальной магнитной обсерватории, охватывающей
территорию Ямала, в которой информация собирается в режиме реального
времени. Создание такой обсерватории позволит учесть факторы внешнего
космического воздействия и их влияние на технологические системы.
Имеется запрос на такую информацию от геофизических организаций на
Ямале, и реализация таких запросов может быть выполнена в рамках
разрабатываемого Ситуационного центра губернатора ЯНАО.
42. Веселовский И.С.1,2, Лукашенко
А.Т.1, Яковчук О.С.1
Создание и использование
базы данных о геомагнитных бурях с немонотонным развитием.
1Научно-исследовательский институт ядерной
физики им. Д.В. Скобельцына МГУ
2Институт космических исследований РАН, Москва
Создана специализированная база данных для
исследования геомагнитных бурь с немонотонным развитием в 23-м
солнечном цикле. Геомагнитные бури при всей схожести их основных
элементов развития и динамики отличаются большим разнообразием
глобальных, региональных и локальных свойств. Одна из важных
характеристик – возможная множественность возмущений на фазе развития и
на фазе восстановления. Главная фаза и фаза восстановления может иметь
монотонный или немонотонный вид с несколькими интенсификациями, которые
обусловлены сложной суперпозицией от одного до нескольких межпланетных
возмущений и отвечающих им процессов внутри магнитосферы. Представлены
статистические данные о геомагнитных бурях с различным числом
интенсификаций на основе этой базы данных.
43. Алексеев В.А.
Генерация тяжелых углеводородов
в мантии и их возможная связь с подпиткой их северных месторождений
Троицкий институт инновационных и термоядерных
исследований, (ТРИНИТИ) Троицк, МО
Динамика глобальных геологических процессов в
литосфере определяется медленными конвективными процессами в мантии,
обеспечивающими массообмен и теплоперенос. Конвективные ячейки с
характерными размерами порядка тысяч километров генерируются
одновременно с малыми ячейками размером порядка 100 км. В зоне
соседства больших и малых ячеек должен наблюдаться переход материала в
сверхпластичное состояние [Alekseev, Getlink, 1979]. Оно
характеризуется образованием мелкодисперсной структуры с выделением
тепла и повышенной дегазацией. В этой области должен наиболее
интенсивно идти синтез углеводородов, включая тяжелые.
Эта идея была положена в основу проводимых нами
экспериментов. Прямые лабораторные эксперименты в герметичных ампулах,
при соответствующих этой области высоких давлениях и температурах,
выявили наличие тяжелых углеводородов [Кучеров, Бенделиани, Алексеев,
Кеннин, 202а, б]. В природе синтез тяжелых углеводородов, идущий с
выделением энергии, и переход в сверхпластичное состояние, также
сопровождающийся выделением энергии, должны создавать в интересующей
нас области аномально высокие давления. Это создает условия для прорыва
сжатого газа с тяжелыми углеводородами в верхние горизонты мантии. В
местах прорыва должны образовываться выпуклости коры, в которых
локализуются углеводороды глубинного происхождения. В этих же районах
можно ожидать образования (более мелкомасштабных) месторождений
углеводородов органической природы, поскольку сама выпуклость
представляет собой поршень, выжимающий рассеянные углероды из
вышележащих слоев коры.
Эксперименты показали, что имеются два процесса:
тяжелые углеводороды в твердой фазе, а легкие в свободном состоянии.
Они быстро поднимаются в коровое пространство Земли и могут подпитывать
углеводородные газы и нефти.
II. Стендовые доклады.
1.
Баишев Д.Г., Моисеев А.В.,
Самсонов С.Н., Стародубцев С.А., Степанов А.Е., Авершин Д.С., Неустроев Н.И., Макаров Г.А.
Центр космо- и геофизических
данных ИКФИА СО РАН
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.
Шафера СО РАН, Якутск, Россия
Институт космофизических исследований и аэрономии
им. Ю.Г. Шафера СО РАН (ИКФИА СО РАН) имеет 2 нейтронных монитора
(Тикси, Якутск) и Якутскую меридиональную цепочку геофизических
станций, в которую входят магнитная обсерватория и ионосферная станция,
расположенные в Якутске, а также риометрическая установка в Тикси,
связанные в единый телекоммуникационный узел. Состав экспериментальных
установок представлен на сайте ИКФИА СО РАН (http://ikfia.ysn.ru).
C целью создания свободного доступа к данным
измерений, оперативного мониторинга состояния геофизической
обстановки на полярных и субполярных широтах Якутии и развития методов
краткосрочного прогноза космической погоды создается Центр космо- и
геофизических данных ИКФИА СО РАН. В настоящее время создана система
сбора и хранения информации в общую базу данных (БД) ИКФИА СО РАН.
Одноминутные измерения нейтронных мониторов станций космических лучей
Якутск и Тикси заносятся в БД автоматически в режиме реального времени.
Данные регистрации риометрического поглощения в Тикси и ионосферных
измерений дигизонда DPS-4 в Якутске также доступны в режиме реального
времени. С 2010 г. магнитная обсерватория Якутск работает по программе
INTERMAGNET и получаемые 1-мин данные измерений 3-х компонент (H, D, Z)
и общей составляющей (F) магнитного поля Земли, а также 3-часового
локального К- индекса, поступают в БД с суточной задержкой. Для
визуализации данных создан специальный интерфейс. С его помощью
возможен свободный доступ и быстрый просмотр данных всех измерений
(http://www.ysn.ru).
В ближайшей перспективе, в соответствие с программой
работ по международному проекту CPMN/MAGDAS, планируются модернизация
сети магнитных станций ИКФИА СО РАН и передача данных измерений из 5-ти
пунктов наблюдений в режиме реального времени в общую БД.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке
по грантам РФФИ 12-07-98504-р_восток_а, 12-05-98518-р_восток_а,
12-05-98522-р_восток_а, 12-02-98507-р_восток_а, 12-02-98508-р_восток_а,
Программы ПРАН №10, а также Совета по грантам Президента РФ для
поддержки ведущих научных школ НШ-1741.2012.2.
2. Баишев Д.Г.1, Моисеев А.В.1,
Бороев
Р.Н.1, Макаров Г.А.1, Поддельский И.Н.2,
Поддельский А.И.2,
Шевцов Б.М.2, Юмото К.3
Геомагнитные наблюдения на
территории Якутии в рамках проекта MAGDAS
1Институт космофизических исследований и
аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, Россия
2Институт космофизических исследований и
распространения радиоволн ДВО РАН, Россия
3Центр космических исследований, Университет
Кюсю, Япония
В работе представлены результаты использования сети
феррозондовых магнитометров на территории Якутии в рамках проектов
MAGDAS (MAGnetic Data Acquisition System) и INTERMAGNET.
В 2011 г. выполнена установка 5 новых магнитометров
MAGDAS в следующих пунктах: о.Котельный (76°00' с.ш., 137°54' в.д.),
Тикси (71°36' с.ш., 128°47' в.д.), Жиганск (76°00' с.ш., 137°54' в.д.),
Якутск (61°57' с.ш., 129°39' в.д.) и Чокурдах (70°37' с.ш., 147°55'
в.д.).
Создана система передачи магнитных данных в
квазиреальном времени в единый центр, расположенный в ИКФИА СО РАН, из
базовых филиалов Института - в Тикси и Якутске.
Выполнено сравнение 1-мин данных магнитометров
MAGDAS на высоких (Тикси, Жиганск, Чокурдах) и средних (Якутск,
Магадан) широтах в период магнитных бурь в январе-марте 2012 г. с
данными магнитных обсерваторий стандарта INTERMAGNET в Якутске и
Магадане. Получено хорошее соответствие данных.
Обсуждаются возможные перспективы развития
магнитометрической сети.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ
12-07-98504-р_восток_а, а также при частичной финансовой поддержке по
проекту № 106 СО РАН.
3. Бархатов Н.А., Ревунов С.Е., Шадруков Д.В.
Изменение пространственно-временных режимов низкочастотных магнитных
возмущений диапазона 2-8 мГц на
высоких широтах в периоды геомагнитных бурь.
Нижегородский Государственный Педагогический Университет,
Нижний Новгород
Изучается пространственно-временная динамика
магнитных возмущений диапазона 2-8 мГц на высоких широтах. Для этого
выполняется анализ локальных максимумов (скелетонов)
вейвлет-преобразований возмущений горизонтальной и вертикальной
компонент геомагнитного поля вдоль меридиональной цепи станций во время
различных по силе геомагнитных бурь. Положение скелетона отвечает
моменту времени, а его форма темпу изменений режима колебаний. Такой
подход позволяет избежать избыточной спектральной информации и
сосредоточиться на ключевых особенностях динамики спектров. В работе
предложен алгоритм количественной оценки согласованности и временного
сдвига скелетонов исследуемых колебаний. По степени согласованности
скелетонов он позволяет определить смещение границы полярной шапки и
аврорального овала в периоды магнитосферных возмущений. Это в свою
очередь использовано для обнаружения северной и южной границ
аврорального овала. Установленные временные сдвиги между скелетонами
демонстрируют моменты появления однотипных колебаний в компонентах
геомагнитного поля в различных областях магнитосферы. Этот результат,
дополненный поляризационным анализом значений компонент геомагнитного
поля, позволяет определить тип возникающих внутримагнитосферных
колебаний отвечающих магнитозвуковым и/или альвеновским волнам.
Обнаруженные особенности изучаемых низкочастотных
возмущений могут использоваться для классификации и прогноза
интенсивности ожидаемых или уже развивавшихся геомагнитных бурь. Так в
компонентах магнитного поля слабых и умеренных геомагнитных бурь (Dst
> -100 нТл) обнаружено четкое разделение групп скелетонов на
северную (зона полярной шапки и аврорального овала) и южную части
(субавроральная зона). Для сильных бурь (Dst > -200 нТл) заметно
проявление минимум трех групп скелетонов (полярная шапка, овал,
субавроральная зона). Экстремальные геомагнитные бури (Dst < -200
нТл) характеризуются неустойчивой картиной распределения скелетонов в
горизонтальной составляющей поля, в то время как в вертикальной
компоненте структурированы по областям отчетливо.
Таким образом, особенности картины распределения
скелетонов вдоль магнитного меридиана в процессе развития каждой
магнитной бури позволяют оценить интенсивность геомагнитных колебаний,
отнеся ее к условному классу возмущенности. Другими словами,
интенсивность бури отражается в частотной динамике геомагнитных
возмущений, соответствующих возмущениям регистрируемых вдоль
геомагнитного меридиана в диапазоне 2-8 мГц.
4. Вальчук Т.Е.
Активизация комплекса AR 11429 в марте 2012 года в проявлениях
авроральной возмущенности
Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН, г.Троицк МО
24 цикл солнечной активности (СА) в настоящее время
пребывает в фазе завершившейся ветви роста и явного перехода в фазу
максимума СА.
Свидетельствами этого перехода являются события
марта месяца 2012 года, когда появление быстро развивающейся активной
области (AR) 11429 из-за восточного лимба Солнца положило начало
периоду мощной интенсификации вспышечной активности на видимом диске
нашей звезды /http://www.lmsal.com/solarsoft/latest_events/,
образованию комплекса активных областей (КАО из AR 11429 и AR 11430),
генерации солнечных космических лучей.
Генерация вспышечных потоков, корональных выбросов
вещества (СМЕ) и волокон, распространяющихся в гелиосфере и достигающих
околоземного космического пространства, сказываются в вариациях
магнитосферных параметров при достижении Земли, запаздывая относительно
ионосферных возмущений от прихода солнечных космических лучей. Вариации
параметров солнечного ветра (СВ) вне магнитосферы нашей планеты
позволяют интерпретировать последующие события в земной магнитосфере,
глобальную и региональную возмущенность.
Особенно важным и динамичным проявлением служит
авроральная суббуревая возмущенность, предваряющая глобальные
магнитосферные возмущения – магнитные бури. Исследование происходивших
в марте 2012 года активных событий дает возможность сопоставить и
проанализировать солнечные события в их воздействии на магнитосферу и
ионосферу, привлекая данные о солнечном ветре и частицах в околоземном
космосе, полученные КА Wind
ttp://cdaweb.gsfc.nasa.gov/cdaweb/istp_public/, и отождествить причины
геомагнитных бурь и их протекание в рассматриваемом периоде марта
месяца 2012 года, а также подробно исследовать временной и качественный
характер авроральной возмущенности.
Исследование фрактальной структуры СВ в околоземном
космосе дает дополнительные аргументы при обсуждении структуризации
потоков плазмы, вызывающих вариации в магнитосфере и ионосфере Земли.
Расчеты фрактальной размерности плазменных потоков, достигающих
околоземного космоса, позволяют выявить изменения структуры потоков СВ
и трактовать их последующее воздействие.
5. Горшков Э.С., Иванов В.В.
О негативном влиянии
космофизических факторов на техносферу
Санкт-Петербургский Филиал Института земного магнетизма,
ионосферы и распространения радиоволн РАН
Вопросы влияния космофизической погоды на биосферу,
в меньшей степени – на техносферу, в достаточной степени изучены.
Однако результаты проводимых исследований, как правило, не позволяют
обеспечить контроль, представление данных о состоянии различных
факторов электромагнитной и гравитационной природы и использование их в
качестве инструмента предотвращения возможных рисков.
Нами, с целью решения задачи сбора и представления
данных в реальном времени о негативном влиянии космофизических факторов
(КФФ) на техносферу, исследована нутация земной оси – колебания около
своего среднего положения с периодами 18.6 г., 0.5 г., 13.7 сут., 9.3
г., 1 г., 27.6 сут. и др Показано, что динамика нутации с периодом 0.5
г. (уравнение равноденствий) и отклонений скорости вращения Земли (СВЗ)
от эталонного уровня имеет в течение каждого года сходный характер (r ~
0.6-0.65). Максимумам и минимумам короткопериодической нутации (период
13.7 сут.) соответствуют минимумы СВЗ. Точкам пересечения нулевого
уровня - максимумы СВЗ.
Рассмотрены распределения интенсивности
авиакатастроф (более 100 случаев за 1967-2010 гг., не связанных с
влиянием человеческого фактора) на интервалах, определяющих
длиннопериодический (годовой) и короткопериодический (13.7 сут.)
элементы нутации. Анализ проведен методом наложенных эпох. Суммарное
(за 44 года) распределение интенсивности авиакатастроф в течение года
отчетливо проявляет периодический характер флуктуаций показателя с
периодом порядка полутора месяцев. При этом максимумы и минимумы
распределения определенным образом соотносятся с динамикой ускорения
ВЗ. Распределение авиакатастроф на интервале типового элемента
короткопериодической нутации и связанного с ним отклонения СВЗ носит
волнообразный характер. При этом динамика интенсивности авиакатастроф и
ускорения ВЗ согласованы.
Сопоставление усредненного цикла, полученного для 21
интервала длительностью 25.6 мес. методом наложенных эпох, с временем
наступления соединения и противостояния планет Земля – Марс показало,
что интенсивность показателя на интервале, включающем противостояния
планет, в 2-2.5 раза выше.
Влияние фаз Луны на динамику авиакатастроф не
сказывается. Распределение авиакатастроф между апогеями Луны носит
неопределенный характер.
Таким образом, наличие в ходе как длинно- так и
короткопериодических флуктуаций показателя квазипериодических структур,
связанных с ходом изменения нутации и СВЗ, позволяет реализовать
возможность долгосрочного прогноза интенсивности авиакатастроф,
произошедших по причине выхода из строя техники (сбои в работе сложной
электронной системы управления воздушным судном).
Для получения прямых доказательств влияния КФФ на
свойства внутренних элементов устройств регистрации различных
физических полей нами, в период 46 РАЭ на ст. Восток, Антарктида:
20.04.2001-26.01.2002 гг., исследован высокочувствительный датчик
сверхслабых излучений (ДСИ), выходной параметр которого, являющийся
функцией внутреннего сопротивления образующих его элементов,
регистрировался.
Полученные результаты позволяют обратить внимание на
следующие факты.
Отчетливо проявился колебательный характер
флуктуаций расчетных характеристик ДСИ - показателей напряженности dDB
и надежности f (с периодом порядка 18-21 сут). Относительное изменение
показателей носит обратный характер (r = -0.69). Динамика
среднесуточных показателей хорошо согласуется с такими сезонными
факторами, как смена полярного дня и полярной ночи. В частности, в
период полярной ночи dDB снижается до минимума, а уровень f повышается
до максимума.
Сопоставление полиномиальных трендов (полиномы 5-й
степени) dDB и f с уравнением времени (УВ) и уравнением равноденствий
(УР) показало наличие значимой корреляции вариаций УВ и УР: прямой с f
(r = 0.53, r = 0.83) и обратной с dDB (r = -0.25, r = -0.64). В то же
время короткопериодические флуктуации dDB и f согласуются с ходом
изменения знака секторной структуры межпланетного магнитного поля
(ММП). Корреляция между ними составляет, соответственно, 0.52 и -0.46.
При сопоставлении с элементами нутации и СВЗ проявлена тенденция роста
dDB и снижения уровня f на интервалах, включающих минимумы СВЗ.
Наличие значимой корреляции между флуктуациями dDB и
f, с одной стороны, и вариациями гравитационных показателей Солнца,
Земли и Луны и ММП – с другой, позволяет думать о существовании связи
процессов происходящих внутри высокочувствительного датчика с действием
КФФ.
Практическое использование результатов исследований
очевидно. Эффекты, связанные с изменением параметров вращения Земли,
проявляются как на Земле, так и в ”ближнем” космосе, а возбуждаемые ими
помехи приводят (в том числе, и при точной GPS навигации) к
существенным ошибкам при выполнении различных компьютерных программ,
начиная от выведения спутника на орбиту до реализации электромагнитных
методов геофизической разведки и наклонного бурения нефтяных и газовых
скважин.
6. Иванов В.В.
Вейвлет-анализ как инструмент
анализа геомагнитных вариаций: теоретические основы и экспериментальные результаты.
ФГБОУ ВПО Азово-Черноморская государственная
агроинженерная академия
Кратко изложены основные теоретические принципы
вейвлет-анализа геомагнитных вариаций. Проблемы, возникающие при
анализе геомагнитных вариаций, можно разделить на две группы: первая –
связанные со сложностью физической природы изучаемого объекта, вторая –
связанные с трудностями, возникающими при измерении количественных
характеристик геомагнитных вариаций. Проблемы первой группы обусловлены
тем, что вариации порождаются различными физическими источниками,
имеющими существенно отличные частотно-временные и пространственные
характеристики. Здесь наблюдаются, как периодические, так и импульсные
явления. Проблемы второй группы связаны, в основном, с зашумленностью
анализируемых данных. Показано, что для анализа импульсных особенностей
в рядах геомагнитных вариаций, оптимальным является MHAT-вейвлет:
![](Ris/Ivanov1.png)
Для анализа характеристик периодических процессов
оптимальным является вейвлет Морле в форме
![](Ris/Ivanov2.png)
позволяющей с помощью параметра σ регулировать частотное и временное
разрешение вейвлета. Параметр ωΨ характеризует “настройку” вейвлета по
масштабному коэффициенту a и связь полученного значения характерного
масштаба процесса с его периодом.
Рассмотрены методы и методики исследования
магнитного поля Земли, основанные на вейвлет-анализе.
Результаты вейвлет-анализа вариаций в диапазоне
40÷120 лет за период с 1866 г по 2000 г показали существование
интервалов «повышенной активности» - 1894-1897, 1919-1923, 1961-1966 и
1986-1990 годы. Здесь в течение 19 лет, что составляет 14% от
длительности общего проанализированного интервала в 135 лет, отмечается
26 особенностей, что составляет 58% от общего числа. Число
особенностей, наблюдающихся синхронно в различных компонентах одной
обсерватории, составляют около 50% от общего числа. При этом близкие
характерные масштабы для различных компонент отмечаются для 18%
особенностей от общего числа. Приблизительно половина
зарегистрированных особенностей обусловлена источниками, имеющими, как
минимум, региональный масштаб (в частности, Европа). Остальные
особенности, очевидно, связаны с источниками, имеющими локальный
характер. Механизм генерации вариаций в данном диапазоне имеет
релаксационный характер.
Исследование тонкой структуры джерков по
среднемесячным данным за период с 1.01.1955 г. по 31.12.2006 г.
показало, что резкие изменения скорости вековых вариаций одного или
нескольких параметров магнитного поля, относимые к джеркам, имеют
характерные времена в пределах от 8 месяцев до 60÷80 месяцев. Джерки
имеют сложную пространственно-временную структуру, существенно
различающуюся от события к событию, и характеризуются заметной
анизотропией в плоскости X – Y и одновременно демонстрируют
положительную корреляцию между динамикой горизонтальных компонент и
Z-компонентой. Тонкая структура и динамика джерка, свидетельствует в
пользу того, что джерк порождается появлением на поверхности жидкого
ядра восходящих потоков, превращающихся на границе с твердой мантией в
сложные горизонтальные потоковые структуры. При этом локализованная
плавучая масса поднимается на поверхность ядра не единым однородным
монолитом, а несколькими каплеобразными образованиями в течение
некоторого, достаточно краткого, периода.
7. Катькалов Ю.1, Сахаров Я.1,
Вильянен
А.2
Обслуживание данных проекта
EURISGIC: eurisgic.org
1Полярный геофизический институту КНЦ РАН,
Апатиты, Россия
2Финский метеорологический институт,
Хельсинки, Финляндия
Веб-сайт eurisgic.org разработан для обеспечения
доступа к непрерывно обновляющемуся архиву данных регистрации
геоиндуктированных токов (ГИТ) в рамках европейского проекта EURISGIC.
На открытой части сайта представлена графическая информация о величинах
ГИТ на подстанциях сети Карелэнерго и скорости изменения горизонтальных
компонент геомагнитного поля. Доступ к информации в цифровом виде
открыт для участников проекта. Работа поддержана Седьмой рамочной
программой ЕС (FP7/2007-2013, соглашение no. 260330).
![](Ris/Katkalov.png)
Пример регистрации геоиндуктированных токов (ГИТ) на
электроподстанции поселок «Выходной», (Россия), верхняя часть рисунка,
и вариаций магнитного поля на обсерватории Ивало (Финляндия) нижняя
часть рисунка, за 02-03 мая 2012 года.
Рисунок взят с сайта http://eurisgic.org/ .
8. Кириаков В.Х., Любимов В.В.
Прибор для бесконтактного
сканирования, диагностики трубопроводов и поиска металлических масс
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
На базе разработанного нами ранее низко
потребляющего накопителя данных (НД) и микро потребляющих комплектов
магнитоизмерительных преобразователей (МИП), выполненных на основе
однокомпонентных феррозондовых датчиков типа FLC 100 (фирмы Stefan
Mayer Instruments), были проведены работы по созданию диагностического
прибора для бесконтактного сканирования трубопроводов в соответствии с
требованиями и рекомендациями, изложенными в «Инструкции по диагностике
технического состояния трубопроводов бесконтактным магнитометрическим
методом. РД 102-008-2002».
Функциональная схема прибора, включающая в себя два
основных соединённых между собой узла,- устройство крепления датчиков
(УКД) и блок электроники (БЭ), показана на рисунке.
![](Ris/Kiriakov1.png)
УКД представляет собой жёсткую раму длиной 2…3 м, на
которой крепятся на определённом расстоянии друг от друга от трёх до
пяти МИП в вертикальной или горизонтальной (в зависимости от
выполняемых задач и методики работ) плоскости. Здесь также установлен
трёхкомпонентный цифровой акселерометр - устройство для измерения углов
наклона (ЦИУН) всей измерительной системы в процессе её перемещения в
пространстве. БЭ включает в себя встроенный пятиканальный АЦП и
источник питания с питанием от аккумуляторной батареи, графический
индикатор и плату НД. Прибор позволяет накапливать и хранить данные в
процессе проведения работ во внутреннюю память (ВНД или ФН), а также
передавать накопленные данные по имеющимся каналам GPRS и BT на
удалённый приёмный пункт (компьютер). Для привязки данных к местности и
к мировому времени в прибор встроен модуль GPS.
Разрешающая способность каждого из измерительных
магнитометрических каналов составляет 1 нТл. Общее потребление МИП – не
более 10…12,5 мА, а общее потребление всего прибора в режиме передачи
данных через канал связи составляет 230 мА.
Опытный образец прибора был испытан на Крайнем
Севере на полигоне в районе Байдарацкой губы и на Ямале (в районе
Яр-Сале) при проведении работ по строительству трубопровода. Испытания
проводились как в полевых, так и в морских условиях. Некоторые
результаты полученных при помощи прибора измерений показаны на рисунке.
![](Ris/Kiriakov2.png)
Практически этот прибор можно успешно использовать в
пешеходном режиме и при движении с буксировкой в качестве прицепа к
транспортному средству по земной поверхности или на плоту – по воде.
Прибор позволяет одновременно регистрировать данные каждого из МИП и
градиенты поля между ними. Прибор может быть использован в качестве
многоканальной вариационной станции установленной, например, вкрест
протиранию трубопровода для регистрации процессов и наведённых полей в
период протекания магнитной бури. При этом расстояния между соседними
МИП можно увеличивать до 10…20 м и более.
9. Копытенко
Ю.А.,
Петрова
А.А.
Информационность геомагнитных
технологий при поисках углеводородов в полярных широтах
СПбФ ИЗМИРАН, г. Санкт-Петербург
Опыт интерпретации аэро- и гидромагнитной съемки на
территории России и за ее пределами при работах на нефть, газ показал,
что аномальное магнитное поле на месторождениях УВ обладает
специфическими особенностями. Это подтверждено при анализе материалов
высокоточных аэромагнитных съемок нефтегазоносных бассейнов
Тимано-Печорской, Волго-Уральской, Прикаспийской провинций, Туркмении и
Восточной Сибири, а также гидромагнитных съемок Северного, Баренцева и
Берингова морей.
В СПбФ ИЗМИРАН разработаны и опробованы геомагнитные
технологии выявления слабомагнитных флюидных систем и флюидоподводящих
каналов подпитки нефтеносных бассейнов по аэромагнитным и
гидромагнитным измерениям с учетом геомагнитных данных спутника CHAMP.
Геомагнитные технологии на севере Западной Сибири
позволили исследовать неоднородности глубинного строения земной коры
нефтегазоносного бассейна Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). В
качестве исходных данных для территории ЯНАО использованы цифровые
карты магнитных аномалий, наблюденные на спутнике CHAMP, аэромагнитные
съемки и цифровые карты приземных магнитных аномалий WDMAM 2007.
По материалам площадных приземных съемок
геомагнитного поля построены схемы распределения слабомагнитных ареалов
флюидных систем для глубин 3, 5, 10-12 км. Сопоставление характера
размещения этих ареалов с местоположением известных месторождений
углеводородов (УВ) позволило наметить основные особенности
геомагнитного поля, измеренного на разных высотах (0,3 км, 100 км и 400
км), отражающие их приуроченность к зонам природных ресурсов региона.
На основе анализа геомагнитных разрезов земной коры месторождений ЯНАО
показана роль восходящих глубинных каналов углеводородной проработки и
элементов флюидных систем средней коры в подпитке крупных нефтегазовых
объектов. По результатам исследований выявлены перспективные участки
вблизи выходов флюидопроницаемых каналов и опробирован региональный
критерий мелкомасштабного прогноза для постановки геологоразведочных
работ на нефть и газ на территории ЯНАО.
10. Левитин
А.
Е.,
Громова
Л.И., Громов С.В., Дремухина Л.А.
Метод количественной оценки
локальной геомагнитной активности, основанный на отсчете часовых значений обсерваторских
данных от их уровня в период геомагнитных спокойных дней 2009 года (по данным
обсерватории МОСКВА)
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г.Троицк МО
Представлен метод расчета часовых амплитуд внешнего
геомагнитного поля (геомагнитную активность) для каждого часа, каждого
дня каждого года работы обсерватории. По ним определяются амплитуда
самого магнитновозмущенного и самого магнитноспокойного часа, самого
магнитновозмущенного и самого магнитноспокойного дня, месяца и года за
весь период обсерваторских измерений. Такие данные позволяют
пользователю оценивать, как текущую геомагнитную активность, так и
активность, которая была в периоды исследуемых им конкретных
геофизических событий в прошлом. Распространение этого метода позволит
получать более корректную, чем сегодня, информацию о состоянии
геомагнитной активности на уровне земной поверхности. На основе такой
информации можно строить карту текущей геомагнитной активности по
территории всей планеты. Мы сможем характеризовать прошлую и текущую
геомагнитную активность значительно более точно, чем характеризуем её
сегодня на основе существующих индексов AE(AU, AL), Kp, Dst, введенных
более полувека тому назад и имеющие серьезные недостатки. Показываются
примеры использования данного метода расчета локальной геомагнитной
активности, подробно представленные в нашем стендовом докладе
«Практическое использование метода количественной оценки локальной
геомагнитной активности, основанного на отсчете часовых обсерваторских
данных от их уровня в период геомагнитных спокойных дней 2009 года».
11. Мандрикова О.В, Полозов Ю.А., Заляев Т.Л.
Методы анализа данных
критической частоты ионосферы на основе совмещения вейвлет-преобразования и нейронных сетей
Институт космофизических исследований и распространения
радиоволн ДВО РАН, Камчатский
государственный технический университет
Одной из важнейших задач, решаемых при обработке
геофизических данных, является задача контроля состояния объектов и
автоматическое выявление и интерпретация аномальных особенностей.
Предметом данных исследований являются регистрируемые временные ряды
критической частоты ионосферы f OF2. На фоне регулярных
изменений, обусловленных суточным и сезонным ходом, в данных f OF2
наблюдаются
аномальные
особенности,
имеющие разнообразную структуру и
возникающие в периоды ионосферных возмущений, обусловленных активностью
Солнца, в сейсмоактивных областях они могут возникать в периоды
повышения сейсмической активности. В данной работе предлагается группа
адаптивных методов и алгоритмов по анализу данных f OF2 и
выделению аномальных особенностей. Разработаны алгоритмы
предварительной обработки данных (очистка от шума, выделение тренда,
идентификация локальных особенностей). Используя конструкцию
дискретного вейвлет-преобразования, выполняется детальный анализ
данных, выделение аномальных особенностей и оценка их параметров. Для
выделения и анализа характерных составляющих ряда f OF2
предложен метод, основанный на совмещении вейвлет-преобразования с
нейронными сетями. В работе разработаны адаптивные алгоритмы
формирования обучающего множества сети и построения ее архитектуры,
основанные на конструкции вейвлет-пакетов. Экспериментально показано,
что предлагаемый подход позволяет оптимизировать процесс обучения сети
и увеличить шаг прогноза. Статистический анализ результатов
преобразований (анализировались данные станций «Паратунка» (п-ов
Камчатка) и «Геофизическая обсерватория Магадан» (п. Стекольный))
позволил выявить аномальные особенности, возникающие в периоды
возрастания солнечной активности и накануне сильных землетрясений на
Камчатке (рис.1, 2, моменты возникновения землетрясений отмечены
стрелками). Детальный анализ аномальных особенностей показал, что в
периоды возрастания солнечной или сейсмической активности в вариациях
ряда f ОF2 формируются локальные периодичности, имеющие
неравномерное распределение и по времени и по масштабам.
![](Ris/Mandrikova1.png)
Работа поддержана грантом МД-2199.2011.9 и грантом
РФФИ – ДВО РАН 11-07-98514-р_восток_а.
12. Мандрикова О.В., Глушкова Н.В., Живетьев
И.В.
Многокомпонентное моделирование
и прогнозирование ионосферных параметров на основе совмещения вейлет-преобразования и
авторегрессионных методов
Институт космофизических исследований и распространения
радиоволн ДВО РАН, Камчатский
государственный технический университет
Данная работа направлена на создание технологий и
программных систем по изучению процессов в ионосфере и магнитосфере, и
выделению аномалий, возникающих в ионосферной плазме в периоды
повышенной солнечной или сейсмической активности. Априорная
неопределенность знаний о структуре исходных данных, отсутствие
формальной модели их описания, а также априорная неопределенность
условий их формирования делает поставленную задачу сложной. Особый
интерес представляют исследования ионосферы в периоды солнечных вспышек
и выбросов частиц, приводящим к мощным магнитосферным бурям. В эти
периоды в регистрируемых ионосферных данных наблюдаются сложные
разномасштабные структуры, интерпретация которых весьма затруднена, и
их изучение требует разработки методов комплексного анализа данных
различных диагностических средств, в первую очередь, данных ионозондов,
данных полного электронного содержания (ПЭС), данных магнитных
наблюдений и др.
В настоящее время для анализа сложных временных
рядов интенсивно развиваются методы адаптивной фильтрации, основанные
на применении вейвлет-преобразования. Ввиду большого разнообразия
базисных функций, вейвлет-преобразование может быть использовано для
широкого спектра регистрируемых геофизических данных. В данной работе
на их основе совместно с моделями авторегрессии – проинтегрированного
скользящего среднего разработан метод многокомпонентного моделирования
данных критической частоты ионосферы f 0F2 и данных ПЭС,
позволяющий выделить информацию, связанную непосредственно с процессом
исследования, изучить внутреннюю структуру данных и построить прогноз.
Идентификация моделей основана на отображении данных
в вейвлет-пространство и их представлении в виде аппроксимирующих
составляющих и детализирующих компонент. Аппроксимирующие составляющие
описывают вариации ионосферных параметров в спокойные дни,
детализирующие компоненты определяют формирующиеся в них локальные
структуры в периоды ионосферных возмущений. Это позволяет изучить
вариации ионосферных параметров и в спокойные дни, и при возмущенных
условиях. Для оценки адекватности моделей использовались данные
ионозондов и данные о ПЭС, полученные с помощью GPS-технологий, над
Магаданом и Камчаткой за период 2008-2011гг. При проведении
статистического анализа и сопоставлении результатов выявлены аномальные
особенности, возникающие в данных ПЭС (рис.1) и в данных f 0F2
(рис.2,
моменты
землетрясений
отмечены стрелками) в периоды повышенной
солнечной активности или обусловленные процессами в литосфере
(анализировались сейсмические события энергетического класса с k≥12,5).
![](Ris/Mandrikova2.png)
Работа поддержана грантом МД-2199.2011.9 и грантом
РФФИ – ДВО РАН 11-07-98514-р_восток_а.
13. Михалевский С.Д.1, Агаян С.М.1,
Кафтан
В.И.2, Красноперов Р.И.2
Многомерный анализ временных
рядов методами нечеткой логики в геодинамике
1Геофизический центр Российской академии
наук, Лаборатория математического анализа геомагнитных
данных.
2Геофизический центр Российской академии
наук, Лаборатория геоинформатики.
Исследования в рамках дискретного математического
анализа динамических двумерных рельефов дают возможность изучать во
времени физические поля Земли, осуществлять оценку их активности и, как
следствие, распознавать динамические аномалии в геофизических
процессах.
В работе приведён пример динамического анализа поля
векторов движений земной поверхности в районе землетрясения Паркфилд
(Калифорния) с магнитудой 6.0. В качестве данных для этого анализа были
использованы результаты обработки спутниковых GPS-измерений, полученных
на станциях геодезической сети, расположенной в районе г.Паркфилд,
Калифорния, США. Пункты данной сети расположены на обоих бортах разлома
Сан-Андреас, ось которого делит сеть на два сравнимых по площади
сегмента. Период наблюдений составляет 5 лет и включает в себя 360
наблюдательных эпох, выбранных с 01.01.2002 по 27.12.2007 через пять
суток. 28.09.2004 (200 эпоха) в указанном регионе произошло сильное
землетрясение (М = 6.0). Эпицентр землетрясения находился в
непосредственной близости от геодезической сети.
![](Ris/Mikhalevsky.png)
На рисунке показана схема контрольной геодезической
сети и результаты выявления разрывного нарушения для различных эпох
измерений.
Примечательно, что зона будущего сейсмогенного
разрыва регистрируется уже с первых эпох многократных GPS измерений.
Обнаруженная в значительной мере однородная аномалия со временем
принимает устойчивую форму и перед землетрясением приобретает более
тонкую структуру в виде последовательности локальных внутренних
очаговых аномалий, число которых увеличивается сразу после образования
разрыва. Примечательно, что переменный характер аномалий согласуется с
картиной пространственного распределения деформаций дилатации,
полученной на основе геометрического анализа.
Полученный результат, не смотря на его
предварительный характер, демонстрирует эффективность разработанного
метода и свидетельствует о его перспективности в анализе
пространственно-временных полей движений и деформаций земной
поверхности с целью выявления неоднородностей и прогностических
признаков готовящихся событий.
14. Морозов О.В., Никольская Р.
КОСМОСКАН - агрегатор
космофизических экспериментальных данных.
НИИЯФ МГУ
Система КОСМОСКАН строится как
универсальный, масштабируемый вычислительный ресурс, позволяющий
проводить корреляционный многопараметрический анализ космофизических
данных, как на головном сервере системы, так и во внешних программных
средах посредством интерфейса программирования приложений
многоуровневых компонентов. Система позволит связывать в единой базе
данные телеметрии от разных изделий по алгоритмам и правилам,
устанавливаемым конкретным исследователем. Обработка и анализ
осуществляются с помощью веб-интерфейса или приложений, предоставляемых
самой системой, либо собственными веб-интерфесами и приложениями,
написанными исследователем по правилам и методикам, разработанным
авторами описываемой системы.
Результатом технической части проекта на первом
этапе станет единая (в части сквозной функциональности) система,
обеспечивающая:
- - организацию автоматизированного импорта в
систему стандартизированных данных физических экспериментов различных
типов;
- - преобразование данных для статистического
анализа и генерации отчетов;
- - генерация различных текстовых и графических
отчетов по полученным данным в режиме реального времени;
- - периодическая, персонально настраиваемая
генерация отчетов подписчикам системы с передачей их по общепринятым
протоколам;
- - мониторинг отдельных параметров с
нотификацией подписчика по электронной почте и СМС о выходе/входе
значений параметра за/в указанные пределы;
- - экспорт данных для дальнейшей обработки вне
системы;
- - интуитивно-понятная программная среда,
позволяющая переводить формулы и логическую цепочку преобразований,
вводимых пользователем, в читаемый системой программный код.
15. Поддельский И.Н., Поддельский А.И.
Помехи искусственного
происхождения на записях параметров геомагнитного поля
Институт космофизических исследований и распространения
радиоволн ДВО РАН,
В данном сообщении рассмотрены проблемы проведения
магнитных наблюдений в геофизической обсерватории «Магадан» ИКИР ДВО
РАН, расположенной в п. Стекольный Магаданской области (60°N,
151°E).Обсерватория осуществляет работу по двум научным направлениям:
- - исследование и прогноз распространения радиоволн в
диапазоне 0.01-300 МГц.
- - исследование параметров солнечной активности,
магнитосферы, ионосферы и электромагнитных проявлений сейсмоактивности.
Для выполнения этих работ обсерватория располагает
приемно-регистрирующей аппаратурой и ЛЧМ-передатчиком декаметрового
диапазона, автоматической ионосферной станцией с представлением
информации в цифровом виде (АИСЦ), магнитовариационными станциями
ЦМВС-6, FRG-601G, феррозондовыми магнитометрами проекта MAGDAS,
индукционным магнитометром, магнитной обсерваторией стандарта
INTERMAGNET, панорамной оптической камерой неба, станцией космических
лучей (СКЛ).
В условиях повышенного электрического сопротивления
подстилающей земной поверхности отмечено существенное влияние на
результаты измерений электромагнитных помех промышленного и бытового
происхождения. В качестве примера представлены результаты измерений
элементов геомагнитного поля в разных условиях. Определены суточные
вариации параметров магнитного поля (компонент H, D, Z, T) при наличии
и изменении электромагнитных помех промышленного и бытового
происхождения. Рассмотрены и проблемы совместимости отдельных видов
наблюдений. Отмечено, что при работе передатчика наклонного
зондирования (ЛЧМ) возникают большие шумы на записях параметров
геомагнитного поля магнитной станции стандарта INTERMAGNET, особенно на
Z-компоненте. Относительная величина этой помехи изменяется в течение
суток, месяца и сезона. Высказано и исследовано предположение, что эти
помехи определяются интерференционными эффектами между частотами
передатчика и несущими частотами в феррозондах, а их изменение во
времени вызвано сезонными изменениями проводимости подстилающей
поверхности. Предложены возможные меры для уменьшения помех
промышленного и бытового происхождения, а также электромагнитных помех
из-за несовместимости различных видов наблюдений.
16. Поляков С.В., Ермакова Е.Н., Щенников А.В.
Мониторинг регулярного шумового
фона и спорадических эмиссий аврорального происхождения на магнитном локаторе НИРФИ
Научно-исследовательский радиофизический институт, Н.
Новгород, Россия.
Традиционный мониторинг геомагнитной активности
ведется на международной сети геомагнитных обсерваторий и ориентирован
на регистрацию сравнительно интенсивных спорадических вариаций
магнитного поля магнитосферного и ионосферного происхождения на
частотах ниже первого шумановского резонанса. Минимальный уровень
низкочастотного электромагнитного шумового фона в магнитной компоненте
на частотах f ≥ 1 Гц определяется планетарной грозовой активностью.
Постановка в Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ)
регулярных наблюдений магнитного грозового фона фактически с момента
включения приемной аппаратуры (1985 г.) привела к обнаружению
ионосферного альвеновского резонатора (ИАР) в виде резонансной
структуры спектров (РСС) усредненного шумового фона. Эти наблюдения
продолжаются по настоящее время как в НИРФИ, так и в ряде зарубежных
геомагнитных обсерваторий. За прошедший период времени были установлены
основные морфологические свойства РСС и разработана теоретическая
модель формирования РСС, учитывающая все значимые параметры среды.
Морфологически выделена особенность усредненных спектров в виде
одиночного широкополосного максимума на частотах ниже первого
шумановского резонанса и также разработана модель его
формирования. Обнаружена «тонкая» резонансная структура, природа
которой пока не ясна.
В последние годы сделан еще один шаг в повышении
качества геофизической информации при измерениях естественного
низкочастотного магнитного поля. А именно разработан и протестирован на
ряде задач, связанных с мониторингом низкочастотных электромагнитных
шумов, региональный магнитный локатор. Впервые термин «магнитная
локация» был введен Ю.А.Копытенко с соавторами.
Предложена магнитная градиентометрическая установка
– градиентометр, состоящая из трех трехкомпонентных магнитовариационных
станций, размещенных на земной поверхности в вершинах треугольника и
разнесенных на малые расстояния (несколько километров). По соотношению
амплитуд и времен прихода характерных особенностей пульсаций в
различных приемных пунктах можно определять направление на источник
геомагнитных пульсаций. Магнитный локатор НИРФИ по своим параметрам и,
соответственно, возможностям существенно отличается от описанного в
литературе аналога. Три приемных пункта размещены на полигонах НИРФИ в
Нижегородской области, имеющих необходимую инфраструктуру для
размещения и обслуживания оборудования.
Пункты разнесены на 150 км в направлении
восток-запад и на 70 км в направлении север-юг. Подобный разнос
позволяет осуществлять локацию «жемчужин», распространяющихся из
авроральных широт в ионосферном магнитозвуковом волноводе. С 2011 года
на магнитном локаторе ведется мониторинг естественных шумов. В докладе
приводятся первые результаты наблюдений.
Работа выполнена при поддержке РФФИ гранты №№
11-02-97101 р_поволжье_а, 11-02- 97104 р_поволжье_а.
17. Волкомирская Л.Б., Варенков В. В., Голявин
А. В., Резников А.Е., Сахтеров В.В.
Региональная система связи,
функционирующая в коротковолновом диапазоне.
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В.Пушкова, РАН, г. Троицк МО
При исследовании регионов с низкой плотностью
населения и неразвитой инфраструктурой большое значение имеют средства
связи, позволяющие организовывать передачу информации как внутри
региона, так и за его пределы.
Одной из реально существующих альтернатив
спутниковым радиорелейным и УКВ каналам передачи информации является
система связи в диапазоне частот 1-30 Мгц. Её универсальность
обеспечивает как передачу информации по наземному лучу внутри региона,
так и по ионосферному каналу связи на расстояние в тысячи километров.
Применительно к условиям полуострова Ямал имеющего линейную
протяжённость 700 на 250 километров такая система сбора и передачи
информации позволит поддерживать постоянную связь между двумя любыми
точками на полуострове. При передаче информации на частотах 1-2 Мгц по
земному лучу над земной поверхностью за счёт эффекта рефракции
уверенная дальность приёма около 150- 200 км., а над морской
поверхностью до 500-600 километров. При этом качество канала связи
слабо зависит от погодных условий и состояния ионосферы. При передаче
информации через ионосферу качество канала связи существенно зависит от
степени возмущённости ионосферы и приёмо передающая аппаратура должна
быть дополнена одним ионозондом вертикального зондирования на весь
полуостров для обеспечения оперативного прогноза.
При использовании современных способов формирования
сигнала скорость передачи (например ФКМ-модуляции) информации в
цифровом или аналоговом виде как по земному, так и по ионосферному лучу
может составлять 9.6 кбит/сек.
18. Рожков Л.С., Афонин В.В.
Концепция прибора для
непрерывного мониторинга ионосферной плазмы и выявления редких ионосферных явлений.
ИКИ РАН
Существует целый ряд редких, мелкомасштабных
ионосферных явлений, изучение которых необходимо для уточнения моделей
ионосферы и предсказания некоторых негативных явлений в техносфере;
например, образование поляризационных джетов может сигнализировать о
появлении геомагнитно-индуцированного тока в протяженных линиях
электропередач и трубопроводах. Для изучения подобных явлений необходим
долговременный спутниковый мониторинг ионосферной плазмы с высоким
временным разрешением. Для обеспечения достаточного временного и
пространственного покрытия исследовательский прибор должен быть
способен устанавливаться на широкий набор спутников в качестве
дополнительного оборудования, откуда возникают габаритные и весовые
ограничения и ограничения по объему телеметрии. Прибор должен быть
максимально автономным, сам отвечать за формирование и хранение своей
телеметрии, иметь возможность настраиваться на обнаружение разных
ионосферных явлений.
Предлагается описание концепции прибора для
измерения основных параметров ионосферной плазмы (ионная концентрация и
температура, векторы дрейфа ионов, температура и концентрация
электронов), способного решать указанные выше задачи, обеспечивая как
долговременный мониторниг, так и детальное исследование отдельных,
редко встречающихся ионосферных явлений, данные о которых передаются с
высоким разрешением в почти реальном времени («сразу после пролета»).
Апробация предложенных решений будет производиться
на разрабатываемом для установки на МКС приборе ДПК-ИПИ. Прибор состоит
из двух блоков: блока датчиков (10 датчиков разных типов, аппаратура
согласования) и блока цифровой электроники, обеспечивающего обработку
полученных данных. ПМО блока цифровой электроники прибора полностью
контролирует алгоритм работы каждого датчика, обеспечивает
формирование и хранение полученных пакетов данных, обработку команд
телеметрии и выполняет подстройку прибора для достижения наиболее
эффективного режима работы.
ПМО прибора состоит из отдельных функциональных программных модулей:
- • модуля работы с датчиками, управляющего алгоритмом работы
каждого датчика;
- • модуля управления экспериментом, обеспечивающего
выполнение общей программы эксперимента и командное взаимодействие;
- • модуля телеметрии, отвечающего за формирование и хранение
данных телеметрии;
- • модуля поиска редких ионосферных явлений, обеспечивающего
селекцию наблюдаемых ионосферных явлений и реакцию прибора на их
обнаружение.
В докладе представлена структура основных модулей
программного комплекса. Приведены алгоритмы работы каждого его
компонента. Рассмотрены методы обнаружения основных признаков
ионосферных явлений (провалы, пики ионной концентрации и т.д.) в
данных, получаемых прибором. Предложены варианты описания на основе
этих признаков некоторых явлений, на обнаружение которых может быть
настроен прибор. Дано краткое описание общего хода работы над прибором.
Созданный в соответствии с представленной в докладе концепцией прибор
позволит осуществлять длительный мониторинг ионосферы с обеспечением
приемлемого временного разрешения датчиков и детально исследовать
определенный набор заданных явлений, не создавая значительную нагрузку
на каналы телеметрии, что даст возможность впоследствии использовать
подобные приборные комплексы на широком спектре космических аппаратов.
19. Сергеев И.Ю.1,2, Чмырев В.М.2,
Нестеров
Б.Ф.2
ТвинСат – обнаружение
предвестников природных катастроф путем наблюдения их эффектов в ионосфере и магнитосфере Земли
1Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова, РАН, г. Троицк МО
2ЗАО "Технологии Геоскан", Москва
ТвинСат представляет собой 2-этапный ![](Ris/Sergeev.png) космический проект, направленный
на разработку методов мониторинга и раннего обнаружения природных
катастроф (извержения вулканов, тайфуны, землетрясения и т.д.) путем
наблюдения их откликов и предвестников в ионосфере и магнитосфере
Земли.
Первый этап включает разработку, запуск на орбиту и
2-летнюю эксплуатацию двух экспериментальных космических аппаратов,
микро спутника ТвинСат-1М и нано спутника ТвинСат-1Н, которые будут
производить электромагнитные и плазменные измерения магнитосферы Земли,
в координации с соответствующими наземными наблюдениями на
геофизических полигонах в выбранных активных зонах. Схема,
предусматривающая использование двух космических аппаратов с
управляемым расстоянием и информационным обменом между ними,
обеспечивает получение уникальных данных о пространственной структуре и
динамических характеристиках изучаемых явлений, что недоступно
односпутниковым системам. Преимущества программы ТвинСат определяются
так же комбинированной (наземной и космической) системой сбора данных.
Параметры, измеряемые
спутниками ТвинСат-1М и ТвинСат-1Н:
- • вектор квазипостоянного электрического поля;
- • спектральные и волновые характеристики 6 компонент
электромагнитного поля в
- УНЧ/КНЧ (0.5-500 Гц) диапазоне;
- • спектр и выборочные волновые формы колебаний
электрического поля в ОНЧ/НЧ (0.5-
- 300 КГц) диапазоне; вариации амплитуды и фазы сигналов
наземных ОНЧ/НЧ
- передатчиков;
- • спектр и выборочные волновые формы электромагнитных полей
в ОВЧ диапазоне (22-
- 48 МГц);
- • вариации параметров тепловой и сверх тепловой плазмы
(0.3-20 эВ);
- •энергетическое распределение потоков электронов и ионов в
диапазоне 0,3-300 эВ для
- двух направлений;
- •молниевая активность в подспутниковых зонах (оптические
измерения).
Основными продуктами
Системы на конечном этапе ее реализации будут являться:
- • базы данных с космического и наземного сегментов,
- • возможно, краткосрочный прогноз некоторых видов природных
катастроф.
Дополнительная информация:
http://www.ucl.ac.uk/mssl/current-projects/formative-projects/twin-sat/twinsat-details
http://www.ucl.ac.uk/mssl/current-projects/formative-projects/twin-sat
20. Соловьев А.А., Сумарук Ю.П.
Российско-украинский центр сбора
геомагнитных данных.
1Геофизический центр РАН
2Институт геофизики им. С.И. Субботина НАН
Украины
На базе Геофизического центра РАН функционирует
российско-украинский центр сбора геомагнитных данных. Основной задачей
центра является объединение в единую сеть данных, регистрируемых на
магнитных обсерваториях России и Украины. Поступающие данные
накапливаются в реляционной БД, что позволяет осуществлять поиск любой
сложности при помощи SQL-запросов. Отличительной особенностью центра
является автоматизированная система контроля качества поступающих
магнитограмм. Система позволяет распознавать техногенные возмущения на
предварительных магнитных записях, существенно облегчая процесс
подготовки окончательных данных. Дальнейшие планы по развитию центра
включают в себя разработку экспертной системы подготовки окончательных
данных, создание веб-интерфейса для визуализации и загрузки данных,
разработку онлайн-сервисов для контроля качества пользовательских
массивов магнитных данных, передачу данных в центр в режиме реального
времени и др.
21. Старченко С.В.1, Иванов В.В.2
Генерация, диффузия и дрейф
магнитного диполя в ядре Земли с 1900 по 2010гг.
1Институт земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г.Троицк, МО
2ФГБОУ ВПО Азово-Черноморская государственная
агроинженерная академия
В гидромагнитных источниках наблюдаемого
геомагнитного диполя нами впервые аналитически выделены генерирующая
(посредством классического α2 - динамо), дрейфующая (посредством αω -
динамо) и диффузионная составляющие, которые характеризуют работу
геодинамо и скорости течений в проводящем ядре Земли. Конкретное
функциональное описание этих составляющих мы определили методом SOMPI
из общепринятой наблюдательной International Geomagnetic Reference
Field (IGRF) модели за период с 1900 по 2010гг. Этот метод
аппроксимирует временной ряд суммой конечного числа экспоненциальных
зависимостей и гармонических зависимостей с изменяющимися по экспоненте
амплитудами. Растущей со временем экспоненциальной зависимости
сопоставляется генерирующая геомагнитный диполь составляющая, убывающей
экспоненциальной зависимости – диффузионная составляющая, а
гармоническая зависимость определяет дрейфующую составляющую.
Использованная нами в методе SOMPI новая авторегрессионная модель,
принципиально отличная от общепринятой, позволила значительно повысить
точность аппроксимации анализируемого ряда и получить существенно более
точный прогноз развития процесса.
Нами впервые показано, что главная осевая дипольная
компонента подвержена исключительно процессу магнитной диффузии, в
результате которого она имеет тенденцию уменьшиться в е раз за 2100
лет. Этот временной интервал позволяет уточнить значение проводимости
ядра, грубо оценить конфигурацию токового источника осевого диполя в
ядре и минимальное время, отделяющее нас от грядущей инверсии или
экскурса. Перпендикулярная оси вращения дипольная компонента на порядок
меньше главной осевой компоненты и имеет как генерирующую, так и
дрейфующую составляющие, но, практически, не имеет диффузионной
составляющей. Дрейфующая составляющая состоит из двух αω - динамо-волн
равной амплитуды двигающихся одна на запад, другая – на восток и
огибающих Земной шар за 46 тыс. лет. Генерирующая составляющая
характеризуется двумя интервалами роста в е раз: 100 и 500 лет, которые
позволяют оценить величину α –эффекта, предполагая, что эти интервалы
равны скоростям роста кинематического α2 - динамо. Генерирующая и
дрейфующая составляющие позволяют также достаточно уверено оценить
градиенты скоростей конвекции в ядре, а сами скорости оцениваются при
этом грубее, но не хуже чем в предыдущих исследованиях.
22. Харитонов А.Л., Харитонова Г.П.
Глубинное строение земной коры
полярных и авроральных областей России по данным пространственно-временных градиентов
магнитного поля
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
В докладе рассмотрены вопросы интерпретации данных
пространственно-временных градиентов, рассчитанных на основе
многоуровневых аэромагнитных измерений вдоль региональных профилей
«Атрек – Ямал», «Битум» пересекающих территорию Туранской,
Западно-Сибирской плит, Урала, Ямала, Таймыра. Показано, что
интерпретация многоуровневых аэромагнитных данных позволяет достаточно
точно определять координаты месторасположения и глубину проникновения в
земную кору сейсмо-тектонических разломов, представляющих опасность для
объектов нефтегазового комплекса. Полученные характеристики
тектонических разломов подтверждаются комплексом анализируемых
независимых геофизических данных (гравиразведки, сейсморазведки и др.).
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда фундаментальных
исследований (грант № 10-05-00343-а)
23. Харитонов А.Л., Харитонова Г.П.
Глубинная структура литосферы
антарктических морей по данным решения обратной задачи магнитного потенциала
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, г. Троицк, МО
Показаны некоторые результаты определения
морфологического строения различных слоев разреза литосферы на
территории Антарктических морей восточного полушария по данным спутника
«MAGSAT», полученным в результате решения обратной задачи магнитного
потенциала. Проведен анализ полученных результатов и сделаны выводы о
возможном выделении области мантийного плюма, влияющего на
распределение различных геофизических Антарктического и Арктического
регионов (тепловой поток, радиационный фон, распределение разломных
тектонических структур и направления смещения по ним окружающих
литосферных плит). Работа выполнена при поддержке Российского Фонда
фундаментальных исследований (грант № 10-05-00343-а).
24. Чекрыжов В.М.
Результаты совместных
наблюдений геомагнитных пульсаций и метеорологических параметров в условиях г. Обнинска
Федеральное государственное бюджетное учреждение
«Научно-производственное объединение «Тайфун»
Исследование взаимодействия процессов в
атмосфере, ионосфере и магнитосфере остается в настоящее время
актуальной задачей. Спутниковые и наземные данные последних лет
показывают, в частности, что невозмущенная солнечным ветром ионосфера,
а вместе с ней и геомагнитное поле заметно откликаются на синоптические
движения атмосферы. Анализ этих данных указывает на необходимость более
тщательных теоретических и экспериментальных исследований физики
взаимодействия атмосферы, ионосферы и геомагнитного поля.
В последние годы стали появляться публикации с
результатами работ, нацеленных на выявление связей между циклонической
активностью нижней атмосферы и реакцией на нее магнитного поля Земли.
Однако таких работ все еще мало и носят они фрагментарный характер.
Целью настоящей работы является продолжение
экспериментальных исследований в данном направлении и выявление
физического механизма воздействия циклонической активности атмосферы на
геомагнитные пульсации на примере среднеширотных наблюдений.
В работе представлены результаты совместного анализа
геомагнитных и метеорологических данных, полученных с помощью
оборудования высотной метеомачты и 3-х компонентного феррозондового
магнитометра LEMI-025 в осенне-зимний период 2011 г. в г. Обнинске. Для
сравнения приведены аналогичные результаты по данным обсерваторий
ИЗМИРАН, Борок и Бельск (Польша). Обработке подвергались данные,
полученные в периоды минимальных возмущений магнитного поля, связанных
с солнечной активностью.
В процессе корреляционного и спектрального анализа
данных проведенного эксперимента была обнаружена устойчивая взаимосвязь
между температурой и давлением воздуха с одной стороны и дисперсией
компонент геомагнитного поля в инфразвуковом диапазоне частот
(~0,0016…3) Гц с другой стороны. Корреляционная связь дисперсии
геомагнитных пульсаций с атмосферным давлением отрицательна и достигает
значений - 0,66. Для осенне-зимнего сезона коэффициенты корреляции
приземной температуры воздуха положительны и лежат в пределах 0,7 –
0,8. Спектр геомагнитных пульсаций подобно спектру турбулентности носит
степенной характер.
Физический механизм данной взаимосвязи, согласно
доминирующей среди исследователей гипотезе, довольно сложный и
многозвенный. Суть его заключается в следующем.
При прохождении циклонических вихрей над
контролируемой территорией в зонах с сильно пониженным атмосферным
давлением, плотной облачностью и осадками усиливается турбулентность
внутри облаков за счет выделения большого количества теплоты
конденсации. В результате этого процесса генерируются инфразвуковые
волны, которые достигая ионосферы, модулируют ионосферные токи,
магнитные поля которых регистрируются затем наземной аппаратурой. В
случае антициклонов ничего подобного не происходит, и наземная
аппаратура регистрирует лишь общий электромагнитный фон. В докладе
приводятся дополнительные данные, косвенно подтверждающие данный
физический механизм.
25. Черзор М.П.
Опыт эксплуатации ЦМВС в м.о.
"Казань" и перспективы ИНТЕРМАГНЕТа
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казанская
магнитная обсерватория, Казань
Магнитная обсерватория Казань является одной из
старейших обсерваторий мира.
Обсерватория была открыта в конце 1825 г., а первые
магнитные наблюдения там были начаты в середине 1824г.. Обсерватория
два раза меняла своё местоположение (Казань-Займище-Раифа). В Раифе она
находится уже около 40 лет и сейчас, да и в перспективе это место
является уникальным по магнитной чистоте. Традиционно обсерватория
проводила стандартную регистрацию аналоговых магнитограмм на фотобумагу
и абсолютные измерения для привязки базисных. В 2011 г. на обсерватории
были установлены две кварцевых магнитовариационных станции, которые
производят регистрацию секундных и минутных данных. Предполагалось
сразу же организовать передачу данных в ИЗМИРАН через сеть GPRS, однако
очень слабый уровень сигнала сотовой сети не позволил это сделать с
помощью имевшегося модема. В настоящее время уже приобретен
промышленный GPRS модем и внешняя антенна, и передача данных будет
запущена в начале лета 2012 г.
В конце 2011 г. КПФУ приобрел полный комплект
магнитометрической аппаратуры (феррозондовый трехкомпонентный
магнитометр, инклинометр/деклинометр и протонный магнитометр),
удовлетворяющий требованиям Интермагнета. В конце декабря 2011г. был
произведен успешный пробный запуск аппаратуры, но из-за зимнего периода
окончательный запуск был отложен до весны 2012г. В настоящее время
проводятся работы по запуску аппаратуры, прокладке в земле необходимых
кабелей и скоро она будет введена в эксплуатацию. В целом по своему
техническому обеспечению и уровню внешних помех обсерватория может
присоединиться к Интермагнету, однако для полноценного вхождения в эту
мировую систему необходимо обновить и инфраструктуру обсерватории –
выполнить ремонт павильонов, создать условия для проживания
посетителей, обеспечить надежную связь.
Магнитовариационные станции установлены в одном
павильоне с действующей серией вариометров аналоговой записи, что
позволяет сравнивать записи вариаций проводимых разными приборами в
одной точке.
26. Филатов В.Г.1, Лобанов А.М.1,
Мегеря
В.М.2, Гласко Ю.В.3, Скачков С.А.1,
Волоцков М.Ю.1
Методика поисков месторождений углеводородов на шельфах океанов и морей
на основе концепции данных аэромагнитных и гравиметрических съёмок.
1Геофизический факультет РГГУ, Москва
2ОАО «Ханты-Мансийскгеофизика»
3НИВЦ МГУ
Физико-геологической основой
разработанной методики являются:
- 1) Открытие СССР №234(О.Л.Кузнецов, Е.В.Карус, М.А.Киричек
и др.)1981 г. о кольцевых аномалиях геофизических, геохимических и
биохимических полей над месторождениями углеводородов;
- 2) Геофизическая модель месторождения углеводородов
(В.М.Берёзкин, М.А.Киричек, А.А.Кунарёв) 1978 г.
- 3) Концепция геосолитонной дегазации Земли (В.М.Мегеря,
Р.М.Бембель и др.) 2000-2012 г.г., объясняющих кольцевые аномалии.
- 4) Явление вторичного магнитоминералообразования под
действием мигрирующих углеводородов и использование его для повышения
эффективности прогнозирования месторождений углеводородов( патент США
№4729960 1988 г., Фут, работы Донована, Робертса, Рейнолдса и др.).
- 5) На основе геомагнитной модели В.М.Берёзкина,
В.Г.Филатова и М.Л.Овсепян, учитывающей явление эпигенетического
образования магнитных минералов, проведена модификация способа ПНГ
В.М.Берёзкина в конечноразностном варианте КПНГ и фазовом варианте
ФПНГ, конечноразностная модификация методики интропродолжения ГРИН
(КГРИН - конечноразностный градиент и интропродолжение потенциальных
полей).
В работе представлены примеры успешного применения
описанной методики на Мало-Ямской, Усть-Юрибейской структурах,
месторождениях Штокмановском, Жетыбай, Восточно-Луговском.
ВИРТУАЛЬНЫЕ
ДОКЛАДЫ
1. Белоушко К.Е.
Объединение моделей верхней и
нижней атмосферы
Мурманский государственный технический университет
На данный момент существует необходимость создания
единой численной модели газовой оболочки Земли, которая позволила бы
продвинуться в изучении глобальной электрической цепи,
метеорологического влияния на нижнюю ионосферу, атмосферных приливов,
акустико-гравитационных волн, стратосферной аномалии и других
геофизических явлений. Своевременность и актуальность объединения
моделей подтверждается тем, что на данный момент такая работа ведётся в
нескольких научных центрах (например, в США разрабатываются метамодели
WACCM-X, WAM и SWMF, в Канаде - CMAM, в Германии – HAMMONIA, в Японии -
Kyushu GCM).
Поэтому представляется необходимым вывести и
отечественные атмосферные модельные исследования на современный мировой
уровень, на котором наметилась главная тенденция – стремление к
построению метамоделей.
Для построения объединённой модели за основу взята
модель верхней атмосферы UAM (Upper Atmosphere Model), изначально
созданная в Западном Отделении ИЗМИРАН (г. Калининград), а затем
развивавшаяся в ПГИ КНЦ РАН и МГТУ (г. Мурманск). UAM является на
сегодняшний день наиболее продвинутой и перспективной отечественной
моделью верхней атмосферы.
В модели UAM численно интегрируется система
квази-гидродинамических уравнений, описывающих законы сохранения
частиц, импульса и энергии (уравнения непрерывности, движения и
теплового баланса). В совокупности с ними в модели решается уравнение
для потенциала электрического поля магнитосферного и термосферного
динамо-происхождения. В зависимости от характера описываемых процессов
используются геомагнитные сферическая и дипольная системы координат.
В качестве модели нижней атмосферы выбрана модель
общей циркуляции атмосферы и океана ИВМ РАН (г. Москва), находящаяся по
своему качеству на уровне лучших современных моделей прогноза погоды и
климата. Она основана на решении системы полных нелинейных уравнений
гидротермодинамики атмосферы в криволинейной сигма- системе координат
(т.е. высотной координатой является отношение давлений на данном уровне
к приповерхностному).
Объединение моделей UAM и ИВМ РАН позволит не только
получить единую модель атмосферы Земли, но и при этом устранить
неопределённости, связанные с заданием верхних граничных условий при
моделировании погодной области и с заданием нижних граничных условий
при моделировании процессов в верхней атмосфере.
В ходе проведенного анализа проблемы предложен
следующий алгоритм объединения моделей: на перекрываемом обеими
моделями интервале высот (60-90 км) осуществляется итерационный обмен
граничными условиями, в котором решения из модели 1 используются в
качестве нижних граничных условий для модели 2, а полученные после
этого решения модели 2 используются в качестве верхних граничных
условий для модели 1, после чего процедура повторяется до получения
заданной сходимости решения к единому в перекрывающейся области.
Реализация описанного алгоритма потребует решения
ряда вспомогательных задач и, прежде всего, унификации объединяемых
моделей на перекрывающемся интервале высот в части пространственных
сеток, временных шагов интегрирования и рассчитываемых в узлах сеток
параметров. Для этих целей разрабатывается программная процедура
«переходник», в задачи которой входит интерполяция параметров моделей
из вертикальной сигма-координаты в метрическую и из географической в
геомагнитную и соответственно обратно, вычисление таких параметров как
давление и концентрации малых газовых компонент.
Автор благодарит за полезные дискуссии и
предоставленные модельные данные А.А. Намгаладзе и Е.М. Володина.
2. Белоушко К.Е.
Формат NetCDF как стандарт для
обмена данными в атмосферных исследованиях
Мурманский государственный технический университет,
кафедра физики
NetCDF (Network Common Data Form - единая сетевая
форма представления данных) – представляет собой современный формат
хранения и передачи разнообразных научных данных, разработанный в
рамках программы Unidata межуниверситетского объединения по атмосферным
исследованиям (UCAR) и отвечает следующим требованиям. Этот формат
ориентирован на большие объёмы данных (например, данные различных
численных моделей, используемых в науках о Земле), позволяет объединять
в одном файле данные разных типов и структур, а также обеспечивает
легкую переносимость на разные вычислительные платформы.
Формат является самоопределяемым, т.к. в файле кроме
самих данных содержится ещё и заголовок с описанием типов, размерностей
и атрибутов этих данных. Основным типом в NetCDF является многомерный
массив, при этом к нему возможен произвольный доступ как целиком, так и
поэлементно.
Существует два основных способа работы с форматом
NetCDF в задачах геофизического моделирования. Первый из них – это
внедрение библиотеки NetCDF, исходные коды которой свободно доступны на
языках C, C++, Fortran, Perl и Java, или использование динамической
библиотеки (DLL). Второй способ – создание netcsdf-файла путём
разработки его текстового представление на языке CDL (Common Data form
Language) и дальнейшего преобразования в двоичного представления с
помощью соответствующих утилит.
Для работы с netcdf-файлами существуют набор
программного обеспечения, позволяющего проводить анализ и визуализацию
данных. Например, CDO, ncview, PanoplyWin. Последняя из них, например,
кроме больших возможностей визуализации скалярных и векторных полей в
различных картографических проекциях, ещё и позволяет импортировать
поля геофизических величин в формат KMZ, используемый в
геоинформационной системе Google Map. Это, по сути, позволяет делать
трехмерную визуализацию данных моделей на «глобусе» Google Map.
В данной работе рассказывается о применении формата
NetCDF на примере работы с моделью верхней атмосферы Земли UAM (Upper
Atmosphere Model) и моделью общей циркуляции ИВМ РАН, в качестве
примера приводится разработанная автором программа-конвертор. Т.к. в
разных моделях используются различные форматы файлов данных и
собственные утилиты для работы с ними, то конвертация в NetCDF
позволяет упростить обмен данными в различных совместных проектах,
придерживаясь единого стандарта.
3. Бондарь Е.Д.
Наземные методы регистрации SAPS
на высокоширотных ионосферных станциях
Институт космофизических исследований и аэрономии им.
Ю.Г.Шафера, г. Якутск
В ИКФИА СО РАН получил развитие метод исследования
высокоширотной ионосферы на меридиональной цепочке ионозондов
вертикального и возвратно-наклонного зондирования ионосферы,
достоинство которого заключается в его доступности, относительной
простоте и дешевизне.
Меридиональная (λ~120°) сеть ионосферных станций
Якутск-Жиганск-Тикси работает синхронно по единой программе с 1978 г. C
помощью импульсного радиозондирования в декаметровом диапазоне
проводится излучение радиоволн и наблюдение их отражений от ионосферных
слоев. Измеряются время запаздывания, интенсивность, и формы отраженных
сигналов.
Станции оснащены 2 дигизондами DPS-4; ионозондами
АИС и «Парус» для вертикального и наклонного зондирования ионосферы.
Текущие данные мониторинга ионосферы станции «Якутск» отображаются
сайте лаборатории магнитосферно-ионосферных исследований по адресу:
http://lmii.ysn.ru/.
Цепочка станций даёт возможность круглосуточно
контролировать состояние высокоширотной ионосферы (от L=3,0 до L=7,0).
Получаемых данных достаточно для мониторинга пространственно-временной
динамики основных ионосферных структур, из которых одна из
интереснейших – струя дрейфа плазмы со сверхзвуковой скоростью в
западном направлении, возникающая вблизи полярной стенки ионосферного
провала.
Термин SAPS (субавроральный поляризационный поток),
был введён для описания явлений сверхзвукового субаврорального дрейфа
плазмы и включает в себя как поляризационный джет (ширина 1-2° по
широте), так и более обширные (~ 5°) и менее интенсивные области
западного дрейфа плазмы в высоких широтах.
Формирование SAPS связывается с наличием в
магнитосфере сильных электрических полей, направленных к полюсу в
области экваториальнее границы авроральных высыпаний в
вечерне-полуночном секторе во время усиления геомагнитных возмущений.
Наблюдаемые в F-области на ионограммах вертикального
зондирования дополнительные спорадические следы типа F3s,
представляющие собой наклонные отражения от аномальной неоднородной
ионизации F-слоя, позволяют проследить формирование как узкой
(поляризационный джет), так и широкой (SAPS) полосы поляризационного
потока.
На примере случая наблюдения SAPS 11 февраля 2005
года рассматривается возможность регистрации широкой полосы западного
дрейфа плазмы на Якутской меридиональной цепочке ионозондов.
На основе данных ионозондов создана большая база
данных регистрации SAPS.
4. Козелов Б.В.
Система авроральных камер MAIN:
зимние наблюдения сезона 2011-2012 и планы на будущее
Полярный геофизический институт КНЦ РАН, Апатиты
В докладе приводится описание строения, системы
сбора и доступа к данным системы авроральных камер MAIN (Multiscale
Aurora Imaging Network).
В составе системы камер MAIN в 2011-2012 гг работали
4 камеры: камера всего неба, цветная камера с полем зрения 68 градусов
и две идентичные черно-белые камеры с полем зрения 18 градусов. Камеры
расположены вблизи г. Апатиты в двух точках, разнесенных на 4 км по
широте, что позволяет использовать идентичные узкоугольные камеры для
триангуляционных оценок высоты полярных сияний вблизи магнитного зенита.
Камеры снабжены блоками GPS синхронизации времени,
работали в патрульном режиме в темное время суток в зимний сезон, и
регистрировали изображения ночного неба с 1-секундным временным
разрешением. Детальное описание камер и примеры анализа данных
приведены в работе [1]. Изображения с камер во время наблюдательного
сезона доступны в реальном времени на веб-сайте [2].
Кеограммы и изображения с 10-секундным разрешением
за все время наблюдений, вне зависимости от метеоусловий, помещены в
веб-архив [3] и доступны для просмотра. После предварительного
просмотра кеограмм составлен список часовых интервалов (206 шт.), в
течение которых камерами MAIN наблюдались полярные сияния. Для этих
интервалов из изображений с 1-секундным разрешением сгенерированы
avi-фильмы, также помещенные на сайт вместе с информацией о других
одновременных наблюдениях [4].
Данные наблюдений системы MAIN может использоваться
для решения следующих задач:
- • статистический анализ пространственных масштабов в
структуре полярных сияний (в том числе характеристик самоподобия);
- • по триангуляционным измерениям высоты - оценка энергии
высыпающихся частиц с пространственной детализацией до километра;
- • анализ пространственно-временных характеристик в
пульсирующих авроральных формах (в том числе наземная поддержка
спутникового эксперимента РЕЗОНАНС).
В следующем наблюдательном сезоне планируется
дополнить систему третьей узкоугольной камерой, размещенной на
несколько километров южнее существующих, а также включить в патрульный
режим регистрацию электро-магнитных волн КНЧ-ОНЧ диапазона.
Благодарности: Работа частично поддержана Программой
№22 Президиума РАН и грантом РФФИ №11-02-00397.
Ссылки:
- 1. http://www.geosci-instrum-method-data-syst.net/1/1/2012/
- 2. http://aurora.pgia.ru/realtime.html
- 3. http://aurora.pgia.ru/archive.html
- 4. http://aurora.pgia.ru/events.html
5. Недопекин А.Е., Колчев А.А.
Автоматизация обработки данных
при многочастотном доплеровском зондировании сигналами с ЛЧМ
Марийский государственный университет, Йошкар-Ола
Использование для зондирования ионосферы сигналов с
линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) позволяет за счет большой базы ЛЧМ
сигнала использовать передатчик малой мощности и обеспечить лучшую
помехозащищенность, чем при импульсном радиозондировании.
Существует метод одновременного определения
доплеровского смещения частоты и времени группового запаздывания
отдельных мод ионосферного распространения, основанный на использовании
периодических последовательностей коротких импульсов с ЛЧМ заполнением.
Однако применение данного метода осложняется отсутствием методики и
алгоритма обработки данных, которые бы позволили осуществлять измерения
в автоматическом режиме.
При зондировании ионосферы сигнал с ЛЧМ пробегает
весь ДКМ диапазон. Элемент зондирующего сигнала занимает широкую полосу
частот — порядка сотен кГц. Радиотехнические устройства, работающие в
этом диапазоне, существенно влияют на статистическое распределение
отсчетов сигнала на выходе приемника. Сложность заключается в том, что
необходимо обнаружить сигнал, для которого неизвестен ни вид функции
распределения вероятностей наблюдаемых данных, ни априорные плотности
распределения вероятностей. Для разрешения данной задачи в условиях
априорной непараметрической неопределённости используется критерий,
применяемый при обнаружении аномальных отсчетов в выборках
экспериментальных наблюдений, модифицированный для решения задачи
выделения сигнала.
Для способа многочастотного зондирования
периодическими последовательностями ЛЧМ импульсов разработана
программа, автоматизирующая обработку данных. Она позволяет измерять
зависимости от времени и от частоты зондирования для доплеровского
смещения частоты, времени группового запаздывания и доплеровского
уширения сигнала. В основу вычислительного алгоритма программы легли
разработки, базирующиеся на статистических свойствах анализируемых
данных. Реализация программного обеспечения осуществлена в
интегрированной среде разработки Borland Delphi. Программа представляет
собой многооконное приложение, построенное по модульному принципу. Она
обеспечивает обработку периодических сигналов ЛЧМ ионозонда в режиме
доплеровского смещения частоты, записанных в файлы доплерограмм,
имеющих формат .wav.
6. Шаповалова А.А., Караваев Ю.А.
Дополненный метод проведения
границ Ииджимы и Потемры
Институт Солнечно-Земной Физики Сибирское Отделение
Российская Академия Наук, г. Иркутск
На основе статистических данных спутника «ТРИАД» в
середине 70х годов Такеши Ииджима и Том Потемра получили
крупномасштабные карты продольных токов, в которых продольные токи
разделены на три пространственные «Зоны Ииджимы и Потемры», вложенные
одна в другую. Каждая зона вдоль силовых линий проецируется в
определенные области магнитосферы, которым, в свою очередь,
соответствует определённая известная физическая модель, например, как
система магнитосферных генераторов. Таким образом, выделение зон
позволяет связать наблюдаемые пространственные особенности продольных
токов с известными особенностями соответствующих областей магнитосферы,
и включить Зоны Ииджимы и Потемры в общий контекст физики магнитосферы.
Но из-за статистического осреднения и малой чувствительности, имеющихся
у Ииджимы и Потемры приборов данная модель имеет ряд недостатков,
указывая на которые Веймер и Папиташвили предложили другую (спиральную)
модель распределения продольных токов.
В данной работе, на основе карт продольных токов,
полученных при помощи метода ТИМ (Техники Инверсии Магнитограмм),
созданного в ИСЗФ, показаны недостатки оригинального определения границ
зон Ииджимы и Потемры и введены дополнительные критерии определения
границ Зон продольных токов. Данные критерии основаны на определённых
положениях современной физики магнитосферы. Они обеспечивают
оптимальный выбор между возможными вариантами проведения границ,
благодаря чему сохраняется основа трёхзональной модели Ииджимы и
Потемры, и объединяются преимущества, как этой модели, так и моделей
типа Веймера и Папиташвили.
|