Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи

Стерликова, Индиана Вячеславовна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи"

На правах рукописи

Стерликова Индиана Вячеславовна

Пространственно-временная структура

поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи

Специальность 25.00.29 — физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Муромском институте (филиале)

Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет»

Официальные оппоненты:

д.ф.м.-н, профессор Гульельми A.B. (ОИФЗ РАН, г.Москва) д.ф.м.-н., с.н.с. Потапов A.C. ( ИСЗФ СО РАН, г. Иркутск) д.ф.м.-н. с.н.с, Зайцев А.Н. ( ИЗМИРАН, г. Троицк, Московской обл.)

Ведущая организация - НИИЯФ МГУ им. М.В. Ломоносова

Защита диссертации состоится 30 мая 2006г в 14.30 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.237.01 в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН по адресу: 142190 г. Троицк, Московской области, ИЗМИРАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН Автореферат разослан апреля 2006 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор физ.-мат. наук

Михайлов Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Предмет исследования - иррегулярные геомагнитные пульсации типов

РП,Р12, РО.

Объект исследования - околоземное космическое пространство. Актуальность темы диссертации обусловлена информативностью указанных типов иррегулярных геомагнитных пульсаций о физических процессах и их параметрах в ионосфере, магнитосфере и межпланетном пространстве в периоды подготовки и протекания магнитосферной суббури. По существу, каждой фазе в развитии магнитосферной суббури соответствует определенный тип иррегулярных пульсаций. В связи с этим весьма привлекательна перспектива использования наземных наблюдений геомагнитных пульсаций в качестве средства диагностики околоземного пространства. Простота и оперативность получения экспериментальных данных, возможность непрерывного и длительного слежения за развитием колебательных процессов в космосе и экономичность являются, безусловно, специфическими преимуществами наземной регистрации пульсаций перед спутниковыми наблюдениями. Магнитосферная суббуря имеет целый комплекс проявлений, прежде всего, в полярной верхней атмосфере, и несмотря на систематическое изучение в течение столетия до конца не изучена. Один из основных вопросов при изучении суббури- вопрос о надежных индикаторах начала ее фаз. Из трех фаз в развитии суббури наиболее пристальное внимание обращено к взрывной фазе. Большинство исследователей в процессе протекания взрывной фазы суббури выделяет 2 стадии: начальную и стадию развития взрыва. Весьма актуальным является вопрос о соответствии определенных типов пульсаций определенным стадиям в развитии суббури. По мнению большинства исследователей, Р12 являются сигналом о начале первой стадии взрывной фазы суббури [1]. Но в этом отношении у Р12 есть серьезный конкурент - пульсации РП. Являясь высокочастотным продолжением спектра Р12, иррегулярные геомагнитные пульсации Р11, согласно [2,3], настоль-

ко тесно связаны с магнитосферными суббурями, что из-за своей высокой частоты могут служить более точным индикатором времени начала суббури, чем традиционно используемые Pi2 [4]. Однако это не всегда оправдано, прежде всего, из-за технических возможностей регистрации пульсаций. Полемическим остается вопрос о надежности Pi2 в качестве индикатора начала суббури в низких широтах [5]. Решение этого вопроса непосредственно связано с вопросом об источниках генерации. В работах [6,7] высказано мнение о разных источниках генерации высоко- и низкоширотных Pi2. В современных работах на основе спутниковых данных [8] высказывается мнение о генерации низкоширотных Pi2 непосредственно импульсами сжатия, формирование которых обусловлено торможением всплесков потоков плазмы, возникших вследствие процессов диполяризации в хвосте магнитосферы. Торможение плазменного потока наблюдается в области пространства между магнитными силовыми линиями дипольной и вытянутой конфигурации.

Следующий вопрос: что считать сигналом о начале второй стадии взрывной фазы суббури? По отношению к суббуре в пульсациях этим сигналом могут быть пульсации Pip. Среди исследователей нет единого мнения относительно основных отличительных признаков Pi2 от полярных иррегулярных пульсаций Pip, являющихся продолжением спектра Pi2 в низкочастотной области. Несмотря на принятую в 1973г. резолюцию МАГА о выделении Pip в отдельный тип Pi3, авторы [9] предложили отказаться от этого, что является почвой для полемики.

Относительно предварительной фазы суббури существует мнение, изложенное в работе [10], авторы которой отмечают генерацию Pi2 в предварительную фазу суббури, рассматривая возможность использования их в качестве предвестников взрывной фазы суббури. В противовес этому автор [1] считает, что эти Pi2 являются отголосками суббурь в других секторах.

Не исключена возможность использования пульсаций Р12 и РП в качестве предвестников землетрясений, поскольку в[11] по данным измерений на Камчатском полигоне в диапазоне 0,01 -0,1 Гц (диапазон Р12) обнаружен статистически устойчивый эффект падения интенсивности горизонтальной компоненты УНЧ пульсаций за 2 - 6 суток до значительных сейсмических событий. Согласно [12,13], Р>2 и РП нередко сопровождают ОНЧ и УНЧ излучения, модулируя их амплитуду.

Из всех типов пульсаций особое внимание обращено к пульсациям Р12; так как Р12 на видимых записях нередко имеют форму изолированного волнового пакета. Сигналы такой формы несложно описать математически. Отсюда вытекает перспектива использования Р12 для решения задачи о распознавании естественных пульсаций на фоне искусственных специфических сигналов путем математического моделирования.

В настоящее время общепризнано, что магнитосфера - неотъемлемая часть планеты, ее окружающая среда. Магнитосфера и ионосфера обмениваются частицами. И физические процессы, протекающие в магнитосфере, влияют на климат на Земле и биосферу в целом. По сведениям станций скорой помощи увеличивается число вызовов по поводу сердечно-сосудистых заболеваний за несколько суток до и после протекания магнитосферной суббури. Отныне околоземное космическое пространство - не только предмет исследования, но и среда практической деятельности человека (канал радиосвязи), а в ряде случаев - среда обитания человека ( для космонавтов). От состояния ионосферы зависит распространение радиоволн и, как следствие этого, радиосвязь, радионавигация и радиолокация. Поэтому первостепенное значение приобретает прогноз всех аспектов геомагнитной возму-щенности.

Диссертационная работа выполнена в Муромском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения Владимирский государственный университет, она является естественным развитием основных поло-

жений кандидатской диссертации, написанной и защищенной автором более 30 лет назад в период обучения в очной аспирантуре в Объединенном Институте физики Земли РАН в отделе Электромагнитного поля Земли под руководством д.ф.м.н., профессора В.А. Троицкой и ведущего научного сотрудника Л.Н.Баранского.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с договорами о научном сотрудничестве между ОИФЗ РАН и Ми ВлГУ № 267 - с /83, а также в соответствии с темами НИР ОИФЗ РАН « Исследование структурных особенностей генерации и распространения геомагнитных пульсаций в широтном и меридиональном направлениях» (государственные номера регистрации 74061230 и 78003074), « Исследование особенностей электромагнитного поля геомагнитных пульсаций, обусловленных сверхмедленным распространением вдоль поверхности Земли» (государственный номер регистрации 78003076), «Исследование количественных характеристик геомагнитных среднеширотных пульсаций» (государственный номер регистрации 80069244).

Результатом научного сотрудничества являются совместные с сотрудниками ОИФЗ РАН публикации и монография « Магнитосферные суббури в геомагнитных пульсациях», объемом 13,5/11п.л., опубликованная в 1997 г. в издательстве ОИФЗ РАН.

Научная новизна работы определяется уникальностью собранного и представленного в диссертации экспериментального материала, который являясь отражением пионерских работ по организации глобальных экспериментов, посвященных исследованиям пространственно-временной структуры наземного поля пульсаций, по своей полноте и чистоте эксперимента не имеет мировых аналогов за последние 30 лет.

ответствовало различной структуре магнитосферы, подверженной динамике в зависимости от активности Солнца.

Все три эксперимента проведены практически на одном геомагнитном меридиане Х'~111°, проходящем через Скандинавский полуостров, что устраняет неоднозначность толкования результатов.

Поистине уникальным является международный эксперимент по иссле--дованиям пространственно-временной структуры поля геомагнитных пульсаций, осуществленный в 1974 г. по инициативе В.А. Троицкой М. Зиберта при участии научных организаций России, Германии, Финляндии, Грузии, Туркмении и Казахстана. Эксперимент был поставлен одновременно на двух профилях станций - геомагнитном меридиане А.'--111* и геомагнитной параллели Ф'~52°. По своим масштабам это глобальный эксперимент. Геофизическая сеть станций перекрывала значительные площади земной поверхности — почти половину северного полушария Земли. Кроме основной сети станций в эксперименте приняли участие постоянно действующие обсерватории, всего 31 станция, охватив территорию по долготе от Линдау до Петропавловска- Камчатского, по широте - от Ашхабада (Ф'~ 36 *) до Хейса (Ф'~ 74°).

Чистота эксперимента определялась синхронностью наблюдений и размещением измерительной аппаратуры, имеющей близкие частотные н фазовые характеристики (индукционный магнитометр ОИФЗ РАН, компенсационный магнитометр Института аэрономии М. Планка и магнитометр Грене Геофизического института Геттингенгского университета). Регистрация пульсаций на станциях основной сети велась на магнитной пленке в цифровой и аналоговой формах и, кроме того, на бумажных самописцах, на станциях дополнительной сети — на фоторегистрирующих установках. Диапазон регистрируемых частот от 0,01 Гц до 0,3 Гц на станциях основной сети был расширен вплоть до 2 Гц для станций дополнительной сети.

Синхронность наблюдений обеспечивалась на основной сети из 14 станций кварцевыми часами с точностью не ниже 0,1 с. На остальных станциях использовались хронометры с точностью временной привязки не ниже 1с. На всех станциях велась регистрация двух горизонтальных компонент МПЗ - Н* и Ну , на большинстве станций меридионального профиля дополнительно регистрировалась третья - вертикальная компонента магнитного поля Нг.

Плотность размещения большинства станций на меридиональном профиле (особенно в субавроральных и аврорапьных широтах) составила -1° по широте, что очень важно для выявления структурных особенностей наземного распределения поля геомагнитных пульсаций.

Эксперимент 1977 г. был впервые проведен одновременно на двух геомагнитных меридианах, отстоящих по долготе друг от друга на ~ 28°, - на геомагнитном меридиане 11Г и Гринвичском меридиане X' -83°.

Одновременно с регистрацией короткопериодных колебаний МПЗ во время эксперимента 1974 г. проводились наблюдения медленных магнитных вариаций и риометрического поглощения, которые нашли отражение в диссертации. Риометр, который измеряет интенсивность космического радиоизлучения, является наиболее подходящим прибором для регистрации изменений ионизации. Ионизация в нижней ионосфере особенно эффективно влияет на поглощение радиоволн. Таким образом, представленный для исследований материал позволял проводить комплексные исследования нескольких проявлений магнитосферной суббури, а именно: суббури в микропульсациях, полярной магнитиой суббури, ионосферной суббури и суббури в полярных сияниях.

Научная и практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы для построения методов мониторинга магнитосферной плазмы и ионосферы по наземным данным, а также в качестве экспериментальной проверки существующих теорий генерации ирре-

гулярных пульсаций. Полученные сведения о пространственно - временном распределении поля пульсаций вдоль земной поверхности необходимо учитывать :

1) в магнитотеллурических наблюдениях, так как они могут иметь принципиальное значение при решении задач электромагнитного зондирования, в частности вопрос о возможных ошибках при наличии горизонтального распространения геомагнитных пульсаций Р12;

2) при решении прикладных задач, требующих исследований пульсаций как фона, на котором должны быть опознаны специфические сигналы;

3) в МЧС с целью заблаговременного оповещения населения о возможных ураганах, штормах и землетрясениях;

4) в Гидрометеоцентре при составлении прогноза космической погоды;

5) в медицине с целью профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и заболеваний нервной системы.

В целях проверки практической значимости работы в рамках программы « Человек и биосфера» автором проведены исследования влияния гелио-геофизических факторов на здоровье человека по данным станции скорой помощи на основании договора между Ми ВлГУ и станцией скорой помощи Муромской городской больницы, в тесном научном контакте с I Московским медицинским институтом им. И.М. Сеченова и Институтом космических исследований (ИКИ РАН) и опубликованы в [21,22,28-31 список публикаций].

Достоверность полученных экспериментальных результатов следует из их согласия с результатами других исследователей, проведенными на аналогичных объектах [14], на спутниках в соответствующих областях магнитосферы [8,15], а также из достаточно хорошего качественного и количественного согласия с развитыми теоретическими представлениями.

Личный вклад автора. Автором выполнена обработка экспериментального материала, которая состояла из предварительного и последующего детального анализа.

Предварительный анализ выполнен визуально и включал:

1) опознавание и выделение конкретного типа сигнала на записях;

■2) построение пространственно — временного распределения вдоль земной поверхности основных характеристик геомагнитных колебаний (амплитуды, частоты, фазы).

Детальный анализ подразумевал цифровую обработку сигналов, цель которой - проверить возможность создания системы автоматизированного сбора и обработки геофизической информации, в частности о геомагнитных пульсациях. Компьютерная обработка геомагнитных колебаний состояла из двух этапов.

Первый этап компьютерной обработки включал:

1) математическое моделирование иррегулярных геомагнитных колебаний с помощью двойного преобразования Фурье (по времени и частоте) по ана-

• логии с моделированием сейсмических сигналов; автором подобраны параметры математической модели ;

2) проверку математической модели на примере иррегулярных геомагнитных пульсаций типа Р|2 и Р|Р, выполненную автором для избранных случаев пульсаций;

3) расчет на ЭВМ динамических амплитудных и фазовых спектров двух горизонтальных компонент магнитного поля Земли (МПЗ), полного вектора МПЗ в горизонтальной плоскости и межкомпонентной разности фаз; в том числе для б станций меридионального профиля эксперимента 1971 г.: о.Хейса, м. Желания, Тамбей, Ловозеро, Борок, Ашхабад и для 4 станций меридионального профиля эксперимента 1974 г.: о. Хейса, Суккозеро, Суйсарь, Белое озеро принадлежит автору.

По результатам первого этапа компьютерной обработки геомагнитных пульсаций автором разработаны и применены различные методики обработки динамических амплитудных и фазовых спектров и выполнено их сравнение. Первый этап компьютерной обработки иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 завершился проведением исследований спектрального- состава, поляризации, интенсивности пульсаций, фазовых и групповых запаздываний на меридиональных и широтном профилях станций. Исследования пространственно - временных характеристик иррегулярных геомагнитных пульсаций, проведенные по разным методикам, позволили провести их сравнение, что может иметь принципиальное значение при решении вопроса о способах регистрации геомагнитных пульсаций.

Второй этап компьютерной обработки состоял из:

1) обработки иррегулярных геомагнитных пульсаций в реальном масштабе времени на специализированном приборе Real Time Spectrum Analyzer Оульского университета в Финляндии; полученные цифровые спектры любезно предоставлены Л.Н. Баранским автору для дальнейшей обработки, результатом которой являются совместные публикации;

2) расчета с применением ЭВМ и построения амплитудных динамических спектров иррегулярных геомагнитных пульсаций типа РП (в «грубом» приближении СВАИ геомагнитных пульсаций Pi 1В и Pi 1С для двух горизонтальных компонент МПЗ на всех 5 станциях меридионального профиля, выполненного автором;

3) построения калибровочных аплитудно- частотных и фазо- частотных характеристик аппаратуры и их учета при расчете амплитуды колебаний, также выполненного автором.

(0,1 Гц- 1 Гц) диапазонах, и исследование изменения спектрального состава в пространстве и во времени.

Поскольку эксперименты по регистрации геомагнитных пульсаций носили глобальный характер, и в них принимали участие большие коллективы научных сотрудников, почти все публикации были также коллективными. По согласованности с соавторами из материалов обработки всех классов геомагнитных пульсаций (Рс и Pi) автору принадлежат материалы обработки иррегулярных пульсаций. Автор также принимал участие в разработке конструкции и технологии изготовления аппаратуры для геофизических исследований.

Реализация работы. Результаты исследования использованы при выполнении хоздоговорной работы.

на III Всероссийской научной конференции « Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды», Муром,1999г.;

на XIX Всероссийской научной конференции « Распространение радиоволн», Казань, 1999 г.;

на II Всероссийской НТК « Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве», Н. Новгород, 2000;

на Всероссийской конференции « Необратимые процессы в природе и технике», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 г.;

на V международной НТК « Чкаловские чтения. Посвящается 100-летию со дня рождения В.П. Чкалова.», Егорьевск, 2004г.;

на VI международной НТК «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир- Суздаль, 2005 г.

Основные защищаемые положения

1. Весь спектральный состав пульсаций Pi2, включающий широкий диапазон частот, формируется в узкой полосе авроральных широт ДФ'~2° вблизи центра электроструи.

2. Обогащение спектра Pi2 короткопериодными компонентами в направлении экватора обусловлено не частотнозависимым затуханием амплитуды, как считалось ранее, а частотнозависимым усилением спектральных компонент Pi2 в плазмосфере. Диапазон перибдов, усиливаемых в плазмосфере, зависит от уровня магнитной активности, а степень усиления возрастает с уменьшением периода колебаний.

,3. Впервые осуществленные прямые измерения фазовых запаздываний пульсаций Pi2 на среднеширотной цепочке станций Ф'~52\ охватывающей долготный интервал 64% указывают на одностороннее направление кажущихся фазовых скоростей- с востока на запад и малые значения азимуталь-

ных волновых чисел. Тот же результат получен на геомагнитных параллелях Ф'~57° и Ф'~62°.

4. Впервые обнаружено зависящее от местного времени различие спектров Нх и Ну компонент Pi2. Совпадение этих спектров наблюдается только вблизи местной магнитной полуночи, а по мере удаления от полуночи их различие усиливается.

5. Отличительные признаки всех рассмотренных в диссертации типов иррегулярных геомагнитных пульсаций, установленные автором на основе анализа динамических спектров колебаний, позволяющие в связи с их различной физической природой уточнить современную математическую классификацию, отделив в НЧ диапазоне в высоких широтах пульсации Pi2 от Pip, а в ВЧ диапазоне отделив пульсации PilB-rPi2 от пульсаций PilB-rPip. Главный отличительный признак - региональность регистрации PL2 и PilB-rPi2 (от высоких до низких широт) и локальность Pip и PilB-rPip (высокие широты).

Объем работы составляет 339 страниц. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения и приложения.

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 52 публикации, общий список научных трудов - 62 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность исследуемой проблемы, содержится краткий обзор наиболее существенных экспериментальных сведений относительно пульсаций Pi2, открывающих перспективы использования их в качестве инструмента для диагностики магнитосферных процессов, сформулирована цель работы, ее научная новизна, научная и практическая значимость, основные положения, которые выносятся на защиту и краткое со-держан и е диссертаци и.

Первая глава «Описание экспериментов по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций наземными сетями станций» включает 3 раздела. В первом разделе проведен анализ существующих методов наземной регистрации геомагнитных пульсаций. Показано, что для получения региональной наземной картины пространственно-временного распределения основных характеристик геомагнитных пульсаций наиболее рациональным способом их регистрации является запись на сетях станций, ориентированных вдоль геомагнитных меридианов и параллелей. Эти направления соответствуют естественным сечениям магнитосферы - радиальному и азимутальному. Наземные станции с помощью высокопроводящих магнитных силовых линий подключены к различным участкам магнитосферы, и записанные ими геомагнитные пульсации несут информацию о протекании физических процессов в соответствующих областях околоземного пространства. Организация наблюдений на достаточно плотных сетях станций, перекрывающих значительные площади земной поверхности, объясняется стремлением исследователей получить наземную пространственно-временную структуру поля пульсаций адекватную магнитосферной. Постановка крупномасштабных экспериментов сложна, прежде всего, в организационном плане, так как требует участия больших коллективов специалистов и большого количества измерительной аппаратуры с близкими фазо-частотными характеристиками. Проведение подобных экспериментов требует определенных экономических затрат и поэтому может быть осуществлено только совместными усилиями. Однако эти усилия оправданы полнотой получаемой геофизической информации.

Во втором разделе показано, что накопленный определенный опыт измерений и обработки записей геомагнитных пульсаций позволил планировать эксперименты с учетом геофизической обстановки и геометрии разреза магнитосферы. Годы проведения экспериментов, материалы которых использованы в работе, соответствуют различным уровням геомагнитной ак-

тивности: низкой (1977 г.), умеренной (1971 г.) и высокой (1974 г.) и различному сезону. Эксперимент 1971 г. выполнен весной — в феврале-марте-на сети станций, расположенной практически вдоль одного геомагнитного меридиана Х.'~146°. Эксперимент 1977 г. выполнен осенью в октябре синхронно на сетях станций, размещенных вдоль двух геомагнитных меридианов, с долготным интервалом ~ 28". Один из меридианов — Гринвичский (Х'~ 83°), на нем располагалась английская сеть из 6 станций от Ф'~ 40° до Ф'~ 61,8°. Другой меридиан пересекал Скандинавский полуостров (Х'~111°), на нем располагалась сеть из 10 станций от Ф'~ 53° до Ф'~ 67°, принадлежащих России и Финляндии. Плотность сетей станций подбиралась на авроральных и субаврорапьных широтах ~ Г с учетом того, что именно на эти широты приходится наибольший выброс энергии во время магнитной бури, и необходимая плотность размещения станций обеспечит более точную привязку особенностей наземной структуры поля пульсаций к магнитосферным процессам.

Особое внимание заслуживает советско-германский эксперимент, проведенный осенью 1974 г., во время которого регистрация пульсаций велась синхронно на двух профилях станций: на 9 станциях геомагнитного меридиана 111° от низких Ф'~ 36° до авроральных Ф'~ 66° геомагнитных широт и на 5 станциях, размещенных вдоль геомагнитной параллели Ф'~52°, охватывающих долготы от 90° до 154° , что соответствует почти четверти суток.

В третьем разделе содержится перечень станций наблюдательных сетей трех экспериментов, их геомагнитные координаты, регистрирующая аппаратура и ее характеристики.

Вторая глава посвящена методикам обработки геофизической информации о геомагнитных пульсациях. Геомагнитные пульсации Pi2 рассматриваются в диссертации как индикаторы начала любого из трех возможных геофизических процессов- магнитной бури, магнитосферной суббури и эле-

ментарного магнитного возмущения. В соответствии с этим в диссертации использованы различные подходы к изучению пульсаций — от статистического (гл. 4) до индивидуального (гл.5, гл. 6, гл. 7). Методики обработки пульсаций также различны - от визуальной (гл. 4 и гл.6) до компьютерной как в стадии накопления информации (гл. 4, гл. 5, гл. 6), так и в реальном масштабе времени ( гл. 7).

Визуальная обработка предусматривала измерение амплитуд и разности фаз с точностью ± 45° трех компонент магнитного поля Земли. Визуальное определение разности фаз оказалось возможным благодаря универсальности временных разверток записей 10 мм/мин и близости частотно-фазовых характеристик регистрирующей аппаратуры.

Компьютерная обработка включала расчет и построение интегральных спектров геомагнитных колебаний РП и динамических спектров геомагнитных колебаний Pi2 и Pip. Два раздела главы посвящены компьютерной обработке пульсаций. В одном из разделов описан использованный ранее в сейсмологии [16] спектрально-временной анализ СВАН как метод математической обработки записей геомагнитных короткопериодных колебаний с помощью двойного преобразования Фурье- по времени и частоте-, заключающийся в линейной фильтрации входного сигнала набором узкополосных частотных фильтров и представлении амплитуды |Y(/,&>)j и фазы argjY(i,iu)| сигнала в виде функции двух переменных — времени и центральной частоты фильтра. Полученные таким образом амплитудный и фазовый спектры являются динамическими спектрами, преимущество которых перед интегральными спектрами - в возможности слежения за развитием во времени отдельных спектральных составляющих сигнала. В достижении целей, поставленных в работе, одной из основных задач являлась разработка методики извлечения информации из числовых массивов, так как на станциях основной сети регистрация геомагнитных пульсаций осуществлялась на

магнитофонах в цифровой или аналоговой формах. Сигнал Р12 на амплитудных спектрах СВАН ¡У(/,&>)| представляется в виде «тела», контуры которого получаются в результате вычерчивания линий равной интенсивности сигнала на определенных уровнях. В данной работе контур «тела» Р\2 проводится на уровне -]= «0,6 от максимума зоны повышенных значений этой

функции. На амплитудном спектре через точки максимальных значений амплитуды колебаний в каждом из фильтров проводились линии гребней. Как показал анализ амплитудных спектров Р12, форма частотно-временных «тел» Р\2, их положение на плоскости (/,и), а также форма и положение гребней «тел» Р12 не остаются постоянными от станции к станции. Вместе с тем, устойчивость соотношений интенсивностей и фаз на различных станциях по всему «телу» Р12 для каждого конкретного случая дала возможность применить методику осреднений. Осреднения проводились по некоторой части плоскости (г,си), включающей максимальные значения функции |у(/,(у)| для обеих горизонтальных компонент на всех станциях профиля.

Обработку фазовых спектров СВАН предлагается осуществлять по принципу стационарной фазы. В диссертации приведен пример обработки фазового спектра. Теоретически показано, что максимальная интенсивность волнового пакета Р\2 наблюдается в момент времени, соответствующий совпадению фаз спектральных составляющих пакета (групп) волн. Отсюда название - групповое время прихода сигнала. Таким образом, групповому времени соответствует стационарная фаза групп волн. Акцентирование внимания на принципе стационарной фазы спектральных компонент для определения группового времени прихода волн особенно важно при изучении дисперсии волн. При исследовании зависимости скорости распространения сигнала от частоты (дисперсии) возникает потребность в достаточно точном определении частоты (периода), соответствующей центру волнового пакета. Неточность может быть обусловлена шириной полосы пропускания

фильтра. Поэтому по фазовому спектру необходимо рассчитать реальный набег фазы с течением времени, равным шагу выдачи информации, и сравнить его с номинальным набегом фазы Д<р = w&t = Д/, где Т - центральный

период фильтра, Д/ - шаг выдачи информации по времени. Если период, соответствующий максимуму амплитуды волнового пакета, определен достаточно точно, то отклонение реального набега фазы от номинального должно быть равно нулю. Нулевое отклонение реального приращения фазы от номинального с течением времени в каждом из N фильтров должно быть взято в качестве основного признака при установлении частоты, соответствующей максимуму волнового пакета [17].Основным выводом раздела является: центр волнового пакета Pi2 определяется по двум обобщенным координатам- времени амплитудного максимума (определяется по амплитудному спектру) и периоду фильтра, для которого получено совпадение реального и номинального приращений фаз ( или, другими словами, нулевое отклонение реального приращения фазы от номинального ).

В главе описана компьютерная обработка геомагнитных пульсаций в реальном масштабе времени с помощью специализированного прибора - анализатора спектра Real Time Spectrum Analyser Оульского университета в Финляндии. Согласно представленной блок-схеме установки записи геомагнитных пульсаций воспроизводились на цифровом магнитофоне АК.А1 (или REVOX) с двумя скоростями лентопротяжки, от которых зависит коэффициент частотной трансформации. Запись компоненты МПЗ с регулируемого выхода магнитофона подавалась на четыре из восьми частотных фильтра ( 730 Гц, 960 Гц, 1300 Гц и 1700 Гц) и записывалась вместе с нефильтрованным сигналом на пятиканальном быстром самописце Fastrecorder. Далее запись компоненты МПЗ с регулируемого выхода магнитофона подавалась на следующие четыре частотных фильтра (2300 Гц, 3000 Гц, 3900 Гц, 5400 Гц ) и вместе с нефильтрованным сигналом также записыва-

лась на пятиканальном быстром самописце Fastrecorder. Эта операция производилась для двух скоростей воспроизведения сигнала, т.е. для двух коэффициентов частотной трансформации сигнала. Если разделить указанную частоту фильтра на коэффициент частотной трансформации, то получим центральную частоту фильтра в реальном масштабе времени. Учитывая, что число каналов фильтрации 8, а число коэффициентов трансформации 2, после умножения получим 16 фильтров. Таким образом, материалы наблюдений иррегулярных пульсаций по существу позволяют построить динамический спектр в реальном масштабе времени. Обработка материалов наблюдений произведена с учетом частотной характеристики всего тракта: запись- воспроизведение, с этой целью были построены калиброванные частотные характеристики по каждой станции.

В третьей главе «Современные экспериментальные исследования свойств иррегулярных геомагнитных пульсаций», носящей обзорный характер, даны основные представления о магнитосферной суббуре и ее связи с пульсациями Pi2. Главное внимание сконцентрировано на результатах экспериментальных исследований пространственных распределений интенсивности, спектрального состава, поляризации, групповых и фазовых скоростей, полученных по данным наземных наблюдений. Содержатся сведения о спутниковых наблюдениях иррегулярных пульсаций.

В четвертой главе «Исследование пространственно-временной структуры поля геомагнитных пульсаций Pi2» представлены результаты обработки материалов двух международных экспериментов 1974 г. и 1977 г., выполненных на меридиональных и широтных профилях станций.

На первом этапе исследования были проанализированы визуально более 150 случаев Pi2. Из их числа было отобрано 7 случаев Pi2 для второго этапа исследования с помощью компьютерной обработки. Ограничение числа случаев Pi2 связано с организационными трудностями в осуществлении глобальных экспериментов. Из 3-х месячных геофизических измерений

с августа по октябрь 1974 г. наиболее представительным по полноте экспериментальных данных оказался период с 18 по 25 октября; к этому времени функционировало наибольшее число станций. Выбранный для компьютерного исследования временной интервал с 18 по 25 октября 1974 г. характеризуется повышенной геомагнитной активностью как остаточным явлением предшествовавшей сильной ( Кр >7) магнитной бури недельной продолжительности. Поэтому для сравнения возникла необходимость в обработке экспериментальных материалов, полученных в условиях низкой геомагнитной активности. В соответствии с этим был спланирован и осуществлен международный эксперимент 1977 г. на том же меридиональном профиле с уплотнением сети станций в области авроральных и субавроральных широт с целью обеспечения более точной привязки особенностей меридиональной структуры поля пульсаций к структуре магнитосферы, подверженной динамике в зависимости от солнечной активности. Кроме того, эксперимент 1977 г. отличался новизной, состоящей в том, что регистрация геомагнитных пульсаций осуществлялась синхронно на двух меридиональных профилях, отстоящих друг от друга на ~28°. •

Компьютерная обработка, выполненная по программе СВАН [16 ] для 5 станций среднеширотного профиля (Ф '-52° ) и 9 станций меридионального профиля (Ф'~53° - 74°,V- 11Г ), предусматривала вывод на печать с временным интервалом 6,4 с значений амплитуд (амплитудный динамический спектр) , фаз (фазовый динамический спектр) сигналов по каждой из двух горизонтальных компонент пульсаций и их разности фаз в каждом из N фильтров.

В главе на основе динамических спектров СВАН выполнены исследования спектрального состава , интенсивности, поляризации , величины и направления «кажущихся» фазовых и групповых скоростей Р12 на меридиональных и широтных профилях станций в периоды с различной геомагнитной активностью.

Анализ динамических спектров на станциях меридионального профиля показал следующее: самый сложный спектральный состав Р12 характерен для авроральных станций (Ф'~62° — 66°), что выражается максимальным числом частотно-временных «тел» Р12 на динамических спектрах этих станций. Отмечена тенденция уменьшения числа частотно-временных «тел» авроральных Р\2 с уменьшением магнитной активности, что находится в согласии с [7,18]. Выбрав в качестве меры возмущенности магнитного поля геомагнитную широту «центра» электроструи, обнаружено, что уменьшению широты электроструи соответствует практически закономерное уменьшение периода короткопериодного «тела» аврорапьного Р|2. Обратная зависимость периода пульсаций Р12 от геомагнитной активности впервые получена в [18] для среднеширотных цугов.

К северу (Ф'~74°) и югу (Ф'<62°) от авроральных широт происходит трансформация спектрального состава Р52, заключающаяся в обогащении спектра Р«2 короткопериодными составляющими. Это обогащение выражается на динамических спектрах в перераспределении энергии между длин-нопериодными и короткопериодными компонентами в пользу последних. При этом в направлении экватора от авроральной области с уменьшением широты станции наблюдается смещение максимума интенсивности корот-копериодных «тел» в сторону более высоких частот. Эта закономерность ранее не отмечалась, наоборот, в работах [19,20] говорится о неизменном положении спектральных пиков в интегральных Фурье - спектрах Р12 вдоль меридионального профиля станций. Причина отмеченного обогащения спектрального состава Р12 короткопериодными компонентами может быть обусловлена либо зависящим от частоты затуханием, либо зависящим от частоты усилением спектральных компонент цуга. С целью выяснения действительной причины проведены подробные исследования с помощью СВАН меридионального распределения интенсивности в зависимости от периода спектральных компонент Р12. Получено, что меридиональные рас-

пределения интенсивности различных спектральных составляющих Р12 имеют основные максимумы- в узкой полосе авроральных широт Ф'~64° — 66°, совпадающей с областью максимального развития электроструи или несколько южнее ее. Этот факт косвенно указывает на то, что спектр Р12 состоит из большого числа гармоник, возбуждающихся одновременно в области авроральных силовых линий.

Для семи случаев Р12 в 10—12 характерных фильтрах (около 80 графиков) построены меридиональные распределения интенсивности Нх - компоненты, отнормированы к величине своего аврорального максимума и разделены на четыре группы по диапазонам периодов спектральных составляющих Т, =24-39с,Т2 = 40-70с,Т3 = 71 - 100 с, Т4 = 101 -200 с.

По статистическим нормированным меридиональным распределениям интенсивности колебаний РИ выполнен регрессионный анализ в исследовании зависимости затухания интенсивности Р12 от периода колебаний на отрезке пространства от аврорального максимума до субаврорального минимума.

Для всех четырех рассмотренных диапазонов периодов колебаний Р>2 получены практически одинаковые выборочные уравнения регрессии: ух = -0,1л- + 0.8 в диапазоне периодов Т = 24 - 39. с ,

V,= -0.br + 0,74 в диапазоне периодов Т= 40 - 70 с, у, = -0,1л + 0.8 в диапазоне периодов Т= 71 - 100 с ,

у, = -0.1л- + 0,8 в диапазоне периодов Т= 101-200 с.

Это указывает на то, что затухание амплитуды Р\2 не зависит от их периода колебаний, это показано впервые и противоречит [21].

Кроме того, по статистическим нормированным меридиональным распределениям интенсивности колебаний Р12 выполнен регрессионный анализ в исследовании зависимости усиления интенсивности Р|2 от периода колебаний в области пространства от субаврорального минимума до среднеширот-

ного максимума. Выборочные уравнения линейной регрессии оказались разными для различных спектральных составляющих-

у, = ОД* + 0,5 в диапазоне периодов Т=24-39 с ,

~у, = 0,01.x + 0,07 в диапазоне периодов Т=40-70 с ,

= 0,003я + 0,05 в диапазоне периодов Т=71 -100 с.

Это свидетельствует о зависимости усиления амплитуды РИ от периода колебаний. Учитывая, что угловой коэффициент в диапазоне периодов Т=24-39 с в 10 раз выше, чем в диапазоне периодов Т=40-70 с и в 33 раза выше, чем в диапазоне периодов Т= 71-100 с, можно заключить: чем короче период колебаний, тем больше их усиление. Для рассмотренных случаев Р12, наблюдающихся в условиях высокой магнитной активности, среднеширот-ный максимум практически не прослеживается для Т>70 с. Однако диапазон периодов, усиливаемых в плазмосфере, зависит от уровня магнитной активности, расширяясь в спокойных условиях. По мере увеличения периодов спектральных составляющих Р12 наблюдается перемещение к полюсу обоих максимумов интенсивности. Причем, среднеширотный максимум перемещается несколько быстрее, чем аврораль'ный, приводя к уменьшению расстояния между ними. Однако смещение статистического положения среднеши-ротного максимума следует считать следствием изменения геомагнитной активности и связанной с ней перестройки магнитосферы (в частности плазмо-сферы), так как в семейства кривых, разделенных по диапазонам периодов, включались цуги Р12, зарегистрированные при различной активности. В каждом конкретном случае Р[2, т.е. при неизменных магнитосферных условиях, не удается обнаружить изменения широты среднеширотного максимума в зависимости от периода спектральной составляющей Р12. Возможно, последнее объясняется тем, что в условиях высокой и довольно стабильной магнитной активности, характерной для всех семи анализируемых Р12, диапазон периодов Р\2, усиливаемых в области среднеширотного максимума

мал (Т~70с). Перемещение аврорального максимума интенсивности к полюсу с возрастанием периода спектральной компоненты П2 прослеживается в каждом индивидуальном случае Р12.

Исследование меридионального распределения интенсивности Р'|2 при относительно низкой магнитной активности по материалам Карельского эксперимента 1977 года, выполненное для 3-х компонент поля Нх, Ну, Нг убедительно показало, что с уменьшением магнитной активности и увеличением периодов Р|2 наблюдается перемещение к полюсу не только обоих максимумов интенсивности, но и минимума между ними. Показано, что субав-роральный минимум следит за проекцией плазмопаузы на земную поверхность, располагаясь южнее ее в среднем на 2°. Таким образом, подтверждены результаты работы [22], указывающей на возможность использования субаврорального минимума в качестве диагностического признака определения положения проекции плазмопаузы на земную поверхность.

Исследование поляризации пульсаций Р12 вдоль меридиана (Ф'~53° - 74°) позволило обнаружить другой характерный признак проекции плазмопаузы на земную поверхность - смену направления вращения эллипса поляризации. На этот признак есть указание в работе [23], однако в ней подчеркивается, что область смены поляризации не сопровождается никакими особенностями в меридиональном распределении интенсивности пульсаций. Для исследования поляризации вдоль меридиана использованы не только материалы трех экспериментов вдоль одного профиля станций, но также данные синхронных наблюдений пульсаций одновременно на двух меридианах - Гринвичском V- 83° (Ф'~510 - 62°) и 11° .

Общая картина распределения поляризационных характеристик пульсаций Р12 вдоль меридиана следующая. В средних Ф'~53° - 59° и высоких Ф'~74° широтах наблюдается левое направление вращения полного вектора в горизонтальной плоскости независимо от местного времени. На субавро-ральных широтах Ф'~б4° - 67° — правое вращение также независимо от ме-

стного времени. По обе стороны от этой области Ф'~ 60° - 63° и Ф'~70° направление вращения вектора Р\2 испытывает суточный ход: левое - до полуночи, правое — после. Главная ось в средних широтах и полярной шапке направлена до полуночи на северо-восток, после полуночи — на северо-запад. В субаврорапьных широтах независимо от местного времени направление главной оси северо-западное. Полученные в диссертации данные о закономерностях направления вращения полного вектора Р12 в горизонтальной плоскости в интервале широт Ф'~53° - 68°, а также данные о суточном ходе направления главной оси эллипса в средних широтах согласуются с результатами работ [23-25]. Существенно новыми являются исследования элементов поляризации Р12 в высоких широтах Ф'~70° - 74°, которые дополняют, а возможно, и завершают общую картину распределения поляризационных характеристик вдоль земной поверхности. В распределении поляризационных характеристик Р|2 вдоль меридионального профиля станций наблюдается симметрия относительно аврорапьного максимуму интенсивности РИ, которому соответствует правое вращение вектора РП и северозападное направление главной оси эллипса поляризации независимо от местного времени.

Картина распределения поляризационных характеристик вдоль меридионального профиля изменяется с изменением геомагнитной возмущенное™. Однако зависимость элементов поляризации от этого параметра никем не исследовалась. Впервые в диссертации выполнено исследование зависимости от магнитной активности области смены направления вращения полного вектора Р12 в горизонтальной плоскости. Установлено, что она изменяет свою широту в зависимости от геомагнитной возмущенности и локального времени, совпадая со статистическими вероятным положением проекции плазмопаузы на земную поверхность.

По материалам 1977 г. на меридиональном профиле станций исследована поляризация пульсаций Р12 в двух вертикальных плоскостях.

Вдоль среднеширотной параллели (Ф'-~52°) выполнено подробное исследование поляризационных характеристик по программе СВАН на цепочке из пяти станций (V—90° — 154°). Получено левое вращение полного вектора Р12 в горизонтальной плоскости независимо от местного времени, северовосточное направление главной оси эллипса поляризации до полуночи и северо-западное после полуночи.

В результате анализа динамических спектров Р12 на широтной цепочке из пяти станций обнаружена следующая закономерность в изменении спектрального состава Р\2 вдоль широты. Вблизи местной полуночи наблюдается совпадение спектрального состава по компонентам Нх и Ну. С удалением от полуночи в вечерний и утренний секторы отмечается смещение максимальной интенсивности «тел» по обеим горизонтальным компонентам в сторону больших периодов. Из-за более значительного возрастания при этом основного периода Ну - компоненты по сравнению с Нх различие в спектрах компонент возрастает.

Исследование распределения интенсивности Р\2 на широтной цепочке станций показало, что максимум интенсивности приурочен к середине профиля, чаще всего наблюдаясь в Борке независимо от локальной полуночи. Возможно, это связано с нестрогой вытянутостью профиля стаиций вдоль параллели.

Впервые проведены измерения фазовых запаздываний пульсаций Р12 на пяти станциях широтного профиля Ф'~52°, охватывающих долготный интервал -64°. Обнаружено, что направление кажущейся фазовой скорости вдоль параллели преимущественно одностороннее — с востока на запад, а величины рассчитанных азимутальных волновых чисел не превышают 10. Те же результаты получены на Ф'~57° и Ф'~б2°. Эти факты нашли подтверждение в работах [26,47]. Величина кажущейся фазовой скорости 100 -500 км/с. По компоненте Ну прослеживается четко выраженная дисперсия фазовой скорости.

Также впервые проведены измерения фазовых сдвигов на меридиональном профиле из 9 станций в диапазоне широт от Ф'~53° до Ф'~74°, которые позволили определить направление и величину кажущейся фазовой скорости Уф = 10-20 км/с. В интервале широт Ф'~59° - 65° кажущаяся фазовая скорость по обеим компонентам направлена с юга на север. Отмечена тенденция к смене направления Уф на противоположное к северу от аврорапь-ного и югу от среднеширотного максимумов. Полученные результаты подтверждены измерениями фазовых запаздываний на Гринвичском меридиане X'- 83° в области широт Ф'~55° - 62°.

С помощью СВАН определены групповые времена прихода сигнала, по которым удалось оценить нижний предел кажущейся групповой скорости Уф = 30 км/с вдоль широты и Угр =1-5 км/с вдоль меридиана.

В пятой главе «Результаты комплексной цифровой обработки амплитудных и фазовых спектров Р12 в исследовании гармонической структуры спектра и групповой скорости распространения» представлены результаты обработки на ЭВМ по программе СВАН тех же 7 случаев геомагнитных пульсаций Р12, нашедших отражение в предыдущей главе, которые были зарегистрированы с 18 по 25 октября 1974 г. на меридиональной наземной цепочке станций. В пятой главе используется индивидуальный подход к изучению характеристик и свойств Р12. Каждый из семи случаев Рг2 индивидуален и неповторим, как индивидуальна и неповторима, согласно [7], каждая магнитосферная суббуря, предвестником и индикатором началом которой они являются. Каждому из семи случаев Р12 посвящен отдельный раздел в соответствии с различной геофизической обстановкой, характеризуемой различным числом и направлением электроструй в ионосфере, различными трехчасовыми Кр-индексами и пятнадцатиминутными С? - индексами геомагнитной активности, а в соответствии с этим и различным местонахождением в пространстве максимумов распределения интенсивности колебаний. Избранные случаи Р12 рассматриваются в порядке возрастания

геомагнитной активности. В каждом разделе главы приведены сводные таблицы результатов комплексной обработки амплитудных и фазовых спектров для двух горизонтальных компонент поля РИ. В таблицах отмечены момент времени и соответствующий ему период «тела» РИ, установленные тремя различными способами. Из анализа амплитудного спектра выделены момент времени и период, соответствующие максимальной амплитуде на данной станции. Из анализа фазового спектра - момент времени, для которого наблюдается стационарная фаза в нескольких соседних фильтрах, что позволяет уточнить время наблюдения максимума цуга Р12. Как отмечалось во второй главе, текущие амплитуды и фазы не являются независимыми, они связаны принципом стационарной фазы: максимум узкополосного волнового пакета достигается в момент времени, когда фазы его спектральных составляющих принимают стационарное значение. По нулевому отклонению реальной разности фаз от номинальной уточнялся период, соответствующий времени максимума «тела» Р[2 по методике, представленной во второй главе.

Комплексная обработка амплитудных и фазовых спектров СВАН подтвердила теоретическую концепцию, изложенную во второй главе, о совпадении моментов времени стационарной фазы спектральных составляющих Р12, с одной стороны, и максимума амплитуды всего «тела» Р)2, с другой стороны. Этот вывод оправдывает методику осреднений, использованную в четвертой главе для исследования свойств Р12. Вместе с тем при решении вопросов о гармонической структуре спектра и проверке наличия дисперсии волн использование фазового спектра просто необходимо, так как с его помощью удается более точно выделить частоту (период) спектральной компоненты. В результате обработки фазовых спектров Р\2 получены выводы.

1. Установлена гармоническая структура спектра Р!2, которую можно объяснить стоячими волнами, образующимися в результате наложения друг на друга падающей и отраженной альвеновской волн.

2. По данным наземных наблюдений колебаний двух горизонтальных компонент геомагнитного поля в диапазоне P¡2 обнаружено их горизонтальное распространение. Этот факт может иметь практическую значимость в магнитной теллурике, так как ставит под сомнение представления о первичном магнитотеллурическом поле как об однородной вертикально падающей волне, что совпадает с выводом в [17].

3. Групповая скорость горизонтального распространения волновых пакетов Pi2 в меридиональном направлении достаточно мала: для коротких периодов - десятки км/с, для длинных периодов - единицы км/с.

В шестой главе выполнено исследование свойств иррегулярных геомагнитных пульсаций PiP и PUB, сопутствующих генерации P¡2. Деление иррегулярных пульсаций по частотному диапазону на три разных типа является чисто условным. С двух сторон к условной границе дипазона PÍ2 f= 0,0067 - 0,025 Гц ( Т=40 -150 с) прилегают частотные диапазоны двух других типов иррегулярных пульсаций: Pip и Pi 1В. Все три типа иррегулярных пульсаций являются элементами магнитосферной суббури. Они нередко накладываются друг на друга. Чтобы глубже познать их физическую природу и связь с магнитосферной суббурей, необходимо их совместное рассмотрение и, прежде всего, выделение основных отличительных призна-. ков.

Согласно [27], пульсациями Pip (polar irregular pulsations) называются колебания геомагнитного поля с периодами Т > 150с, характерные для высоких широт и тесно связанные с движущимися к полюсу во время активной фазы суббури дугами полярных сияний. В работе [28] перечислен ряд свойств пульсаций P¡2 и Pip, согласно которым они отнесены к различным типам колебаний. Однако, по-видимому, экспериментальные факты, представленные с работах [27,28], оказались недостаточно убедительными, поскольку вызвали полемику. Не смотря на решение МАГА, принятое в 1973 г. о вы-

делении пульсаций Pip в отдельный тип Pi3, авторы работы [9] предложили отказаться от этого, считая достаточным расширить определение класса Pi2, отразив в нем особенности пульсаций, наблюдающихся к полюсу от электроструи. В связи с этим возникла необходимость в проведении подробного сравнительного анализа пульсаций Pi2 и Pip, включающего наряду с визуальной идентификацией пульсаций исследование их спектрального состава с помощью динамических спектров.

Для анализа использовались материалы специального эксперимента 1971 года по синхронной регистрации пульсаций на сети станций вдоль геомагнитного меридиана Х'~ 111°. С целью подробного исследования спектрального состава пульсаций Pi2 и PiP по программе СВАН рассчитаны динамические спектры пульсаций для станций меридионального профиля от низких до высоких геомагнитных широт Ф'~32 - 74", включающих полярную шапку. Анализ амплитудных динамических спектров (СВАН) Pi2 и PiP показал, что пульсации Pi2 наблюдаются одновременно на всех станциях меридионального профиля от низких широт до высоких, что доказывает их основное свойство- региональность. Кроме того, из анализа экспериментального материала следует, что Pi2 связаны с внезапной вспышкой полярных сияний и начальной стадией взрывной фазы суббури. Пульсации PiP, напротив, локальны, характерны для высоких широт и тесно связаны с дугами сияний, движущимися к полюсу в стадии развития взрывной фазы суббури, чем объясняется запаздывание в появлении PiP к полюсу от электроструи. Таким образом, взрывная фаза полярной магнитной суббури состоит из двух стадий — начальной и стадии развития, каждой из которых соответствует свой тип иррегулярных геомагнитных колебаний, как проявление суббури в геомагнитных микропульсациях.

Региональность пульсаций Pi2 является их фундаментальным свойством, распространяющимся и на области, расположенные к полюсу от электроструи. Это свойство является наиболее существенным отличием пульса-

ций Pi2 и PiP и во многих затруднительных случаях является основным признаком, позволяющим идентифицировать цуги колебаний Pi2.

Иррегулярные геомагнитные пульсации Pil с периодом Т = 1 - 40 с Неасоск [29] подразделил на два подкласса пульсаций Pil В и Pi 1С в зависимости от характера развития во времени и принадлежности к различным фазам магнитосферной суббури. Термин Pil В введен для обозначения всплесков (bursts) иррегулярных пульсаций, наблюдающихся в вечернем и полуночном секторах во время предварительной и взрывной фаз суббури. Продолжительные иррегулярные колебания, связанные с восстановительной фазой суббури и наблюдающиеся в ранние утренние часы Неасоск назвал PilC (continous). Вблизи местной полуночи пульсации Pil В чаще всего наблюдаются вместе с PilC или с IPDP.

Авторы работ [6,30] в спектре PiIВ выделяют две полосы частот / >0.15 Гц и 0,06 < / <0,15 Гц. Первая высокочастотная полоса имеет вид шумовых всплесков и постепенно подавляется в ходе развития вспышки Pi 1В. Вторую частотную полосу авторы работы [6], считают микроструктурой низкочастотных геомагнитных колебаний, употребляя термин «наездники» Pi2 (rider Pi2). Вместе с тем, в работе [31] отмечается дрейф источника пульсаций Pil В к полюсу со скоростью 0,5 - 1 км/с. Этот дрейф должен отсутствовать, если исходить из концепции работы [б], что Pil В - всего лишь ВЧ аналог низкочастотных геомагнитных пульсаций Pi2, которые, как показано выше, региональны. Кроме того, в магнитосопряженных точках, как свидетельствуют сонограммы для станций Софа и Кергелен, наблюдается неидентичность спектров PilB, тогда как должен быть противоположный результат, если придерживаться все той же концепции, изложенной в[6]. Наличие противоречивых фактов свидетельствует о том, что существующая классификация иррегулярных пульсаций ВЧ диапазона требует уточнения.

В диссертации на основании анализа обширного экспериментального материала, содержащего записи иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ и НЧ диапазонов, их динамические спектры, нормальные магнитограммы для меридиональной цепочки станций предлагается пульсации Pi 1В разделить на два типа : Pi 1В - rPi2 (ВЧ микроструктура Pi2 с Т~ 1-7 с) и PilB - rPip (ВЧ микроструктура PiP с Т~ 7-24 с). Основным отличительным признаком следует считать свойство региональности пульсаций PilB - rPi2 и локальности PilB - rPip как отражение различной физической природы этих пульсаций.

Пульсации PiB связаны с целым комплексом физических явлений, характеризующих магнитосферную суббурю. Пульсации PiB наблюдаются одновременно со вспышкой или перестройкой дуг полярных сияний- с ав-роральным брейкапом дуги, который формирует авроральную выпуклость [4], и, как отмечается в [32], нередко сопровождаются спиральными формами полярных сияний, которые связывают с областями втекающих или вытекающих токов вдоль силовых линий и ионосферными электрическими полями [33]. В [29] отмечается корреляция «пик в пик» пульсаций PilB с пульсациями риометрического поглощения, зарегистрированными малоинерционным риометром, что свидетельствует о тесной связи PilB с высыпаниями электронов. В [34] обнаружена связь РПВ с перевернутым «V» высыпанием электронов (inverted - "V" precipitation), которые были открыты Frank [35] в области дискретных форм полярных сияний. На основании этого авторы [34] делают вывод, что PilB приобретают энергию на низкой высоте, в связи с чем высказывается гипотеза о местонахождении источника PilB в ионосфере. Это согласуется также с отсутствием дисперсии, свидетельствующем о независимости скорости распространения PilB от частоты или длины волны. Следует отметить, что проблема местонахождения источника PilB- одна из ключевых в изучении иррегулярных пульсаций. В работе [29] отмечается, что в спектре PilB выделяется максимум с часто-

той f -0,3-0,4 Гц. Такое же усиление на частоте немного выше 0,3 Гц обнаружено на геостационарном спутнике ATS - 1 [36]. Это наводит на мысль о существовании резонансной полости.

С целью изучения свойств PiB в диссертации отобраны 8 случаев, зарегистрированных 1 и 2 декабря 1977 г. Отбор осуществлен по следующему принципу. Первые четыре случая представляют собой серии PilB, следующие друг за другом в получасовом интервале. Четыре других случая PilB, зарегистрированных 2 декабря 1977 г., представляют собой изолированные всплески PilB в четырех разных часовых интервалах. Все случаи PiB подвергнуты автоматизированной обработке на приборе Real Time Spectrum Analyser. Для всех случаев построены амплитудно-частотные спектры и меридиональные распределения интенсивности. Остановимся подробнее на анализе случаев PilB.

1 декабря 1977 г. PilB были зарегистрированы в 20:29,5UT, в 20:33 UT, в 20:42 UT и в 20:58 UT. Записи пульсаций были сопоставлены с записями полярных сияний, графиком изменения геомагнитной широты электроструи, построенным исходя из нормальных магнитограмм для меридиональной сети станций от Ф'~ 57,5°до Ф'— 67°и записями риометрического поглощения. Другими словами, были проанализированы в комплексе 4 формы проявления магнитосферной суббури- суббуря в пульсациях, суббуря в полярных сияниях, полярная магнитная суббуря и суббуря в ионосфере. Наблюдения оптических явлений с помощью спектральной камеры неба и фотометрических записей в зените ( на Ф'~ 70°) показали следующее. В интервале времени -20-21 UT 1 декабря наблюдались три дуги сияний с нарастающей интенсивностью свечения, достигающей максимума в 20:29,5 UT- зеленая дуга X = 557,7нм ( О i), в 20:33 UT- фиолетовая дуга X = 427,8 им (1Ч+ : ), в 20:42UT -красная дуга X = 630,0 нм ( О ,), что соответствует первым трем случаям в записи геомагнитных пульсацй PilB и подтверждает связь геомагнитных пульсаций PilB с аврораль-

ными образованиями. Четвертый случай РПВ в 20:58 UT наблюдается в момент ослабления яркости сияний всех трех дуг до минимума. Из рассмотренных случаев PilB, зарегистрированных 1 декабря 1977 г., наибольший интерес представляет третий случай, записанный в 20:42 UT, началу которого соответствует максимальная яркость красной дуги. Интересно отметить, что электроструя при этом находилась в области геомагнитных широт Ф '~65°- 63°, совпадающей с проекцией дневного каспа. Следовательно, можно считать, что за генерацию PilB в 20:42 UT ответственны дуги дневного овала, образовавшегося вследствие проникновения заряженных частиц через дневной касп.

Поскольку пульсации PilB являются тонкой структурой цугов Pi2 представляет интерес сопоставление меридиональных распределений интенсивности Pi2 и PilB. С этой целью визуально обработаны записи пульсаций Pi2 за те же интервалы времени, что и PilB вдоль того же меридиана, по данным сети магнитовариационных станций Ф'~58,8° - 67° определены положения электроструи. На основании анализа экспериментального материала получены выводы.

1. В спектре PilB -rPi2 выделяются одновременно два максимума:

на f= 0,3 -0,4 Гц и на f= 0,65 - 2 Гц с различным энергетическим вкладом. Первый их них имеет наибольший энергетический вклад в аврорапьной области вблизи центра электроструи. Второй- в области средних широт, на которые проектируется плазмосфера.

2. В наземной меридиональной структуре поля PilB - rPi2 обнаружены те же особенности, что и у Pi2: высокоширотный и среднеширотный максимумы и субароральный минимум, которые смещаются в направлении экватора с возрастанием геомагнитной активности. Положение основного максимума совпадает с центром электроструи, а субавроральный минимум располагается южнее проекции плазмопаузы на -2'.

3. Авроральные максимумы Р\2 и Р1В приблизительно совпадают по широте, что находится в согласии с [37]. С изменением магнитной активности они перемещаются вслед за электроструей, либо совпадая с геомагнитной широтой ее максимальной интенсивности, либо находясь несколько южнее ее.

4. Обнаружено совпадение моментов времени генерации РПВ и риометри-ческого поглощения, что подтверждает связь РМВ с электронными высыпаниями.

5. Подтверждается связь пульсаций РПВ - гР12 с красными дугами полярных сияний Х=630 нм, обусловленными низкоэнергичными электронами [48]. Учитывая, что красные дуги принадлежат дневному овалу, связанному с частицами, проникающими в ионосферу через дневной касп, не исключается причина генерации иррегулярных пульсаций РИ и их ВЧ микроструктуры вследствие развития неустойчивости на границе магнитосферы- маг-нитопаузе.

В седьмой главе представлены результаты исследования пространственно-временных характеристик иррегулярных геомагнитных пульсаций с помощью цифрового анализатора спектра, полученные на основе автоматизированной обработки в реальном масштабе времени записей геомагнитных пульсаций в первые 12 часов внезапно начавшейся магнитосферной суббури в ночь с 12 на 13 октября 1974 г. Особенностью упомянутой магнитосферной суббури является тот факт, что она предваряла начало магнитной бури продолжительностью в неделю, частные проявления которой в конце ее развития описаны в четвертой главе. Таким образом, имеется возможность сравнить проявления магнитосферных суббурь на разных стадиях развития и в разнообразных формах. В седьмой главе рассмотрены 3 формы проявления магнитосферной суббури - суббуря в геомагнитных пульсациях, полярная магнитная суббуря и ионосферная суббуря. Глава включает 2 раздела. В первом разделе представлена пространственно-временная картина

вариаций электроструи и двух зон риометрического поглощения- зоны максимума риометрического поглощения и южной границы риометрического поглощения, отражающая полярную магнитную и ионосферную суббури. Второй раздел, посвященный суббуре в геомагнитных пульсациях, состоит из 6 подразделов, содержащих подробные исследования пространственно-временных характеристик иррегулярных геомагнитных пульсаций.

Измерения пульсаций проводились в двух диапазонах частот НЧ (от 0,01 Гц до 0,1 Гц) и ВЧ (от 0,1 Гц до 1 Гц) вдоль геомагнитного меридиана Х'~11Г на 5 станциях в геомагнитных широтах Ф'~55°- 66° в НЧ диапазоне и на 4-х станциях на Ф'~55° - 63° в ВЧ диапазоне.

Материалы наблюдений с 20 ит до 8 иТ охватывают непрерывный промежуток времени от полуночного до полуденного меридианов, что повышает адекватность оценки наземной и магнитосферной регистрации событий.

В связи с тем, что рассматриваемый интервал наблюдений включает все виды иррегулярных пульсаций, в том числе и РИС, которые ранее не рассматривались, в главе приведен краткий обзор литературы по этому типу пульсаций. Результаты, представленные в главе 7, получены на основе автоматизированной обработки наблюдений. Автоматизированная обработка материалов наблюдений иррегулярных геомагнитных пульсаций в октябре 1974 г. включала несколько этапов.

1. Построение амплитудных спектров.

Записи пульсаций, выполненные на магнитной пленке в аналоговом виде, были обработаны в соответствии с выше описанной блок-схемой на специализированном цифровом анализаторе спектра с аналоговым входом. С помощью прибора были вычислены и выведены на печать амплитудные спектры в каждом часовом интервале из 12 указанных для 2-х диапазонов частот НЧ и ВЧ по двум компонентам поля Н* и Ну. Значения амплитуды сигналов были представлены в вольтах.

2. Построение нормированных спектров.

Амплитудные спектры обрабатывались вручную следующим образом. Вначале они были вручную оцифрованы в НЧ диапазоне (0,01 Гц - 0,1 Гц) с шагом по частоте Д1'= 0,0125Гц, в ВЧ диапазоне (0,1 Гц — 1 Гц) с шагом по частоте Ли = 0.125Гц, что позволяло в каждом из диапазонов получить по 29 точек спектра. Другими словами, была произведена ручная фильтрация 29 фильтрами, расположенными в каждом диапазоне частот на одинаковом частотном промежутке. Измеренные в каждой из 29 точек значения амплитуд были пересчитаны с учетом нормированной АЧХ аппаратуры и определено отношение ^ , где Атах — максимальная амплитуда колебаний в НЧ

и ВЧ диапазонах, соответственно. Данная операция позволила построить нормированные амплитудно-частотные спектры в каждом часовом интервале для НЧ и ВЧ диапазонов.

3.Построение усредненных спектров.

Амплитудные спектры НЧ и ВЧ диапазонов, соответствующие часовому интервалу, были разделены на 9 частотных полос каждый с шагом 0,01 Гц и 0,1 Гц, соответственно.

В каждой из частотных полос был рассчитан интеграл

где А — амплитуда сигнала, 5(й>) - спектральная плотность, си,, сог - граничные частоты.

Таким образом, были построены усредненные спектры геомагнитных колебаний для каждого часа из 12-ти часового временного интервала непрерывных наблюдений.

Для избранных частотных полос в каждом часовом из 12-ти выше указанных временных промежутков были построены меридиональные рас-

(2.34)

4. Обработка усредненных спектров колебаний.

пределения амплитуд для НЧ и ВЧ диапазонов для двух компонент МПЗ: Нх и Ну.

Обработанные выше описанным способом материалы наблюдений геомагнитных пульсаций позволяют провести:

- исследование изменения спектрального состава геомагнитных пульсаций в зависимости от геомагнитной широты местности, проведенное на цепочке наземных станций вдоль геомагнитного меридиана Х'~111 °в области от субаврорапьных до средних широт;

-исследование зависимости спектрального состава геомагнитных пульсаций от локального варемени их регистрации, выполненное для раз-ноширотных наземных станций , расположенных вдоль геомагнитного меридиана 1 Г;

- исследование меридионального распределения интенсивности геомагнитных пульсаций;

- исследование суточного хода интенсивности иррегулярных геомагнитных пульсаций НЧ и ВЧ диапазонов (РП и Р12).

Раздел 7.2.1 посвящен исследованию меридионального распределения интенсивности иррегулярных геомагнитных пульсаций. В разделе представлены меридиональные разрезы в распределении амплитуд иррегулярных геомагнитных колебаний на земной поверхности для избранных частотных полос ВЧ и НЧ диапазонов, соответствующих разным типам волн Р1 при различных Кр-индексах геомагнитной активности в 12 различных часовых интервалах наблюдений от местной полуночи до местного полудня. Амплитуда колебаний подсчитывалась по интегральным спектрам, построенным для каждого часового промежутка из 12 отобранных. Получены следующие выводы.

1. В пространственной структуре поля иррегулярных геомагнитных пульсаций РПВ-гРй и РИС в меридиональном направлении обнаружены два максимума- высокоширотный и среднеширотный и субавроральный мини-

мум между ними в отличие от геомагнитных пульсаций PilB-rPip, для которых обнаружен лишь один высокоширотный максимум.

2. Обнаружена тесная связь основного максимума в структуре МРИ PilC с южной границей риометрического поглощения радиоволн, проявляющаяся в их совместном движении в экваториальном направлении в ходе развития суббури при возрастании Кр-индекса геомагнитной активности. Для геомагнитных пульсаций PilB-rPip обнаружена тесная связь высокоширотного максимума структуры поля в меридиональном направлении с электроструей и максимумом риометрического поглощения, проявляющаяся в движении вместе с ними в направлении полюса.

3. Обнаружена прямая зависимость амплитуды основного максимума PilB-rPi2 и PilC от площади ионосферного пространства, охваченной авро-ральными явлениями.

4. Обнаружено, что среднеширотный максимум Pi 1 B-rPi2 по мере увеличения геомагнитной активности растет по величине быстрее, чем основной высокоширотный, что может быть связано с усилением в плазмосфере.

5. В пространственной структуре МРИ геомагнитных пульсаций НЧ диапазона в начальную фазу суббури наблюдаются те же структурные особенности, то и у PilB-rPi2: два максимума и субавроральный минимум, что позволяет последние считать ВЧ аналогом Pi2.

6. Для конкретных магнитосферных условий не прослеживается зависимость особенностей в структуре МРИ Pi2 от периода колебаний, что совпадает с выводами, полученными в главе 4, раздел 4.1.

7. Во взрывную фазу суббури в МРИ НЧ диапазона геомагнитных пульсаций прослеживается один ярко выраженный высокоширотный максимум, соответствующий пульсациям Pip, который тесно связан с электроструей и максимумом риометрического поглощения и движется вместе с ними в направлении полюса.

Раздел 7.2.2 посвящен исследованию распределения амплитуды геомагнитных пульсаций Pi2 и Pil в зависимости от местного магнитного времени на разноширотных станциях меридионального профиля. Для избранных частотных полос 0,01 -0,02 Гц и 0,1 -0,2 Гц, соответствующих типам колебаний Pi2 и Pil, построены гистограммы зависимости усредненной по часовому промежутку амплитуды колебаний от местного магнитного времени и Кр- индекса геомагнитной активности. Для Нх-компоненты на авроральных широтах получен пологий максимум с 2 до 5 UT, который трансформируется в 2 максимума в часовых промежутках с 2 до 3 UT и с 4 до 5 UT на суб-аврорапьных и средних широтах. Для Ну-компоненты НЧ полосы, а также для обеих горизонтальных компонент ВЧ полосы, на всех станциях меридионального профиля прослеживаются 2 максимума в указанные часы. На основании анализа гистограмм и данных из первого раздела сделаны выводы.

1. Максимумы в суточном ходе амплитуд геомагнитных пульсаций приходятся на временные интервалы, соответствующие наибольшим площадям ионосферного пространства, охваченного аврорапьными процессами. Минимум в суточном ходе амплитуд пульсаций совпадает с фазой относительного восстановления, в которую наблюдается уменьшение площади пространства, охваченного аврорапьными явлениями.

2. Одинаковый суточный ход амплитуд иррегулярных колебаний с периодами 50-100 с и периодами 5-10 с служат еще одним подтверждением того, что Pil колебания с периодом менее 10 с являются микроструктурой Pi2 с периодом менее 100 с.

3. Пологий характер суточного распределения амплитуд иррегулярных геомагнитных пульсаций НЧ диапазона в области авроральных широт свидетельствует об источнике протяженных размеров, каким может быть, например, электроструя. Однако методика часового осреднения не позволяет достаточно точно отделить пульсации Pi2 от Pip, за развитие

достаточно точно отделить пульсации Pi2 от Pip, за развитие последних действительно может быть ответственна электроструя.

В разделе 7.2.3 выполнено исследование зависимости суточного хода амплитуды иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 и PiloT частоты колебаний, зарегистрированных на авроральных и средних широтах. Приведены 12- часовые распределения интенсивности колебаний для 6 избранных частотных полос, соответствующих Pi2 и РП, для среднеширот-ной станции WL и авроральной станции Kev. На основании их сделаны вы-во)дьВ средних широтах в суточном ходе амплитуд пульсаций с ростом частоты колебаний обнаружено перераспределение энергии от ранних утренних к поздним утренним часам, что можно объяснить дрейфом источника Pi 1 к востоку.

2. На авроральных широтах обнаружена противоположная зависимость, означающая дрейф источника к западу.

Это означает, что в разных геофизических зонах возможно разное направление распространения пульсаций.

Раздел 7.2.4 посвящен исследованию изменения спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций НЧ диапазона в зависимости от широты наблюдений. В приложении приведены 12 нормированных амплитудных спектров пульсаций НЧ диапазона. Каждый спектр принадлежит часовому интервалу наблюдений с 20 UT до 8UT. На основании анализа спектров сделаны выводы.

1. Весь спектральный состав пульсаций НЧ диапазона формируется в области авроральных широт.

2. На авроральных и субавроральных станциях основной энергетический вклад имеют длиннопериодные компоненты, а в направлении экватора происходит перераспределение энергии в пользу короткопериодных составляющих, что свидетельствует в пользу резонансной теории генерации Pi2.

3. Дискретная структура спектра НЧ диапазона в условиях высокой геомагнитной активности подтверждает гармоническую структуру спектра.

Раздел 7.2.5 посвящен исследованию изменения спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ диапазона в зависимости от широты наблюдений. На основании анализа 12 нормированных спектров, посчитанных для ВЧ диапазона в каждом часовом интервале и представленных в приложении, получен следующий результат. В спектре иррегулярных короткопериодных колебаний Pi 1 наземной регистрации присутствует спектральный пик 0,3 Гц, отмечаемый в работе [29 ], которому соответствует спектральный пик той же частоты, обнаруженный на спутнике ATS-1 [36]. Этот спектральный пик можно объяснить существованием в ионосфере резонатора, отвечающего за генерацию Pi 1В, теоретический расчет которого дан в главе 8.

Раздел 7.2.6 посвящен исследованию зависимости спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi 1 и Pi2 от местного магнитного времени их регистрации на сети станций вдоль геомагнитного меридиана Х'-Ш0

Для авроральных станций Kev и Iva и для среднеширотной WL на основании нормированных спектров геомагнитных пульсаций построены распределения периодов пульсаций НЧ диапазона в зависимости от локального времени их регистрации. Получены следующие выводы.

1.He обнаружена зависимость периода иррегулярных колебаний от местного магнитного времени. Это объясняется, во-первых, отсутствием наблюдений в вечернем секторе магнитосферы, во- вторых, непрерывно нарастающей геомагнитной активностью в течение 12 часов наблюдений, затрудняющей отделение ее влияние от временного фактора.

2. Обнаружена зависимость спектрального состава иррегулярных колебаний от магнитной активности, проявляющаяся в возрастании числа спек-

тральных составляющих с ростом Кр-индекса и перераспределении их энергии в сторону коротких периодов на среднеширотных станциях.

Основным выводом главы следует считать хорошее совпадение результатов, полученных в седьмой главе с результатами, полученными во всех предыдущих главах диссертации. Это, во-первых, подтверждает их •достоверность, а ,во-вторых, свидетельствует о возможности автоматизированной регистрации и обработки геомагнитных пульсаций в реальном масштабе времени, что, несомненно, повышает их практическую значимость.

Глава 8 «Теории генерации иррегулярных геомагнитных пульсаций» посвящена обсуждению экспериментальных результатов с позиций существующих теоретических представлений.

Собранный экспериментальный материал по иррегулярным геомагнитным пульсациям Р|2 позволяет рассматривать их возбуждение как следствие коренной перестройки структуры магнитосферы в момент брейкап. К настоящему времени предложен ряд механизмов генерации Р|2, обязательными элементами которых являются импульсное возбуждение и последующее резонансное развитие цуга колебаний. При этом первоначальный импульс может иметь как магнитосферное, так и ионосферное происхождение [38].

В диссертации рассмотрены следующие теории генерации Р[2:

1. Теория генерации Р|2 на внутренней границе плазменного слоя в хвосте магнитосферы [7,18,39].

2. Теория генерации Р12 поверхностными волнами на плазмопаузе [6].

3. Теория ионосферного происхождения Р|2 [40].

В диссертации приведены экспериментальные доказательства того, что все спектральные составляющие пульсаций Р]2 возбуждаются одновременно в области авроральных силовых линий. В обе стороны от аврорального максимума интенсивности происходит лишь непрерывная трансформация спектрального состава Р12, при которой в спектре пульсаций остаются преимущественно самые короткопериодные компоненты. Тождественность

природы авроральных и среднеширотных пульсаций Р\2, обсуждающаяся в [6, 7], не вызывает теперь сомнений. Таким образом, отвергается гипотеза [6] о низко- и среднеширотных Р!2, как особом типе пульсаций Р12, возбуждаемых поверхностными волнами на плазмопаузе.

Следует отметить, что резонансные модели генерации Р12 не учитывают всей сложности развития брейкап. Из рассмотренных теорий генерации Р\2 лучше других согласуется с экспериментальными данными диссертации модель генерации Р\2 Распопова [39], в которой содержится новый подход к пониманию природы Р12у связанный с возможностью формирования трехмерной токовой системы - суббуревого токового клина БСХУ [38,49]. Автор [39 ] полагает, что резонанс силовых линий вызывается раскачкой колебаний. Раскачка силовых линий осуществляется либо изменением диамагнитного тока магнитосферной плазмы в силовой трубке, в которой происходит активизация авроральных процессов, либо в результате пинч-эффекта, созданного продольными токами, текущими в трубке во время суббури. Таким образом, существенным элементом модели Распопова О.М. [39] является положение о развитии пульсирующих продольных токов, связанных с Р12. Его модель объясняет одновременность появления нескольких спектральных составляющих, неустойчивость поляризации в субавроральных широтах, наличие двух максимумов в меридиональном распределении интенсивности Р>2, симметричность картины распространения волны относительно экваториальной плоскости. Однако все экспериментальные факты, полученные в диссертации, и эта теория не объясняет.

При интерпретации экспериментальных данных, относящихся к аврораль-ному максимуму интенсивности Р12, встречается ряд трудностей. Сравнение периодов, наблюдаемых в спектре Р12 на авроральных станциях Т = 100 - 200 с, с периодами альвеновских колебаний вне плазмосферы, рассчитанными в приближении холодной плазмы [41], показывает, что расчетные значения периодов значительно меньше полученных экспериментапь-

но. Для их равенства необходимо принять в расчетах плотность плазмы в вершине силовой линии значительно завышенной по сравнению с измеренной спутниками [42]. Указанное противоречие свидетельствует о том, что приближение холодной плазмы, соответствующее условиям внутри плазмо-сферы, неадекватно реальной физической ситуации во внешних областях магнитосферы. Существуют и прямые указания на это. Наблюдения на космических аппаратах [43] показали, что плотность горячих частиц в этих областях магнитосферы сравнима или превышает плотность холодной плазмы.

При интерпретации среднеширотного максимума Р12 можно пользоваться приближением холодной плазмы, так как влияние энергичных частиц внутри плазмосферы мало. Представляют интерес работы [44,45], авторы которых считают, что МГД - волны от внешнего источника, распространяясь в магнитосфере, могут испытывать резонансное усиление в области силовой линии с локальным альвеновским периодом, равным периоду падающей волны. В работе [41] получена зависимость альвеновского периода Та (Ь, Кр), из которой видно, что резонанс может наступать как на силовых линиях, принадлежащих плазмопаузе, так и на силовых линиях, лежащих внутри нее. В диссертации получено экспериментальное подтверждение теоретических предпосылок [41,44,45]. Действительно, обогащение спектра Р\2 высокочастотными компонентами в области проекции плазмосферы на земную поверхность обусловлено зависящим от частоты усилением этих компонент Р12. Резонансу на плазмопаузе, очевидно, соответствует чрезвычайно локальный субавроральный максимум в меридиональном распределении интенсивности Р12, исследованный в [22].

Кроме того, в главе 8 рассмотрены существующие теории генерации пульсаций РПВ и приведена интерпретация полученных экспериментальных фактов с помощью теории генерации РПВ двойным электрическим слоем в ионосфере.

В заключении приведены основные результаты, полученные в диссертации.

1. Установлено, что весь спектральный состав геомагнитных пульсаций Р12 формируется в узкой полосе авроральных- широт ДФ=2°вблизи центра электроструи. Тем самым опровергнута гипотеза о различных источниках генерации высоко- и среднеширотных Р12,

2. Выявлена гармоническая структура спектра Рй с помощью разработанной автором методики обработки фазовых динамических спектров Р\2 по принципу стационарной фазы. Гармоническая структура спектра указывает на связь пульсаций Р12 со стоячей МГД- волной.

3. Показано, что перераспределение энергии в спектре Р12 в пользу корот-копериодных компонент в направлении экватора обусловлено частотноза-висимым усилением их в плазмосфере, а не частотнозависимым затуханием, как считалось ранее. Диапазон периодов, усиливаемых в плазмосфере, зависит от уровня геомагнитной активности, а степень усиления возрастает с уменьшением периода колебаний.

4. Методом регрессионного анализа показано, что затухание интенсивности РИ не зависит от периода колебаний. Это противоречит гипотезе о роли аврорапьной ионосферы в качестве вторичного генератора МГД-волн.

5. Обнаружено зависящее от местного времени различие спектров Нх и Ну -компонент Р12. Совпадение этих спектров наблюдается только вблизи местной магнитной полуночи, а по мере удаления от полуночи их различие усиливается, что свидетельствует о принадлежности их к различным модам волн.

6. Впервые осуществленные прямые измерения фазовых запаздываний пульсаций Р12 на среднеширотной цепочке станций Ф'~ 52°, разнесенных по долготе на - 64°, указывают на одностороннее направление «кажущихся»

фазовых скоростей- с востока на запад. Тот же результат получен на других геомагнитных параллелях Ф'~ 57° и Ф'~62°. Теоретически должна существовать функциональная связь между направлением распространения волн и направлением вращения их эллипса поляризации. Резонансная теория генерации предсказывает левую поляризацию волн, если фазовая скорость направлена с востока на запад, что подтверждается экспериментом-. Исходя из полученных экспериментальных данных о широтно-суточном ходе в распределении поляризационных характеристик можно сделать заключение о различном характере распространения геомагнитных пульсаций Pi2 в различных геофизических зонах.

7. Измерения фазовых запаздываний пульсаций Pi2 на меридиональном профиле станций Ф'~53°-74* показали, что в субавроральных широтах «кажущаяся» фазовая скорость направлена с юга на север, меняя свое направление на противоположное севернее аврорального и южнее среднеширотно-го максимумов.

8. Подтверждена возможность диагностики положения плазмопаузы по трем признакам: субавроральному минимуму, точке смены направления вращения эллипса поляризации и локальному субавроральному максимуму.

9. Получены малые значения азимутальных волновых чисел для Pi2, свидетельствующие о том, что Pi2 не могут генерироваться вследствие развития дрейфовой неустойчивости плазмы.

10. В результате одновременного анализа динамических спектров двух типов иррегулярных пульсаций НЧ диапазона Pi2 и Pip установлены их главные отличительные признаки: региональность Pi2 и локальность Pip. Это свидетельствует о том, что Pi2 и Pip имеют различные источники; источник Pi2 находится на периферии магнитосферы, а источник Pip - в ионосфере. Указанные признаки позволяют идентифицировать Pi2 и Pip в наиболее трудных случаях- в начале взрывной фазы суббури, когда всплески пульсаций следуют непосредственно друг за другом.

11. Предложено уточнить классификацию иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ диапазона, разделив Pi 1В на два класса: PilB-rPi2 и PilB-rPip. Они имеют различную физическую природу и для Pi1B-rPi2 главный отличительный признак -регионалыюсть, а для PilB-rPip- локальность.

12. В спектре Pi1B выделены два максимума - на f=0,3- 0,4 Гц и f=0,65-2 Гц с различным энергетическим вкладом. Первый спектральный максимум имеет наибольший энергетический вклад в авроральной области, второй - в области средних широт. Этот факт интерпретируется как наличие двух резонаторов. Первый- между спорадическим слоем Es ( 150-200 км) в ионосфере и скачком альвеновской скорости на высоте 2000 км, второй между скачком альвеновской скорости и двойным электрическим слоем на высоте 6000 км.

Представленные в диссертации экспериментальные факты подтверждают теоретическую концепцию мазерного излучения магнитосферы в диапазоне геомагнитных пульсаций, высказанную в [46]. Исходя из концепции мазерного излучения магнитосферы, сделаны следующие выводы относительно физической природы иррегулярных геомагнитных пульсаций, механизма их генерации, местонахождения источника и распространения.

1. Геомагнитные пульсации Pi2- электромагнитные волны, образующиеся в результате конверсии плазменных волн в связанной альвеновской и маг-нитозвуковой модах при резонансном взаимодействии типа «волна-частица» ( индуцированное рассеяние на электронах) или «волна-волна» .

2. Из всех известных механизмов генерации Pi2 следует отдать предпочтение раскачке магнитной силовой линии за счет развития пульсирующих продольных токов, создающих трехмерную токовую систему, связанную с Pi2.

3. Геомагнитные пульсации Pip- электромагнитные волны, обусловленные колебаниями силы тока электроструи в полярной ионосфере вследствие

развития, например, конвективной неустойчивости токовой струи или, например, вследствие возрастающих продольных токов.

4. Геомагнитные пульсации PilB-rPi2 (высокочастотный аналог Pi2)-электромагнитные волны, образующиеся в результате конверсии быстрой магнитозвуковой волны при резонансном взаимодействии с электронами, ускоренными двойным электрическим слоем в ионосфере на высоте 1R3.

5. Источник Pi2 находится на периферии магнитосферы - в области внутренней кромки приэкваториальной части плазменного слоя магнитосфер-ного хвоста, а источники Pi 1 и Pip находятся в ионосфере.

Благодарности

Особая благодарность профессору В.А.Тронцкой и старшему научному сотруднику ОИФЗ РАН Л.Н. Баранскому - моим научным руководителям и консультантам.

Благодарна зарубежным соавторам из Геофизического института Гетпшгешского университета и Института аэрономии М. Планка в Германии О. Хнллсбрапдту , И. Мюн-ху , У. Ведекину , М. Зиберту , н сотрудникам Оульского университета в Финляндии Дж, Кангасу и Т. Пиккарайнен за любезно предоставленные материалы н полезное обсуждение работы.

Искренне признательна и благодарна администрации ИЗМИРАН, оказавшей содействие в получении научных консультаций в отделе геомагнитных вариаций. Особая благодарность зав. отделом геомагнитных вариаций А.Е. Левитину, взявшему на себя нелегкий труд прочтения диссертации, завершившийся полезным обсуждением результатов.

Результаты диссертации изложены в 52 публикациях и 5 опубликованных научных отчетах, основные из которых следующие.

1. Троицкая В.А., Баранский Л .Н. Гохберг М.Б. СгсрликоваИ.В., Беленькая Б.II., Мгонх И.. Вильгельм К., Фолкнер X., Зиберт М„ Хиллебрапд О.. Харченко И.П., Иванов Н А..

Копытенко Ю.А. Предварительные результаты советско - германского эксперимента по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций на меридиональном и широтном профилях станций //Геомагнетизм и аэрономия,-1976.- Т. XVI.- № 6.- С. 1090-1096.

2. Баранский Л.I I., Герасимович Е.А., Стерликова И.В., Логинов Г.А. Спектральные характеристики пульсаций Pi2 и PiP, зарегистрированных на меридиональном профиле станций // Тезисы докладов. Международный симпозиум по проекту «Геомагнитный меридиан». Ленинград, 24-28 мая 1976.-Л,- 1976.-С.49.

3.Троицкая В.А., Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Стерликова И.В., Русаков H.H., Копытенко Ю.А., Фолкнер X., Зиберт М„ Хиллебранд О. Предварительные результаты советско - германского эксперимента по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций РсЗ-4 и Pi2 на меридиональном профиле станций //

Тезисы докладов. Международный симпозиум по проекту «Геомагнитный меридиан», Ленинград, 24 -28 мая 1976.-Л,- 1976.- С. 51.

4. Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Троицкая В.А., Стерликова И.В.,

Беленькая Б.Н., Русаков H.H., Мюнх И., Вильгельм К., Зиберг М., Хиллебранд О., Виноградов П.А., Харченко И.П., Иванов H.A., Парамонов В В.,

Гогатишвили Я.М., Копытенко Ю.А. Предварительные результаты советско-немецкого ■эксперимента по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций на глобальной сети станций // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Выпуск 39. -1976.-С.47-58.

5. Баранский Л.Н., Гохберг М Б., Троицкая В.А., Стерликова И.В., Беленькая Б.Н., Русаков H.H., Мюнх И., Вильгельм К., Зиберт М., Хиллебранд О., Виноградов П.А., Харченко И.П., Иванов H.A., Парамонов В.В., Гогатишвили Я.М. Предварительные результаты советско-германского эксперимента по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций на глобальной сети станций // Препринт СибИЗМИР АН СССР. -Иркутск: СибИЗМИР АН СССР,-1976. - 23 с.

6.Троицкая В.А., Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Стерликова И.В., Русаков H.H., Копытенко Ю.А., Фолкнер X., Зиберт М., Хиллебранд О. Предварительные результаты советско - германского эксперимента по синхронной регистрации геомагнитных пульсаций РсЗ-4 и Pi2 на меридиональном профиле станций // Геомагнитные исследования Jfe 20,- М.: Советское радио,- 1977,- С. 43-48.

7. Гохберг М.Б., Баранский Л.Н., Троицкая В.А., Герасимович F..A., Стерликова И.В., Русаков H.H.. Харченко И.П.. Иванов H.A.. Копытенко Ю.А.. Мюнх И., Вильгельм К.. Хиллебранд О., Фолкнер X.. Зиберт М.. Ведекен У. Динамические спектры пульсаций Pi2 п РсЗ, синхронно зарегистрированных на станциях меридионального и широтного профилей II Тезисы докладов.

Симпозиум по физике геомагнитосферы, Иркутск, 13-18 июня 1977,- Иркутск: СибИЗМИР АН СССР.- С. 45.

8. Баранский Л.П., Герасимович Е.А., Стерликова И.В., Афанасьева Л .Т.. Логинов Г.А. Сравнительный анализ пульсаций Pi2 и Pip, зарегистрированных на меридиональном профиле станций // Геомагнитные исследования № 21.- М.: Советское радио,- 1977,- С. 25-33.

9. Баранский Л.Н., Троицкая В.А.. Стерликова И.В., Гохберг МБ.. Мюнх И., Вильгельм К., Иванов H.A., Харченко И.П. Результаты анализа синхронных записей геомагнитных пульсаций Pi2 на пяти станциях широтного профиля // Геомагнетизм н аэрономня.-.1978.- Т. XVIII,- №5,- С. 893-898.

10. Баранский Л.1-1.. Герасимович К.А., Стерликова И.В., Афанасьева Л.Т.,

Логинов Г.А.Сравннтельный анализ пульсаций Pi2 и PiP, зарегистрированных на меридиональном профиле станций // Геомагнетизм и аэрономия - 1979.Т. Х1Х. -№1.-С. 104-110.

U. Baransky L.,Troitskaya V., Sterlikova I., .Pilipenko V., Hillebrand 0.,Siebert M., Wedeken U., Mimch I., Wilhelm K.., Stuart W.F. Latitudinal and meridional characteristics ofPÍ2 pulsations.//IMS symposium. Melbourne.- 1979.

12. Kangas J.,Pikkarainen T.,Golikov Yu.,Baransky L.,Troitskaya V.A. Sterlikova l.V.BursIs of irregular magnetic pulsations during the substorm. // Joumal of Geophysics.- 1979.-V. 46,-P. 237-247.

13. Baransky L.,Troitskaya V., Sterlikova I., Pilipenko V., Hillebrand 0.,Siebert M., Wedeken U., Munch I., Wilhelm K., Stuart W.F. Simultaneous observations of Pi2 pulsations along Skan. and UK meridian//XII General assembly IUGG, IMS symposium. Canberra.- 1979.

14. Стерлнкова И.В. Пространственно-временные характеристики поля геомагнитных пульсаций P¡2 // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.-М.: ИФЗ АН СССР.-1979.- 17 с.

15. Баранский Л.Н., Стерлнкова И.В..Троицкая В.А., Гохберг М.Б., Пилипенко В.А., Герасимович Е.А., Крылов С.М., Копытенко Ю.А., Хиллебранд О., Зиберт М., Ведекен У., Мюнх П., Вильгельм К. Исследование поля пульсаций Pi2 вдоль геомагнитного меридиана. 1. Меридиональное распределение интенсивности и спектрального состава//Геомагнетизм и аэрономии,- 1980,-Т. XX,- №5,- С.896-904.

16. Baransky L.N.,Troitskaya V.A., Sterlikova I.V.,Gohhberg M.B.,Ivanov N.A., Khartchenko I. Р., Munch J.W., Wilhelm K. The analysis of simultaneous observations of nighttime Pi pulsations on a east — west profile//Joumal of Geophysics.- 1980.-V.48.- P. 1-6.

17.Стерликова И.В., Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Мюнх И., Вильгельм К., Парамонов В В., Иванов Н.А. Пространственно-временной анализ геомагнитных пульсаций P¡2, зарегистрированных на станциях широтного профиля И Структура электромагнитного поля геомагнитных пульсаций. М.: Наука,-1980,- С.89-96.

18.Стерликова И.В. Экспериментальные исследования иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2, зарегистрированных на земной поверхности //

Деп. в ВИНИТИ,- 6.06.1983,- №3061,- 48 с.

19.Стерликова И.В. Два типа пульсаций PilB //Деп. в ВИНИТИ 26.04.1985,- №2827.24с.

20. Стерлнкова И.В. Отличительные признаки геомагнитных пульсаций PilB // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. №1.-С. 160-162.

21. Стерлнкова И.В. Роль геомагнитных пульсаций с частотным диапазоном, близким к биоритмам, в статистике сердечно-сосудистых и нервных заболеваний // Деп. в ВНИИМИ.-1990,- №Д-|8353,- 24 с.

22. Стсрликова И.В. Использование особенностей циклической вариации активное™ геомагнитных пульсаций Рс1 при решении прикладных задач // Материалы XXV научной конференции Владимирского политехнического института, ч.З. Владимир.-1990,-С.45.

23. Стерлнкова И.В. Прямые измерения кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций Pi2 на меридиональных профилях // Сб. Материалы XXVII научной конференции Муромского филиала Владимирского политехнического института. Муром-1992,- С.27.

24. Стерлнкова И.В. Результаты исследования кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций P¡2 вдоль Скандинавского и Гринвичского меридианов // Деп. в ВИНИТИ,- 1992 -№2302 - В 92.-20 с

25. Стерлнкова И.В. Пространственно - временное распределение поляризационных характеристик геомагнитных пульсаций PÍ2 // Деп. в ВИНИТИ,- 1992,- №2303 - В 92. 20 с.

26. Стерлнкова И.В. Исследование взаимосвязи интенсивности геомагнитных пульсаций Pi 1С с комплексом геофизических явлений на сети станций меридионального профиля И Сб. Паука в вузе. Материалы XXX НТК проф.- преподавательского состава, сотрудников и аспирантов Муромского филиала Владимирского государственного технического

университета, Владимир: Владимирский государственный технический университет .1996 - С. 68-69. - ISBN 5-230-04858-1

27. Стерликова И.В., Иванов А.П. Магнитосферные суббури в геомагнитных пульсациях»//Монография.-М.: ОИФЗ им. О.Ю.Шмидта РАН,- 1997. 108 с. 28 Стерликова И.В. Воздействие гелиогеофизических факторов на сердечно - сосудистую и нервную систему человека // Сб. Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии. Материалы III международной научно - технической конференции, 17 - 19 нюня 1998 г., Владимир. / Под ред. J1.T. Сушковой. - Гаврилов - Посад: Институт оценки ■земли, 1998.-С. 277-278.

29. Стерликова И В. Информационное обеспечение медиков данными о неблагоприятном воздействии гелиогеофизической обстановки на организм человека // Сб. Материалы и упрочняющие технологии -98. VI Российская научно - техническая конференция, 15 -17 декабря 1998 г. / Под ред. профессоров, докторов техн.наук В.Н. Гадалова, H.A. Кореневского, B.C. Титова. - Курск: Курский гос. университет, 1998.— С. 202-204.

30. Стерликова И.В. Резонансное взаимодействие ритмических изменений факторов внешней среды с биоритмами человека // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Всероссийская научно - техническая конференция студентов, молодых учёных и специалистов. Тезисы докладов. Рязань: Рязанская государственная радиотехническая академия, 1998. - С. 91-92.

31. Стерликова И.В. Исследование биотропных проявлений солнечной активности // Сб. Научные труды муромских учёных. Материалы 33-й научно - технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов по итогам работы за 1997 год. 30 января 1998 г. / Под ред. Н.В. Чайковской. - Владимир: Владимирский государственный университет. 1999. С. 160-162.

32. Стерликова И.В. СВАН как метод обработки записей КПК магнитного поля Земли // Радиотехника, телевидение и связь. Межвузовский сборник научных трудов, посвящён-ных 110 — летию В.К. Зворыкина. - Муром: Муромский институт (филиал) ВлГу, 1999. -С. 137-140.

33. Стерликова И В. Методика обработки фазовых спектров КПК по принципу стационарной фазы // Радиотехника, телевидение и связь. Межвузовский сборник научных трудов, посвященных 110 - летию В.К. Зворыкина. — Муром: Муромский институт (филиал) ВлГу, 1999.-С. 140-145.

34. Стерликова И В. Мониторинг возмущенной магнитосферы Земли с помощью наземной регистрации иррегулярных геомагнитных пульсаций // Чкаловские чтения. Инженерно - физические проблемы авиационной и космической техники. Третья международная научно-техническая конференция, 1-4 июня 1999г., г. Егорьевск. Тезисы докладов. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 1999. - С. 288-289.

35. Стерликова И.В. Комплексное исследование пространственно - временных характеристик авроральной ажитации // Чкаловские чтения. Инженерно - физические проблемы авиационной и космической техники. Третья международная научно - техническая конференция, 1-4 июня 1999 г., г, Егорьевск. Тезисы докладов. - Егорьевск: ЕАТК ГА, 1999. -С. 290-291.

36. Стерликова И В. Дистанционный метод косвенной оценки физических параметров возмущенной верхней атмосферы с помощью иррегулярных геомагнитных пульсаций // Применение дистанционных радиотехнических методов в исследованиях природной среды. Ill Всероссийская научная конференция. Муром 17-18 июня 1999 года. Сборник докладов. Муром: МиВлГУ, 1999. - С. 74-75

37. Стерликова И.В. Дистанционное зондирование верхней атмосферы и космического пространства с помощью иррегулярных геомагнитных пульсаций // XIX Всероссийская

научная конференция «Распространение радиоволн». Казань, 22-25 июня 1999 г. Тезисы докладов. Казань: Издательство «Хэтер», 1999. - С. 129-130.

38. Стерликова И В. Компьютерные технологии в обработке геомагнитных пульсаций Р1 2 // Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве. Тезисы докладов II Всероссийской научно - технической конференции (3-4 февраля 2000 года). В 11 частях. Часть II. - Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет. 2000. - С. 25-26.

39. Стерликова И В. Исследование взаимосвязи пространственно-временных характеристик авроральной ажитации с комплексом геофизических явлений, сопровождающих магнитосферную суббурю // Сб. Научные труды муромских учёных. Материалы'34-й научно — технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов 29 января 1999 г. / Под ред. Н.В. Чайковской. - Владимир: Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета, ИПЦ Муромского института. 2000. - С. 350352.

40. Стерликова И.В. Наземный мониторинг распределения магнитосферной плазмы с помощью иррегулярных геомагнитных пульсаций //Сб. Научные труды муромских ученых. Материалы 34-й научно - технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов 29 января 1999 г. / Под ред. Н.В. Чайковской. - Владимир: Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета, ИПЦ Муромского института. 2000. - С. 352 - 354.

41. Стерликова И.В. Исследование влияния планет на возникновение экстремальных ситуаций // Необратимые процессы в природе и технике. Тезисы докладов Всероссийской конференции 23-25 января 2001г. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - С. 272-273.

42. Стерликова И.В. Результат обработки фазовых спектров геомагнитных колебаний по принципу стационарной фазы // Методы и устройства передачи и обработки информации. Межвузовский сборник научных трудов. / Под ред. В.В. Ромашова. - Санкт - Петербург: Гидрометеоиздат., 2001. - С. 99-102.

43. Стерликова И.В.Использование компьютерных сетей станций для решения геофизических задач // Сб. Научные труды муромских ученых. Часть 1. Материалы 35-й научно — технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов по итогам работы за 1999 г., 28 января 2000 г. / Под ред. Н.В. Чайковской. - Муром: Муромский институт (филиал') Владимирского государственного университета. 2001. -С. 113-114.

44. Стерликова И.В. Исследование влияния селенотелногеофнзических факторов на производственный травматизм в области средних широт // Сб. Научные труды муромских учйных. Часть II). Материалы 35-й научно — технической конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов по итогам работы за 1999 г., 28 января 2000 г. / Под ред. Н.В. Чайковской. - Муром: Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета, 2002. - С. 118-119.

45. Стерликова И В. Исследование горизонтального распространения магнитотеллурнче-ских полей на примере геомагнитных пульсаций Р\2 И Методы и устройства передачи и обработки информации. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2. / Под ред. В.В. Ромашова, В.В. Булкнка. - Санкт - Петербург: Гидрометеоиздат.. 2002. -С. 32-39.

46. Стерликова И.В. Исследование горизонтального распространения колебаний геомагнитного поля на примере Нх- компоненты Р]2 пульсаций // Методы и устройства передачи и обработки информации. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 3. / Под ред. В.В. Ромашова. В.В. Булкина. - Санкт- Петербург: Гидрометеоиздат., 2003. - С. 8-18

47. Стерликова И В. Исследование горизонтального распространения магпнтотеллуричс-ских полей на примере азимутальной компоненты геомагнитных пульсаций Р| 2 // Перспективные технологии в средствах передачи информации: Материалы 5-ой междуна-

родной научно-технич. кон<|>ер.( 1-4 июля 2003 г.) -Владимир : Связьоценка, 2003.-С. 167,168

48. Стерлигова И В. Исследование горизонтального распространения магнитотеллуриче-ских полей на примере азимутальной компоненты геомагнитных пульсаций Р| 2 // Радиотехника,электроника, информатика: Сб. науч. работ. Вып.З/Под общ. Ред. И.В.Чайковской .- Муром: изд.-полиграф. центр Ми ВлГу, 2003. С. 107-110

49. Стерликова И.В. Исследование кажущихся групповых скоростей распространения геомагнитных колебаний Pi 2 с помощью амплитудных и фазовых спектров // Пятая международная научно-технич. конфер. Чкаповские чтения. Посвящается 100-летию со дня рождения В.П. Чкалова. Сб.материалов,- Егорьевск : ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова, 2004, с. 194,195.

50. Стерликова И В. Результаты цифровой обработки геомагнитных колебаний Р| 2, зарегистрированных в условиях умеренной геомагнитной активности //Шестая международная научно-технич. конфер. Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы конференции 20-22 апреля 2005 г. Владимир. С. 184-186.

Цитируемая литература

1. Черноус С.А. Пульсации Pi2 как индикатор начала фазы развития суббури.// В сб.: Полярные сияния и вторжение авроральных частиц. Л,- 1976.- С.98

2. Troitskaya V.A. Pulsations of the Earth's electromagnetic field with periods of 1 to 15 seconds and their connection with phenomena in the high atmosphere. J. Geophys. Res. 1961. 66. P. 5

3. Campbell W.H., Rees M.H. A study of auroral coruscations. J. Geophys. Res. 1961.66. P.41

4. Bôsinger T., Yahnin A.G. PiB type magnetic pulsations as a high time resolution monitor of substorm development. Ann. Geophysical. 1987. 5. P. 231-238.

5. Kepko L., McPherron R.L. Comment on «Evaluation of low-latitude Pi2 pulsations as indicators of substorm ouset using Polar ultraviolet imagery» by K.. Liou et al. // J. Geophys. Res. A. 2001. 106. N 9. P. 18919-18926.

6. Fukunishi H., Hirasawa T. Progressive change in Pi2 power spectra with the development of magnetospheric substorm,// Rept. Ion. Space Res. Japan 1970. 24. N 1. P.45-65.

7. Saito T., Sakurai T, Mechanism of geomagnetic Pi2 pulsations in magnetically quiet condition. // Sci. Rep. Tohoku Univ. 1970. Ser. 5. 20.N 2. p. 49-70..

8. Kepko L., Kivelson M. G., Yumoto K. Flow bursts, braking and Pi2 pulsarions.// J. Geophys. Res. A. 2001. 106. N 2. P. 1903-1915.

9. Olson J. V. RostokerG. Pi2 pulsations and the auroral electrojet. II Planet. Space Sci. 1975. 23. P. 1129-1139.

10. Зверев B.A., Логинов Г.А.. Пудовкин M.И., Распопов О.М. О поведении пульсаций геомагнитного поля в период, предшествующий полярным магннтным возмущениям. // В кн.: Геомагнитные исследования. М. 1969. N 11. С.37-44.

11. Uyeda S., Nagao T., Hayakawa M., Molchanov O., Lutikov A., Kosarev G., Schekotov A., Belyaev G. Relationship between statistical characteristics of ULF magnetic fields and seismic phenomena observed at Karimshino site. First results. Seismo-Electromagnetics // Collective Monograph. Ed.M. Hayakawa. O.A. Molchanov. TERRAPUB. Japan. 2000. P. 618-624.

12. Клейменова H.Г. , Ролдугнн В.К., Впньерон Ж. О связи субавроральных хоров, наблюдаемых в Согре , с пульсациями светового потока полярных сияний в

Лопарской.// Геомагненизм и аэрономия. 1969. 9. N1. С. 187-190.

13. Коротова Г.И., Распопов О М,, Клейменова Н.Г. Модуляция ОНЧ-излучения геомагнитными пульсациями Pi2.// В кн.: Низкочастотные волны и сигналы во внешней ионосфере. Апатиты. 1974. с.53-58.

14. Li Yan, Yumofo Kiyohumi. Local time dependence of Pi2 pulsations observed along the 210 magnetic meridian//Mem. Fac. Sci. D. Kyushu Univ. 2000. 31. N 1. P. 11-18.

15. Kepko Larry, Kivelson Margaret. Generation of Pi2 pulsations by bursty bulk flows. //J. Geophys. Res. A. 1999. 104. N11. P. 25.021-25.034

16. Грудева H. П., Левшин А.Л., Писаренко В.Ф., Пручкина Ф.М. Спектрально-временной аиализ сейсмических волн.// В сб.: Теоретическая и вычислительная геофизика. М. 1974. вып. 1.С. 3.

17. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. М.: ИФЗ АН СССР. 1985.227 с.

18. Rostoker G. The frequency spectrum of Pi2 micropulsation activity and its relationship to planetary magnetic activity. IIУ Geophys. Res. 1967.72. N 7. P. 2032-2039.

19. Both В., Orr D. Harmonics in spectra of Pi2 pulsations. // Planet. Space Sci. 1973. 21. N 8. p. 1273-1286.

20. Stuart W.F. A mechanism of selective enhancement of Pi2's by the plasmasphere. //J. Atm. Terr. Phys. 1974. 36. P. 851- 859.

21. Rostoker G. A critical study of the possible modes of propagation of Pi2 micropulsation activity over the earth's.//Ann. Geophys. 1968. 24. P.253.

22. Novikov Yu.P., Kopytenko Yu.A., Raspopov O.M. The possible way of determining the plasmasphere parameters by the geomagnetic pulsations amplitude. // J. Atm. and Terr. Phys. 1976.38. P. 1135.

23. Fukunishi H. Polarization changes of geomagnetic Pi2 pulsations associated with the plasmapause.//J. Geophys. Res. 1975. 80.N I. P.98-110.

24. Rostoker G. The polarization characteristics of Pi2 micropulsations and their relation to the determination of possible source mechanisms for the production of nigh-time impulsive micropulsation activity. // Gan. J. Phys. 1967. 45. N 9. P. 1319.

25. Афанасьева Л.Т., Распопов O.M. Особенности поляризации геомагнитных пульсаций типа Pi2 в субавроральных и аврорапьных областях // В кн.: Геомагнитные и ионосферные возмущения в высоких широтах. Л. 1973. С. 131.

26. Mier-Jedrzejowicz W.A.C., Southwood D.J.The east-west structure of mid-latitude geomagnetic pulsations in the 8-25 mHz band. // Planet. Space Sci. 1979. 27. N 5. P. 617

27. Распопов O.M., Черноус С.А., Киселев Б.В. Высокоширотные пульсации геомагнитного поля и их использование для диагностики параметров магнитосферы.// Геомагнетизм и аэрономия. 1971. 11. N4. С. 669-673.

28. Черноус С.А., Баранский Л.Н., Афанасьева Л.Т., Попов А.Н. Иррегулярные пульсации геомагнитного поля в активную фазу суббури.//В сб.: Проблемы изучения и освоения ресурсов Севера. Апатиты, изд. Кольского филиала Ан СССР. 1973. С. 99-111.

29. Heacock R.R. Two subtypes of type Pi micropulsations. // J. Geophys. Res. 1967. 72. P.3905.

30. Kazak B.N., Heller L.A., Troitskaya V.A.,Wirgin A., Moureton C., de Villedary C., Gen-drin R. Methodes d'analyse numérique appliqués aux oscillations de type Pel et Pil enregistrées en deux points geomagnetiquement conjuguesV/ CNFRA. 1967.N21.P.65-72.

31. Рахматуллнн P.A., Пархоменко B.A., Полюшкина Т.Н. Исследование широтного дрейфа всплесков иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 + Pi IB в активную фазу суббури // Тезисы доклада на симпозиуме по физике геомагннтосферы. Иркутск. 1977. С.48.

32. Untiedt J., Pellinen R., KOppers F„ Opgenoorth H.J., Pelster W.D., Baumjohann W., Ranta H., Kangas J., Czechowsky P., Heikkila WJ. Observations of the initial development of an auroral and magnetic substorm at magnetic midnight. //J. Geophys. 1978. 45. P. 41-65.

33. Wilhelm K.., Munch J.W., Kremser G. Fluctuation of the auroral zone current system and geomagnetic pulsations. J. Geophys. Res. 1977.82. P. 2705.

34.. Meacock R.R., Hunsucker R.D. A study of concurrent magnetic field and particle precipitation pulsations 0, 005 to 0,5 Hz.// J. Atm. Terr. Pliys. 1977. 39. P. 487-501.

35. Frank L.A., Ackerson K.L. Observations of charget particle precipitation into the auroral zone. // J. Geophys. Res. 1971. 76. P. 3612-3643.

36. Coleman P.J., McPherron R.L. Substorm observations of magnetic perturbations and ULF waves at synchronous orbit by ATS -1 and ATS-6.// In: The Scientific Satellite Programme during the International Magnetospheric Study. Knott and Battrick, eds. Dordrecht - Holland: D. Reidel. Publ. Co. 1976. P. 345.

37. Баранский Л.Н., Щепетнов P.B., Афанасьева Л.Т., Зыбин К.Ю. .Хиллебранд О., Санкер-Нараян П.В. Распределение интенсивности пульсаций Pi2 вдоль геомагнитного меридиана и на ночной строне Земли.// Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14. N 5. С.871-875

38. Baumjohann W., Glassmeier К.-Н. The transient response mechanism and Pi2 pulsations at substorm onset.- Review and outlook. Planet. Space Sci. 1984. V.32. P. 1361.

39. Распопов O.M. О природе геомагнитных пульсаций типа Pi2.// В кн.: Солнечно-земная физика. М. 1969. Вып. 1.С. 243.

40. Maltsev Yu.P., Leontyev S.V., Lyatsky W.B. Pi2 pulsations as a result of evolution of an Alfven impulse originating in the ionosphere during a brightening of aurora. // Planet. Space Sci., 1974. 22. P. 1519-1533.

41. Orr D. Probing the plasmapause by geomagnetic pulsations. // Ann. Geophys. 1975. 31. P. 77-92.

42. Chappel C.R., Harris K.K., Sharp G.W. A study of the influence of magnetic activity on the location of the plasmapause as measured by OGO-5. // J. Geophys. Res. 1970. 75. P. 50-55.

43. Garnet D.A., Frank.L.A.Thermal and suprathermal plasma densities in the outer magnetosphere. // J. Geophys. Res. 1974. 79. P. 2355.

44. Southwood D.J. Some features of field line resonanses in the magnetosphere. // Planet. Space Sci. 1974. 22. P. 483- 491.

45. Chen L., Hasegawa A. A theory of long- period magnetic pulsations. Steady state excitation of Held line resonance. // J. Geophys. Res. 1974. 79. P. 1024-1032.

46. Сагдеев P.3., Трахтенгерц В.Ю. //Доклад на 1 Байкальской школе «Проблемы физики космической плазмы», Иркутск, 1978.

47. Li Y., Fraser В. J., Menk F. W., Webster D. J., Yumoto K. Properties and sources of low and very low latitude Pi2 pulsations.//J. Geophys. Res. A. 1998. 103. N2. P. 2343-2358.

48. Chernous S.A., Fedorova N.I., Loginov G.A., Starkov G.V., Sukhoivanenko . Ya., Totunova G.F., Yevlashin L.S., Kaila K.U.,Pellinen R.J., Ranta H. Comparative studies on auroral phenomena observed in Kola peninsula and in Finland on December 1-2 and 11-12 1977. Preprint. 1979.

49. McPherron R.L., Russell С. T. Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorm on August 15, 1968. Phenomenological model for substorms. // J. Geophys. Res. 1973. 78. P. 3131-3149.

Подписано в печать 21.04.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага для множит, техники. Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,31. Тираж 120 экз. Заказ № 83. Отпечатано в типографии ЧП Спиридонов В.В., 607102, Нижегородская обл., г. Навашино, ул. Калинина, д.27

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Стерликова, Индиана Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО СИНХРОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ НАЗЕМНЫМИ СЕТЯМИ СТАНЦИЙ.

1.1 Анализ методов наземной регистрации геомагнитных пульсаций.

1.2 Планирование экспериментов.

1.3 Наблюдательные сети станций, регистрирующая аппаратура и ее характеристики.

ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЯХ.

2.1 СВАН как метод математической обработки записей геомагнитных короткопериодных колебаний.

2.1.1 Методика обработки амплитудных спектров СВАН.

2.1.2 Методика обработки фазовых спектров СВАН по принципу стационарной фазы.

2.2 Обработка записей геомагнитных пульсаций в реальном масштабе времени с помощью специализированного прибора - анализатора спектра Real Time Spectrum Analyser.

ГЛАВА 3 СОВРЕМЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ИРРЕГУЛЯРНЫХ

ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ.

3.1 Основные представления о магнитосферной суббуре и ее связи с пульсациями Pi2.

3.2 Пространственное распределение интенсивности Pi2.

3.3 Спектральный состав пульсаций Pi2.

3.4 Поляризация геомагнитных пульсаций Pi2.

3.5 Групповые и фазовые скорости распространения геомагнитных пульсаций Pi2 вдоль земной поверхности.

3.6 Спутниковые наблюдения пульсаций Pi2.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛЯ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ Pi2.

4.1 Исследования спектрального состава Pi2 на меридиональной сети станций.

4.1.1 Зависимость спектрального состава авроральных Pi от уровня магнитной активности.

4.1.2.Изменение спектрального состава Pi2 с широтой пункта наблюдения.

4.1.3 Спектральный состав Pi2 в полярной шапке.

4.2 Исследование спектрального состава пульсаций Pi2 вдоль геомагнитной параллели Ф'~ 52°.

4.3 Результаты исследования меридионального распределения интенсивности пульсаций Pi2.

4.3.1 Меридиональное распределение интенсивности Pi при различных уровнях геомагнитной активности.

4.3.2 Меридиональное распределение интенсивности различных спектральных составляющих Нх- компоненты Pi2.

4.3.3 Регрессионный анализ в исследовании зависимости затухания интенсивности Pi2 от периода колебаний.

4.3.4 Регрессионный анализ в исследовании зависимости усиления интенсивности Pi2 от периода колебаний.

4.3.5 Меридиональное распределение интенсивности Ну и Hz -компонент Pi2.

4.4 Распределение интенсивности геомагнитных пульсаций Pi2 вдоль среднеширотной геомагнитной параллели.

4.5 Особенности поляризации геомагнитных пульсаций Pi на среднеширотном профиле станций.

4.6 Исследование поляризации геомагнитных пульсаций Pi вдоль геомагнитного меридиана.

4.6.1 Исследование особенностей поляризации в горизонтальной плоскости XOY.

4.6.2 Исследование поляризации в вертикальных плоскостях

YOZ и XOZ на меридиональном профиле.

4.7 Исследование величины и направления кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций Pi2 вдоль геомагнитной параллели.

4.8 Исследование величины и направления кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций Pi2 вдоль геомагнитного меридиана.

ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ КОМПЛЕКСНОЙ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ АМПЛИТУДНЫХ И ФАЗОВЫХ СПЕКТРОВ Pi2 В ИССЛЕДОВАНИИ ГАРМОНИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ СПЕКТРА И ГРУППОВОЙ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ.

5.1 Исследование спектрального состава и кажущейся групповой скорости Pi 2, зарегистрированного 21.10.74 г. в -22:52 UT в условиях низкой геомагнитной активности.

5.2 Исследование спектрального состава и кажущейся групповой скорости Pi2, зарегистрированных в условиях умеренной геомагнитной активности.

5.2.1 Случай Pi 2, зарегистрированный 18.10.74 г. в -22:00 UT.

5.2.2 Случай Pi 2, зарегистрированный 22.10.74 г. в -19:34 UT.

5.2.3 Случай Pi 2, зарегистрированный 20.10.74 г. в-18:47 UT.

5.3 Исследование спектрального состава и кажущейся групповой скорости Pi2, зарегистрированных в условиях высокой геомагнитной активности.

5.3.1 Случай Pi 2, зарегистрированный 18.10.74 г. в -18:52 UT.

5.3.2 Случай Pi 2, зарегистрированный 18.10.74 г. в-18:43- 18:45 UT.

5.3.3 Случай Pi 2, зарегистрированный 18.10.74г.в ~17:49 UT.

ГЛАВА 6 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ PiP И Pi 1В, СОПУТСТВУЮЩИХ ГЕНЕРАЦИИ Pi2.

6.1 Сравнительный анализ спектров геомагнитных колебаний НЧ диапазона Pi2 и PiP по данным СВАН на сети станций меридионального профиля.

6.2 Два типа пульсаций Pi 1В и их отличительные признаки.

6.3 Исследование спектрального состава и меридионального распределения интенсивности пульсаций PilB-rPi2.

ГЛАВА7 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИРРЕГУЛЯРНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЦИФРОВОГО АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА.

7.1 Результаты обработки материалов наблюдений за развитием геофизических процессов в полярной ионосфере. Описание магнитосферных суббурь в ночь с 12.10.74г. на 13.10.74г.

7.2 Результаты обработки наблюдений геомагнитных пульсаций с помощью цифрового анализатора спектра.

7.2.1 Исследование меридионального распределения интенсивности иррегулярных геомагнитных пульсаций.

7.2.2 Исследование распределения амплитуды геомагнитных пульсаций Pi2 и Pil в зависимости от местного магнитного времени на разноширотных станциях.

7.2.3 Исследование зависимости суточного хода амплитуды иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 и Pi 1 от частоты колебаний на авроральных и средних широтах.

7.2.4 Исследование изменения спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций НЧ диапазона в зависимости от широты наблюдений.

7.2.5 Исследование изменения спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ диапазона в зависимости от широты наблюдений.

7.2.6 Исследование зависимости спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций Pil и Pi2 от местного магнитного времени их регистрации на сети станций вдоль геомагнитного меридиана 11°.

ГЛАВА 8 ТЕОРИИ ГЕНЕРАЦИИ ИРРЕГУЛЯРНЫХ

ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ Pi2 и PilB.

8.1 Современные представления о механизмах генерации Pi2.

8.2 Обсуждение экспериментальных результатов с точки зрения теоретических представлений о механизмах генерации Pi2.

8.2.1 Область аврорального максимума интенсивности Pi2.

8.2.2 Область среднеширотного максимума интенсивности Pi2.

8.3 Современные теории генерации геомагнитных пульсаций PilB.

8.3.1 Возбуждение пульсаций PilB потоками энергичных электронов.

8.3.2 Возбуждение пульсаций PilB пучками протонов.

8.3.3 Генерация пульсаций PilB двойным электрическим слоем.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи"

Реальное магнитное поле Земли отличается от теоретически рассчитанного [1,2] поля магнитного диполя. Это различие вызвано воздействием корпускулярной солнечной радиации. Поток солнечной плазмы, так называемый солнечный ветер, взаимодействует с силовыми линиями земного магнитного поля, искажая их и вытягивая в хвост на ночной стороне Земли. В результате взаимодействия сверхзвукового потока горячей замагниченной плазмы солнечного ветра с геомагнитным полем формируется полость, которая получила название магнитосферы. В грубом приближении можно сказать, что магнитное поле Земли полностью вытесняет плазму солнечного ветра из этой полости, так как из-за идеальной проводимости плазмы солнечного ветра (о-юо) частицы солнечной плазмы как бы «вморожены» в межпланетное магнитное поле и не могут проникать в геомагнитное поле. Происходящие в магнитосфере физические процессы воздействуют на климат и на биосферу Земли. Поэтому очень важно знать тонкости их протекания.

Магнитосфера Земли имеет сложную структуру и динамику, так как ее контуры формирует солнечный ветер своим непрерывным воздействием. В динамике магнитосферных процессов существенную роль играют плазменные неустойчивости, развивающиеся в различных областях магнитосферы и приводящие к генерации гидромагнитных волн. Часть из этих волн, проходя через ионосферу, трансформируется в электромагнитные волны, которые достигают земной поверхности и регистрируются в виде геомагнитных пульсаций - быстрых вариаций геомагнитного поля в диапазоне частот от мГц до нескольких Гц.

Зарождаясь в космическом пространстве вследствие развития неустойчивости плазмы, пульсации магнитного поля Земли (МПЗ) могут служить уникальным средством для диагностики протекающих в космосе процессов. По разнообразию и полноте доставляемой информации о магнитосфере пульсации занимают особое место. Наблюдения пульсаций позволяют контролировать большое число структурных и динамических параметров плазмы, окружающей Землю. Различные типы быстрых вариаций МПЗ соответствуют разным специфическим изменениям состояния магнитосферы: изменениям ее размеров и формы, изменениям интенсивности потоков заселяющих ее частиц и их пространственных энергетических распределений. Быстрые геомагнитные вариации содержат также информацию о свойствах солнечного ветра. Земля, по выражению В.А. Троицкой [3], представляет собой естественный пульт, подключенный вы-сокопроводящими силовыми линиями к самым различным, в том числе и чрезвычайно удаленным, участкам магнитосферы, так что анализ данных наземных обсерваторий в принципе позволяет непрерывно следить за состоянием всей магнитосферы. Основные направления использования короткопериодических колебаний для диагностических целей впервые были развиты в ОИФЗ РАН [3, 4]. Идея диагностики магнитосферной плазмы по наземным наблюдениям пульсаций и ее исключительная важность получили в настоящее время мировое признание.

Диссертационная работа выполнена в Муромском институте (филиале) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Владимирский государственный университет». Она является естественным развитием основных положений кандидатской диссертации, написанной и защищенной автором более 30 лет назад в период обучения в очной аспирантуре в Объединенном Институте физики Земли РАН в отделе Электромагнитного поля Земли под руководством д.ф.м.н., профессора В.А. Троицкой и ведущего научного сотрудника J1.H. Баранского.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с договорами о научном сотрудничестве между ОИФЗ РАН и Ми ВлГУ № 267 - с /83, а также в соответствии с темами НИР ОИФЗ РАН « Исследование структурных особенностей генерации и распространения геомагнитных пульсаций в широтном и меридиональном направлениях» (государственные номера регистрации 74061230 и 78003074), «Исследование особенностей электромагнитного поля геомагнитных пульсаций, обусловленных сверхмедленным распространением вдоль поверхности Земли» (государственный номер регистрации 78003076), «Исследование количественных характеристик геомагнитных среднеширотных пульсаций» государственный номер регистрации 80069244).

Результатом научного сотрудничества являются совместные с сотрудниками ОИФЗ РАН публикации и монография «Магнитосферные суббури в геомагнитных пульсациях», объемом 13,5/11п.л., опубликованная в 1997 г. в издательстве ОИФЗ РАН.

В целях проверки практической значимости работы в рамках программы «Человек и биосфера» автором проведены исследования влияния гелиогеофи-зических факторов на здоровье человека по данным станции скорой помощи на основании договора между Ми ВлГУ и станцией скорой помощи Муромской городской больницы в тесном научном контакте с I Московским медицинским институтом им. И.М. Сеченова и Институтом космических исследований (ИКИ РАН). Результаты исследований отражены в публикациях [234-241].

Объект исследования - околоземное космическое пространство.

Предмет исследования - иррегулярные геомагнитные пульсации типов Pil,Pi2,Pi3.

Актуальность выбранного направления исследования заключается в информативности иррегулярных геомагнитных пульсаций о протекании физических процессов в околоземном и межпланетном пространствах в периоды подготовки и возникновения магнитосферной суббури. По существу все типы иррегулярных пульсаций являются элементами магнитосферной суббури, ее своеобразным почерком, поскольку генерация иррегулярных пульсаций протекает в определенной последовательности по мере развития суббури.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ

Систематическое изучение короткопериодных колебаний геомагнитного поля было начато в период международного геофизического года МГТ, 1957-1958 г.г. За последние 30 лет реализовано более 15 крупных международных программ, направленных на изучение отдельных регионов и сфер Земли. Наиболее значимые из них - « Международный год спокойного Солнца» (МГС) и «Международные исследования магнитосферы» (МИМ, 1976-1980 г.г. ). Полученный опыт привел к осознанию необходимости перехода от исследования отдельных земных оболочек к исследованию Земли вцелом. На осуществление этой цели была направлена международная геосферно- биосферная программа « Глобальные изменения « (1990 -ые годы ), выступившая преемником программ геофизического сотрудничества и программы « Человек и биосфера». Объединение содержаний этих программ направлено на выявление взаимодействия между элементами триады «геофизические явления- биота- человек» и воздействия на них внешних космических и внутриземных факторов. В настоящее время общепризнано, что магнитосфера - неотъемлемая часть планены, ее окружающая среда. В связи с этим внимание исследователей привлекает проблема влияния магнитных бурь на погоду, на урожай, на здоровье человека. Электромагнитные колебания при сравнительно малой амплитуде могут вносить нарушения в ритмику биоэлектрических процессов (нейронные сети) и оказывать воздействия на психику человека и животных, так как их спектр перекрывается со спектром основных биоэлектрических колебаний (от 0,1 Гц до десятков Гц ) [ 5 ].

Информацию о надвигающейся суббуре и ее характере могут дать иррегулярные пульсации, так как из всех известных типов геомагнитных пульсаций они наиболее всего связаны с магнитосферной суббурей. Изучение магнитосферной суббури имеет важное практическое значение, например, для определения состояния ионосферы, от которого зависит распространение радиоволн. В настоящее время известно, что в период магнитных бурь и суббурь нарушаются радио-и навигационная связи.

Большинство исследователей считает Pi2 своего рода «сигналом» о начале взрывной (главной) фазы суббури. Вместе с тем существует мнение, по которому до сих пор в научной литературе продолжается полемика, о генерации Pi2 в предварительную фазу суббури [6,] в связи с этим о возможности использования Pi2 в качестве предвестников взрывной фазы суббури. Это мнение оспаривается в [7]: автор считает, что речь идет о Pi2 , наблюдаемых в вечернее время, которым соответствует начало активной фазы суббури в ночном секторе магнитосферы. Пульсации Pi2 никогда не наблюдаются в восстановительную фазу суббури [8]. В [9] представлена дискуссия по вопросу : является ли всплеск Pi2 в низких широтах надежным индикатором начала суббури в связи с публикацией [10]. Авторы [9], опубликовавшие комментарий на статью [10], полагают, что выводы статьи [10] есть следствие приемов идентификации начала авроральных изображений и начала микропульсаций, и опубликованная временная задержка не отражает истинных временных связей между указанными явлениями.

Начальная фаза магнитосферной суббури характеризуется внезапным уменьшением горизонтальной составляющей МПЗ. Исследования, выполненные в [11] на Камчатском полигоне отмечают статистически устойчивый эффект ослабления горизонтальной составляющей МПЗ в УНЧ диапазоне (0,010,1 Гц) за несколько суток до землетрясений. Учитывая, что указанный диапазон частот соответствует пульсациям Pi2, которые нередко бывают промодули-рованы ОНЧ колебаниями, возможна перспектива для Pi2 в качестве предвестников землетрясений.

Геомагнитные пульсации, зарегистрированные на Земле, могут быть использованы в качестве инструмента диагностики параметров плазмы и плазменных процессов в магнитосфере Земли и за ее пределами. « Наземные» Pi2 позволяют диагностировать:

1) параметры межпланетного магнитного поля ( величину и направление его вертикальной составляющей В^);

2) толщину плазменного слоя хвоста магнитосферы;

3) местонахождение плазмопаузы - границы области магнитосферы с высокой и низкой концентрацией холодной плазмы;

4) инжекцию электронов в полярную верхнюю атмосферу и косвенно - концентрацию слоя озона, защищающего Землю от ультрафиолетовых излучений;

5) местонахождение южной границы овала сияний;

6) местонахождение различных зон риометрического поглощения;

7) молекулярный (атомарный) состав верхней ионосферы, соответствующий определенным длинам электромагнитных волн оптического диапазона, излучаемых авроральными сияниями.

Поясним более подробно. Сопоставления наземных и спутниковых наблюдений [12,13] показали, что генерация Pi2 обычно наблюдается при южном направлении вертикальной Bz - составляющей межпланетного магнитного поля через 20- 100 мин после ее переориентации с северного направления на южное. При этом амплитуда Pi2 пропорциональна величине изменения Bz - составляющей [12]. Установление устойчивой связи геомагнитных пульсаций Pi2 с вертикальной составляющей межпланетного магнитного поля позволит получать информацию о ее величине и направлении по данным наземных наблюдений Pi2.

Согласно экспериментальным данным [14,15], существует однозначное совпадение моментов генерации Pi2 и утоньшения плазменного слоя в хвосте магнитосферы. Более того, отмечено, что в отсутствие утоньшения плазменного слоя генерации PI2 не наблюдается, хотя развивается бухта так называемого конвективного типа. Тем самым открываются возможности использования Pi2 в качестве индикатора утоньшения плазменного слоя в хвосте магнитосферы во время взрывной фазы суббури. Одновременно этот факт проливает свет на физическую природу Pi2 и механизм их генерации.

Изучение особенностей поляризации Pi2 (в частности направления вращения эллипса поляризации) вдоль геомагнитного меридиана в области субаврораль-ных широт, согласно [16], может быть использовано для целей слежения за проекцией плазмопаузы на земную поверхность, которая движется во время суббури.

Ионосфера и хвост магнитосферы, как показывают спутниковые наблюдения, обмениваются частицами. Поэтому изучение Pi2 дает информацию не только о процессах з хвосте, но и в ионосфере.

Возбуждение Pi2 протекает на фоне лучистых форм полярных сияний, что свидетельствует о связи генерации Pi2 с инжекцией электронов, обладающих высокой энергией в кульминационный момент суббури и влияющих, в частности, на концентрацию слоя озона.

Обнаруженная в [17] связь между периодом пульсаций Pi2 и геомагнитной широтой дуг сияний открывает возможности слежения за движением аврораль-ных образований по спектру геомагнитных пульсаций. В работах [18-20] установлена четкая связь доминирующего периода Pi2 с положением экваториальной границы полярных сияний, что открывает возможность использования Pi2 для статистических исследований этой авроральной области.

В [21] обнаружена корреляция «пик в пик» пульсаций риометрического поглощения космического шума и геомагнитных пульсаций PilB, сопутствующих Pi2.

Геомагнитные пульсации Pi2 регистрируются одновременно с красными дугами полярных сияний типа А, относящимся к дугам дневной стороны овала, и вызванным проникновением частиц через полярные каспы [22-24]. Это, с одной стороны, позволяет уточнить место проникновения заряженных частиц, ответственных за развитие Pi2. С другой стороны, красные дуги соответствуют излучению электромагнитных волн с длинами 557,7 нм и 630,0 нм, возникающему при взаимодействии электронов с атомарным кислородом, что позволит использовать Pi2 для диагностики состава ионосферы.

Исходя из изложенного, есть все основания считать, что геомагнитные пульсации Pi2 несут информацию о протекании физических процессов в космическом пространстве в периоды подготовки и возникновения суббури.

Диагностика космического пространства по наземным наблюдениям геомагнитных пульсаций, безусловно, является перспективным направлением, имеющим ряд преимуществ перед спутниковыми наблюдениями. Эти преимущества носят, прежде всего, экономический характер, не ограничивая при этом возможности непрерывного и длительного слежения за развитием колебательных процессов в магнитосфере. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что целый ряд сложных и тонких колебательных процессов, возникающих в околоземной плазме, по-видимому, легче обнаруживать и прослеживать именно по наземным данным, так как вероятность для спутника «поймать» такую информацию очень мала. Кроме того, наземная регистрация геомагнитных пульсаций обладает простотой и оперативностью получения экспериментальных данных.

Диагностика магнитосферных процессов неразрывно связана с детальным изучением геомагнитных пульсаций, с поисками наиболее вероятного механизма их генерации, определением местонахождения их источников, исследованием распространения пульсаций от области источника к Земле.

Цель работы- решение фундаментальной проблемы, связанной с поиском источников иррегулярных геомагнитных колебаний, механизмов их генерации и распространения.

Для достижения цели в работе поставлена задача - исследовать пространственно-временную структуру поля иррегулярных геомагнитных пульсаций.

В качестве способа решения поставленной задачи выбран экспериментальный метод измерения амплитуд и фаз на достаточно плотных наземных цепочках станций, позволяющих локализовать источник.

База исследования - наземные цепочки станций вдоль двух геомагнитных меридианов (А/~83°, Х,'~11 Г) и вдоль геомагнитной параллели Ф'~52°, соответствующих естественным разрезам магнитосферы. Будучи подключенными с помощью высокопроводящих магнитных силовых линий к различным участкам магнитосферы , они служат своеобразным инструментом («щупом») в исследовании состояния магнитосферы.

Научная новизна работы - представленный экспериментальный материал уникален по своей полноте и чистоте эксперимента и в этом смысле не имеет мировых аналогов за последние 30 лет.

Для исследования использованы материалы трех международных экспериментов 1971, 1974 и 1977 г.г. по наземной регистрации колебаний магнитного поля Земли в периоды с различной солнечной активностью, что соответствовало различной структуре магнитосферы, подверженной динамике в зависимости от активности Солнца.

Все три эксперимента проведены практически на одном геомагнитном меридиане 1 Г, проходящем через Скандинавский полуостров, что устраняет неоднозначность толкования результатов.

Поистине уникальным является эксперимент 1974 г., осуществленный научными организациями России, Германии, Финляндии, Грузии, Туркмении и Казахстана. Эксперимент был поставлен одновременно на двух профилях станций - геомагнитном меридиане 11° и геомагнитной параллели Ф'~52°. По своим масштабам это глобальный эксперимент. Геофизическая сеть станций перекрывала значительные площади земной поверхности - почти половину северного полушария Земли. Кроме основной сети станций в эксперименте приняли участие постоянно действующие обсерватории, всего 31 станция, охватив территорию по долготе от Линдау до Петропавловска- Камчатского, по широте - от Ашхабада ( Ф'~ 32,6 0 ) до Хейса ( Ф'~ 74°).

Чистота эксперимента определялась синхронностью наблюдений и размещением измерительной аппаратуры, имеющей близкие частотные и фазовые характеристики (индукционный магнитометр ОИФЗ РАН, компенсационный магнитометр Института аэрономии М. Планка и магнитометр Грене Геофизического института Геттингенгского университета). Регистрация пульсаций на станциях основной сети велась на магнитной пленке в цифровой и аналоговой формах и, кроме того, на бумажных самописцах, на станциях дополнительной сети - на фоторегистрирующих установках. Диапазон регистрируемых частот от 0,01 Гц до 0,3 Гц на станциях основной сети был расширен вплоть до 2 Гц для станций дополнительной сети.

Нх и Ну, на большинстве станций меридионального профиля дополнительно регистрировалась третья - вертикальная компонента магнитного поля Hz.

Плотность размещения большинства станций на меридиональном профиле (особенно в субавроральных и авроральных широтах) составила ~Г по широте, что очень важно для выявления структурных особенностей наземного распределения поля геомагнитных пульсаций.

Эксперимент 1977 г. был впервые проведен одновременно на двух геомагнитных меридианах, отстоящих по долготе друг от друга на ~ 28°, - на геомагнитном меридиане 111° и Гринвичском меридиане X" -83°.

Одновременно с регистрацией короткопериодных колебаний МПЗ во время эксперимента 1974 г. проводились наблюдения риометрического поглощения и медленных магнитных вариаций, которые нашли отражение в диссертации.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы для построения методов мониторинга параметров и физических процессов в магнитосферной плазме по наземным данным, а также в качестве экспериментальной проверки существующих теорий генерации иррегулярных пульсаций. Полученные сведения о пространственно -временном распределении поля пульсаций вдоль земной поверхности необходимо учитывать:

2) при решении прикладных задач, требующих исследований пульсаций как фона, па котором должны быть опознаны специфические сигналы;

3) в МЧС с целью заблаговременного оповещения населения о возможных ураганах, штормах и землетрясениях;

4) в Гидрометеоцентре при составлении прогноза космической погоды;

5) в медицине с целью профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и заболеваний нервной системы.

Достоверность полученных экспериментальных результатов следует из их согласия с результатами других исследователей, проведенными на аналогичных объектах [26], на спутниках в соответствующих областях магнитосферы [114,115], а также из достаточно хорошего качественного и количественного согласия с развитыми теоретическими представлениями.

Предварительный анализ выполнен визуально и включал:

1) опознавание и выделение конкретного типа сигнала на записях;

2) построение пространственно - временного распределения вдоль земной поверхности основных характеристик геомагнитных колебаний (амплитуды, частоты, фазы).

1) математическое моделирование иррегулярных геомагнитных колебаний с помощью двойного преобразования Фурье (по времени и частоте) по аналогии с моделированием сейсмических сигналов; автором подобраны параметры математической модели ;

2) проверку математической модели на примере иррегулярных геомагнитных пульсаций типа Pi2 и PiP, выполненную автором для избранных случаев пульсаций;

3) расчет на ЭВМ динамических амплитудных и фазовых спектров двух горизонтальных компонент магнитного поля Земли (МПЗ), полного вектора МПЗ в горизонтальной плоскости и межкомпонентной разности фаз; в том числе для 6 станций меридионального профиля эксперимента 1971 г.: о.Хейса, м. Желания, Тамбей, Ловозеро, Борок, Ашхабад и для 4 станций меридионального профиля эксперимента 1974 г.: о. Хейса, Суккозеро, Суйсарь, Белое озеро принадлежит автору.

По результатам первого этапа компьютерной обработки геомагнитных пульсаций автором разработаны и применены различные методики обработки динамических амплитудных и фазовых спектров и выполнено их сравнение. Первый этап компьютерной обработки иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 завершился проведением исследований спектрального состава, поляризации, интенсивности пульсаций, фазовых и групповых запаздываний на меридиональных и широтном профилях станций. Исследования пространственно - временных характеристик иррегулярных геомагнитных пульсаций, проведенные по разным методикам, позволили провести их сравнение, что может иметь принципиальное значение при решении вопроса о способах регистрации геомагнитных пульсаций.

Второй этап компьютерной обработки состоял из:

1) обработки иррегулярных геомагнитных пульсаций в реальном масштабе времени на специализированном приборе Real Time Spectrum Analyzer Оуль-ского университета в Финляндии; полученные цифровые спектры любезно предоставлены J1.H. Баранским автору для дальнейшей обработки, результатом которой являются совместные публикации;

2) расчета с применением ЭВМ и построения амплитудных динамических спектров иррегулярных геомагнитных пульсаций типа Pi 1 (в «грубом» приближении СВАН геомагнитных пульсаций Pi 1В и Pi 1С для двух горизонтальных компонент МПЗ на всех 5 станциях меридионального профиля ) , выполненного автором;

На основании полученных амплитудных спектров проведено построение пространственно- временного распределения вдоль земной поверхности амплитуды пульсаций, зарегистрированных в НЧ ( 0,01 Гц- 0,1 Гц) и ВЧ ( 0,1 Гц- 1 Гц) диапазонах, и исследование изменения спектрального состава в пространстве и во времени.

Реализация работы. Результаты исследования использованы при выполнении хоздоговорной работы.

Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на международном симпозиуме по проекту «Геомагнитный меридиан», Ленинград, 1976 г.; на симпозиуме по физике геомагнитосферы, Иркутск, 1977г.; на конкурсе молодых ученых , Москва, ОИФЗ РАН, 1978 г.; на международных симпозиумах, Канберра, Мельбурн (Австралия ), 1979 г.; на III международной научно- технической конференции (НТК ) « Физика и радиоэлектроника в медицине и биологии», Владимир, 1998 г.; на Всероссийской НТК молодых ученых и специалистов « Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы», Рязань, 1998 г.; на III международной НТК « Чкаловские чтения. Инженерно- физические проблемы авиационной и космической техники», г. Егорьевск, 1999 г.; на VI Российской НТК « Материалы и упрочняющие технологии. Раздел: Медико-информационные технологии», Курск, 1998 г.; на III международной НТК « Чкаловские чтения. Инженерно- физические проблемы авиационной и космической техники», г. Егорьевск, 1999 г.; на I Всероссийской НТК « Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве», Н. Новгород, 1999 г.; на III Всероссийской научной конференции « Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды», Муром, 1999г.; на XIX Всероссийской научной конференции « Распространение радиоволн», Казань, 1999 г.; на II Всероссийской НТК « Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве», Н. Новгород, 2000; на Всероссийской конференции « Необратимые процессы в природе и технике», МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 г.; на V международной НТК « Чкаловские чтения. Посвящается 100-летию со дня рождения В.П. Чкалова.», Егорьевск, 2004г.; па VI международной НТК «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир- Суздаль, 2005 г.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Стерликова, Индиана Вячеславовна

Выводы к разделу 7.2.4

1. Весь спектральный состав пульсаций НЧ диапазона формируется в области авроральных широт.

7.2.5 Исследование изменения спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ диапазона в зависимости от широты наблюдений

Для ВЧ диапазона геомагнитных пульсаций от 0,1 Гц до 1 Гц отдельно построены 12 нормированных амплитудных спектров для Нх и Ну -компонент геомагнитного поля в том же 12- часовом интервале наблюдений ( рис. 7.2.13 -7.2.24 в приложении). Каждый из спектров также соответствует одному часовому промежутку наблюдений. Спектры построены для четырех наземных станций, расположенных вдоль того же меридиана 11 Г. Две из четырех станций - те же, что и в предыдущих измерениях: WL и Suk. Остальные станции- другие и расположены на других широтах, самая высокоширотная из них - Sod, геомагнитная широта Ф' -63°, расположенная между Кии и Iva. Субавроральная станция Nurm, геомагнитная широта которой Ф'~ 57,5°, располагалась между WL и Suk. Цепочка станций, проводившая измерения пульсаций в ВЧ диапазоне, позволяет исследовать изменение спектрального состава в диапазоне геомагнитных широт от Ф'~ 63° до Ф'~ 55°.

Временной интервал 20 -21 UT соответствует высокой геомагнитной активности Кр=5 . На субавроральной станции Sod самый сложный спектральный состав, ярко выраженный дискретный спектр, насчитывающий 6 спектральных составляющих: 0,1 Гц, 0,15 Гц, 0,25 Гц, 0,33 Гц, 0,35 Гц, 0,65 Гц. Немного южнее станции Sod на Ф'~ 62° - 61° располагается проекция плазмопаузы на земную поверхность. На станции Nurm, расположенной на ~ 3° южнее проекции плазмопаузы, также наблюдается дискретный спектр, но выраженный менее ярко. Отчетливо прослеживаются 3 спектральные компоненты 0,1 Гц, 0,3 Гц, 0,4 Гц. На среднеширотной станции WL наблюдается непрерывный спектр с основным энергетическим вкладом в спектральную составляющую 0,1 Гц. Последующие 3 часовых интервала соответствуют предварительной фазе маг-~ нитосферной суббури с умеренной геомагнитной активностью,"характеризуемой средним 3-х часовым индексом Кр = 4+ . В 21 -22 UT ярко выражен дискретный спектр на среднеширотной станции WL и субавроральной станции

Nurm, четко выделяются по обеим горизонтальным компонентам спектральные составляющие 0,1 Гц, 0,15 Гц, 0,3 Гц, 0,5 Гц. Обе станции расположены на широтах, совпадающих с проекцией плазмосферы на земную поверхность, учитывая, что проекция плазмопаузы приходится на геомагнитные широты 60° -61°. На станциях, расположенных выше проекции плазмопаузы, спектры также имеют дискретный характер, но число спектральных компонент меньше. В Suk 0,1 Гц и 0,3 Гц, в Sod - 0,1 Гц, 0,25 Гц и 0,4 Гц. Прослеживается тенденция роста периода колебаний в направлении полюса. В интервале времени 22 -23 UT на станциях, расположенных внутри плазмосферы, спектр колебаний имеет дискретный характер. На всех станциях меридионального профиля выделяются спектральные составляющие 0,1 Гц и 0,3 Гц, а в Nurm, кроме того, - 0,15 Гц. В интервале 23 - 24 UT на станциях, расположенных внутри плазмосферы, спектр дискретный. В Nurm и WL выделяются спектральные составляющие 0,1 Гц и 0,3 Гц. На станции Sod, расположенной выше проекции плазмопаузы на земную поверхность, спектр колебаний имеет непрерывный характер. В интервале 0 - 1 UT, соответствующем началу взрывной фазы суббури, в Nurm, местоположение которой совпадает с проекцией плазмопаузы, четко выраженная дискретная структура спектра с составляющими 0,1 Гц, 0,25 Гц, 0,3 Гц. На станции WL, расположенной внутри плазмосферы, спектр колебаний также дискретный, отчетливо выделяются спектральные составляющие 0,1 Гц и 0,25 Гц. На станциях Suk и Sod, расположенных выше проекции плазмопаузы, спектр колебаний приобретает менее выраженный дискретный характер, приближаясь к непрерывному. Спектры иррегулярных колебаний в рассмотренных временных интервалах приходятся на предварительную и начальную стадию взрывной фазы суббури и, судя по их дискретному характеру, они принадлежат к классу Pil В. Анализ спектров позволяет сделать вывод о влиянии на спектральный состав Pi 1В плазмопаузы, на которой могут при определенных магнитосферных условиях зарождаться поверхностные волны, согласно [59,178]. В остальных часовых интервалах, начиная с 1 UT, спектр колебаний приобретает непрерывный характер, соответствуя спектру авроральной ажитации PilC, имеющей место во взрывную и восстановительную фазы суббури. Но и в непрерывных спектрах прослеживается спектральный пик 0,3 Гц, правда выраженный незначительно по сравнению со спектральной составляющей 0,1 Гц, на которую приходится основной энергетический вклад.

Вывод к разделу 7.2.5 Таким образом, в данном разделе показано, что в спектре иррегулярных ко-роткопериодных колебаний Pil действительно присутствует спектральный пик 0,3 Гц, отмечаемый в работе [21 ], которому соответствует спектральный пик той же частоты, обнаруженный на спутнике ATS-1 [152]. Этот спектральный пик можно объяснить существованием в ионосфере резонатора, отвечающего за генерацию PilB, теоретический расчет которого дан в главе 8.

7.2.6 Исследование зависимости спектрального состава иррегулярных геомагнитных пульсаций PI1 и Pi2 от местного магнитного времени их регистрации на сети станций вдоль геомагнитного меридиана Х,'~111°

Нормированные спектры геомагнитных пульсаций НЧ диапазона, построенные для каждого из 12 часовых интервалов непрерывных наблюдений на раз-ноширотных станциях вдоль одного геомагнитного меридиана, позволяют провести исследование зависимости спектрального состава от магнитного локального времени их наблюдения и Кр - индекса геомагнитной активности, возрастающего от полуночных к полуденным часам в различных геофизических зонах.

На рис.7.2.25-7.2.27 построены распределения периодов пульсации НЧ диапазона в зависимости от магнитного локального времени их регистрации для авроральных станций Kevo и Iva и для среднеширотной станции WL. Прямоугольником обозначены периоды колебаний, которым принадлежит основной энергетический вклад. Точкой обозначены дискретные периоды, имеющие второстепенный энергетический вклад в спектр колебаний. Геомагнитная активность в течение 12 часов наблюдений росла, принимая последовательно значения 4+, в., 70, 7.

Из рис. 7.2.25-7.2.27 видно, что с ростом Кр растет число спектральных составляющих как на авроральных, так и на среднеширотных станциях от одного-двух при Кр = 4f до четырех при Кр~7. Но основной энергетический вклад на авроральных станциях принадлежит длиннопериодным компонентам спектра Т~100 с. Зависимости периода колебаний на авроральной станции от магнитного локального времени не обнаружено. Возможно, это объясняется отсутствием наблюдений на вечерний стороне Земли. На среднеширотной станции WL период колебаний Т-100 с наблюдается в течение всего 12 часового промежутка. Вместе с тем, обнаружено перераспределение энергии в спектре среднеширотных колебаний в сторону коротких периодов от 4 LT до 9 LT (на рассветной стороне). Возможно, это связано с ростом геомагнитной активности от Кр = 4+ до Кр = 7о в эти часы. Однако, в предполуденные часы основной энергетический вклад принадлежит, как и в послеполуночные часы, длиннопе-риодным компонентам спектра, хотя магнитная активность по-прежнему высока Кр = 7.

Рис. 7.2.25 Распределение периодов Нх - компоненты пульсаций НЧ диапазона при разных уровнях геомагнитной активности ( Кр - индексах ) в зависимости от местного магнитного времени на авроральной станции Kev

Рис. 7.2.26 Распределение периодов Нх - компоненты пульсаций НЧ диапазона при разных уровнях геомагнитной активности (Кр - индексах ) в зависимости от местного магнитного времени на авроральной станции Iva

12-13.10.74

Рис. 7.2.27 Распределение периодов Нх - компоненты пульсаций НЧ диапазона при разных уровнях геомагнитной активности ( Кр - индексах ) в зависимости от местного магнитного времени на среднеширотной станции WL

Обозначения: ■ - основной энергетический вклад; - второстепенный энергетический вклад в спектр колебаний

Рис. 7.2.28 Распределение периодов Ну - компоненты пульсаций НЧ диапазона при разных уровнях геомагнитной активности ( Кр - индексах ) в зависимости от местного магнитного времени на среднеширотной станции WL

Обозначения: | - основной энергетический вклад;

• - второстепенный энергетический вклад в спектр колебаний

Вывод к разделу 7.2.6 1 .Не обнаружена зависимость периода иррегулярных колебаний от местного магнитного времени, возможно, из-за отсутствия наблюдений в вечернем секторе магнитосферы, а также в связи с нарастающей геомагнитной активностью в течение 12 часов непрерывных наблюдений.

2. Обнаружена зависимость спектрального состава иррегулярных колебаний от магнитной активности, проявляющаяся в возрастании числа спектральных составляющих с ростом Кр-индекса и перераспределении их энергии в сторону коротких периодов на среднеширотных станциях.

ГЛАВА 8

ТЕОРИИ ГЕНЕРАЦИИ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ Pi2 И PilB

8.1 Современные представления о механизмах генерации Pi2

В настоящее время уже накоплен большой фактический материал по наблюдениям геомагнитных пульсаций Pi2, который требует теоретической интерпретации. Однако нет общей теории, полностью объясняющей результаты эксперимента.

Мнения большинства авторов [51,52,66,84,196-201] сходятся на том, что пульсации Pi2 являются собственными колебаниями магнитных силовых линий. В современных теориях можно выделить три направления:

1) теория генерации Pi2 на внутренней границе плазменного слоя в хвосте магнитосферы;

2) теория генерации Pi2 поверхностными волнами на плазмопаузе;

3) теория ионосферного происхождения Pi2.

При интерпретации Pi2 как резонанса альвеновских МГД - волн их возбуждение обычно рассматривается как результат импульсного воздействия на силовую линию. Этой точки зрения придерживается Rostoker [66,84,197,198]. Он считает, что цуг Pi2 состоит из импульса и последующего колебательного процесса. Таким образом, он изолированно от других геофизических явлений рассматривает возбуждение в магнитосфере МГД -волн, ответственных за генерацию Pi2. По мнению Rostoker [84,197] возбуждение колебаний Pi2 происходит в результате пересоединения магнитных силовых линий в хвосте магнитосферы. Согласно [202], пересоединение силовых линий может быть вызвано развитием разрывной неустойчивости. Rostoker считает, что освобожденная при этом энергия передается частицам нейтрального слоя, которые, двигаясь по направлению к Земле, создают импульс ударного воздействия на магнитную силовую линию, заставляя ее осциллировать. При этом происходит высыпание частиц в авроральной зоне. Авроральная ионосфера, которую пронизывают осциллирующие силовые линии, действует как вторичный генератор, излучение которого в виде МГД - волн распространяется вдоль ионосферы перпендикулярно силовым линиям магнитного поля Земли. В [198] получено, что амплитуда колебаний Pi2 в результате диссипации в ионосфере затухает с расстоянием согласно закону

Т - период колебаний Pi2,

7 - интегральная проводимость ионосферы, h() - амплитуда колебаний вторичного источника.

Иными словами, Rostoker считает, что затухание амплитуды Pi2 с расстоянием зависит от периода колебаний Pi2, при этом он пользовался сетью станций в узком интервале широт, значительно разнесенных по долготе и фактически представляющих профиль, вытянутый вдоль параллели. Согласно полученным в диссертации экспериментальным результатам, зависимости затухания от периода не обнаружено.

Представление генерации Pi2 как изолированного процесса слишком упрощает проблему. Согласно экспериментальным данным, генерация пульсаций Pi2 обычно сопровождается целым комплексом других геофизических явлений. Кроме того, в условиях слабой геомагнитной возмущенности на записях пульсаций обнаружена «каплеобразная» форма Pi2 [63], свидетельствующая о процессе раскачки колебаний, и не позволяющая интерпретировать возбуждение Pi2 как процесс, обусловленный ударным воздействием на силовую линию. Этой точки зрения, объясняющей появление пульсаций Pi2 за счет раскачки силовой линии, придерживаются авторы работ [196,203]. Они полагают, что раскачка силовой линии осуществляется изменением диамагнитного тока магнитосферной плазмы в силовой трубке, в

8.1) которой происходит активизация авроральных процессов. В работе [196] подробно описана модель генерации Pi2, закономерности движения плазменных сгустков из хвоста магнитосферы в авроральную зону.

На рис. 8.1 из [63] приведена схема изменения структуры силовой трубки во время брейкапа и генерации пульсаций Pi2. Генерацию цуга Pi2 вызывает импульс Slid, который первоначально создается диамагнитной токовой системой Id плазменного сгустка. Ее конфигурация зависит от формы авроральной дуги. На авроральных широтах долготные размеры дуг превышают широтные размеры. В связи с этим диамагнитная токовая система имеет вид двух токовых струй. Быстрая изотропизация частиц по питч- углам, связанная с развитием кинетической неустойчивости плазмы во время брейкапа, уменьшение плотности плазмы в силовой трубке, в которой активизируются авроральные процессы, приводит к резкому изменению SBd -поля, создаваемого диамагнитными токами плазмы Id. Резкое изменение SBd приводит к резкому уменьшению поперечных размеров силовой трубки. Сжатие силовой трубки означает появление импульса SBd, усиливающего геомагнитное поле внутри трубки. Увеличение поля внутри трубки приведет к анизотропизации распределения частиц по питч - углам и, следовательно, к усилению развития неустойчивости. Импульс SBd сопровождается возбуждением поперечной МГД - волны с импульсом SBdL, что приводит к образованию цуга Pi2 с периодом, связанным с временем пробега волны вдоль силовой линии. Это процесс с положительной обратной связью, и он не только может поддерживать колебания, но и приводить к их раскачке. а

Рис. 8.1 Схема изменения структуры силовой трубки геомагнитного поля во время брейкапа и генерации Р12 [63]: а) распределение силовых линий поля 8 В( пунктир) при изменении диамагнитного тока плазмы Ij.

Стрелками показано направление возмущений Д Н в сопряженных областях на земной поверхности; б) изменение размеров силовой трубки при изотропизации частиц по питч-углам и инжекции частиц в ионосферу.

111- продольный ток, создаваемый потоками электронов, инжектируемых в ионосферу; замкнутые круги- магнитное поле.

Раскачка колебаний Pi2 может быть вызвана также развитием пинч - эффекта, создаваемого продольными токами, текущими в трубке во время суббури. Пинч - эффект усиливает сжатие силовой трубки, в результате чего усиливается плотность потока частиц, что может привести к турбулизации плазмы и появлению продольного поля Е„, которое увеличит энергию частиц, инжектируемых в ионосферу и усилит их поток, что в свою очередь приведет к уменьшению диамагнитного тока в силовой трубке. В работе [63] приведена оценка величины импульса SBd, возникающего во время брейкапа вследствие изотропизации распределения частиц по питч - углам, SBd =20 нТл. Полученная величина SBd хорошо согласуется с амплитудой возрастания геомагнитного поля в момент брейкапа, обнаруженной ATS - 1 в полуночном секторе магнитосферы [204].

Приведем из [63] результат оценки изменения магнитного поля SBd, создаваемого инжекцией частиц в ионосферу. Положим, что концентрация авроральной плазмы N = 1 см"3, энергия частиц Е = 10 кэВ, интенсивность потока частиц 108 - 109 см". Полуобъем силовой трубки на широте -65 с единичным сечением на поверхности Земли -5-10"см\ Тогда за время одного периода колебаний (Т « 100 с) произойдет изменение плотности авроральной плазмы в трубке на 2 - 20 %, изменение плотности энергии в трубке составит

8 3

0,16 - 0,016)-10" эрг см". Это соответствует плотности энергии магнитного поля с амплитудой 3-30 нТл. Отсюда следует, что поток авроральных частиц за время одного периода Pi2 может привести к поддержанию и раскачке колебаний.

В работе [58] оценены соотношения SB,, /SBL при первоначальном возбуждении в магнитосфере только стоячих альвеновских волн. При ширине силовой трубки А<р = 5° -10° на авроральных широтах в экваториальной плоскости магнитосферы SBn/SBL* 1-2. Отсюда следует, что изменение диамагнитных токовых систем и связанное с ним изменение продольной составляющей поля вызывают возмущение перпендикулярное полю (альвеновскую волну) примерно с такой же амплитудой.

Структура источника в виде двух токовых струй в ионосфере, направленных навстречу друг другу, позволяет интерпретировать изменение знака Нх -компоненты Pi2 в авроральной области. Кроме того, модель источника отражает симметричную картину распространения волны относительно экваториальной плоскости. Таким образом, предложенная в [196] модель генерации Pi2 отвечает экспериментальным наблюдениям пульсаций в магнитосопряжепных точках.

Проникновение пульсаций в средние и низкие широты, по мнению Распопова О.М. [58,196], может осуществляться двумя путями: за счет распространения в магнитосфере магнитозвуковых волн Pi2 и за счет токов растекания в ионосфере. Изменение соотношения максимумов спектральной плотности Pi2 по меридиональному профилю в [63] объясняется с первой позиции. В авроральной зоне в момент генерации Pi2 могут наблюдаться осцилляции нескольких источников с разными периодами. С удалением от авроральной зоны амплитуда колебаний большего периода, за которое ответственны высокоширотные источники, будет убывать быстрее и поэтому на низких широтах будет происходить обогащение спектра высокочастотными составляющими, что обнаружено экспериментально.

В пользу второй концепции говорит факт одновременной регистрации пульсаций Pi2 на меридиональном профиле станций от низких широт Ф'«30° до высоких Ф'« 74°.

Рассмотренная в [196] модель генерации Pi2 предполагает наличие двух максимумов - аврорального и среднеширотного, а также резкое убывание интенсивности пульсаций в высоких широтах.

Fukunishi et. al. [59,205] связывают генерацию Pi2 с плазмопаузой, считая, что высыпание энергичных частиц в авроральной зоне наряду с вариациями ионосферных токов вызывает импульс гидромагнитных волн, который, распространяясь к плазмопаузе, возбуждает на ней поверхностные волны квазисинусоидального характера, ответственные за низко- и среднеширотные Pi2. Период этих Pi2 равен периоду собственных колебаний силовой линии плазмопаузы. Авроральные Pi2 авторы [59,205] объясняют флуктуациями интенсивности электроструи. Свои выводы они объясняют различием спектров пульсаций, зарегистрированных на средних и авроральных широтах. Авторы [59,205] выделяют доминирующий период в спектре низко- и среднеширотных - Pi2, выделение которого, по их мнению, затруднительно в спектре авроральных Pi2. Согласно их данным, спектр авроральных пульсаций Pi2 представляет собой случайный шум, подчиняющийся закону f'a.

В работе [51] точка зрения авторов [59,205] подвергнута критике. Сопоставляя динамические спектры Pi2 в сопряженных точках на Ф'« 66,6° и Ф' ~ -69,7°, силовые линии которых пересекают плазменный слой, авторы [51] обнаружили удивительное совпадение динамических спектров. Исходя из этого, они считают, что, если бы Pi2, зарегистрированные на широте плазменного слоя, были обусловлены, согласно [59], локальными иррегулярностями электроструи, то не было бы такого подобия динамических спектров. Анализируя спектры авроральных Pi2, авторы [51] обнаружили спектральный пик, доминирующий над общей тенденцией f~a и имеющий постоянный период, прослеживающийся в средних широтах. Они считают, что авроральные Pi2 в начальной стадии суббури, если она не очень сильная, имеют существенную спектральную компоненту, которая не позволяет считать спектр Pi2 в авроральной зоне случайным шумом. Авторы [51] полагают, что, возможно, альвеновские волны, генерируемые на внутренней границе плазменного слоя, модулируют высыпание авроральных частиц с периодом собственных колебаний силовой линии, пересекающей плазменный слой. По их мнению, Pi2, зарегистрированные на Земле, прежде всего обусловлены альвеновскими волнами, а затем уже, может быть, флуктуациями интенсивности электроструи. Из анализа меридионального распределения интенсивности Pi2 очевидно, что основной максимум приходится на область внутренней кромки плазменного слоя. Однако, Saito and Sakurai [51] отмечают, что теория плазменного слоя способна объяснить механизм генерации Pi2 лишь в магнитоспокойных условиях. С увеличением геомагнитной активности граница плазменного слоя приближается к плазмопаузе, и в этом случае могут генерироваться как поперечные волны, так и поверхностные. И в связи с этим, по их мнению, могут быть справедливы обе теории.

Ионосферная теория генерации предлагается авторами работ [200,201], согласно которым агентом, вызывающим резонансные колебания силовой линии, является ионосфера. Свою теорию генерации пульсаций Pi2 они строят на известном из [206,207] факте, что в области сияния резко увеличивается проводимость, в связи с чем электрическое поле становится на порядок ниже, чем в окружающей ионосфере. Внезапное появление или уярчение полярных сияний в начале активной фазы суббури вызывает в ионосфере импульс электрического поля, близкий по величине электрическому полю в невозмущенной ионосфере, но противоположно направленный. Этот импульс, распространяясь вдоль магнитных силовых линий с альвеновской скоростью, отражается от ионосферы противоположного полушария, приводя к появлению стоячей альвеновской волны. Возбуждение Pi2, по мнению авторов [200,201], можно представить также в терминах движения силовых линий. Ссылаясь на работы [208,209], из которых известно, что магнитные силовые линии на ночной стороне Земли быстро приближаются к Земле под действием электрического поля, возникающего в магнитосфере перед началом активной фазы суббури, авторы полагают, что при внезапной активизации сияний происходит резкое уменьшение электрического поля в области сияния и, соответственно, резкая остановка концов силовых линий, опирающихся на эту область. Магнитосферные участки силовых линий будут продолжать двигаться, пока до них не дойдет сигнал остановки, вызывая резонансные колебания силовых линий. В теории [200,201] остается невыясненным вопрос о том, какова причина уярчения полярных сияний.

В заключении подведем итоги современных представлений о механизмах генерации Pi2.

Теория Rostoker о пересоединении силовых линий в хвосте магнитосферы объясняет наличие в спектре Pi2 нескольких гармонически несвязанных спектральных составляющих, положение которых на оси частот мало меняется с изменением широты. Согласно его теории [66], в ходе развития суббури генерируются колебания Pi2 с большим периодом, чем в начальный момент брейкапа. Автор [66] объясняет это движением к северу образовавшейся выпуклости в полярных сияниях. Экспериментальные данные, полученные в [18], связывают положение источника Pi2 с южной границей авроральной зоны и тем самым ставят под сомнение теорию пересоединения силовых линий в хвосте магнитосферы. Кроме того, по теории Rostoker [198], амплитуда колебаний Pi2 должна монотонно уменьшаться от авроральных широт к низким. Это противоречит экспериментальным наблюдениям, которые отмечают дополнительный максимум амплитуды в средних широтах.

Теория генерации Pi2 Saito and Sakurai [51] имеет много общего с теорией пересоединения силовых линий Rostoker. Однако, в отличие от Rostoker из их теории следует, что спектр Pi2 должен содержать только одну спектральную составляющую. Полагая, что распространение колебаний идет от авроральных широт к низким, они подобно Rostoker считают, что амплитуда Pi2 уменьшается монотонно к низким широтам. Требование существования одной спектральной составляющей, а также предсказываемое теорией поведение амплитуд Pi2 не согласуется с экспериментальными данными.

Лучше других, из рассмотренных теорий генерации Pi2, согласуется с экспериментальными данными модель генерации Pi2 Распопова О.М. [196].

Она объясняет одновременность появления нескольких гармонически несвязанных спектральных составляющих, изменение направления вращения эллипса поляризации в субавроральных широтах, а также то обстоятельство, что главная ось эллипса поляризации следит за изменением азимута дуг полярных сияний, оставаясь перпендикулярной дуге. Данная модель обеспечивает симметричность картины распространения волны относительно экваториальной плоскости. Исходя из этого, ожидается большое сходство в поведении пульсаций Pi2 в магнитосопряженных точках. Эта модель также дает возможность с единых позиций анализировать как процесс генерации Pi2, так и других геофизических явлений, сопутствующих Pi2.

Заслуживает внимания и ионосферная теория генерации Pi2. Аргументом, говорящим в пользу этой теории, является одновременность регистрации Pi2 и риометрического поглощения, обнаруженная в [167] и свидетельствующая о ионосферном происхождении пульсаций Pi2. Для наглядности приведена табл. 8.1, из которой можно судить, насколько рассмотренные механизмы генерации способны объяснить экспериментальные результаты по Pi2, включая полученные в диссертации. Знаком плюс и минус в таблице отмечено согласуется или нет теория с экспериментом, вопросительный знак означает неясность

8.2 Обсуждение экспериментальных результатов с точки зрения теоретических представлений о механизмах генерации PI2

8.2.1 Область аврорального максимума интенсивности Pi2

Исследование меридионального распределения интенсивности различных спектральных составляющих Pi2 показало, что интенсивность всех спектральных компонент Pi2 достигает максимума в узкой полосе авроральных широт рядом с «центром» электроструи. Этот факт служит убедительным доказательством генерации Pi2 в области авроральных силовых линий.

Широкий диапазон частот, генерируемых в пределах узкого пучка силовых линий, является косвенным аргументом в пользу гармонического состава спектра Pi2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации получены следующие основные результаты.

1. Установлено, что весь спектральный состав геомагнитных пульсаций Pi2 формируется в узкой полосе авроральных широт ДФ=2° вблизи центра электроструи. Тем самым опровергнута гипотеза о различных источниках генерации высоко- и среднеширотных Pi2.

2. Выявлена гармоническая структура спектра Pi2 с помощью разработанной автором методики обработки фазовых динамических спектров Pi2 по принципу стационарной фазы. Гармоническая структура спектра указывает на связь пульсаций Pi2 со стоячей МГД- волной.

3. Показано, что перераспределение энергии в спектре Pi2 в пользу короткопериодных компонент в направлении экватора обусловлено частотнозависимым усилением их в плазмосфере, а не частотнозависимым затуханием, как считалось ранее. Диапазон периодов, усиливаемых в плазмосфере, зависит от уровня геомагнитной активности, а степень усиления возрастает с уменьшением периода колебаний.

4. Методом регрессионного анализа показано, что затухание интенсивности Pi2 не зависит от периода колебаний. Это противоречит гипотезе о роли авроральной ионосферы в качестве вторичного генератора МГД-волн.

5. Обнаружено зависящее от местного времени различие спектров Нх и Ну -компонент Pi2. Совпадение этих спектров наблюдается только вблизи местной магнитной полуночи, а по мере удаления от полуночи в утренний и вечерний секторы их различие усиливается, что свидетельствует о принадлежности их к различным модам волн.

6. Впервые осуществленные прямые измерения фазовых запаздываний пульсаций Pi2 на среднеширотной цепочке станций Ф'~ 52°, разнесенных по долготе на ~ 64°, указывают на одностороннее направление «кажущихся» фазовых скоростей- с востока на запад. Тот же результат получен на других геомагнитных параллелях Ф'~ 57° и Ф'~ 62°. Теоретически должна существовать функциональная связь между направлением распространения волн и направлением вращения их эллипса поляризации. Резонансная теория генерации предсказывает левую поляризацию волн, если фазовая скорость направлена с востока на запад, что подтверждается экспериментом. Исходя из полученных экспериментальных данных о широтно-суточном ходе в распределении поляризационных характеристик можно сделать заключение о различном характере распространения геомагнитных пульсаций Pi2 в различных геофизических зонах.

7. Измерения фазовых запаздываний пульсаций Pi2 на меридиональном профиле станций Ф'~53°-74° показали, что в субавроральных широтах «кажущаяся» фазовая скорость направлена с юга на север, меняя свое направление на противоположное севернее аврорального и южнее среднеширотного максимумов.

10. В результате одновременного анализа динамических спектров двух типов иррегулярных пульсаций НЧ диапазона Pi2 и Pip установлены их главные отличительные признаки: региональность Pi2 и локальность Pip. Это свидетельствует о том, что Pi2 и Pip имеют различные источники: источник Pi2 находится на периферии магнитосферы, а источник Pip - в ионосфере. Указанные признаки позволяют идентифицировать Pi2 и Pip в наиболее трудных случаях- в начале взрывной фазы суббури, когда всплески пульсаций следуют непосредственно друг за другом.

11. Предложено уточнить классификацию иррегулярных геомагнитных пульсаций ВЧ диапазона, разделив PilB на два класса: PilB-rPi2 и PilB-rPip. Они имеют различную физическую природу, и для PilB-rPi2 главный отличительный признак - региональность, а для Pi lB-rPip- локальность.

12. В спектре PilB выделены два максимума - на f=0,3 - 0,4 Гц и f=0,65 - 2 Гц с различным энергетическим вкладом. Первый спектральный максимум имеет наибольший энергетический вклад в авроральной области, второй - в области средних широт. Этот факт интерпретируется как наличие двух резонаторов. Первый- между спорадическим слоем Es (150-200 км) в ионосфере и скачком альвеновской скорости на высоте 2000 км, второй между скачком альвеновской скорости и двойным электрическим слоем на высоте 6000 км.

Представленные в диссертации экспериментальные факты подтверждают теоретическую концепцию мазерного излучения магнитосферы в диапазоне геомагнитных пульсаций, высказанную в [240]. Исходя из концепции мазерного излучения магнитосферы, сделаны следующие выводы относительно физической природы иррегулярных геомагнитных пульсаций, механизма их генерации, местонахождения источника и распространения.

1. Геомагнитные пульсации Pi2- электромагнитные волны, образующиеся в результате конверсии плазменных волн в связанной альвеновской и магнитозвуковой модах при резонансном взаимодействии типа «волна-частица» (индуцированное рассеяние на электронах) или «волна-волна» .

3. Геомагнитные пульсации Pip- электромагнитные волны, обусловленные колебаниями силы тока электроструи в полярной ионосфере вследствие развития, например, конвективной неустойчивости токовой струи или, например, вследствие возрастающих продольных токов.

5. Источник Pi2 находится на периферии магнитосферы- в области внутренней кромки приэкваториальной части плазменного слоя магнитосферного хвоста, а источники Pil и Pip находятся в ионосфере.

Учитывая, что эксперименты по регистрации геомагнитных пульсаций носили глобальный характер, в них принимали участие большие научные коллективы, мне посчастливилось работать в тесном сотрудничестве с учеными крупных академических научных организаций, с которыми осуществлялся обмен мнениями по научным вопросам и имеются совместные публикации. Поэтому я считаю своим приятным долгом отметить их участие в научной работе как соавторов совместных публикаций: Ю.А.Копытенко ( J10 ИЗМИРАН), коллектив ученых ОИФЗ РАН, в котором я начала свою научную работу будучи аспиранткой этого института: М.Б Гохберг, Ю.В. Голиков, В.А. Пилипенко, Ю.Г. Хабазин , Е.А. Герасимович, А.П. Иванов. Благодарна администрации ОИФЗ РАН, оказавшей содействие в опубликовании монографии, явившейся итогом многолетнего сотрудничества с коллегами этого института. Особая благодарность профессору В.А. Троицкой и старшему научному сотруднику ОИФЗ РАН Л.Н. Баранскому - моим научным руководителям, консультантам и наставникам, сыгравшим определяющую роль в самом начале моего творческого пути. Благодарна зарубежным соавторам из Геофизического института Геттингенгского университета и Института аэрономии М. Планка в Германии О. Хиллебрандту , И. Мюнху , У. Ведекину , М. Зиберту , и сотрудникам Оульского университета в Финляндии Дж.Кангасу и Т. Пиккарайнен за любезно предоставленные материалы и полезное обсуждение работы. Искренне признательна и благодарна администрации ИЗМИРАН, оказавшей содействие в получении научных консультаций в отделе геомагнитных вариаций. Особая благодарность зав. отделом геомагнитных вариаций , д.ф.м.-н. А.Е. Левитину, взявшему на себя нелегкий труд прочтения диссертации, завершившийся полезным обсуждением результатов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Стерликова, Индиана Вячеславовна, Муром

1. Симонов И.М. Ученые записки университета. Казань, 1835.

2. Гаусс К.Ф. Избранные труды по земному магнетизму. Перевод акад. А.Н.Крылова. Изд-во АН СССР, 1952.

3. Троицкая В.А. Короткопериодные возмущения электромагнитного поля Земли // В кн.: Вопросы изучения переменных электромагнитных полей в Земле. М., 1956. С. 27-61.

4. Troitskaya V.A., Gul'elmi A.V. Geomagnetic micropulsations and diagnostics of the magnetosphere // Space Sci. Rev. 1967. 7. N 5-6. P. 689-768.

5. Куклин Г.В. Солнце и солнечно-земные связи // Международная геосферно-биосферная программа "Глобальные изменения". М.: Междуведомственный геофизический комитет при президиуме Академии наук СССР. 1989. Вып. 1. С.24-33.

6. Зверев В.А., Логинов Г.А., Пудовкин М.И., Распопов О.М. О поведении пульсаций геомагнитного поля в период, предшествующий полярным магнитным возмущениям // В кн.: Геомагнитные исследования. М. 1969. N 11. С.37-44.

7. Черноус С.А. Пульсации Pi2 как индикатор начала фазы развития суббури // В сб.: Полярные сияния и вторжение авроральных частиц. Л.- 1976.- С.98.

8. Щепетнов Р.В. Планетарные характеристики геомагнитных микропульсаций и их использование для изучения околоземного пространства // Автореферат дис.канд. физ.-мат. наук.- М., 1968. 26 с.

9. Kepko L., McPherron R.L. Comment on «Evaluation of low-latitude Pi2 pulsations as indicators of substorm onset using Polar ultraviolet imagery» by K. Liou et al. // J. Geophys. Res. A. 2001. 106. N 9. P. 18919 -18926.

10. Беляев Г.Г. Вариации УНЧ-КНЧ полей, вызванные мощными взрывами и сейсмической активностью // Автореферат дис. канд. физ.-мат. наук.- М., 2003. 22 с.

11. Pudovkin МЛ., Raspopov О.М., Dmitrieva L.A., Troitskaya V.A. Shepetnov R.V. The interrelation between parameters of the solar wind and the state of the geomagnetic field // Ann. Geophys. 1970. 26.N 2. P.389-396.

12. Shepetnov R.V., Raspopov O.M. Les Pi2 et la composante du champ magnetique interplanetaire au plan de Tecliptique // CNFRA. 1970. N 25. P.44.

13. Pytte Т., West H.I. Jr. Ground satellite correlations during pre-substorm magnetic field configuration changes and plasma sheet thinning in the near larth magnetotail // Lanwerence Livermore laboratory. Preprint. UCRL, 1976. 26 p.

14. Pytte T. Electron precipitation morphology and plasma sheet dynamics ground and magnetotail studies of the magnetospheric substorm // University of Bergen, Norway. Preprint. 1976. 23 p.

15. Fukunishi H. Polarization changes of geomagnetic Pi2 pulsations associated with the plasmapause // J. Geophys. Res. 1975. 80.N 1. P.98-110.

16. Кошелевский B.K., Распопов O.M., Старков Г.В. Связь параметров геомагнитных пульсаций Pi2 с процессами в зоне сияний // Геомагнетизм и аэрономия. 1972. Т.12. N 5. С.886-891.

17. Афанасьева JI.T., Распопов О.М., Щепетнов Р.В., Кошелевский В.К., Назаров М.Д. О связи геомагнитных пульсаций Pi2 с параметрами авроральной зоны // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. Т. 10. N4. С.756-758.

18. Баранский JI.H., Щепетнов Р.В., Афанасьева JI.T., Зыбин К.Ю. , Хиллебранд О., Санкер-НараЯн П.В. Распределение интенсивности пульсаций Pi2 вдоль геомагнитного меридиана и на ночной строне Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14. N 5. С.871-875.

19. Баранский JI.H., Щепетнов Р.В., Афанасьева JI.T., Зыбин К.Ю., Хиллебранд О. Санкер-Нараян П.В. Пространственное распределение интенсивности и элементов поляризации пульсаций Pi2 // Суббури и возмущения в магнитосфере. JI. 1975. С.226-236.

20. Heacock R.R. Two subtypes of type Pi micropulsations // J. Geophys. Res. 1967. 72. P.3905.

21. Евлашин Jl.C. Полярные сияния красного цвета типа А в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 1961. N 4.С. 531-533.

22. Yevlashina L.M., Yevlashin L.S. Some features of disturbances in the ionosphere F-region during the red aurora of the type A // J. Atmos. Terr. Phys.1971. 33. P. 403411.

23. Petersen R.N., Shepherd G.G. Ground- based photometric observations of the magnetosphericdayside cleft// Geophys. Rec. Lett. 1974. 1. N 6. P.231-234.

24. Fairfield D.N. Average magnetic field configuration of the outer magnetosphere // J. Geophys. Res. 1968. 73. p. 7329-7338.

25. Li Yan, Yumoto Kiyohumi Local time dependence of Pi2 pulsations observed along the 210 magnetic meridian // Mem. Fac. Sci. D. Kyushu Univ. 2000. 31. N 1. P.ll-18.

26. Стерликова И.В. СВАН как метод обработки записей КПК магнитного поля Земли // Радиотехника, телевидение и связь. Межвузовский сборник научных трудов, посвященных 110 летию В.К. Зворыкина. - Муром: Муромский институт (филиал) ВлГу. 1999. - С. 137-140

27. Грудева Н. П., Левшин А.Л., Писаренко В.Ф., Пручкина Ф.М. Спектрально-временной анализ сейсмических волн // В сб.: Теоретическая и вычислительная геофизика. М. 1974. вып. 1.С. 3.

28. Липская Н.В. Палетки для определения параметров эллипсов поляризации синусоидальных колебаний естественного электромагнитного поля //В сб.:

29. Естественное электромагнитное поле и исследования внутреннего строения Земли. М.: Наука. 1971.С. 112-124.

30. Четаев Д.Н. Дирекционный анализ магнитотеллурических наблюдений. М.: ИФЗ АН СССР. 1985.227 с.

31. Троицкая В.А., Большакова О.В., Щепетнов Р.В., Зыбин К.Ю. Отчет о результатах обработки КПК электромагнитного поля Земли в период МГГ -МГС // Рукопись ИФЗ АН СССР. М., 1961, 29 с.

32. Akasofu S.-I., Chapman S. Magnetic storms: the simultaneous development of the main phase (DR) and of polar magnetic substorms (DP) // J. Geophys. Res. 1963. 68. P. 31

33. Акасофу C.A. Полярные и магнитосферные суббури. М.: Мир. 1971. 318с.

34. Фельдштейн Я.И., Старков Г.В., Шевнина Н.Ф. Движение полярных сияний и электрические поля в магнитосфере // В кн.: Морфология и физика полярной ионосферы. Л. 1971. С. 68

35. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И. Суббуря в полярных сияниях // Геомагнетизм и аэрономия. 1971. 11. С. 560-562.

36. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И., Шевнина Н.Ф. Движение форм полярных сияний при развитии авроральной суббури // В кн.: Морфология и физика полярной ионосферы. Л. 1971. С. 53.

37. Ивлев Д.Я., Пудовкин М.И., Зайцева С.А. Развитие элементарного магнитного возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. 10. N 2. С. 300-304.

38. Исаев С.И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Л.: Наука. 1972.244 с.

39. Белякова С.И., Зайцева С.А., Пудовкин М.И. Развитие полярной бури // Геомагнетизм и аэрономия. 1968. 8. N4. С. 712-718.

40. Pytte Т., R.L. McPherron, S. Kokubun. The ground signatures of the expansion phase during multiple onset substorms // Planet. Space Sci. 1976. 24. P. 1115.

41. Kisabeth J. L., Rostoker G. //J. Geophys. Res. 1971. 76. P. 6815.

42. Распопов O.M., Черноус C.A., Киселев Б.В. Высокоширотные пульсации геомагнитного поля и их использование для диагностики параметров магнитосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1971. 11. N 4. С. 669-673.

43. Черноус С.А., Баранский Л.Н., Афанасьева Л.Т., Попов А.Н. Иррегулярные пульсации геомагнитного поля в активную фазу суббури // В сб.: Проблемы изучения и освоения ресурсов Севера. Апатиты, изд. Кольского филиала Ан СССР. 1973. С. 99-111.

44. Gizler V.A., Kuznetsov В. М., Sergeev V. A., Troshichev О. A. The sources of polar cusp and low latitude baylike disturbances during substorms // Planet. Space Sci. 1976. 24. P. 1133

45. Troshichev O. A., Kuznetsov В. M., Pudovkin M. I. The current systems of the magnetic "substorm growth and .explosive phases // Planet. Space Sci. 1974. 22. P. 1403-1412.

46. McPherron R.L., Russell С. T. Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorm on August 15, 1968. Phenomenological model for substorms // J. Geophys. Res. 1973.78. P. 3131-3149

47. Jacobs J. A., Sinno K. World- wide characteristics of geomagnetic pulsations // Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1960. 3. N3. P. 333-353.

48. Kato Y. Geomagnetic micropulsations // Australian J. Phys. 1962. 15. P. 70-85.

49. Kato Y., Saito T. Morphological study of geomagnetic pulsations // J. Phys. Soc. Japan. Suppl. A -II. 1962. 17. P. 34-39.

50. Saito Т., Sakurai T. Mechanism of geomagnetic Pi2 pulsations in magnetically quiet condition // Sci. Rep. Tohoku Univ. 1970. Ser. 5. 20.N 2. p. 49-70.

51. Saito T. Geomagnetic pulsations// Space Sci. Rev. 1969. 10.N 3. P. 319-412.

52. Баранский JI.H. О пространственном распределении амплитуд геомагнитных пульсаций типа Pi2 // Известия АН СССР, сер. Физика Земли. 1970. 12. с. 69-75.

53. Распопов О.М. О возможном механизме возбуждения пульсаций геомагнитного поля типа Pi2 // Геомагнетизм и аэрономия, 1968. 8. N 2. С. 326329.

54. Bjornsson A., Hillebrand О., Voelker Н. First observational results of geomagnetic Pi2 and Pc5 pulsations on a northsough profile though Europe // Z. Geophys. 1971. 37.N6. P. 1031-1042.

55. Hillebrand O. First results of geomagnetic pulsations on a profile in Northern Scandinavia // In: Program and abstracts for the 15 IUGG general assembly. Moskow. 1971. 336 p.

56. Распопов О.М. Геомагнитные пульсации и их связь с динамикой и структурой магнитосферы во время суббури // Автореферат дис докт. физ.-мат. наук.-.Л., 1972,30 с.

57. Fukunishi Н., Hirasawa Т. Progressive change in Pi2 power spectra with the development of magnetospheric substorm // Rept. Ion. Space Res. Japan 1970. 24. N 1. P.45-65.

58. Stuart W.F. A mechanism of selective enhancement of Pi2's by the plasmasphere //J. Atm. Terr. Phys. 1974. 36. P. 851- 859.

59. Gupta J. C., Stening R. J. Some characteristics of ireregular micropulsations Pi2 at high latitude stations // Canad. J. Phys. 1971. 49. N18. P. 2338-2349.

60. Janagihara K., Shimizu N. Equatorial enhancement of micropulsation Pi2 // In: Momories of Kakioka magnetic observatory. 1966. 12.N2. P.57-63.

61. Пудовкин М.И., Распопов O.M., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. 4.2. Короткопериодические колебания геомагнитного поля. Л.: изд. ЛГУ. 1976. 270 с.

62. Распопов О.М., Шнеер B.C. Наблюдения короткопериодных колебаний геомагнитного поля на дрейфующей станции СП-6 // В кн.: Геомагнитные исследования № 6. М.: Наука. 1964.С. 27-37. ----

63. Стерликова И.В. Экспериментальные исследования иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2, зарегистрированных на земной поверхности // Деп.в ВИНИТИ 6.06.1983, №3061. 48 с.

64. Rostoker G. The frequency spectrum of Pi2 micropulsation activity and its relationship to planetary magnetic activity // J. Geophys. Res. 1967. 72. N 7. P. 20322039.

65. Troitskaya V.A. Rapid vatiations of the electromagnetic field of the Earth // Res. Geophys. Mass. 1964. 1. Chapter 19. P. 485-532.

66. Sutcliffe P.R. Improved resolution in Pi2 magnetic pulsation power spectra // Planet. Space Sci. 1974. 22. N11. P.1461-1470.

67. Sutcliffe P.R. The association of harmonics in Pi2 power spectra with the plasmapause // Planet. Space Sci. 1975. 23. P. 1581-1587

68. Kosaka Kazuhiro, Iyemori Toshihiko, Nose Masahito, Bitterly Michele, Bitterly Jacques. Local time dependence of the dominant frequency of Pi2 pulsations at mid-and low- latitudes // Earth, Planets and Space. 2002. 54. N 7. P. 771-781.

69. Стерликова И.В. Пространственно-временные характеристики поля геомагнитных пульсаций Pi2 // Автореферат дис. физ.-мат. наук.-М.: ИФЗ АН СССР.-1979.- 17 с.

70. Han Desheng, Iyemori Toshihiko, Gao Yufer, Sano Yasuharu, Yang Fuxi,

71. Wansheng, Nose Masahito. Local time dependence of the frequency of Pi2 waves simultaneously observed at 5 low-latitude stations //Earth, Planets and Space. 2003. 55. N 10. P. 601-612.

72. Both В., Orr D. Harmonics in spectra of Pi2 pulsations // Planet. Space Sci. 1973. 21. N8. p. 1273-1286.

73. Кошелевский В.К., Баранский J1.H., Распопов О.М., Троицкая В.А., Шлиш Р. Спектральные характеристики пульсаций геомагнитного поля типа Pi2//Геомагнетизм и аэрономия. 1969. 9. N3.C. 513-519.

74. Doobov A. L. Spectral content of Pi2 micropulsations and the resulting theoretical implications // J. Atmos. Terr. Phys. 1973. 35. P. 971-979.

75. Распопов O.M., Кошелевский B.K., Старков Г.В. Спектральные характеристики геомагнитных пульсаций Pi2 и динамика авроральной зоны // В сб.: Геомагнитные исследования № 14. М: Наука. 1975. С. 142-147.

76. Кошелевский В.К., Распопов О.М., Ролдугин В.К. О природе пульсаций интенсивности свечения полярных сияний, связанных с геомагнитными пульсациями типа Pi2 // Геомагнетизм и аэрономия. 1972. 12. N 4. Р. 618-621.

77. Кошелевский В.К. Связь геомагнитных пульсаций Pi2 с развитием геофизических явлений в авроральной и субавроральной областях // Автореферат, дис. канд.физ.-мат. наук.- Л. 1973.17 с.

78. Solovyev S. I., Baishev D. G., Barkova E. S., Molochushkin N. E.,

79. Yumoto К. Pi2 magnetic pulsations as response on spatio-temporal oscillations of auroral arc current system // Geophys. Res. Lett. 2000. 27. N 13. P. 1839-1842.

80. Olson J. V. Rostoker G. Pi2 pulsations and the auroral electrojet // Planet. Space Sci. 1975. 23. P. 1129-1139.

81. Rostoker G. The polarization characteristics of Pi2 micropulsations and their relation to the determination of possible source mechanisms for the production of nigh-time impulsive micropulsation activity // Gan. J. Phys. 1967. 45. N 9. P. 1319.

82. Баранский JI.H., Виноградов П.А., Распопов O.M. Поляризация геомагнитных пульсаций типа Pi2 // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. 10.N 5. С. 936-938.

83. Sakurai Т. Polarization characteristics of geomagnetic Pi2 micropulsations // Sci. Ropts. Tohoku Univ. Geophys. 1970. 20. N 3. P. 107-117.

84. Афанасьева Л.Т., Распопов O.M. Особенности поляризации геомагнитных пульсаций типа Pi2 в субавроральных и авроральных областях // В кн.: Геомагнитные и ионосферные возмущения в высоких широтах. Л. 1973.С. nine.

85. Stuart W. F., Macintosh S. M. The polarisation of micropulsations at Lerwick and Halley Bay//J. Atmos. and Terr. Phys. 1970. 32. N 6. P. 1007-1013.

86. Christoffel D.A., Linford J. G. Diurnal properties of the horizontal geomagnetic micropulsation field in New Zealand//J. Geophys. Res. 1966. 71. N2. P. 891-897.

87. Smith Brian P. On the occurrence of Pi2 micropulsations // Planet. Space Sci. 1973. 21.N 5. P. 831-837.

88. Распопов O.M., Троицкая B.A., Шлиш P., Лизункова И.С., Казак Б.Н.,Кошелевский В. К. О поведении пульсаций геомагнитного поля типа Pi2 в сопряженных точках // Геомагнетизм и аэрономия. 1967. 7. N 5.С. 858-.

89. Stuart W. F. Conyugate polarization characteristics of Pi2-s // J. Geophys. Res. 1975. 41. P. 433-440.

90. Четаев Д.Н. Метод решения краевых задач электродинамики анизотропных сред с помощью общих электромагнитных потенциалов и его геофизические приложения // Автореферат дис. докт. физ.-мат. наук.- М., 1966.

91. Herron Т. J. Phase characteristics of geomagnetic micropulsations // J. Geophys. Res. 1966. 71.N3. P. 871-888.

92. Гохберг М.Б., Качарянц Е.Б., Копытенко Ю.А., Распопов О.М., Ролдугин В.К., Черноус С.А. Особенности пространственно-временного распределенияпульсаций электромагнитного поля Pi2 // Известия АН СССР, сер. Физика Земли. 1973. N2. с. 62-68.

93. Barker M.D., Lanzerotti L. J., Robbins M.F., Webb D.C. Azimuthal characteristics of hydromagnetic waves near L=4 //J. Geophys. Res., 1977, 82, p. 2879.

94. Green C.A. The longitudinal phase variation of mid-latitude Pc3-4 micropulsations // Planet. Space Sci. 1976. 24. P. 79-85.

95. McPherron R.L., Arthur C.W . Bossen M.D., Russell С. T. The micropulsation substorm at synchronous orbit // Institute of geoph. and planet, phys. Los Angeles. Preprint, 1973.

96. Lin C.C, Cahill L.J. Pi2 pulsations in the magnetosphere // Planet. Space Sci. 1975. 23. P. 693-711.

97. Mihalov J.D., Sonett C.P., Colburn P.S. Reconnection and noise in the geomagnetic tail // Cosmic. Elektrodyn. 1970. 1. N 2. P. 178-204.

98. Russell С. T. Noise in the geomagnetic tail // In: Program and abstracts for the 15 IUGG general assembly. Moskow, 1971.

99. Lanzerotti L. J., Tartaglia N.A. Propagation of a magnetospheric compressional wave to the ground // J. Geophys. Res. 1972. 77. P. 1934-1940.

100. Kepko Larry, Kivelson Margaret. Generation of Pi2 pulsations by bursty bulk flows //J. Geophys. Res. A. 1999. 104. N 11. P. 25.021-25.034

101. Kepko L., Kivelson M. G., Yumoto К. Flow bursts, braking and Pi2 pulsarions // J. Geophys. Res. A. 2001. 106. N 2. P. 1903-1915.

102. Yamaguchi R., Kawano H., Ohtani S., Yomoto K., Mukai Т., Saito Y., Hayakawa H. The timing relationship between bursty bulk flows and Pi2s at the geosynchronous orbit // Geophys. Res. Lett. 2002. 29. N 6. p. 16/1-16/4.

103. Kim K.-H., Takahashi K., Lee D.-H., Lin N., Cattell C. A. A comparison of Pi2 pulsations in the inner magnetosphere and magnetic pulsations at geosynchronous orbit//J. Geophys. Res. A. 2001. 106. N9. P. 18865-18872

104. Takahaski Kazue, Liou Kan, Yumoto Kiyohumi. Correlative study of ultraviolet aurora and low-latitude Pi2 pulsations // J. Geophys. Res. A. 2002. 107. N 12. P. 2/12/14.

105. Takahashi Kazue, Anderson Brian J., Yumoto Kiyohumi. Upper atmosphere research satellite observation of a Pi2 pulsation // J. Geophys. Res. A. 1999. 104. N 11. P. 25.035-25.045.

106. Sutcliffe P. R., Luhr H. A comparison of Pi2 pulsations observed by CHAMP in low Earth orbit and on the ground at low latitudes // Geophys. Res. Lett. 2003. 30. N 21. P. 5/1-5/4.

107. Baransky L.,Troitskaya V., Sterlikova I., Pilipenko V., Hillebrand 0.,Siebert M., Wedeken U., Munch I., Wilhelm K., Stuart W.F. Latitudinal and meridional characteristics of Pi2 pulsations // IMS symposium. Melbourne.- 1979.

108. Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Троицкая В.А., Стерликова И.В., Беленькая Б.Н., Русаков Н.Н., Мюнх И., Вильгельм К., Зиберт М., Хиллебранд О., Виноградов П.А., Харченко И.П., Иванов Н.А.,

109. Novikov Yu.P., Kopytenko Yu.A., Raspopov O.M. The possible way of determining the plasmasphere parameters by the geomagnetic pulsations amplitude //J. Atm. and Terr. Phys. 1976. 38. P. 1135.

110. Kopytenko Yu. A., Raspopov О.М., Dmitrieva L.A. The behavior of the geomagnetic pulsations near the boundary of the plasmasphere // Planet. Space Sci., 1975, 23, p. 1195.

111. Chappel C.R., Harris K.K., Sharp G.W. A study of the influence of magnetic activity on the location of the plasmapause as measured by OGO-5 // J. Geophys. Res. 1970. 75. P. 50-55.

112. Rostoker G. The polarization characteristics of Pi2 micropulsations and their relation to the determination of possible sourse mechanisms for the production of nighttime impulsive micropulsation activity // Can. J. Phys. 1967. 45. p. 1319.

113. Баранский Jl.H., Виноградов П.А., Распопов О.М. Поляризация геомагнитных пульсаций типа Pi2 // Геомагнетизм и аэрономия. 1970. 10. N 5. С. 936-938.

114. Стерликова И.В. Пространственно временное распределение поляризационных характеристик геомагнитных пульсаций Pi2 // Деп. в ВИНИТИ.- 1992,- №2303 - В 92. 20 с.

115. Mier-Jedrzejowicz W.A.C., South wood D.J.The east-west structure of mid-latitude geomagnetic pulsations in the 8-25 mHz band // Planet. Space Sci. 1979. 27. N5. P. 617.

116. Стерликова И.В. Прямые измерения кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций Pi2 на меридиональных профилях // Сб. Материалы XXVII научной конференции Муромского филиала Владимирского политехнического института.Муром.-1992.- С.27.

117. Стерликова И.В. Результаты исследования кажущихся фазовых и групповых скоростей геомагнитных пульсаций Pi2 вдоль Скандинавского и Гринвичского меридианов // Деп. в ВИНИТИ.- 1992.- №2302 В 92. -20 с

118. Afanas'yeva L.T., Baransky L.N., Chernouss S.A., Moiseyov B.S., Popov A.N. Dynamics of the geomagnetic field pulsations in the active phase of the substorms // Preprint Polar Geophys. Inst. USSR, 1972, 4 p.

119. Баранский Л.Н., Герасимович Е.А., Стерликова И.В.,

120. Афанасьева Л.Т., Логинов Г.А.Сравнительный анализ пульсаций Pi2 и PiP, зарегистрированных на меридиональном профиле станций // Геомагнетизм и аэрономия.- 1979.- Т. XIX. №1. - С. 104-110.

121. Баранский Л.Н., Герасимович Е.А., Стерликова И.В., Афанасьева Л.Т., Логинов Г.А. Сравнительный анализ пульсаций Pi2 и Pip, зарегистрированных на меридиональном профиле станций // Геомагнитные исследования №21.- М.: Советское радио.- 1977.- С. 25-33.

122. Feldstein J.I., Starkov G.V. Dynamics of auroral belt and polar geomagnetic disturbance // Plan. Space Sci. 1967. 15. P. 209.

123. Абрамов Л.А., Альперович Л.С. О конвективной неустойчивости полярной ионосферы // Космические исследования.- 1975.- XIII. N 4.С.532-538.

124. Troitskaya V.A. Pulsations of the Earth's electromagnetic field with periods of 1 to 15 seconds and their connection with phenomena in the high atmosphere // J. Geophys. Res. 1961. 66. P.5

125. Campbell W.H., Rees M.H. A study of auroral coruscations // J. Geophys. Res. 1961.66. P.41

126. Kazak B.N., Heller L.A., Troitskaya V.A.,Wirgin A., Moureton C.,de Villedary C., Gendrin R. Methodes d'analyse numerique appliques aux oscillations de type Pel et Pil enregistrees en deux points geomagnetiquement conjugues // CNFRA. 1967.N21 .P.65-72.

127. Рахматуллин P.А., Пархоменко В.А., Полюшкина Т.Н. Исследование широтного дрейфа всплесков иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi2 + PilB в активную фазу суббури // Тезисы доклада на симпозиуме по физике геомагнитосферы. Иркутск. 1977. С.48.

128. Стерликова И.В. Два типа пульсаций PilB // Деп. в ВИНИТИ 26.04.1985.-№2827.24с.

129. Стерликова И.В. Отличительные признаки геомагнитных пульсаций PilB //Геомагнетизм и аэрономия. 1987. №1.- С. 160-162.

130. Kangas J.,Pikkarainen T.,Golikov Yu.,Baransky L.,Troitskaya V.A. Sterlikova I.V.Bursts of irregular magnetic pulsations during the substorm // Journal of Geophysics.- 1979.-V. 46.- P. 237-247.

131. Heacock R.R., Hunsucker R.D. A study of concurrent magnetic field and particle precipitation pulsations 0, 005 to 0,5 Hz // J. Atm. Terr. Phys. 1977. 39. P. 487-501.

132. Frank L.A., Ackerson K.L. Observations of charget particle precipitation into the auroral zone//J. Geophys. Res. 1971. 76. P. 3612-3643.

133. Sato Mitsuteru, Fukunishi Hiroshi, Kataoka Ryuho, Shono Atsushi, Lanzerotti Louis J., Doolittle Jack H., Mende Steve В., Pinnock Mike.

134. Dayside auroral dynamics observed by the AGO network in Antarctica // Adv. Polar Upper Atmos. Res. 1999,N 13p. 67-78.

135. Ролдугин В.К. Пульсирующие сияния и их связь с другими геофизическими явлениями // Автореферат дис. канд. физ.-мат. наук,- Апатиты, 1970. 14 с.

136. Ролдугин В.К. , Старков Г.В. О зоне пульсирующих сияний // Геомагнетизм и аэрономия, 1970, т. 10, №1,с. 97-100.

137. Скрынников Р.Г. Пульсации свечения полярных сияний и иррегулярные КПК геомагнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. 1965.5. N5. С. 874-877.

138. Troitskaya V.A., Bolshakova O.V., Hessler V.P. Main regularities of micropulsations at the geomagnetic poles // In Polar micropulsations. College. 1972. P.53-83.

139. Hayashi K., Kokubun. VLF-emission during post break-up phase of polar substorm // J. Ion. Space Res. Japan. 1971. 25. N 4. P. 369-382.

140. Клейменова Н.Г. , Ролдугин В.К., Виньерон Ж. О связи субавроральных хоров, наблюдаемых в Согре , с пульсациями светового потока полярных сияний в Лопарской//Геомагненизм и аэрономия. 1969. 9. N1. С. 187-190.

141. Chernous S.A., . Baransky L. N.,Afanasieva L.T., Moiseev B.S.„Popov A.M. Irregular geomagnetic pulsations during expansive phase of substorm // IAGA Bulletin.1973.N34. P.132

142. Мальцева Н.Ф. Генерация колебаний убывающего периода и физика возмущенной магнитосферы // Автореферат дис. канд.физ.-мат.н. М. 1971. 16 с.

143. Троицкая В.А., Матвеева Э.Т., Калишер А.Л. Связь возбуждения геомапитпых пульсаций Pil и Pel с магнитосферными суббурями // Геомагненизм и аэрономия. 1973. 13. N 4. С.755-757

144. Heacock R.R. Spatial and temporal relations between Pi bursts and IPDP micropulsation events//J.Geoph. Res. 1971. 76. N19.P.4494-4504

145. Johansen O.E. A possible relation between pulsations in the auroral luminosity and the energy spectrum of the primary particles // Planet. Space Sci. 1966. 14. N 2.P.217-219

146. Reid J.S. Cosmic noise absorption pulsations and Pil micropulsations // IAGA Bulletin. 1973. N 34. P.388

147. Campbell W.H. Rapid auroral luminosity fluctuations and geomagnetic field pulsations // J.Geoph. Res. 1970. 75. N 31. P.6182-6208.

148. Arnoldy R.L., Posch J.L., Engebretson M. J., Fukunishi H., Singer H. J. Pil magnetic pulsation in space and at high latitudes on the ground // J. Geophys. Res. A.1998. 103. N 10. P. 23.581-23.591.

149. Шалимов С.Л., Пилипенко В. А. Возможный механизм взаимосвязи интенсивных продольных токов в магнитосфере и гидромагнитных шумов диапазона Pil // Геомагнетизм и аэрономия. 1999. 39. N 4.С. 23-28.

150. Padilha Antonio L., Alves Virginia M., Trivedi Nalin В., Kitamura Tai-I., Shinohara Manabu. Bursty Pil activity at the South American equatorial zone during the 29 October 1994 magnetic storm // Geophys. Res. Lett. 2003. 30. N 19. P. SSC2/1-SSC2/4.

151. Стерликова И.В., Иванов А.П. Магнитосферные суббури в геомагнитных пульсациях»//М.: ОИФЗ РАН.- 1997. 108 е.- ISBN 5-201-11903-4

152. Распопов О.М. О природе геомагнитных пульсаций типа Pi2 // В кн.: Солнечно-земная физика. М. 1969. Вып. 1.С. 243.

153. Rostoker G. Relationship between the onset of a geomagnetic bay and the configuration of the interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. 1968. 73 .N 17. P. 4382.

154. Rostoker G. A critical study of the possible modes of propagation of Pi2 micropulsation activity over the earth's // Ann. Geophys. 1968. 24. P. 253.

155. Распопов O.M., Кошелевский B.K. Геомагнитные пульсации типа Pi2 и динамика магнитосферы // В сб.: Полярные сияния. М., 1974, № 21, с. 105-118.

156. Мальцев Ю.П., Леонтьев С.В., Ляцкий В.Б. Генерация и собственные частоты колебаний Pi2//Геомагнетизм и аэрономия. 1974. 14. N 1. С. 124-131.

157. Maltsev Yu.P., Leontyev S.V., Lyatsky W.B. Pi2 pulsations as a result of evolution of an Alfven impulse originating in the ionosphere during a brightening of aurora//Planet. Space Sci., 1974. 22. P. 1519-1533.

158. Галеев A.A., Зеленый Л.М. Разрывная неустойчивость в плазменных конфигурациях // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1976. Вып. 6. Т.70. С.2133-2151.

159. Kato I., Tomao Т. Hydromagnetic waves in the earth's exosphere and geomagnetic pulsations //J. Phys. Soc. Japan. 1962. 17. Sup. All. P.39.

160. Coleman P.J., Cummings W.D. Simultaneous magnetic field variations at the EatlVs surface and at synchronos equatorial distance. 11. Magnetic storms // Radio Sci. 1968. 3.N 7. P.762.

161. Hirasawa Т., Nagata T. Spectral analysis of geomagnetic pulsations from 0,5 to 100 sec in period for the quiet sun condition // Pure and Appl. Geophys. 1966. 65. N 3.P. 102.

162. Haerendel G. Electric fields and their effects in the ionosphere // Preprint from Max-Planck Institute MPI РАЕ/ Extraterr. 44/70, July, 1970.

163. Wescott E.M., Stolaric J.D., Heppner J.P. Electric fields in the vicinity of auroral forms from motions of barium rapor releases // J. Geophys. Res. 1969. 74. N 14. P. 3469.

164. Hones E.W., Jr., Akasofu S.I., Perreault P., Ваше S.J., Singer S. Poleward expansion of the auroral oval and associated phenomena in the magnetotail during auroral substorms,l //J. Geophys. Res. 1970. 75. N 34. P. 7060.

165. Vasyliunas V. A survey of low-energy electrons in the evening sector of the magnetosphere with OGO-1 and OGO-3 //J. Geophys. Res. 1968. 73. P. 2839.

166. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей. Том 2. М.: Атомиздат. 1978.

167. Lanzerotti L.J., Fukunishi Н. Modes of magnetohydrodynamics waves in the magnetosphere // Reviews of Geophys. 1974. 12.N 4.

168. Orr D. Probing the plasmapause by geomagnetic pulsations // Ann. Geophys. 1975. 31. P. 77-92.

169. Kuwashuma M. Wave characteristics of magnetic Pi2 pulsations in the auroral region-Spectral and polarization studies // Memoirs of National Institute of Polar Research, 1978, Serija Aeronomy, № 15, Tokyo.

170. Garnet D.A., Frank L.A.Thermal and suprathermal plasma densities in the outer magnetosphere // J. Geophys. Res. 1974. 79. P. 2355.

171. Гохберг М.Б., Похотелов О.А., Троицкая В.А. О возможности определения структуры собственных колебаний магнитосферы по наземным данным № 3 // Докл. Ап СССР. 1976. 229. С. 811.

172. Southwood D.J. Some features of field line resonanses in the magnetosphere // Planet. Space Sci. 1974. 22. P. 483- 491.

173. Chen L., Hasegawa A. A theory of long- period magnetic pulsations. Steady state excitation of field line resonance//J. Geophys. Res. 1974. 79. P. 1024-1032.

174. Nishida A. Theory of irregular magnetic micropulsations associated with a magnetic bay // J. Geophys. Res. 1964. 69. N 5. P. 947.

175. Чмырев B.M. Вероятный механизм генерации геомагнитных пульсаций типа PPi // Геомагнетизм и аэрономия. 1969. 9.С. 520-523.

176. Савин М.Г., Окара А.И., Щепетнов Р.В. О возможности диагностики энергичных частиц по спектру геомагнитных пульсаций типа Pil // Геомагнетизм и аэрономия. 1975. 15. N 5. С. 904-908.

177. Гульельми А.В. Вопросы интерпретации короткопериодических колебаний типа Pel //В сб.: Геомагнитные исследования № 11. 1969. С. 61.

178. Брюнелли Б. Е. Электрическое поле полярного магнитного возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. 1963. 3. № 5. С. 929.

179. Соловьев С.И., Баркова Е.С., Данилов А.А., Прокопьев В.Н. Всплески иррегулярных пульсаций типа PilB в периоды магнитной суббури // В сб.: Физические процессы в верхней атмосфере высоких широт. Якутск. 1976. С. 46.

180. Frank L. A., Ackerson K.L.Observations of charged particle precipitation into the auroral zone//J. Geophys. Res. 1971. 76. P. 3612-3643.

181. Davik T.N. Observed characteristics of auroral forms // Space Science Rev. 1978. 22 P. 77.

182. Carlqvist P. On the formation of double layers in plasmas //Cosmic. Electrodynamics. 1972. 3. P. 377.

183. Block L. A double layer review // Astrophysics and Space Science. 1978. 55. P. 59.

184. Torren S., Babic M. Current chopping space charge layers in a low pressure arc plasma // In: Prac. 12th Intern. Conf. on Phenomena in ionized gases. New York: American Elsevier Publ. Co., 1975.

185. Torren S., Andersson D. Observations of electric double layers in a magnetized plasma column. TRITA - EPP - 78 - 12. Royal Institute of Technology, Stockholm, 1978.

186. Quon B.H., Wong A.Y. Formation of potential double layers in plasma // Phys. Rev. Letters. 1976.37. P. 1393.

187. Сагдеев P.3., Трахтенгерц В.Ю. // Доклад на 1 Байкальской школе «Проблемы физики космической плазмы», Иркутск, 1978.

188. Стерликова И.В. Использование особенностей циклической вариации активности геомагнитных пульсаций Pel при решении прикладных задач // Материалы XXV научной конференции Владимирского политехнического института, ч.З. Владимир.-1990.- С.45.

189. Стерликова И.В. Роль геомагнитных пульсаций с частотным диапазоном, близким к биоритмам, в статистике сердечно-сосудистых и нервных заболеваний // Деп. в ВНИИМИ.-1990.- №Д-18353.- 24 с.

190. Стерликова И.В. Воздействие гелиогеофизических факторов на сердечно сосудистую 1998 г., Владимир. / Под ред. JI.T. Сушковой. - Гаврилов - Посад: Институт оценки земли, 1998. - С. 277-278.

191. Стерликова И.В. Исследование влияния планет на возникновение экстремальных ситуаций // Необратимые процессы в природе и технике. Тезисы докладов Всероссийской конференции 23-25 января 2001г. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. С. 272-273.

192. Heikkila W.J. Penetration of particles into the polar cap and auroral regions // In: Critical problems of magnetospheric physics. Ed. E.R. Dyer, Washington. 1972. P.67.

Информация о работе

Стерликова, Индиана Вячеславовна
доктора физико-математических наук
Муром, 2006
ВАК 25.00.29

Диссертация

Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Пространственно-временная структура поля иррегулярных геомагнитных пульсаций как отражение магнитосферно-ионосферной связи - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы