Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пространственно-временные особенности геомагнитных пульсаций в геофизических исследованиях

ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные особенности геомагнитных пульсаций в геофизических исследованиях"

На правах рукописи УДК: 550.380+550.385.3"/+550.388.2

Копытенко Юрий Анатольевич

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ 04.00.23 - Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском филиале Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии Наук.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор А.В.Гульсльми доктор физико-математических наук, профессор В.П.Головков доктор физико-математических наук, профессор Ю.И.Гальперин

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный университет (г. Санкт-Петербург).

Защита диссертации состоится "27" ^_1998 г.

в 10 часов на заседании диссертационного совета Д002.83.01 в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Адрес: 142092, г.Троицк, Московской обл., ИЗМИР АН Проезд: ст. метро Теплый стан, автобус 531

остановка ИЗММРАН С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИР АН Автореферат разослан "26" X]/ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физйко-математнческих наук

О.П.Коломийцев

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Общая характеристик:! работы

Предметом диссертации являются экспериментальные и теоретические исследования пространственно-временных особенностей геомагнитных пульсаций, отражающие, с одной стороны, физические процессы и околоземной плазме, а с другой стороны, представляющие собой основную помеху при проведении точных магнитных съемок и при выделен»» на их фоне магнитных импульсов от движущихся намагниченных объектов.

Актуальность работы

В последние десятилетия интенсивно развивались исследования физических процессов в околоземном космическом пространстве и изучение структуры земной коры с помощью геомагнитных пульсаций - естественных электромагнитных возмущений в улыранизкочастотном (УНЧ) диапазоне 5 -0,001 Гц.

Геомагнитные пульсации возбуждаются вследствие взаимодействия солнечного везра с магнитосферой Земли и развития различного рода плазменных неустойчивосгей и резонансных процессов в магнитосфере и ионосфере Земли. В целом УНЧ волновые поля имеют сложный характер генерации и распространения, зависящий от магнитной возмущенности и от активных процессов на Солнце.

В связи с этим геомагнитные пульсации представляют собой важный объект в геофизических исследованиях, т.к. в них заложена неоценимая информация о физических процессах в естественной плазменной лаборатории - ближнем космосе и об индукционных процессах в земной

коре, поэтому при исследовании информативных свойств геомагнитных пульсаций основное внимание уделяется изучению физических параметров и структуры солнечного ветра, магнитосферы и ионосферы Земли н геоэлехтрическнх характеристик земной коры. Однако, с другой стороны, геомагнитные пульсации можно рассматривать как естественные электромагнитные возмущения, представляющие собой основную помеху при выделении на нх фоне малых магнитных импульсов от движущихся намагниченных объектов и при проведении точных магнитных съемок. Этой актуальной проблеме, имеющей научную и практическую значимость, и посвящена настоящая работа.

Цель работы состоит в исследовании .пространственно-временных особенностей геомагнитных пульсации, их связи со структурой и динамикой магнитосферы и ионосферы, в определении возможности техногенного влияния на ультранизкочастотные процессы, выделении малых магнитных импульсов на фоне естественных и техногенных У114 электромагнитных излучений и его учета при проведении точных магннтных съемок.

В соответствии с целью.работы были поставлены следующие задачи:

1. Экспериментально определить пространственно-временное распределение параметров геомагнитных пульсаций различных типов от аврораяьных до средних широт вдоль меридионального профиля, пересекающего в субавроральных шпротах проекцию границы плазмосферы на земную поверхность.

2. Выявить зависимость меридионального распределения параметров геомагнитных пульсаций в субавроральной зоне о г магнит ной активное гн и от динамики холодной плазмы в магнитосфере и ионосфере Земли.

3. Экспериментально и теоретически выявить возможность определения местоположения проекции плазмопаузы на земную поверхность

и диагностики концентрации холодней плазмы нутри плазмосферы но особенностям с простраиственио-кремеииом распределении геомагнитных пульсации иа земной поверхности.

4. Выявить эффекты в изменении уровня (¡юна геомагнитных пульсаций при воздействии на субанроральную испосф.чу очень низкочастотным излучением от мощного наземного радигчередпгчика.

5. Пронести анализ характерных просграпствснпо-гременных особенностей распределения геомагнитных пульсации как естественного фона-помехи, определит- методы и алгоритмы подавления этого фона для выделения малых магнитных нмнудьсор от драпкущичея намагниченных объектов и его учета при проведении точных магнитных съемок.

6. Ка основе дифференциальных измерений геомагшт чых пульсапии разработать новый метод для изучения чииамики их ионосферных и лнтосферных источников.

Для решения перечисленных задач необходимо было обосновать, организовать и провести эксперименты, обработать материалы наблюдений геомагнитных пульсаций на густой сети станций вдоль меридионального профиля в различные годы и сезоны, изучить зависимость пространственного распределения парамегров геомагнитных пульсаций от магнитной активности и сделать физическую интерпретацию.

Нр^иести серию активных геофизических экспериментов с техногенным воздействием иа субанроральную 'ионосферу очень низкочастотным радиоизлучением от мощного наземного передатчика.

11;. основе результатов экспериментов определить основные особенности в пространственно-временном распр делении геомагнитных пульсаций как естественной помехи для выделения на их фоне магнитных импульсов.

Проанализировать возможности численною .математического моделирования поля геомагнитных пульсации с целые их пересчета на большие расстояния дл?. зпедения поправок г материалы наблюдений точных м а тип I м х съем ок.

Научная новизна

В р^ооге впервые получены следующие оригинальные результаты:

1. В субапроральных широтах, вдоль меридионального профиля, пересекающего границу плазмосфсры параметры геомагнитных пульсаций •п:па РсЗ, Рс4, Рг'2 имеют следующие пространственно-временные особенности: среднеширотиын максимум и субавроральнып минимум амплитуд, сглаживание спектра, изменение времени запаздывания, смену направления ' поляризации. Пространственно-временные особенности геомагнитных пульсаций зависят от маглитной активности. Показано, что наиболее простым параметром для оперативного определения местоположения границы плазмосфсры - плазмоиаузы является распределение амплитуд геомагнитных пульсации на плотной сети станций ( Дф~]°, I <0,15 ) вдоль меридионального профиля (53° < Ф„, < 65°) или на трех станциях в узком интервале широт, где необходимо контролировать появление проекции границы плазмосфсры на земную поверхность.

2. Из анализа поведения амплитуд пульсаций на густой сети станций вдоль меридиана в узком интервале широт ~ 1 0,15К0) впервые обнаружен промежуточный максимум амплитуд пульсаций вблизи проекции

г,

плазмопаузы ( ~ 60°). Наиболее четко этот максимум проявляется в период суббурь и во время интенсификации амплитуд пульсаций, когда увеличиваются градиенты концентрации холодной плазмы на границе плазмосферы и возрастают значения альвеновских скоростей в экваториальной плоскости магнитосферы..

3. Найдено локальное увеличение амплитуд : -омапштных пульсаций с периодами 60 -200 сек и риометрического поглощения п вечернем секторе на (р„,~СЭ° (Ь ~ 4) «близи проекции нлазмопаузы и субаврорпльпых широтах п период положительно;": суббурн, что можно использовать для прогнозирования появления интенсивного западного олектооджета (отрицательной суббури) на меридиане наблюденил пульсаций.

4. Для определения концентрации холодной плазмы внутри плазмосферм предложена физическая модель распространения в магнитосфере Земли возмущения магнятозвуког.ого типа вдоль плоскости геомагнитного экватора в холодной неоднородной плазме с локально 1 альвеповской скоростью и амплитудой магнитного поля обратно пропорциональной 'величине алъпеновекой скорости (Уд).

5. В результате проведенных активных экспериментов по воздействию мощным ОПЧ-пздучснне.ч от наземного яередлгчпка на нопосферно-магк.ч-тоеферную плазму показано, что можно стимулировать появление геомагнитных пульсаций с повышенными а 1,4 - 2 раза амплитудами в некоторой локальной области.

6. Вследствие того, что геомагнитные пульсации представляет собой основную помеху при выделении малых магнитных импульсов и при проведении точных магнитных съемок, и работе предложены два метода для практической реализации подавления геомагнитных пульсаций - физический и математический.

Совместное использование вышеуказанных методов позволяет достичь максимального коэффициента подавления геомагнитных пульсаций.

Рассмотрен пространственный пересчет папаметроп пульсаций на основе ноносферно-токоБой модели источника.

7. Предложен оригинальны» метод пассивной геофизической магнитной локации (в ультранизкочастотном диапазоне) на основе высокочувствительных дифференциальных измерен!!;'! компонент геомагнитных пульсаций для определения фазовой скорости распространения пульсации, локализации скорости дрейфа и интенсивности (т.е. дина: лки) ионосферных и лнтосферных токовых систем, ответственных за магнитные возмущения в УНЧ-диапазоне.

Основные положения диссертации, выносимые нп защиту'

1. Пространственно-временные особенности геомагнитных пульсации

типа Г, Рс4, Р12 вдоль меридионального профиля в субавроральных

шпротах; среднеширотный максимум, субавроральный минимум и их

зависимость от магнитной активности. Промежуточный максимум амплитуд

пульсаций на густой сети станций вдоль меридиана в узком интервале широт Дф„,~ 1°(-0,!5 Кэ) вблизи проекции плаз.мопаузы (ф„, - 60").

2. Фг лтеекая модель распространения в магнитосфере Земли

возмущения мапштозвукового типа вдоль плоскости геомагнитного экватора в холодной неоднородной плазме с локальной адьвеновской скоростью и амплитудой магнитного поля обратно пропорциональной величине адьвеновской .корости (УА) для определения концентрации холодной плазмы по амплитудам геомагнитных пульсаций.

3. Стимулирование появления геомагнитных пульсаций с повышенными в 1,4-2 раза амплитудами в результате воздействия мощным ОНЧ излучением от наземного передатчика на иопосферно-магннтосферную плазму в субавроральных широтах.

4. Методы подавления и пространственный пересчет параметров геомагнитных пульсаций на основе ионосферно-токовой модели их источника.

Метод пассивном геофизической магнитной локации в ультраннзкочастотпом диапазоне по данным высокочувствительных дифференциальных измерений компонент геомагнитных пульсаций на малой базе па двух-трех станциях, удаленных п ортогональных направлениях на расстояния 100 - G00 км.

Научная и практическая ценность работы:

Научная и практическая ценность работы заключается п получении большого ряда экспериментальных данных по выявлению особенностей в простршклъеппом распределении параметров геомагнитных пульсаций на густой сети станций вдоль меридионального профиля на северо-западе Госспп, пересекающего проекцию плазмопауэы п внешнего радиационного пояса на земиуга поверхность, а также их зависимость от геомагнитной активности и .их связь с динамикой холодной плазмы в магнитосфере и ионосфере Земли.

Показана возможность техногенного влияния . мощным ОНЧ излучением от наземных передатчиков на поле геомагнитных пульсаций, что имеет существенное значение для понимания проблемы генерации пульсаций и позволяет контролируемо изменять их интенсивность.

Научную, методическую и практическую ценность «мест также рассмотрение геомагнитных пульсаций как помех и соответствующее физическое обоснование выделения магнитных импульсов от движущихся намагниченных объектов (на земле, на воде и в воздухе) на фоне естественных ультранизкочасто пшх помех и дистанционного учета поля геомагнитных пульсаций при проведении точных магнитных съемок в трудно-

доступных районах (акватории, гори, пустыни и ледовые поля), а также метод дифференциальных высокочувствительных измерений геомагнитных пульсаций на малой базе па удаленных станциях для изучения динамики как ионосферных, так и лнтосферных источников геомагнитных пульсаций.

Сформулированные в работе научные выводы получили признание как отечественных, так и зарубежных исследователей, цитировались и статьях по геомагнетизму различных авторов, были использованы в монографиях и обзорах - Орр Д. "Магнитные пульсации в магнитосфере", 1973; Пудовкин М.И., Расг.опоа О.М., Клейменова И.Г. "Возмущения электромагнитного поля Земли", ч. 2, 1976; Молчанов O.A. "Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной шшме", 19S5.

Достоверность н обоснованность полученных в работе результатов определяется использованием больших массивов экспериментальных данных, статистической обработкой материалов наблюдений, повторяемостью результатов, сравнением с теоретическими представлениями н расчетный, а также с выводами других авторов.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации докладывались на следующих международных и отечественных научных конференциях:

- Генеральные Ассамблеи МАГА - Москва, 1971; Киото, 1973; Сан-Пауло, 1975; Вена, 1991; Боулдер, 1995;

- Международный симпозиум "Геомагнитный меридиан" - Ленинград,

1976;

- Советско-финская Рабочая группа по геофизике - Ленинград, 19S4; Мурманск, 1986; Хельсинки, 1990, Хельсинки, 1992;

- Всесоюзное совещание "Специальные попрей физики ионосферы и распространения радиоволн" - Горький, 19о0;

- V Всесоюзный семинар по ОНЧ-излучениям - М>рманск, 1980;

- Всесоюзный симпозиум "Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли" - Суздаль, 1983;

- Всесоюзный семинар "Перспективы исследований геомагнитных пульсаций" - Иркутск, 1984;

- 8-я Всесоюзная чпеола по "Электромагнитным зондированиям" -Киев, 1987;

- Всесоюзный рабочий семинар "Волновые явления в магнитосфере" -Борок, 1987;

- Всесоюзное совещание рабочей группы "Электромагнитные предвестники землетрясений" - Махачкала, 1989;

- Международная рабочая группа США - Россия по "Обмену геофизическими технологиями" (С'ГП) - Денвер, 1992;

- Инднйско-ру -.скиЛ симпозиум "Природа геомагнитного по.чл и его вариаций" - Дели, 1993;

- 20-е Европейское совещание рабочей группы НАТО "Изучение атмосферы оптическими методами" - Апатиты, 1993;

- Международная рабочая группа "Электромагнитные явления, связанные с предсказанием землетрясений" - Токио, 1993;

- Совместная конференция США - Россия (001) - Квннстаун, 1994;

- Международная рабочая группа "Геомагнитные инструменты, сбор и обработка данных" -Дурбее, 1994;

- Международная геофизическая конференции С;;ш.т-Петербург, 1995 и др.

Литер имеет £6 публикаций, '¡о теме диссертации, опубликовано 76 научных работ в отечественных и зарубежных периодических изданиях, основные из них 21 приведены в автореферате.

Личный вклад

Автор принимал активное участие в организации, разработке ш проведении различного рода геофизических экспериментов, связанных с наблюдениями геомагнитных пульсаций, проводившихся в лвроралынл.х, субавроральных и средних шпротах на протяжении многих лет с ¡96-1 по 1995 гг. на территории Мурманской, Ленинградской, Архангельской, Камчатской и других областях, в Республике Карелия, Республике Грузия, Республике Казахстан, Республике Соха и в других регионах. Автор осуществлял научное и методическое руководство геофизическими экспериментами, принимал непосредственное участие в разработке, подготовке магнитометрической, измерительной и калибровочной аппаратуры, в проведении наблюдений геомагнитных пульсаций на меридиональнсЛ сети станций и на отдельных станциях, а также в обработке ¡1 интерпретации результатов наблюдений. Автор также является равноправным соавтором всех основных, выводов и пиложсимГ), сформулированных и совместных научных публикациях, результаты которых представлены и обобщены в диссертации.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем ос-

пошюго текста соетавляег страниц, 50 рисунков, А таблицы,

библиографии - /73 наименований на странице. Общий объем /¿Г страниц.

Содер/какие работы

13о введении сформулированы цель работы, се актуальность, новизна, практическая значимость, перечислены положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации.

13 первой главе выявлены особенности в пространстпснно-врсмсином

распределении амплитуд, поляризации, групповых скоростей н

запаздывания волновых пакетов геомагнитных пульсаций и их зависимость

от магнитной активности в авроральных и субавроральпых широтах на

густой сегн станций (Дф,„~ I") вдоль меридионального профиля,

пересекающего проекцию Гранины шшмосферы (плазмопаузу) па земную

поверхность (<р„, = 60°, I, = 4). Отмечено, что наличие срсднеширотпого максимума (ф„ ~ 56" - 58°) и субавроралыюго минимума (фт £ 60°) амплитуд

является неотъемлемым свойством меридионального распределения амплитуд геомагнитных пульсаций с периодами от 20 до 200 секунд. При этом среднеппфотный максимум амплитуд геомагнитных пульсаций проектируется по магнитным силовым линиям в экваториальную плоскость мл1 ни госферм » область минимума альвеповских скоростей в плазмосфсре, а субавроральпый минимум амплитуд пульсаций - в область главного ионосферного провала, несколько южнее плазмопаузы 2°), под свод плазмосферы, где начинается увеличение альвеповских скоростей, т.е. структурные особенности холодной плазмы в магнитосфере и ионосфере существенно влияют па распределение параметров геомагнитных пульсации на земной поверхности, В районе проекции плазмосферы впервые

обнаружено появление резкого, локального максимума амплитуд геомагнитных пульсации во время развития магнитной суббури. Рассмотрена связь локального (промежуточного) максимума" амплитуд с динамикой границы плазмосферы Выявлена идентичная зависимость местоположения субаврорального минимума амплитуд пульсации и ионосферного пропала от магнитной активности.

Проанализированы случаи локального увеличения амплитуд

геомагнитных пульсаций с периодами 60 - 200 секунд к риомсфического поглощения в вечернем секторе на <¡>„, ~ 60" (L - 4) вблизи проекции плазмонаузы в субаироральиых широтах во время появления положительной

суббури. Предлагается использовать этот эффект для прогнозирования

появления отрицательной суббури и соответствующей интенсификации

амплитуд пульсации на меридиане наблюдения за 2-6 часов до ее начала.

Предложена физическая модель распространения в магнитосфере Земли возмущения магнитозвукового типа вдоль плоскости теомаппгшого экватора в холодной неоднородной плазме с локальной альвеновскоп скоростью и амплитудой магнитного поля обратно пропорциональной величине альвеновскон скорости (VA) для определения концентрации холодной плазмы внутри плазмосферы поданным геомагнитных пульсаций. Получены количественные оценки концентрации холодной плазмы (N) и электрического поля (Е) в экваториальной плоскости магнитосферы (внутри плазмосферы) .при условии наличия данных о распределении амплитуд пульсаций на соответствующих геомагнитных широтах вдоль меридионального профиля, пересекающего проекцию границы плазмосферы на земную поверхность. В то же время показано, что имея данные о

распределении концентрации части холодно» плазмы шпчри плазмосферм, можно определять значения амплитуд геомагнитных пульсации на земной поверхности и еубавроральных и средних широтах

Отмеченные выше особенности динамики пространственного распределения параметров геомагнитных пульсаций, их зависимость от магнитной активности необходимо учитывать при планировании и проведении различного рота геофизических исследований, т.к. они являются существенной помехой при проведении точных магнитных съемок н выделении на их фоне малых магнитных импульсов.

Но второй главе проведен анализ многолетних (!976 - 11>87 гг.) материалов активных геофизических экспериментов (ч районе .проекции границы плазмосферы) но стимуляции геомагнитных пульсаций в результате техногенной) воздействия на субавроральную ионосферу мощным GH4-излученнем от наземного передатчика.

Показано, что в результате подобных активных экспериментов возможно контролируемо стнм\лнровать появление геомагнитных пульсаций с повышенной в 1,4-2 раза амплитудой в некоторой локальной области через 10-50 мину т после окончания режима воздействия.

Подобная задержка возможна при формировании в этом временном интервале максимального потока ускоренных тяжелых ионов (0') в силовой /рубке магнитного поля п магнитосфере над излучателем и после достижения некоторой пороговой интенсивности потоков тяжелых ионов (0 ), представляющих неустойчивую фракцию частиц в фоновой плазме, в магнитосфере начинается генерация геомагнитных пульсаций.

Эффекты стимуляции геомагнитных пульсаций зависят от магнитной активности. Они эффективны в период активизации восточною и западного электроджето» при умеренном геомагнитной таиппости К",, ~ 3, а для утренних и дневных часов местного времени при геомагнитной активности KPS2.

Таким образом, в результате подобных активных экспериментов можно искусственно изменять интенсивность стимулированных пульсаций, которые, и свою очередь, также являются помехами при проведении точных магнитных съемок и выделении малых магнитных импульсов, особенно на быстро движущихся носи гелях (самолеты), т.к. и л ог период возможны случаи появления высокочастотных пульсаций типа I'cI, Рс2. I'll с аномальными амплитудами.

В третье главе проведен анализ характерных основных особенностей меридионального распределения амплитуд геомагнитных пульсаций различных типов на различных геомагнитных широтах (от «ыеокнх широт до экватора), которые являются основной помехой и процессе выделения на их фоне малых магнитных импульсов от различного рода движущихся намагниченных объектов. Временные интервалы магнитных импульсов находятся в диапазоне частот геомагнитных пульсаций (1 - 0,00 i Гц; Амплитуды магнитных импульсов быстрее затухают в зависимости от расстоянии, и обычно на больших расстояниях они значительно меньше амплитуд геомагнитных пульсаций, при этом отношение счгнал-шум находится б пределах 10"' - 10'J . Для того чтобы увеличить дальность обнаружения малых магнитных импульсов и точность магнитной съемки, необходимо использовать, высокочувствительные компонентные

.магнитометры, проводить подавление н непосредственный учет геомагнитных пульсаций (естественных магнитных помех) на больших расстояниях.

Для решения этой сложной проблемы выделения магнитных импульсов малой амплитуды при отношении сигнал-шум мспс^. едшн'чы .предложены дна метода подавления геомагнитных пульсаций: физический и математический, которые для эффективности необходимо использовать вместе.

Физический метод подавления реализовывается при проведении дифференциальных измерений геомагшпных пульсаций. Магнитное пале пульсации па средних и низких геомагнитных широтах можно считать относительно однородным на расстояниях ~ !0: км. Следовательно, локальные дифференциальные магнитные измерении на малой базе 10 - (О3 м позволят уменьшить влияние градиентов амплитуд геомагнитных пульсаций как от внешних, так и от внутренних источников (вследствие наличия геоэлектричсских неоднородпостей земной коры и машин) на результаты выделения магнитных импульсов. Эгот метод позволяет достичь коэффициента подавления геомагнитных пульсации - 300 -1000.

Математический метод подавления реализован на основе учета ,неколлшшариости осей разнесенных магнитных датчиков, вычисления градиентов и направления на источник, а также численной модели геомагнитных пульсаций, учитывающей их основные морфологические особенности. Этот метод .моя,-но с успехом использовать для анализа градиентов, пересчета амплитуд и фаз геомагнитных пульсаций (вариаций)

па большие расстояния от мсс.а регистрации ^до 200 км) для их учсга при 'проведении точных магнитных съемок как в труднодоступных удаленных ' районах (ледяное поля, горы, пустыни и др.), так и на различного типа движущихся носителях (корабли, самолеты). Пространственный пересчет параметров пульсаций осуществляется на основе поносфсрно-токовой модели источника геомагнитных пульс.'.ний.

Такой метод подавления нлиоплсе эффективен при нспользонашш двух или более опорных станций (их число зависит от геофизических условий и специфики эксперимента). Этот метод подавления пульсаций также незаменим при установке сташпш в высоких геомагнитных широтах, где значения гра-иентов геомагнитных пульсаций могут достигать - 1 нТл/км. Коэффициент математического подавления геомагнитных пульсаций зависит от расстояния между станциями, периода пульсаций, геомагнитной широты станции наблюдения и от магнитной активности. Совместное использование отмеченных выше методов позволяет достичь максимального коэффнцнсьга подавления геомагнитных пульсации - 5000.

Проведены экспериментальные работы но выделению магнитных импульсов о г намагниченных объектов.

Предложен оригинальный метод пассивной геофизической магнитной ;.0!сации в улмранизкочагтотном диапазоне для определения фазовых скоростей распространения пульсаций и динамики их ионосферного и литосферного источников.

Испо.ьзуя этот метод, по данным высокочувствительных дифференциальных измерений градиентов компонент геомагнитных

пульсаций ¡i направлениях север-юг, запад-пссток па моден базе 1 - 5 км) на одной етан:::»! и на разнесенных па расстояния порядка ICO - S00 км как по долготе, так и по широте двух дополнительных стаиш.чч в субавроральных и аморальных широтах можно определять фазовые; скорости распространения пульсаций, локализацию, скорость дрейфа и интенсивное!!, нсто-инн.'о», т.е. динамику ионосферных и лнтосферных токовых систем, ответственных за волновые возмущения п УНЧ-диапазоие, включая зоны активизации волновых процессов в период магнитных бурь и суббурь, а также в период проведения активных геофизических экспериментов. В то же время имея информацию о локализации ионосферных источников и используя численную модель геомагнитных пульсаций, возможно рассчитать двумерное распределение параметре;: пульсаций и а земной поверхности в различные моменты времени, т.е. определить динамику пространственных распределении.

Основные результаты работы

1. В районе проекции границы плазмосферы на земную поверхность в субавроральных широтах рассмотренные параметры геомагнитных пульсаций типа РсЗ, Рс4, P¡2 па меридиональном профиле имеют следующие пространственно-временные особенности: среднеширотный максимум и субавроральнып минимум амплитуд, сглаживание спектра, изменение времени запаздывания, смен;.' знака поляризопип. Наряду с высокоширотным максимумом амплитуд (ер,,, - 65° - 70ц) наличие ередненшротиого максимума (<р„ - 56° - 57") и сублврорального минимума (<рт 60°) является неотъемлемым свойством меридионального распределения амплитуд геомагнитных пульсации.

- В результате анализа просграиствеиио-времениых особенностей геомагнитных пульсации, найдено, что их параметры существенно зависят от распределения концентрации холодной плазмы в магнитосфере и ионосфере Земли.

- Найдена близкая зависимость местоположения субзврорзлмюго минимума амплитуд пульсаций и главного ионосферного провала от магнитной активности.

2. 1!з анализа поьедспия амплитуд пульсаций па густой сети станции вдоль меридиана в узком интервале широт Д'р,„ - Г(~ 0,15R,) впервые обнаружен локальный (промежуточный) максимум амплитуд пульсаций вблизи проекции плазмопаузы (<;>„, ~ 60°).

- Наиболее простым параметром, который можно использовать для оперативного определения местоположения границы плазмосфсры, является распределение амплитуд геомагнитных пульсации на плотной сети станций (Дф-10,/-5 0,15 ) вдоль меридионального профиля (53° £ <!>„,< 65°) или изменение амплитуд иа двух- трех станциях и узком интервале широт, где необходимо контролировать появление проекции границы плазмосферы.

- Найдено, что локальное увеличение амплитуд геомагнитных

пульсаций с периодами 60 -200 сек и риометрического поглощения в вечернем секторе на <?л~ 60" (L -- 4) вблизи проекции плазмопаузы ь субавроральных широтах во время положительной суббури можно использовать для прогнозирования появления отрицательной суббури (соответственно более. интенсивного фона пульсаций) па меридиане . наблюдения пульсации за 2 - 6 часов до ее начала. - Предложена

физическая модель распространений в магнитосфере Земли возмущения магиитозвукового типа вдоль плоскости геомагнитного экватора в холодной • неоднородной плазме с локальной альвеновской скоростью и амплитудой магнитного поля обратно пропорциональной величине альвеновской

скорости (Ул). Показана возможность определения концентрации холодной плазмы внутри плазмосферы по данным геомагнитных пул* "ацин.

Все пространственно-временные особенности геомагнитных пульсаций необходимо учитывать при создании численной модели пульсаций, а также при планировании и проведении высокоточных магнитных измерений и комплексных геофизических исследований.

3. В результате проведенных активных геофизических экспериментов по воздействию мощным ОНЧ-излучением от чаземного передатчика на ионосфсрно-мапттосферную плазму показано, что можно стимулировать появление геомагнитных пульсаций с повышенными в 1,4 - 2 раза амплитудами в некоторой локальной области через 10-50 мннут после

прекращения сеанса воздействия. Эффекты стимуляции зависят от магнитной активности. Они эффективны в период активизаций восточного к западного элекгроджстоа в вечерние и ночные часы местного времени при умеренной геомагнитной активности Кр ~ 3, и в утренние часы местного времени при геомагнитной активности Кр - 2, т.е. имеется техногенная возможность изменения интенсивности фона геомагнитных пульсаций.

4. Геомагнитные пульсации представляют собой основную помеху при проведении магнитных съемок н выделении магнитных импульсов от. удаленных движущихся намагниченных объектов. Для увеличения дальности обнаружения и точности магнитной съемки, необходимо использовать высокочувствительные компонентные магнитометры, проводить подавление и пространственный пересчет геомагнитных пульсаций - естественных помех. В связи с этим предложены, два оригинальных метода для практической реализации подавления геомагнитных пульсаций - физический и математический.

- Первый метод (физи .гское подавление) основан на высокочувствительных дифференциальных измерениях геомагнитных пульсаций.

- Второй метод (математическое подавление) основан на учете неколлиниариоеги ссен магнитных датчиков, вычисления ирочнранственных градиентов и пересчете их параметров на основе численной модели пульсаций в квазнреальном масштабе времени с опорной .магнитометрической станции в точку расположения другой станции или в удаленный до 200 км ранен проведения точной магнитной съемки.

Совместное использование вышеуказанных методов позволяет достичь коэффициент подавления геомагнитных пульсации ~ 5000.

5. Предложен оригинальный метод пассивной геофизическом магнитной локации в ультранизкочастопгом диапазоне па основе высокочувствительных дифференциальных измерений компонент геомагнитных пульсаций в направлениях север-юг, восток-запад на малой базе (- I - 5 км) на одной станции и на разнесенных как по долготе, гак и по шпроте двух дополнительных стл'цнях (например, в субзвроральных г. авроральны.ч широтах на расстояниях порядка ^00 - 800 км) для изучения динамики ионосферных токовых систем. В то же время подобная конфигурация из 2 - 3 станций на расстсчшш 30 - 100 . км в сейсмоактивных зонах может дат;, важную информацию о локализации сторонних токовых систем в земной коре, интенсивность которых существенно, повышается в очаговой зоне перед сильными землетрясениям" и афгершокамн..

В целом этот метод эффективен для анализа и изучения как внешних, так и внутренних источников геомагнитных возмущении, а .используя чисвеилую модель, возможно рассчитать двумерное распределе..нс поля шевмапштных пульсаций, от соответствующих источников, что позволит

заменить дорогостоящие громоздкие измерения на ограниченной двумерной наземной сети, располагающейся 061.14110 на обшнр ы.\ территориях, включая труднодоступные районы, и состоящей из большого количества ■ мзгшгговарнационных станций (от 20 до 50) для исследования • пространственного распределения поля геомагнитных пульсаций.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работал.

1. Копытенко Ю.А., Распопов О.М., Троицкая В.А., Щтиш Р. Некоторые результаты анализа геомагнитных пузьсаций Рс4 на сети станций // Геомагнетизм и аэрономия. 1972, № 4. С. 720-726.

2. Kopyter ko Yu.A., Raspopov О.М., Dmitriev? L.A. Behaviour of the geomagnetic pulsations near the plasmasphere boundary // Planet. Space Sci. 1975. V. 23. P. 1195 -1203.

3. Kopytenko Yu.A., Loginov G.A., Vorotnitskaya N.A., Raspopov O.M., Dniitrieva L.A. The dynamic of the plasmapause and geomagnetic pulsations // /\1111. Geoph., France. 1975. V. 31. P. 93-100.

4. Копытенко Ю.А., Распопов O.M, Молчанов О.А. Распределение поля альвеновскнх скоростей и концентрации плазмы в магнитосфере при различной геомагнитной активности// Геомагнитные исследования. 1975. № 14. С. 55-60.

5. Копытенко Ю.А., Распопов О.М. Влияние структуры магнитосферы. • на поведение периодов устойчивых пульсаций // Геомагнетизм и аэрономия. 1973. jVL'б. С. 10S7-1091.

6. Novikov Yu.P., KopytenTco Yu.A., Kaspopov U.M. The possible way of determining the plasmasphere parameters by the geomagnetic pulsations amplitude

// Jour. Atm. Terr. Phys. 1976. № 12. V38. P. 1135-1139. '

7. Троицкая B.A., Баранский Л.Н., Гохберг М.Б., Стерликова Н.В., Русаков Н.Н., Копытенко. Ю.А., Фолкнер X., Зиберт М., Хиллебранд О.

Предварительные результаты советско-германского эксперимента по синхронией регистрации геомагнитных пульсаций РсЗ, Рс4 и Pi2 на меридиональном профиле станций // Геомагнитные исследования. 1977. А':> 20. С. 43-48.

S. Kopytenko Ун.Л., Novikov Yu.P., Raspopov ü.M., Koshelcvsky V.K. Phsmaspliere structure obtained from gcomayieue pulsations data // Jonrn. Atm. TeiT. Phys. 1977. V. 39. P. 165-172.

9. Копыте к ко Ю.А., Молчанов O.A., Могплевскпй М.М., Бушмарин В.А., Еремеев В.Г., Иванов A.A., Лизупов В.В., Мяркееоа Ю.А., Щекотос АЛО., Погребников ММ. Демодуляция мощных низкочастотных волн з субавроральной ионосфере в диапазоне геомагнитных пульсаций // ЖЭТФ. 1977. Т. 25. Вып. 5 С. 237-240.

10. Novikov Yu.P., Kopytenko Yu.A., Raspopov O.M., Bozinger Т.. Kanons J., Ranta H. 'Simultaneous maxima of geomagnetic pulsations and riometer absorption on the afternoon side of the auroral zone. II Jouni. of Geophysics. 1980. V. 4S. P. 110-120.

11. Moidnmov O.F., Mogilevsky A.M., Kopytenko Yu.A. Nonlinear cfiects of injection of very low frequency waves into the magnetosphere // Adv. Space Res. 1981. V.l. P.229-233.

,12. Коиытепгэ Ю.А., Ди B.A., Юров B.E. Устройство для измерения малых вариаций магнитной индукции // Авторское сьтдетельетво. Бюлл. 42. № 1191851. 1S35.

13. Кравцов А.Д., Копы i сш э Ю.А., Кузьмин 1 I.A. Структурные методы анализа геомагнитных пульсаций // Сб. статей "Программно-аппаратные средства сиетем автоматизации научных исследований". ПГ'И. Апатиты. J9S6. С 6-13.

14. Щекоте» Л.Ю., Копытепко Ю.А., Раита X. Высокочастотная часть спектра короткопернодпих геомагнитных пульсаций // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. № 2. С. 343-34-».

15. Molclianov О.А., Kopytcnko Yu.A., Vorcno>/ P.M., Kopytenko Е.Л., Maliasiivili T.G., Frnr/.cr-Smit A.S., Bernard» A. Results of !JLF magnetic Held measurements near the epicenters of the Spitak (Ms = 6,9) and i oma Prieta (Ms = 7,1) earthquakes: comparative analysis // Geoph. Res. Lett. 1992. V. 19. N 14. P. 1495-1498.

16. Kopytcnko Yu.A., Pochtarev V.l. On the Ability of the Vectorial Geomagnetic Measurements to Present Information U Russian Airborne Geophysics and Remote Sensing. GTTi. SPIIZ. USA. 1993. 1'. 196-202.

17. Kopvtenko Yu.A., Maliasiivili Т.О., Voronov P.M., Kopytcnko Е.Л., Molclianov O A. Detection of IJ1.F emission connected with the Spitak earthquake and its aftershock activity, based on geomagnetic puisations data at Dusheti and Vard/ia observatories // Rhys, of the Earth and Plane!. Interiors. 1993 N 77. P. 89-95.

18. Chmyrev V.M., Тапшенко Yu.N., Kopytenko Yu A., Voronov P.M., Draganov A.B. Observation of IJi.F pulsations correlated uith transmission of VLF wares and amplification of UJ.F waves by 0' ion comic in tlie equatorial magnetosphere. // Report AGU, Chapman Conference on Auroral Plasma Dynamics., Minneapolis. 1991. p. 8.

19. Kopytenko Yu.A., Isnwgilov V.S.. Voronov P.M., Kopytenko E.A., Pei-lenko A.V. Deferential three component ground measurements of geomagnetic field in ULF range // L-iectromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction. Terrpub. Tokyo. 1994. P. 243-252.

20. Kopytenko Yu.A., ismagilov V.S. Peculiarities of the recalculation of geomagnetic variations on-shore base stations to aquatones in aurora! and

sub-aurora! latitudes'// Russian Airborne Geophysics and Remote Sensing. GTT1. SPU-. USA. 1993. P. 276-289.

21. Viiloresi G., Kop>ienko Yu.A., Ptitsina N.G., Tyasto M.I. Kopyteuko E.A., Yucci N. The influence of geomagnetic storu1« and man-made magnetic field disturbances on die incidence of myocardial infarction in St-Petersburg (Russia) // PhysicaMedica. 1994. V.X.N 4. P. 107-117.

Копытенко Юрии Анатольевич Пространственно-временные особенности геомагнитных пульсации в геофизических исследованиях

Подписано к печати 09.12.1997г.

Усл.леч.л. 1.75. Бесплатно. Заказ Ш

Тираж 100 экз.

Отпечатано в ИЗМИРАН 142092, Московская обл., г.Троицк