Контроль планетарной статистики вариаций критической частоты области F2 ионосферы с помощью мировой сети автоматических ионосферных станций

Бурное развитие радиосвязи в первой трети прошлого века привело к определенному всплеску геофизических исследований: первое заключение, сделанное Кеннели и Хевисайдом, о существовании в верхних слоях земной атмосферы проводящего слоя заряженных ионов (слоя Кеннели-Хевисайда), отражающего радиоволны датировалось 1902 г.- в 1912 г. возникла теория распространения радиоволн ЭклсаЛарморапервое прямое доказательство существования ионосферы было получено Эпплтоном и Барнетом методом вертикальной радиолокации в 1925 г. Его развитию помешала вторая мировая война. Однако уже к 1957 г. целый ряд стран, в том числе и Советский Союз, выступили участниками планетарного мероприятия под названием «Международный геофизический год». Техническая подготовка выразилась в создании более 100 специальных коротковолновых радаров — автоматических ионосферных станций (АИС). Организационная подготовка выразилась в размещении более 100 АИС, укомплектованных персоналом для круглосуточного дежурства, с целью ежечасного проведения сеансов вертикального зондирования (ВЗ) ионосферы. Информационная подготовка выразилась в создании линий передачи информации (ЛПД) и Мировых Центров хранения ионосферной информации. Так возникла мировая сеть автоматических ионосферных станций, главным назначением которой был планетарный контроль состояния проводящих слоев атмосферы Земли — собственно ионосферы. Эти данные перерабатывались геофизическими научными организациями в информацию прикладного значения, получившую название «Прогноз применимых частот», применимых для коротковолновда радиосвязи, которая стала к середине 20 века планетарным явлением и потребовала для своего функционирования планетарного геофизического сервиса в виде мировой сети АИС. Естественно, поток информации из этой сети послужил основой фундаментальных и приювдных исследований ионосферы. Сразу стало ясно, что ионосфера является сложной многокомпонентной системой, отдельные свойства которой удалось описать детерминированными моделями с внешними солнечными и магнитными воздействиями с различными масштабами простршственной и временной изменчивости. Здесь главным методическим завоеванием было развитие представлений о гелиогеофизической зависимости. Последняя определялась различными комбинациями фаз периодических процессов — суточного вращения Земли, годового вращешя ее вокруг Солнца, циклов солнечной активности (например — день, зима, максимум солнечной активности, средние широты).

В результате усилий многих исследователей за рубежом и у нас была создана совокупность справочных моделей ионосферы, где входными параметрами являются характеристики солнечной и геомагнитной активности (индексы 1^, 7 и Кр). Доминирующей моделью, тем не менее, является эмпирическая. Применительно к рассматриваемому здесь кругу вопросов — модель критической частоты fc области F2. существуют международные методики превращения дискретных значений? (определенных) на мировой сети станций в карты изолиний, соответствующих той или иной гелиогеофизической ситуации. Существую также методики построения сглаженного суточного хода .

Значительная часть из них была посвящена статистике вариаций критической частоты области F2 ионосферы. Расцвет этих исследований по времени совпадает с периодом расцвета мировой сети АИС — максимального числа участвукищх станций. Это 70-е — 80-е годы 20 века. Вместе с тем в этих исследованиях практически полностью внимание было обращено на получение информации от отдельных АИС (либо совокупности до 10 станций). Вне поля исследований остались явления, которые относятся ю всей совокупности АИС, входящих (или входивших) в мировую сеть.

Задачи контроля планетарной статистики, как выяснилось, может привести к обнаружению ряда планетарных магнитои сейсмогенных явлений. Этим определяется и актуальность и практическая значимость данной работы.

В ней ставится цель — исследовать информационные возможности контроля планетарной статистики критической частоты области F2 ионосферы. При этом для достижения этой цели предполагается решить ряд конкретный задач: проанализировать методы и результаты статистическим исследований, выполненных ранее, сделав основной упор на предложения по преодолению имевшихся трудностей математического моделирования в статистике;

— рассмотреть вопросы группировки параметров статистических моделей вариаций критической частоты области F2 по всей совокупности гелиогеофизических ситуацийразработать новую эксцессивно-асимметричную модель случайных вариаций критической частоты с достаточной для практики простотой установления связи между выборочными статистиескими инвариантами и параметрами модели.

— привести примеры, иллюстрирующие реакцию планетарной статистики вариаций критической частоты области F2 ионосферы на развивающиеся в ней сейсмогенные и магнитогенные явления Пути и способы решения перечисленные задач составляют содержание данной работы.

Диссертант выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук Авдюшину С.И.

3.4 Выводы к главе 3.

Из всего круга проблем, связанных с развитием проблематики случайных вариаций 5fcF2 были выделены вопрос использования метода характеристической функции и вопрос, связанный с применением функций кросскорреляции для прикладного статистического моделирования. Представляется возможным сделать вывод о том, что в обоих случаях получены новые результаты, являющиеся определенным развитием методов, применимых к информации, получаемой на всемирной сети АИС. Полученные результаты относятся и к определению отношения энергии случайной и детерминированной частей суммарного сигнала. При этом обоснован используемый на практике метод аппроксимации двувершинных распределений суперпозицией смещенных унимодальных функций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В итоге исследований об использовании информации о критической частоте области F2 мировой сети станций вертикального зондирования ВЗ, получены следующие основные результаты:

— создана новая модель случайных процессов в виде функции плотности вероятности, параметрами которой являются первые четыре статистических инварианта (среднее, дисперсия, асимметрия, эксцесс) — модель обладает аналитической простотой, что делает ее удобной в геофизических приложениях.

— показано, что на плоскости инвариантов (А, Е), каждая точка которой отражает свойства единичной реализации суточного процесса ВЗ, облако эмпирических точек в высоком гроценте случаев (более 90%) совпадает с областью допустимых значений, А и Е новой модели.

— установлен опережающий характер (примерно на сутки) реакции данных ВЗ мировой сети АИС по статистике вариаций критической частоты области F2 ионосферы на сосредоточенные по времени планетарные геофизические возмущения (магнитные и сейсмические).

— анализ вариаций критической частоты областиF2 ионосферы на разнесенные АИС в период, предшествующий катастрофическому землетрясению, показал, что метод кросскорреляции применительно к мировой сети АИС обладает определенной информативностью в схеме краткосрочного прогнозирования землетрясений.

На основании изложенного представляется возможным сделать выводы. Поставленная в диссертации задача использования мировой сети автоматических ионосферных станций для контроля планетарной статистики вариаций критической частоты областиР2 ионосферы нашли свое решение на основе разработки новой неголоморфной модели функции плотности вероятности случайного процесса, обладающего асимметрией и эксцессом, а также разработки ряда правил использования информации мировой сети АИС.