Техника инверсии магнитограмм и некоторые ее применения в исследовании солнечно-земных связей - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Работа выполнена в Институте солнечно-земной физики СО РАН поле геомагнитный инверсия магнитограмма Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Мишин Вилен Моисеевич. Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Левитин Анатолий Ефимович доктор физико-математических наук, профессор Пархомов Владимир Александрович доктор физико-математических наук, профессор Сенаторов Владимир Николаевич Защита состоится «16 »_сентября_ 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.003.034.01 Института солнечно-земной физики СО РАН: Россия, 664033, Иркутск, Лермонтова, 126а, а/я 291, ИСЗФ СО РАНМагнитосфера подвержена непрерывным изменениям, включая суббури и бури, которые вызывают изменения электромагнитного поля Земли, глобальных систем электрических токов и конвекции плазмы, нарушают нормальную работу систем связи, транспортных и других систем, важных для мирового народного хозяйства, и влияют на организм человека и биосферу в целом. В последние годы развивается новое направление - аналогия развития солнечных вспышек и геомагнитных суббурь, где используются принципы и методы, разработанные на основе ТИМ [9-13]. Разработка последовательно улучшаемых алгоритмов и программ ТИМ (ТИМ-0, ТИМ-1, ТИМ-2), обеспечивающих математический синтез измерений мировой сети наземных магнетометров и вычисление ранее недоступных мгновенных пространственных распределений (карт) электрического поля и токов в ионосфере и магнитосфере Земли. Разработка методов вычисления на основе данных ТИМ ряда ранее недоступных параметров, определяющих энергетику магнитосферных бурь: «открытого» магнитного потока хвоста магнитосферы, потока электромагнитной энергии в магнитосферу, и мощности возникающего в магнитосфере возмущения. На основе методов п.1 разработана серия алгоритмов и программ ТИМ-0 и ТИМ-1, которые впервые обеспечили вычисление на основе данных сети наземных магнетометров глобальных (Ф>60°) карт пространственного распределения в ионосфере и магнитосфере электрического поля и токов, ответственных за геомагнитные вариации и бури.Излагается алгоритм потенциального анализа ПГВ, который является необходимой первой ступенью всех известных алгоритмов математического описания геомагнитных полей и их источников, включая алгоритм ТИМ. Отмечено, что классические методы такого анализа используют представление магнитного потенциала усеченным рядом гармонических функций, спектр которого определяется путем эмпирического подбора, что не обеспечивает необходимой и обоснованной минимизации ошибок вычислений. При использовании эмпирических методов применительно к описанию мгновенных полей геомагнитных бурь, малые изменения выбранного спектра ведут к ошибкам коэффициентов потенциала ~ 100 % и более, т.е. задача оказывается некорректно поставленной. В этой связи, обоснована необходимость выбора оптимального спектра сферических функций, аппроксимирующих мгновенное ПГВ и поле возмущения по измерениям глобальной сети наземных магнитных обсерваторий. Рис.1 Основные коэффициенты рядов , аппроксимирующие-поле; n - количество сферических гармоник в ряде.Уравнения имеют вид где - тензор электропроводности ионосферы, U - электрический потенциал, j|| - продольные токи, текущие вдоль геомагнитных силовых линий. Тонкие пунктирные (сплошные) линии обозначают втекающие в ионосферу (вытекающие) продольные токи. Толстые отрезки, обозначенные цифрами от 1 до 7, соединяют втекающие утром продольные токи с вытекающими вечером токами в зонах Ииджимы-Потемры [63] или наоборот. Примеры приведены на рис.3.На основе ТИМ-1 в 1980-90 гг. выполнен цикл исследований воздействия колебаний ММП BZ, BY, и BX на глобальные системы токов и электрическое поле в магнитосфере и ионосфере. Основные эффекты ММП описаны в терминах глобального электрического поля и токов в ионосфере и продольных токов в магнитосфере.В третьей главе описан метод единых коэффициентов (МЕК), использующий наряду с наземными измерениями ПГВ данные спутниковых, радарных и ракетных измерений электрического поля в ионосфере и модель электрического поля Веймера [70, 71]. Отличия МЕК от AMIE заключаются в том, что в нем используются более простой алгоритм вычисления базисных функций, аппроксимирующих поле геомагнитных вариаций (ПГВ) и электрические поля и токи в ионосфере. Кроме этого, в качестве одного из основных элементов МЕК применяется метод выбора оптимального спектра этих функций [1], описанный в первой главе. Изложен усовершенствованный вариант МЕК, позволяющий совместно с наземными измерениями геомагнитного поля и спутниковыми, ракетными и радарными измерениями ионосферного электрического поля использовать эмпирическую модель Веймера. Из общего набора выходных параметров ТИМ-2 при разработке сценария использовались, в основном, карты эквивалентных токов и упомянутые выше параметры, определяющие энергетический аспект развития суббурь.