Цикл наукових праць




Сторінка1/5
Дата конвертації24.05.2018
Розмір1,96 Mb.
  1   2   3   4   5

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ та СПОРту України

Інститут іоносфери НАН і МОНмолодьспорту України



ЦИКЛ НАУКОВИХ ПРАЦЬ

на здобуття щорічної премії Президента України
для молодих учених

ДИНАМІКА НИЖНЬОЇ ТА СЕРЕДНЬОЇ ІОНОСФЕРИ

НАД УКРАЇНОЮ









ПАНАСЕНКО Сергій Валентинович 

кандидат фізико-математичних наук, науковий співробітник Інституту іоносфери НАН і МОНмолодьспорту України, доцент кафедри “Радіоелектроніка” Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” МОНмолодьспорту України








РЕФЕРАТ


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИКЛУ НАУКОВИХ ПРАЦЬ
Актуальність теми досліджень. Вивчення, моделювання та прогнозування динамічних процесів в іоносфері є актуальною проблемою в рамках низки міжнародних програм дослідження космічної погоди та геокосмічного середовища (CAWSES, CEDAR та ін.). Динамічні процеси є індикатором варіацій космічної та атмосферної погоди. З їх допомогою здійснюється взаємодія підсистем відкритої динамічної нелінійної системи Земля - атмосфера - іоносфера магнітосфера. Іоносферні збурення змінюють параметри радіоканалів, призводять до порушення функціонування систем телекомунікацій, радіонавігації, радіолокації, а також можуть впливати на самопочуття та здоров'я людей.

Для дослідження іоносферних процесів функціонує світова мережа радарів і радіотехнічних систем, що здійснюють майже безперервний моніторинг геокосмосу. В Україні вже протягом декількох десятиліть використовуються унікальні радіофізичні комплекси, до числа яких належать радар часткових відбиттів (ЧВ), радар вертикального доплерівського радіозондування (ДР) і програмно-апаратний комплекс пасивного радіозондування (ПАКПР). Варіації характеристик прийнятих ними радіосигналів, на основі аналізу яких відбувається відновлення параметрів динамічних процесів, в основному обумовлені гідродинамічними рухами, які поділяються на три типи: переважаючий вітер, атмосферні хвилі і турбулентність. Динамічні процеси, що відносяться до цих типів рухів і впливають на характеристики радіосигналів, аналізуються в рамках даного циклу робіт.

Незважаючи на те що до теперішнього часу накопичений величезний банк експериментальних даних і проведені теоретичні дослідження, побудова довготривалої моделі, що адекватно описує динамічні процеси в глобальному масштабі в цілому і над Україною зокрема, ще далека до свого завершення. Це пов'язано з недостатнім розумінням всього самоузгодженого комплексу фізико-хімічних процесів у відкритій динамічній системі Сонце – міжпланетне середовище – геокосмос – атмосфера – Земля, залежністю досліджуваних величин від великої кількості геофізичних параметрів, неповним знанням всіх джерел і стоків енергії, що не дозволяє розв’язувати рівняння гідродинаміки (Ейлера, Нав'є – Стокса) без введення низки припущень, нерівномірністю розміщення засобів спостереження по поверхні Землі, що не дозволяє вивчати динаміку атмосфери та іоносфери в глобальному масштабі, наявністю границь застосування, істотними похибками і слабкою чутливістю використовуваних методів тощо.

У зв'язку з цим актуальною задачею є збільшення точності існуючих та розробка нових радіофізичних методів і методик відновлення параметрів динамічних процесів, встановлення регіональної поведінки динамічних процесів в іоносфері над Україною. Розв’язання вказаної задачі дозволить побудувати регіональні довготривалі динамічні моделі, а також уточнити глобальні моделі динамічних процесів в іоносфері.

Отримані результати є унікальними, відповідають світовому рівню і мають світове фундаментальне і прикладне значення.



Мета і задачі досліджень. Метою проведених досліджень була розробка нових та удосконалення існуючих радіофізичних методів і методик виявлення та оцінки параметрів гідродинамічних рухів, а також встановлення поведінки параметрів переважаючого вітру, акустико-гравітаційних хвиль і турбулентних рухів в іоносфері над Україною.

Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі задачі.

1. Розробити нові, а також вдосконалити існуючі методи та методики виявлення й оцінки параметрів вітру, атмосферних хвиль і турбулентності. За допомогою модельних досліджень перевірити умови і встановити висотно-часові границі застосування використовуваних методів, оцінити похибки отриманих з їх допомогою результатів.

2. Отримати добові та сезонні залежності вектору горизонтальної швидкості руху над Україною під час магнітоспокійних і магнітозбурених умов. Проаналізувати квазіперіодичні варіації зональної та меридіональної швидкості вітру.

3. Визначити залежність параметрів хвильових процесів у нижній іоносфері від часу доби, сезону та рівня сонячної активності за спокійних і збурених геліогеофізичних умов.

4. Провести статистичний аналіз параметрів горизонтальної швидкості вітру та хвильових процесів у нижній іоносфері.

5. Отримати параметри хвильових збурень (ХЗ) у середній іоносфері над Україною під час природно та штучно збурених умов.

Об’єкт дослідження – динамічні процеси в нижній і середній іоносфері над Україною.

Предмет дослідження – висотно-часові варіації параметрів динамічних процесів за різних геліогеофізичних умов під час природних і штучних іоносферних збурень.

Методи дослідження. Апарат статистичної радіофізики; теорія ймовірностей та математична статистика; статистичний аналіз, класичні та сучасні методи спектрального аналізу, що ґрунтуються на традиційному перетворенні Фур’є, адаптивному перетворенні Фур’є та вейвлет-перетворенні, теорія дистанційного радіозондування та радіолокації.



Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше розроблено та успішно застосовано в експериментах два нові (активний і пасивний) радіофізичні методи виявлення і оцінки параметрів ХЗ на висотах 80 – 90 км. Отримано вирази для відносних змін електронної концентрації і похибок визначення відносних амплітуд хвильових процесів.

2. Запропоновано і успішно застосовано нове перетворення, що займає проміжне положення між Фур’є- і вейвлет-перетвореннями та було назване адаптивним перетворенням Фур’є.

3. Отримано значення параметрів горизонтальної швидкості вітру за період часу з 2002 до 2004 рр., а також ХЗ протягом 2000 – 2007 рр. на висотах 80 – 90 км над Україною для різних часів доби, сезонів і рівнів магнітної активності.

4. Визначено параметри ХЗ у середній іоносфері над Україною, що генеруються сонячним затемненням і дією на іоносферну плазму потужного радіовипромінювання віддаленого стенду “Сура”.

Практична значимість одержаних результатів.

1. Розроблені нові радіофізичні методи виявлення квазіперіодичних процесів істотно розширюють можливості радарів часткових відбиттів з дослідження мезосфери (нижньої іоносфери).

2. Запропоновані методики оцінки параметрів ХЗ можуть також використовуватися для оцінки параметрів короткочасних квазіперіодичних процесів різної природи, зокрема, багатьох видів надширокосмугових процесів.

3. Отримані регіональні значення параметрів вітру та хвильових процесів у нижній та середній іоносфері стануть складовою частиною регіональної динамічної моделі іоносфери, а також дозволять частково заповнити істотні просторові “пропуски” в глобальних моделях динаміки атмосфери з урахуванням високоенергійних природних і штучних джерел.



Загальна кількість публікацій. Автором циклу робіт особисто або у співавторстві опубліковано 29 статей у фахових наукових журналах, зокрема 6 статей у закордонних журналах “Geomagnetism and Aeronomy” (імпакт-фактор – 0,947), Doklady Physics (імпакт-фактор – 0,343), Journal of Communications Technology and Electronics (імпакт-фактор – 0,383) і Radiophysics and Quantum Electronics (імпакт-фактор – 0,715), а також 43 доповіді та тези конференцій. За темою роботи автором опубліковано
7 статей, зокрема 2 статті у журналі “Geomagnetism and Aeronomy”, 25 доповідей і тез конференцій.

Апробація та впровадження результатів. Наукові результати доповідалися на наступних конференціях: 6-th and 7-th International Conference “Problems of Geocosmos” (St. Perersburg, Russia, 2006 and 2008); Международная конференция по физике солнечно-земных связей (м. Іркутськ, Росія, 2004 р.); VII, VIII і IX Конференции молодых ученых в рамках Международной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике (м. Іркутськ, Росія, 2004, 2005 і 2007 рр.); XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI и XVII Международная научно-практическая конференция “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье” (Харків, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 рр.); Второй Международный радиоэлектронный Форум “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития” МРФ – 2005 (Международная конференция по системам локации и навигации. МКСЛН – 2005) (Харків, 2005 р.); XXI Всероссийская научная конференция по распространению радиоволн (м. Йошкар-Ола, Росія, 2005 р.);. III і IV Українські конференції з перспективних космічних досліджень (2003 і 2004 р.); V, VI, VII, VIII і IX Українські конференції з космічних досліджень (2005, 2006, 2007, 2008 і 2009 рр.) та ін.

Розроблені методи та методики впроваджено у Харківському національному університеті імені В. Н. Каразіна з 2005 р. з метою модернізації радарів, розширення їх можливостей і зменшення похибок вимірювання параметрів іоносферної плазми, а також у Інституті іоносфери з 2008 р. з метою більш точної оцінки параметрів ХЗ у іоносфері.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ЦИКЛУ НАУКОВИХ ПРАЦЬ
Цикл наукових праць складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і списку основних публікацій.

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету досліджень.

У першому розділі “Засоби та методи дослідження” наведено опис основних технічних характеристик радарів ЧВ і ДР, а також ПАКПР.

Описано удосконалену методику повного кореляційного аналізу, що використовується для визначення параметрів направленої та хаотичної швидкості руху плазми в нижній іоносфері.

Для дослідження ХЗ на висотах 80 – 90 км було розроблено два нові радіофізичні методи, що дозволяють отримувати інформацію про параметри ХЗ безпосередньо з параметрів сигналу. У активному радіофізичному методі аналізується зворотно-розсіяне випромінювання власного радіопристрою. У пасивному радіофізичному методі аналізується шумоподібне радіовипромінювання середньочастотного – високочастотного діапазонів, що поширюється в хвилеводі Земля – іоносфера. Для розроблених методів при значеннях відносних амплітуд електронної концентрації 1 – 5 % відносна похибка їх визначення зазвичай не перевищує 30 %, а у низці випадків зменшується до одиниць відсотків.



Другий розділ “Параметри вітру в нижній іоносфері” присвячено аналізу параметрів швидкості вітру на висотах 80 – 90 км.

Параметри вітру в нижній іоносфері було отримано за допомогою методу повного кореляційного аналізу за даними, виміряними в 2002 –


2004 рр. Всього було оброблено більше 280 год спостережень для 3 – 4 висот.

Величина швидкості вітру звичайно складала 10 – 80 м/с. Мали місце значні варіації величини (у 2 – 5 разів) і напрямку (на 140 – 180°) швидкості



а) б)


Рис. 1. Гістограми величини (а) і напрямку (б) швидкості вітру для весни (верхня панель), осені (середня панель) і зими (нижня панель). Тут V – в м/с, – в градусах
вітру за час спостереження. Було проведено статистичний аналіз величини, напрямку, зональної і меридіональної швидкостей вітру для різних сезонів і рівнів магнітної активності (рис. 1). З рисунку видно, що навесні і восени величина вектора швидкості вітру невелика і звичайно лежала в діапазоні 0 – 40 м/с. Вектор швидкості мав різні напрямки з деяким переважанням південного, особливо у весняний час. У зимовий час його найбільш імовірне значення складало близько 40 м/с. Взимку спостерігався яскраво виражений переважаючий напрямок вектора швидкості на південь (  180).

Виявлено, що в магнітозбурені дні значення величини горизонтальної швидкості вітру, а також абсолютних значень її зональної і меридіональної складових було звичайно менше, ніж в незбурені дні. У магнітозбурені дні вектор швидкості мав переважаючий напрямок на південь, а за відсутності збурень напрямки на південь і на північ були приблизно рівноправними.



У третьому розділі “Параметри хвильових процесів у нижній іоносфері” наведено результати дослідження параметрів ХЗ на мезосферних висотах (80 – 90 км).

Добові та сезонні варіації. Приклади часових залежностей відносних змін електронної концентрації представлено на рис. 2. Простежуються квазіперіодичні процеси з різними періодами, тривалостями та амплітудами. З рисунку видно, що при слабкому магнітному збуренні абсолютні значення в денний і нічний час не перевищували 0.2.
  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©uchika.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка