Контроль планетарной статистики вариаций критической частоты области F2 ионосферы с помощью мировой сети автоматических ионосферных станций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Кузнецов, Владимир Александрович

  • Кузнецов, Владимир Александрович
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2005, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.11.13
  • Количество страниц 123
Кузнецов, Владимир Александрович. Контроль планетарной статистики вариаций критической частоты области F2 ионосферы с помощью мировой сети автоматических ионосферных станций: дис. кандидат технических наук: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Москва. 2005. 123 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кузнецов, Владимир Александрович

Введение.

Глава 1. Обзор работ по статистической изменчивости относительных вариаций критической частоты области f2 ионосферы.

1.1 Изменение статистических характеристик Sfo F2 при разных состояниях ионосферы в годы высокой и низкой солнечной активности по данным отдельных автоматических ионосферных станций (АИС).

1.2 Изменение статистических свойств вариаций 5fo F2 в зависимости от магнитной активности по данным АИС Москва.

1.3 Эксцессивно-асимметричная модель функции плотности вероятности вариаций 5fo F2 на основе импульсного случайного процесса с использованием феноменологического экспоненциального множителя.

1.4 Использование статистических распределений ириаций 5foF2 в оценках надёжности коротковолновой радиосвязи по данным отдельных АИС.

1.5 Выводы к главе 1.

Глава 2. Неголоморфная модель эксцессивно-асимметричных функций плотности вероятности и ее использования при контроле планетарной статистики критической частоты области F2 ионосферы с помощью мировой сети АИС.

2.1 Основы аналитического представления группы неголоморфных экцессивно-асимметричных моделей.

2.2 Экспериментальные данные о топологии геометрического места точек на плоскости параметров распределений- асимметрии и эксцесса по данным мировой сети АИС.

Ю1Л mn^uDun bwin j HI. арактер изменения планетарной статистики 5fo моментам главного удара катастрофичес эльзованием данных мировой сети АИС.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», 05.11.13 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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 ЭклсаЛармора; первое 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 <£ (t), для каждой АИС, входящей в мировую сеть. Существенно, что разность между текущим и сглаженным изменением £ обычно рассматривают как случайный процесс. Параллельно с исследованиями квазидетерминированной изменчивости ионосферы в течение десятилетий происходили исследования ее случайной изменчивости.

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 магнито- и 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 ситуаций; разработать 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.

Похожие диссертационные работы по специальности «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», 05.11.13 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Кузнецов, Владимир Александрович

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кузнецов, Владимир Александрович, 2005 год

1. Л.Н. Ляхова Труды ИЗМИР АН, 1961 г., вып. 19(29), 48

2. Л.Н. Ляхова Труды ИЗМИР АН, 1960 г., вып. 17(27), 240

3. Н.В.Смирнов, И.В.Дунин-Барковский Курс теории вероятностей и математической статистики. Иэ-во «Наука», М., 1969 г.

4. Н.П.Бенькова, Н.И.Потапова Сб. «Доклады 7 научной конференции Томского университета», вып. 2, 1957 г.

5. Н.П.Бенькова, Р.АЗевакина сб. «Ионосферные исследования», 1970 г., № 19,41

6. Н.Я.Найденова Сб. «Ионосферные исследования», 1969 г., № 17, 136

7. И.С.Всехсвятская, Н.П.Сергеенко, Л.А,Юдович Геомагнетизм и аэрономия, 1970 г., 10, 606

8. И.С.Всехсвятская, Н.П.Огргеенко, Л.А,Юдович Геомагнетизм и аэрономия, 1971 г., 11, 85

9. В.И.Романовский Математическая статистика. Из-во АН Уэ.ССР, Ташкент, 1961 г.

10. Ю.И.С.Всехсвятская, Н.П.Сергеенко, Л.АДОдович сб. «Исследование области? и внешней ионосферы», М., 1974 г., 349

11. И.С.Всехсвятская, Н.П.Сергеенко, Л.А,Юдович сб. «Ионосферные модели», из—во «Наука», М., 1975 г.

12. Т.В.Гайворонская, Н.П,Сергеенко, Л.А.Юдович сб. «Ионосферные возмущения и их влияние на радиосвязь», иэ-во «Наука», М.,1970 г., 55

13. K.Rower Methode de prevision du SPIM, SPIM R7, December, 1948

14. М.Р.А.Зевакина, Е.В.Лаврова, Л.Н.Ляхова Основы прогнозированияионосферно-магнитных возмущений и служба краткосрочных радиопрогнозов. Иэ-во «Наука», М. 1967 г.

15. YRPL Radio Propagation Handbook, Part 1, 19416.0сновы долгосрочного радиопрогнозирования под ред. Т.С.Керблай, Л.Н.Ляховой, иэ-во «Наука», 1968 г.

16. Н.И.Потапова Канд. диссертация. М. ИЗМИР АН, 1967 г.

17. И.С.Всехсвятская, Н.П.Сергеенко, Л.А,Юдович сб. «Исследование области F и внешней ионосферы», М., 1974 г., 261

18. И.С.Всехсвятская, Н.П.Сергеенко, Л.АЮдович Геомагнетизм и аэрономия, 1974 г., 730

19. Д.Миддлтон Введение в статистическую теорию связи. T.l, М.: Сов. Радио, 1961 г.21 .И.С.Всехсвятская Статистические свойства сигналов, отраженных от ионосферы, М.: Наука, 1973 г.

20. Ю.К.Калинин, Т.Д Платонов, С.И.Цветков Статистические свойства сигналов на ионосферных радиотрассах. М.: из-во Института криптографии связи и информатики ФСБ, 2002 г.

21. В.А.Кузнецов Тезисы доклада на итоговом заседании Ученого совета Института прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова, 2005 г.

22. А.Л.Дзвонковская, В.А.Кузнецов, Н.П.Сергеенко Геомагнетизм и аэрономия. 2004. №6. с.813-816

23. В.А.Кузнецов Труды ИПГ. 2004. Вып.82. с.51-54

24. В.А.Кузнецов Труды ИПГ. 2004. Вып.82. с9-12

25. А.Л.Дзвонковская, В.А.Кузнецов, Н.П.Сергеенко, Геомагнетизм и аэрономия, 2005 г. № 2. с. 221-224

26. В.А.Кузнецов Труды ГИПЭ. 2005. c.lffi 166.

27. В.А.Кузнецов Труды ГИПЭ. 2005. с. 167 171.

28. А.Абрамовиц, И.Стеган Справочник по специальным функциям. М.: Наука, 1979 г., 830 с

29. Я.Л.Алекорт Распространение электромагнитных волн и ионосферы. М.: Наука, 1972 г., с. 148

30. Е.М.Жугина, М.В.Киселева в сборнике Исследование области F и внешней ионосферы», М.: Наука, 1974 г., с. 275

31. Н.П.Сергеенко, Л.А.Юдович Исследование области F и внешней ионосферы М.: Наука, 1974 г., с. 339

32. Э.С.Казимировский, В.Д.Кокоуров Движения в ионосфере. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1979 г., 343 с.

33. U.K.Kalinin, N.P.Sergeenko а.о. Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics , 65 (2003). 1175-1177

34. Ю.К.Калини, Н.П.Сергеенко, А.В.Сазаев, Геомагнетизм и аэрономия, 2004 г., т. 44, № 2, с. 239

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.