Введение к работе
Актуальность темы. Исследования радиопомех естественного происхождения в диапазоне от единиц до сотен герц (ЕЭМП, КНЧ-шум) уже несколько десятилетий привлекает к себе внимание радиофизиков. Наблюдения КНЧ-шума выполнены в некоторых районах Земного шара, однако в центральной части Азиатского континента исследования естественного поля КНЧ-диапазона почти не проводились. Статистические характеристики КНЧ-шума существенно зависят от района экспериментов и подвержены суточным и сезонным вариациям.
В научной литературе крайне мало данных, характеризующих структуру случайного ЕЭМП на неоднородной земной поверхности. В большинстве работ объектом исследования служили вертикальная электрическая Ев и горизонтальная магнитная Нг компоненты поля, изучение горизонтальной электрической компоненты Ег не проводилось. Переход от статистических характеристик Нг к характеристикам Ег требует знания поверхностного импеданса земной коры в пункте наблюдения.
Изучение статистических свойств КНЧ-шума необходимо для решения практических задач приема сигналов на фоне помех, при проектировании и эксплуатации систем передачи информации. Представляют интерес исследования глобальных шумановских резонансов и характеристик распространения электромагнитных волн в полости "Земля-ионосфера". Данные наблюдений ЕЭМП позволяют изучать свойства нижней ионосферы, земной коры, глобальной грозовой активности и могут использоваться в других научных и технических приложениях.
Следует отметить, что в процессе биологической эволюции естественный электромагнитный фон Земли стал обязательным компонентом жизни органического мира. В связи с этим изучение естественных КНЧ излучений актуально также для экологии и биофизики
Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование естественного электромагнитного поля КНЧ-СНЧ диапазона в центральной Азии.
Основные задачи, которые решались при физическом описании ЕЭМП на земной поверхности:
- определение пространственно-временных, спектральных и энергети
ческих характеристик естественных радиопомех в диапазоне
3-500 Гц;
- исследование горизонтальных электрической Ег и магнитной Нг
компонент ЕЭМП на границе раздела "воздух-земля";
экспериментальное исследование глобальных резонансов полости "Земля-ионосфера" и их интерпретация;
разработка физически обоснованной территориально-временной модели ЕЭМП.
Методы исследований. Для решения поставленных задач были выполнены комплексные исследования, включающие обобщение и анализ литературных и фондовых радиогеофизических материалов, длительные периодические полевые наблюдения, аналитические и численные расчеты, лабораторные и полевые калибровки аппаратуры. Интерпретация экспериментальных результатов осуществлялась с привлечением методов статистического и спектрального анализа случайных процессов и полей, а также теории распространения КНЧ-СНЧ электромагнитных волн в волноводе "Земля-ионосфера".
Научная новизна работы состоит в том, что впервые получены и обобщены результаты многолетних исследований естественных КНЧ-СНЧ радиоизлучений в центральной Азии:
- выявлены основные закономерности пространственно-временного,
спектрального и энергетического распределения естественных радио
помех в диапазоне 3-500 Гц;
- исследована структура пространственных составляющих ЕЭМП на
неоднородной земной поверхности, установлены характеристики су
точного хода интенсивности и направления прихода максимума
КНЧ-шума;
- по данным интерпретации экспериментальных спектров шуманов
ских резонансов определены параметры распространения КНЧ элек
тромагнитных волн в волноводе "Земля-ионосфера";
обнаружено значительное изменение формы и уровня спектров естественных радиоизлучений в зимнее ночное время в диапазоне 100-500 Гц;
установлено понижение уровня ЕЭМП на частотах 8-40 Гц во время солнечных затмений 31 июля 1981 г., 18 марта 1988 г., 22 июля 1990 г.
Научная и практическая ценность работы определяется тем, что в пси исследованы основные характеристики радиопомех в новом краиненизкочастотном диапазоне радиосвязи. Результаты исследований КНЧ-шума могут быть использованы при решении задач распространения электромагнитных волн и диагностики свойств нижней ионосферы. Полученная информация об уровне, суточных вариациях и частотной структуре различных компонент ЕЭМП использована для обоснования методики полевых работ н выбора технических характеристик аппаратуры для определения электрических свойств земной коры. Использование ЕЭМП КНЧ-диапазопа для электромагнитного зондирования земной коры открьшает новые возможности, при поисках полезных ископаемых и изучении внутреннего строения Земли.
Научная обоснованность и достоверность результатов и выводов работы подтверждается тем, что они получены в рамках известных методов статистической радиофизики и электродинамики. В процессе анализа и интерпретации осуществлялось сравнение экспериментальных данных с модельными теоретическими расчетами. Аппаратура и методшеа экспериментальных исследований обеспечивали достаточную точность и надежность полученных данных, подтвержденную результатами оценки погрешности измерений. Обоснованность выводов по структуре н вариациям ЕЭМП обеспечивается значительным объемом статистического материала.
На защиту выносятся:
-
Совокупность экспериментальных результатов, позволивших впервые количественно описать естественные радиопомехи кранне-сверх-ннзкочастотного диапазона в центральной Азии.
-
Закономерности пространствеїшо-времешплх и спектральных ва-риа-ций ЕЭМП на неоднородной земной поверхности/выявленные в результате анализа экспериментальных данных.
-
Результаты интерпретации глобальных (шумановских) резонансов полости "Земля-ионосфера".
-
Особенности зимних и летних спектр а льных распределений в диапазоне 100-500 Гц.
-
Вариации ЕЭМП во время трех солнечных затмений.
6. Территориально-временная модель ЕЭМП, описывающая его
структуру и интенсивность на границе раздела "воздух-земля".
Личный вклад автора. Автор принимала участие в экспериментальных наблюдениях ЕЭМП в 1980-1990 гг. Обработка, анализ п интерпретация данных проведены автором лично.
Апробации работы. Основные результаты диссертации доло
жены и обсуждены на I-IV Всесоюзных научно-технических конфе
ренциях "Прием и анализ сверхнизкочастотных колебании естествен
ного происхождения" (Воронеж, 1983, 1987; Львов, 1990, Улан-Удэ,
1993), па VII,VIII,IX Всесоюзных школах-семинарах по ОНЧ излу
чениям (Якутск, 1985; Анапа, 1988; Троицк, 1991), на Всесоюзном
семинаре "Распространение радиоволн в ионосфере" (Калининград,
1989), на годичных научных сессиях Бурятского научного центра
(Улан-Удэ, 1981-1989), также были представлены на Международных
симпозиумах по ЭМС (Вроцлав, 1986, 1990; Нагоя, 1989; Цюрих,
1989). ..-....
Публикация результатов. Результаты диссертации опубликованы в моноіткіфии, 10 статьях и докладах, 15 тезисах. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа содержит 149 страниц, включая 33 рисунка, 10 таблиц, а также библиографию из 160 наименований.
