Использование метода ультранизкочастотной

Использование метода
ультранизкочастотной магнитной
локации для исследования
динамики ионосферных источников
геомагнитных возмущений
Копытенко Ю.А., Исмагилов В.С.
СПбФ ИЗМИРАН, г. Санкт-Петербург,
[email protected]
Схема расположения фронта УНЧ геомагнитной волны
(пунктирные линии) в моменты времени, когда фронт
проходит через магнитовариационные станции (точки 1, 2, 3).
Фронт движется со скоростью V под углом  к оси Y.
V
X
1
3
T3
G
T2
2
T1
Y
Для вектора фазовой скорости вдоль земной поверхности:
 = Arccos[V31cos()/(V221 + V231 – 2*V21V31sin())1/2]
|V| = V21cos() = V31sin(+)
Для вектора градиента вдоль земной поверхности:
 = Arccos[G21cos()/(G221 + G231 – 2*G21G31sin())1/2]
|G| = G21/cos() = G31/sin(+)
Угол  легко определяется через координаты точек 1, 2 и 3,
которые нам известны.
Величины V21, V31 (фазовые скорости в направлениях от
станции 2 к станции 1 и от станции 3 к станции 1) и G21, G31
(градиенты в направлениях от станции 2 к станции 1 и от
станции 3 к станции 1 определяются как
V21=d21/T21, V31=d31/T31, G21=B21/d21, G31=B31/d31
Здесь d21, d31 – расстояния между магнитными станциями,
расположенными в точках 2 и 1, 3 и 1, соответственно;
T21, T31- временные (фазовые) задержки при прохождении
волнового фронта расстояния между магнитными станциями 2 и
1, 3 и 1, соответственно;
B21, B31 – разность величин любой из компонент магнитного
поля (с учетом фазовых задержек) между магнитными
станциями 2 и 1, 3 и 1, соответственно.
Мгновенные изолинии и направления векторов градиентов
полной горизонтальной компоненты для геомагнитных
пульсаций Рс4 ( Т=40 сек. ). 19.07.1998 г. (12.24 UT).
Эксперимент BEAR.
a14
a13
a12
G(нТл)
a11
a10
75
1.2
Геогр. широта
1.0
a09
70
a08
a07
a05
a04
a03
65
b10
b05
b15
b22
b21
b14
b18
b02
b01
15
b07
a18
a16
b27
b50
b49
b42
b41
b30
a20
b33
b29
b20
b13
b19
a23
60
b35
b34
b23
b16
b11
a15
a02
a01
0.8
0.6
b48
0.4
b47
b46
b45
b32
0.2
b38
b26
b37
0.0
b17
20
25
30
35
Геогр. долгота
Черные треугольники – магнитные станции, стрелки – направления,
полученные по двум градиентометрам (станции, отмеченные овалами)
Положение источников геомагнитных пульсаций
14.06.1998 г. (03-08 UT).
75
a10
N
E
W
a09
70
Геогр. широта (град.)
S
a07
a05
a03
b23
a19 b10
b05
b15
b22
b21
b14
a08
a15
a02
a01
b16
b11
65
a06
a04
b31
b35
b42
b41
b30
a20
b33
b29
b13
b01
b48
b47
b38
b08
b02
b50
b46
b45
b27 b32
60
b49
b07
a16
b26
b12
b36
b17
km
0
500
55
0
5
10
15
20
25
Геогр. долгота (град.)
30
35
40
45
Черные точки – местоположение источников геомагнитных пульсаций;
треугольники – магнитные станции; черные квадраты – станции,
использованные для определения местоположения источников.
Двумерное распределение амплитуд геомагнитного поля
пульсаций (изолинии) в диапазоне частот F = 0.0067 – 0.02 Гц и
векторов градиентов геомагнитных волн вдоль земной
поверхности для трех компонент магнитного поля.
Эксперимент BEAR, 18.07.1998, 20:28 UT.
Двумерное распределение амплитуд геомагнитного поля
пульсаций (изолинии) в диапазоне частот F = 0.0067 – 0.02 Гц и
векторов фазовых скоростей распространения геомагнитных
волн вдоль земной поверхности для трех компонент
магнитного поля. Эксперимент BEAR, 18.07.1998, 20:28 UT.
Схема магнитной локации эпицентра землетрясения
Источник УНЧ геомагнитных возмущений
1
Центр сбора и
обработки
данных
2
Эпицентральная
зона
Гипоцентр и
источники УНЧ
возмущений
dir Vz, deg
dir Vg, deg
Gz, pT/km
Gg, pT/km Gz/Gg, rel.un. Magnitude
Поведение величин градиентов (Gg, Gz) и направлений
фазовых скоростей (Vg, Vz) УНЧ геомагнитных вариаций в
полосе частот F = 0.1 – 0.3 Гц до и во время сейсмоактивного
периода. Япония, 2000 г.
8
Ì àãí èòóäà = 6.4 6.1 6.3
6
4
Í à÷àëî ñåéñì è÷åñêî é àêòèâí î ñòè
2
4
2
0
15
10
5
0
10
5
0
180
90
0
-90
-180
180
90
0
-90
-180
Í àï ðàâëåí èå î ò ýï èöåí òðà
Í àï ðàâëåí èå î ò ýï èöåí òðà
Ì î ì åí òû ñèëüí û õ çåì ëåòðÿñåí èé
2-Feb 22-Feb 13-Mar 2-Apr 22-Apr 12-May 1-Jun 21-Jun 11-Jul 31-Jul
Sep
Jun
May
Apr
Mar
Feb
Jan
Probability of gradient and phase velocity vector directions (%)
Oct
Распределения вероятностей направлений (среднемесячные значения) векторов
градиентов (слева) и фазовых скоростей (справа) полной горизонтальной компоненты
УНЧ геомагнитных возмущений (F=0.03-0.1 Hz) перед и после сильных землетрясений
(M>6), п-ов Босо, Япония, 2000. Вертикальные штрихованные полоски соответствуют 30градусному конусу локации от магнитных станций к эпицентру землетрясения.
40
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
40
0
40
20
20
0
0
-180
-90
0
90
Gradient dir. (deg)
180 -180
-90
0
90
180
Phase velocity dir. (deg)
• По данным эксперимента BEAR проводится УНЧ
магнитная локация ионосферных источников вариаций
с использованием данных двух троек магнитных
станций. Показано, что источники пульсаций в
диапазоне периодов 5–100 сек. в течение выбранного
5–часового интервала располагались примерно вдоль
геомагнитной параллели и статистически отражают
положение ионосферных источников в авроральном
овале.
• На площади 2000 на 2000 км исследуются двумерные
распределения амплитуд, фазовых скоростей и
градиентов геомагнитных пульсаций. По этим
распределениям можно наблюдать развитие
геомагнитных возмущений со временем и их
суперпозицию на земной поверхности. Показано, что
двумерные распределения амплитуд, градиентов и
скоростей позволяют локализовать ионосферные
источники геомагнитных пульсаций и определить их
динамику при построении последовательных во
времени мгновенных распределений.
• По данным трех близкорасположенных магнитных
станций в Карелии (п.Лехта) определены фазовые
задержки и построены вектора градиентов и фазовых
скоростей геомагнитных пульсаций типа Рс.
• Показано, что величины и направления векторов
градиентов зависят от интенсивности ионосферного
источника, от его местоположения и от
распределения электропроводности в земной коре.
Величины и направления векторов фазовых
скоростей и градиентов в Z компоненте практически
полностью определяются распределением
электропроводности земной коры и
местоположением источника относительно
геоэлектрических аномалий и не зависят от
интенсивности ионосферного источника.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ