Ионосферный отклик на акустическое воздействие по данным микроспутников DEMETER и Chibis-M
Рубрика:
| Селиванов, ЮА, 1Рапопорт, ЮГ, Черемных, ОК 1Інститут космічних досліджень Національної академії наук України та Державного космічного агентства України, Київ Київський національний університет імені Тараса Шевченка |
| Косм. наука технол. 2018, 24 ;(6):41-56 |
| https://doi.org/10.15407/knit2018.06.041 |
| Язык публикации: Украинский |
Аннотация: Активные наземно-космические эксперименты, выполненные Институтом космических исследований НАН и ГКА Украины (ИКИ), Львовским центром Института космических исследований НАН и ГКА Украины (ЛЦ ИКИ) и Физико-механическим институтом НАН Украины (ФМИ) в 2013 г. (с привлечением спутника Chibis-M), а в 2005 г. - ЛЦ ИКИ совместно с ФМИ (с привлечением спутника DEMETER) были посвящены изучению программированного инфразвукового воздействия на ионосферу Земли со стороны акустического источника искусственного происхождения. В данной роботе внимание сосредоточено на измерениях, выполненных указанными спутниками во время активного действия наземного акустического генератора. Дано описание специфики экспериментов, соответствующих методов анализа данных, приведены некоторые результаты анализа.
Анализ записей спутниковых измерений низкочастотных вариаций электрического и магнитного полей в ионосфере на висотах 420 км (МС Chibis-M) та 710 км (MC DEMETER) позволил выявить прохождения спутников через локализованные области возбуждения, отличающиеся от окружающей среды другой пространственно-временной изменчивостью. Анализ пространственно-временных связей, существовавших во время экспериментов, позволил интерпретировать некоторые из найденных событий в качестве кандидатов возбуждений, вызванных действием акустического излучения наземного управляемого акустического излучателя.
Анализ данных был выполнен с помощью реализаций методов скользящего нормированного медианного абсолютного отклонения, вейвлетной энтропії в скользящем окне и мультифрактального анализа. Выработаны рекомендации по дальнейшим етапам анализа. Созданное методическое и программное обеспечение будет использовано в исследованиях по космическому проекту «Ионосат – Микро».
|
| Ключевые слова: активные наземно-космические эксперименты, ионосфера, наземный акустический генератор, программированное инфразвуковое воздействие, современные методы анализа данных |
References:
1. Гохберг М. Б., Шалимов С. Л. Литосферно-ионосферная связь и ее моделирование // Российский журн. наук о Земле. — 2000. — 2, № 2. — С. 95—108.
2. Емельянов Л. Я., Живолуп Т. Г., Сорока С. А., Черемных О. К., Черногор Л. Ф. Наземное акустическое воздействие на атмосферу: результаты наблюдений методами некогерентного рассеяния и вертикального зондирования // Радиофиз. и радиоастрон. — 2015. —20, № 1. — С. 37—47.
3. Петрухин Н. С., Пелиновский К. Н., Бацына Е. К. Безотражательные акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли // Геомагнетизм и аэрономия. — 2012. — 52, № 6. — C. 854—860.
4. Черемних О. К., Гримальський В. В., Івантишин О. Л., Івченко В. М., Козак Л. В., Кошовий В. В., Мезенцев В. П., Мельник М. О., Ногач Р. Т., Рапопорт Ю. Г., Селіванов Ю. О., Жук І. Т. Експериментальні та теоретичні дослідження штучної акустичної модифікації атмосфери та іоносфери // Космічна наука і технологія. — 2015. — 21, № 1. — С. 48—53.
5. Черемных О. К., Климов С. И., Корепанов В. Е., Кошовый В. В., Мельник М. Е., Ивантишин О. Л., Ногач Р. Т., Рапопорт Ю. Г., Селиванов Ю. А., Семенов Л. П.. Наземно-космический эксперимент по искусственной акустической модификации ионосферы. Первые результаты // Космічна наука і технологія. — 2014. — 20, № 6. — С. 60—74.
6. Черемных О. К., Селиванов Ю. А., Захаров И. В. Влияние сжимаемости и неизотермичности атмосферы на распространение акусто-гравитационных волн // Космічна наука і технологія. — 2010. — 16, № 1. — C. 9—19.
7. Черногор Л. Ф. Геофизические эффекты и геоэкологические последствия массовых химических взрывов на военных складах в г. Артемовске // Геофиз. журн. — 2004. — 26, № 4. — С. 31—44.
8. Aoyama Tadashi, Iyemori Toshihiko, Nakanishi Kunihito,Nishioka Michi, Rosales Domingo, Veliz Oscar, Safor Erick Vidal. Localized field-aligned currents and 4-min TEC and ground magnetic oscillations during the 2015 eruption of Chile’s Calbuco volcano // Earth, Planets and Space. — 2016. — 68. — P. 148. —
2. Емельянов Л. Я., Живолуп Т. Г., Сорока С. А., Черемных О. К., Черногор Л. Ф. Наземное акустическое воздействие на атмосферу: результаты наблюдений методами некогерентного рассеяния и вертикального зондирования // Радиофиз. и радиоастрон. — 2015. —20, № 1. — С. 37—47.
3. Петрухин Н. С., Пелиновский К. Н., Бацына Е. К. Безотражательные акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли // Геомагнетизм и аэрономия. — 2012. — 52, № 6. — C. 854—860.
4. Черемних О. К., Гримальський В. В., Івантишин О. Л., Івченко В. М., Козак Л. В., Кошовий В. В., Мезенцев В. П., Мельник М. О., Ногач Р. Т., Рапопорт Ю. Г., Селіванов Ю. О., Жук І. Т. Експериментальні та теоретичні дослідження штучної акустичної модифікації атмосфери та іоносфери // Космічна наука і технологія. — 2015. — 21, № 1. — С. 48—53.
5. Черемных О. К., Климов С. И., Корепанов В. Е., Кошовый В. В., Мельник М. Е., Ивантишин О. Л., Ногач Р. Т., Рапопорт Ю. Г., Селиванов Ю. А., Семенов Л. П.. Наземно-космический эксперимент по искусственной акустической модификации ионосферы. Первые результаты // Космічна наука і технологія. — 2014. — 20, № 6. — С. 60—74.
6. Черемных О. К., Селиванов Ю. А., Захаров И. В. Влияние сжимаемости и неизотермичности атмосферы на распространение акусто-гравитационных волн // Космічна наука і технологія. — 2010. — 16, № 1. — C. 9—19.
7. Черногор Л. Ф. Геофизические эффекты и геоэкологические последствия массовых химических взрывов на военных складах в г. Артемовске // Геофиз. журн. — 2004. — 26, № 4. — С. 31—44.
8. Aoyama Tadashi, Iyemori Toshihiko, Nakanishi Kunihito,Nishioka Michi, Rosales Domingo, Veliz Oscar, Safor Erick Vidal. Localized field-aligned currents and 4-min TEC and ground magnetic oscillations during the 2015 eruption of Chile’s Calbuco volcano // Earth, Planets and Space. — 2016. — 68. — P. 148. —
doi: 10.1186/S40623-016-0523-0.
9. Boateng Kwame Osei, Asubam Benjamin Weyori, Laar David Sanka. Improving the Effectiveness of the Median Filter // Int. J. Electron. and Communication Engineering. — 2012. — 5, N 1. — P. 85—97.
10. Cianchini G., De Santis A., Balasis G., Mandea M., Qamili E.. Entropy based analysis of satellite magnetic data for searching possible electromagnetic signatures due to big earthquakes // Proceedings of the 3rd IASME/WSEAS International Conference on Geology and Seismology (GES’09). — P. 29—35.
11. Cussac T., Clair M.-A., Ultré-Guerard P., Buisson F., Lassalle-Balier G., Ledu M., Elisabelar C., Passot X., Rey N. The DEMETER microsatellite and ground segment Planet. and Space Sci. — 2006. — 54. — 427 p. —
9. Boateng Kwame Osei, Asubam Benjamin Weyori, Laar David Sanka. Improving the Effectiveness of the Median Filter // Int. J. Electron. and Communication Engineering. — 2012. — 5, N 1. — P. 85—97.
10. Cianchini G., De Santis A., Balasis G., Mandea M., Qamili E.. Entropy based analysis of satellite magnetic data for searching possible electromagnetic signatures due to big earthquakes // Proceedings of the 3rd IASME/WSEAS International Conference on Geology and Seismology (GES’09). — P. 29—35.
11. Cussac T., Clair M.-A., Ultré-Guerard P., Buisson F., Lassalle-Balier G., Ledu M., Elisabelar C., Passot X., Rey N. The DEMETER microsatellite and ground segment Planet. and Space Sci. — 2006. — 54. — 427 p. —
doi:10.1016/j.pss.2005.10.013.
12. Fedorenko A. K., Bespalova A. V., Cheremnykh O. K., Kryuchkov E. I. A dominant acoustic-gravity mode in the polar thermosphere // Ann. Geophys. — 2015. — 33. — P. 101—108. —
12. Fedorenko A. K., Bespalova A. V., Cheremnykh O. K., Kryuchkov E. I. A dominant acoustic-gravity mode in the polar thermosphere // Ann. Geophys. — 2015. — 33. — P. 101—108. —
doi:10.5194/angeo-33-101-2015.
13. Infrasound Propagation // Geospace Science & Technology Branch (7630) / Space Science Division / The U.S. Naval Research Laboratory [Офіційний веб-сайт Військово-морських сил США]. — URL: www.nrl.navy.mil/ssd/branches/7630/infrasound-propagation (дата звернення: 20.08.2018).
14. Jakobsen J. Infrasound emission from wind turbines // J. low frequency noise, vibration and active control. — 2005. — 24, N 3. — P. 145—155.
15. Karavosov R. K., Prozorov A. G. Nonordinary excitation of hydroacoustic resonance in the hydroturbine circuit of the Sayano-Shushenskaya hydroelectric power plant // J. Eng. Phys. and Thermophys. — 2011. — 84, N 3. — P. 585—588.
16. Koshovy V. V. Radiophysical and Radio Astronomical Diagnostics of Ionospheric Effects Induced by a Ground-Based Infrasonic Transmitter (Preliminary Results) // Radiophys. and Quantum Electron. — 1999. — 42, N 8. — P. 691—703.
17. Lyubushin A. A., Kalab Z., Lednicka M. Geomechanical Time Series and its Singularity Spectrum Analysis // Acta geod. geophys. et montanist. Acad. sci. hung. — 2012. — 41, N 1. — P. 1—9. —
13. Infrasound Propagation // Geospace Science & Technology Branch (7630) / Space Science Division / The U.S. Naval Research Laboratory [Офіційний веб-сайт Військово-морських сил США]. — URL: www.nrl.navy.mil/ssd/branches/7630/infrasound-propagation (дата звернення: 20.08.2018).
14. Jakobsen J. Infrasound emission from wind turbines // J. low frequency noise, vibration and active control. — 2005. — 24, N 3. — P. 145—155.
15. Karavosov R. K., Prozorov A. G. Nonordinary excitation of hydroacoustic resonance in the hydroturbine circuit of the Sayano-Shushenskaya hydroelectric power plant // J. Eng. Phys. and Thermophys. — 2011. — 84, N 3. — P. 585—588.
16. Koshovy V. V. Radiophysical and Radio Astronomical Diagnostics of Ionospheric Effects Induced by a Ground-Based Infrasonic Transmitter (Preliminary Results) // Radiophys. and Quantum Electron. — 1999. — 42, N 8. — P. 691—703.
17. Lyubushin A. A., Kalab Z., Lednicka M. Geomechanical Time Series and its Singularity Spectrum Analysis // Acta geod. geophys. et montanist. Acad. sci. hung. — 2012. — 41, N 1. — P. 1—9. —
doi: 10.1556/AGeod.47.2012.1.6
18. Pokhotelov O. A., Liperovskii V., Fomichev Y. P., Rubtsov L. N., Alimov O. A., Sharadze Z. S., Liperovskaya R. K.Ionospheric modification during the military actions in the Persian gulf zone // Doklady Akad. Nauk SSSR. — 1991. — 321, N 6. — P. 1168—1172.
19. Pokhotelov О. A., Pilipenko V. A., Fedorov E. N., Stenflo L., Shukla Р. К. Induced Electromagnetic Turbulence in the Ionosphere and the Magnetosphere // Phys. Scr. — 1994. — 50. — P. 600—605.
18. Pokhotelov O. A., Liperovskii V., Fomichev Y. P., Rubtsov L. N., Alimov O. A., Sharadze Z. S., Liperovskaya R. K.Ionospheric modification during the military actions in the Persian gulf zone // Doklady Akad. Nauk SSSR. — 1991. — 321, N 6. — P. 1168—1172.
19. Pokhotelov О. A., Pilipenko V. A., Fedorov E. N., Stenflo L., Shukla Р. К. Induced Electromagnetic Turbulence in the Ionosphere and the Magnetosphere // Phys. Scr. — 1994. — 50. — P. 600—605.
20. Quian Quiroga R., Rosso O. A., Başar E., Scürmann M. Wavelet entropy in event-related potentials: a new method shows ordering of EEG oscillations // Biol. Cybern. — 2001. — 84. — P. 291—299.
21. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Grimalsky V. V., Ivchenko V. N., Milinevsky G. P., Tkachenko E. N., Melnik M. O., Mezentsev V. P., Karataeva L. M., Nogach R. T. Ionosphere as a Sensitive Indicator of Powerful Processes in the Lower Atmosphere / Lithosphere, Artificial Acoustic Influence and Space Weather // Electromagnetic Effects of the Earthquakes and Volcanoes EMSEV 2014 Workshop, Konstancin Jeziorna, 22— 26.09.2014, Book of Abstracts. — 2014. — P.133—135.
22. Rapoport Y. G., Cheremnykh O. K., Koshovy V. V., Melnik M. O., Ivantyshyn O. L., Nogach R. T., Selivanov Y. A., Grimalsky V. V., Mezentsev V. P., Karataeva L. M., Ivchenko V. M., Milinevsky G. P., Fedun V. N., Tkachenko E. N. Ground-based acoustic parametric generator impact on the atmosphere and ionosphere in an active experiment // Ann. Geophys. — 2017. — 35. — P. 53—70. —
21. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Grimalsky V. V., Ivchenko V. N., Milinevsky G. P., Tkachenko E. N., Melnik M. O., Mezentsev V. P., Karataeva L. M., Nogach R. T. Ionosphere as a Sensitive Indicator of Powerful Processes in the Lower Atmosphere / Lithosphere, Artificial Acoustic Influence and Space Weather // Electromagnetic Effects of the Earthquakes and Volcanoes EMSEV 2014 Workshop, Konstancin Jeziorna, 22— 26.09.2014, Book of Abstracts. — 2014. — P.133—135.
22. Rapoport Y. G., Cheremnykh O. K., Koshovy V. V., Melnik M. O., Ivantyshyn O. L., Nogach R. T., Selivanov Y. A., Grimalsky V. V., Mezentsev V. P., Karataeva L. M., Ivchenko V. M., Milinevsky G. P., Fedun V. N., Tkachenko E. N. Ground-based acoustic parametric generator impact on the atmosphere and ionosphere in an active experiment // Ann. Geophys. — 2017. — 35. — P. 53—70. —
doi:10.5194/angeo-35-53-2017.
23. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Fedorenko A. K., Ivchenko V. M., Grimalsky V. V., Tkachenko E. N. Oscillations of neutral and charged components of near-Earth plasma and effects of active media // UK Ukraine Meeting on Solar Physics and Space Science UKU SPSS/TASS-2011. — 2011.
24. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Fedorenko A. K., Ivchenko V. M., Grimalsky V. V., Tkachenko E. N. Modeling AGW and PEMW in inhomogeneous atmosphere and ionosphere // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET) / 2012 IEEE Int.Conf. — 2012/8/28. — P. 577—580.
25. Rezek I. A., Roberts S. J. Stochastic Complexity Measures
for Physiological Signal Analysis // IEEE Transactions on BME. — 1998. — 45, N 9. — P. 1186—1191.
26. Serrano E., Figliola A. Wavelet Leaders: A new method to estimate the multifractal singularity spectra // Physica A. — 2009. — 388. — P. 2793—2805.
27. Snively J. B. Nonlinear Gravity Wave Forcing as a Source of Acoustic Waves in the Mesosphere, Thermosphere, and Ionosphere // Geophys. Res. Lett. — 2017. — 44. — P. 23.
28. Zettergren M. D., Snively J. B. Ionospheric response to infrasonic-acoustic waves generated by natural hazard events // J. Geophys. Res: Space Phys. — 2015. — 120, N 9. — P. 8002—8024.
29. Zettergren M. D., Snively J. B., Komjathy A., Verkhoglyadova O. P. Nonlinear ionospheric responses to large-amplitude infrasonic-acoustic waves generated by undersea earthquakes // J. Geophys Res: Space Phys. — 2017. — 122, N 2. — P. 2272—2291.
23. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Fedorenko A. K., Ivchenko V. M., Grimalsky V. V., Tkachenko E. N. Oscillations of neutral and charged components of near-Earth plasma and effects of active media // UK Ukraine Meeting on Solar Physics and Space Science UKU SPSS/TASS-2011. — 2011.
24. Rapoport Yu. G., Cheremnykh O. K., Selivanov Yu. A., Fedorenko A. K., Ivchenko V. M., Grimalsky V. V., Tkachenko E. N. Modeling AGW and PEMW in inhomogeneous atmosphere and ionosphere // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET) / 2012 IEEE Int.Conf. — 2012/8/28. — P. 577—580.
25. Rezek I. A., Roberts S. J. Stochastic Complexity Measures
for Physiological Signal Analysis // IEEE Transactions on BME. — 1998. — 45, N 9. — P. 1186—1191.
26. Serrano E., Figliola A. Wavelet Leaders: A new method to estimate the multifractal singularity spectra // Physica A. — 2009. — 388. — P. 2793—2805.
27. Snively J. B. Nonlinear Gravity Wave Forcing as a Source of Acoustic Waves in the Mesosphere, Thermosphere, and Ionosphere // Geophys. Res. Lett. — 2017. — 44. — P. 23.
28. Zettergren M. D., Snively J. B. Ionospheric response to infrasonic-acoustic waves generated by natural hazard events // J. Geophys. Res: Space Phys. — 2015. — 120, N 9. — P. 8002—8024.
29. Zettergren M. D., Snively J. B., Komjathy A., Verkhoglyadova O. P. Nonlinear ionospheric responses to large-amplitude infrasonic-acoustic waves generated by undersea earthquakes // J. Geophys Res: Space Phys. — 2017. — 122, N 2. — P. 2272—2291.