Квазипериодические вариации амплитуды сигналов грозовых разрядов, проходящих над эпицентрами землетрясений

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 537.877

В. В. Аргунов

Квазипериодические вариации амплитуды сигналов грозовых разрядов, проходящих над эпицентрами землетрясений

Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск, Россия

Аннотация. Поиск предвестников землетрясений ведется во многих геофизических полях. К числу возможных инструментов мониторинга сейсмической активности можно отнести использование наблюдений естественных низкочастотных электромагнитных сигналов и сигналов СДВ-передатчиков для обнаружения возмущений в нижней ионосфере, обусловленных воздействием сейсмических процессов. Изменение профиля электронной концентрации и высоты нижней ионосферы должно проявляться в вариациях амплитуды и фазы сигналов, распространяющихся через области над эпицентрами литосферных возмущений. В достаточно большом количестве работ показано, что вариации фазы сигналов низкочастотных радиопередатчиков, наблюдаемых за несколько дней до землетрясений, могут быть использованы в качестве предвестников землетрясений. Рассмотрены особенности методики «радиопросвечивания» нижней ионосферы над эпицентрами землетрясений при помощи низкочастотных электромагнитных сигналов грозовых источников - атмосфериков. В амплитудных характеристиках атмосфериков проявляются эффекты землетрясений с магнитудой более 5.0 и их предвестники. Предположено, что вариации характеристик сигналов связаны с возмущениями в нижней ионосфере. В качестве исходных данных рассматривались вариации амплитуды атмосфериков, зарегистрированных в ночные часы (00-02 ЦТ или 15-17 иТ), когда из-за слабого затухания имеет место высокий поток атмосфериков. В ночное время за счет распространения сигналов в волноводе в виде нескольких мод возможны интерференционные эффекты, поэтому дополнительно рассматривались вариации амплитуды атмосфериков и в дневные часы. Однако необходимо учитывать, что в дневное время за счет большего затухания сигналов в волноводе число атмосфериков при неизменном пороге регистрации оказывается, как правило, небольшим. По данной причине обычно выбирались дневные часы с максимальной интенсивностью атмосфериков в грозовом источнике (как известно, максимум грозовой активности для каждой долготы наблюдается приблизительно в 17-18 ЦТ). Представленные результаты указывают, что возрастания амплитуды атмосфериков, связываемые с эффектами землетрясений или их предвестниками, могут быть промодулированы с периодом в несколько часов (преобладающий период 2-3 часа). Таким образом, в D-слое ионосферы зарегистрированы такие же значения периодов волновых явлений, какие наблюдаются

АРГУНОВ Вячеслав Валерьевич - м. н. с. Института космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН. E-mail: argunovVv@mail.ru

ARGUNOV Vyacheslav Valeriyevich - Research Assistant Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy, SB RAS.

в более высокой F-области ионосферы. Полученные значения периодов модуляции соответствуют диапазону периодов ВГВ.

Ключевые слова: распространение ОНЧ радиоволн, волновод Земля - ионосфера, нижняя ионосфера, землетрясение, предвестники и эффекты землетрясений, квазипериодические вариации амплитуды.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации бюджетной темы 11.16.2.1. (номер государственной регистрации № АААА-А17-117021450059-3).

Работа поддержана Программой комплексных научных исследований в Республике Саха (Якутия), направленных на развитие её производительных сил и социальной сферы на 2016-2020 годы.

DOI 10.25587/SVFU.2018.66.16118

V. V. Argunov

Quasi-Periodic Variations of the Signal Amplitude of Lightning Discharges Which are Passing Over Earthquake Epicentres

Yu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy, SB RAS, Yakutsk, Russia

Abstract. Earthquake precursors have been sought in many geophysical fields. The usage of observations of natural LF electromagnetic signals and signals of VLF transmitters in order to detect disturbances in the lower ionosphere, caused by the effect of seismic processes, can be among the possible seismic activity monitoring tools. A change in the electron density profile and altitude of the lower ionosphere should manifest itself in variations in the phase of signals propagating over earthquake epicenters. Many works have indicated that variations in the phase of LF transmitter signals, observed several days before earthquakes, can be used as earthquake precursors. The specific features of a method for radiosounding the lower ionosphere over earthquake epicenters using LF electromagnetic signals of thunderstorm sources (atmospherics) have been considered. The effects of shallow-focus earthquakes with magnitudes larger than 5.0 and their precursors manifest themselves in amplitude characteristics of atmospherics. It has been assumed that variations in the signal characteristics are related to disturbances in the lower ionosphere. As initial data, we considered the variations in the amplitude of the atmospherics registered at night (00-02 LT or 15-17 UT), when the flux of atmospherics was high owing to weak damping. At the same time, we additionally considered the atmospheric amplitude variations in the daytime, because interference effects can be observed in the nighttime, since signals propagate in the waveguide in the form of several modes. However, we can take into consideration that the number of atmospherics at a constant registration threshold is as a rule small in the daytime, since signal damping in the waveguide is more intense (on some days, it is impossible to obtain amplitude values with a low error). Therefore, we usually selected the daylight hours with the maximal intensity of atmospherics in a thunderstorm source (as is known, the thunderstorm activity maximum for each longitude is observed at approximately 17-18 LT). The presented results testify to the fact that increases of the atmospherics amplitude connected with effects of earthquakes or their precursors, can be modulated with a period of some hours (the prevailing period is 2-3 hours). Thus, in the ionosphere D-layer the same values of wave phenomenon periods which are observed in a higher ionosphere F-area are registered. The obtained values of the periods of modulation correspond to a range of IGW periods.

Keywords: propagation of VLF of radio-waves, the Earth - ionosphere waveguide, the lower ionosphere, earthquake, precursor and effects of earthquakes, quasi-periodic variations of the amplitude.

The work was carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation of budgetary subject 11.16.2.1. (number of state registration No. ААА-А-А17-117021450059-3).

The work is supported by the Program of Comprehensive Scientific Research in the Republic of Sakha (Yakutia) aimed at developing its productive forces and social sphere for 2016-2020.

Введение

Исследование землетрясений и поиск их возможных предвестников являются важной научной задачей, направленной на обеспечение безопасности жизнедеятельности человека. Существенным расширением возможностей при решении задачи является исследование проявлений литосферных процессов в других геофизических явлениях, в частности, в возмущениях в ионизованной структуре верхней атмосферы (в ионосфере). При этом встает вопрос, каким образом литосферные процессы влияют на параметры ионосферы.

Для ответа на этот вопрос необходимо принять во внимание экспериментальные результаты, заключающиеся в том, что: 1) неоднородности регистрируются в магнитоспокойные периоды; 2) неоднородности и связываемые с ними эффекты могут оставаться и после землетрясений; 3) неоднородности регистрируются как в нейтральной, так и в ионизированной компонентах ионосферы; 4) пространственные масштабы ионосферных неоднородностей могут быть весьма значительными [1].

На сегодняшний день предложено несколько механизмов передачи энергии сейсмических процессов на ионосферные высоты. Один из механизмов основан на возможной инфразвуковой связи литосферных и ионосферных возмущений в моменты землетрясений и в периоды их подготовки [2]. Широко рассматривается еще один вероятный механизм [3], основанный на взаимосвязи литосферно-атмосферных и электромагнитных процессов (процессы ионизации воздуха, передача электрических полей на ионосферные высоты). С учетом вышеприведенных характеристик ионосферных возмущений, связываемых с сейсмическими явлениями, большое внимание уделяется механизму, в котором источником возмущений в ионосфере рассматриваются акустико-гравитационные волны (АГВ), вызываемые литосферными процессами. В спектре АГВ выделяются внутренние гравитационные волны (ВГВ) [1], особенностью которых является наличие у них поперечной составляющей скорости распространения. В работе [1] указывается возможность возбуждения ионосферных неоднородностей именно АГВ (ВГВ), генерируемых сильными сейсмическими событиями. Моделирование распространения АГВ от импульсных наземных источников (землетрясений) подтверждает такую возможность [4].

В случае волновых механизмов следует ожидать наличие модуляционных эффектов в параметрах ионосферных возмущений. Так, в частности, в [5] отмечается за 1-2 суток до землетрясений более частое появление в спектре вариаций плотности Е слоя длиннопериодных (с характерным временем порядка 2 ч) квазиволновых возмущений.

В настоящей работе такие возможные эффекты рассматриваются на высотах D-слоя на основе данных дистанционного мониторинга сейсмических возмущений в нижней ионосфере с помощью естественных электромагнитных сигналов грозового происхождения (атмосфериков) по методике, изложенной в [6].

Методика регистрации сигналов ОНЧ радиостанций

В работе используются данные дистанционного мониторинга сейсмических возмущений в нижней ионосфере, полученные с помощью однопунктового грозопеленгатора-дальномера [7], характеристики которого перенастраиваются под задачи эксперимента.

Грозопеленгатор установлен на стационарном радиофизическом полигоне ИКФИА СО РАН, расположенном в окрестностях г. Якутска на удалении около 20 км (ф = 62.02 N X = 129.71 Е). Грозопеленгатор состоит из антенной системы и регистрирующей части. Применяемая универсальная антенная система дает возможность вести наблюдения как за местными грозами, так и планетарными грозовыми очагами в зависимости от выставленного порога регистрации сигналов грозовых разрядов ОНЧ диапазона. Система включает в себя две скрещенные магнитные антенны и одну вертикальную электрическую антенну.

Калибровка дальномерной части макета однопунктового грозопеленгатора-дальномера осуществлена с помощью разнесенной, двухпунктовой (база 540 км) системы

грозолокации, оснащенной данными грозопеленгаторами с системами точного времени (стандарты частоты). Измеренная ошибка определения координат молниевого разряда по методике однопунктовой дальнометрии составила 15-18% от дальности [7]. Для оценки погрешности пеленгации проведены синхронные измерения пеленгов атмосфериков и сигналов СДВ радионавигационных станций двумя комплексами пеленгаторов, расположенных на расстоянии несколько сотен метров. Стандартное отклонение погрешности составило 2,5о для всех направлений. Текущая калибровка проводится для проверки и корректировки регистрирующей аппаратуры, а также после технических сбоев.

Вычисление координат молниевых разрядов осуществляется программным комплексом в режиме реального времени после прихода очередного атмосферика. Программный комплекс по определенному алгоритму анализирует основные параметры принятого атмосферика, результат обработки основных параметров принятого сигнала атмосферика записывает в файл. Поскольку используется широкополосный (относительно диапазона ОНЧ) прием и анализ сигналов, то под амплитудой атмосферика понимается среднеквадратичное значение уровня сигнала за время, равное его длительности.

Направление на грозовые разряды определяется по отношению среднеквадратичных значений сигналов атмосфериков ис-ю и ив-з, поступающих с ортогональных магнитных антенн, ориентированных по сторонам света. Неоднозначность пеленга принятого широкополосного сигнала устраняется путем сопоставления знаков взаимной корреляции электрической и магнитной компонент сигнала атмосферика.

При наблюдении региональной грозовой активности (окружность с радиусом до 1500 км) дальность до грозового разряда определяется как среднегеометрическая величина по ансамблю признаков, в качестве которых по результатам тестовых измерений выбраны среднеквадратичные значения Е- и Н-составляющих сигнала атмосферика, а также количество положительных и отрицательных полупериодов Е-составляющей атмосферика [7].

При переходе к регистрации дальних атмосфериков для наблюдений сейсмических эффектов в нижней ионосфере амплитудные измерения грозопеленгатора-дальномера не могут быть использованы для измерения дальности до грозового разряда. Амплитуда теперь используется для фиксирования возмущений в электронной концентрации нижней ионосферы. Соответственно, точность оценки дальности до грозовых источников существенно падает, так как для ее определения остается только 2 параметра - количество положительных и отрицательных полупериодов Е-составляющей сигнала. Тем не менее, для задач работы, основанных на относительных амплитудных измерениях сигналов, оказалось достаточным использовать указанные временные (частотные) параметры, что было подтверждено в работе [8] сопоставлением вариаций средней амплитуды сигналов, вычисленной с использованием дальности до грозовых разрядов только по данным грозопеленгатора-дальномера в Якутске и с учетом данных мировой сети грозопеленга-ции wwlln [www.wwlln.net].

Методика выделения эффектов и предвестников землетрясений заключается в следующем. В качестве начальных данных рассматриваются суточные вариации амплитуды атмосфериков, зарегистрированных в Якутске в ночные часы (00-02 ЦТ или 15-17 иТ), когда из-за слабого затухания имеет место высокий поток атмосфериков. В ночное время за счет распространения сигналов в волноводе в виде нескольких мод возможны интерференционные эффекты, поэтому в то же время дополнительно рассматривались вариации амплитуды атмосфериков и в дневные часы. Однако необходимо учитывать, что в дневное время за счет большего затухания сигналов в волноводе число атмосфериков при неизменном пороге регистрации оказывается, как правило, небольшим (в некоторые дни не удается получить значения амплитуды с небольшой погрешностью). По данной причине обычно выбирались дневные часы с максимальной интенсивностью атмосфериков в грозовом источнике (как известно,

максимум грозовой активности для каждой долготы наблюдается приблизительно в 17-18 ЦТ).

Для каждого выбранного землетрясения определяются азимут и расстояние от Якутска до эпицентра. Воздействие подготовительных процессов и самого землетрясения на уровень принимаемых ОНЧ сигналов должно проявиться, если размеры возмущенной области в нижней ионосфере будут соответствовать размерам первых зон Френеля на трассе распространения сигнала от грозового разряда до пункта приема. Поэтому для первоначального анализа выбираются те атмосферики, трассы распространения которых проходят на поперечном расстоянии не более пятой зоны Френеля от эпицентра землетрясения. В качестве центральной частоты спектра атмосфериков для расчета зон Френеля принята частота 10 кГц.

Определяется средняя амплитуда атмосфериков, зарегистрированных в течение часа. Как известно, амплитуды атмосфериков имеют ^-нормальное распределение [9], но в области больших амплитуд эта зависимость нарушается (имеется излом распределения). Анализ данных показывает, что излом в экспоненциальной зависимости соответствует качественному переходу преобладания грозовых разрядов определенного знака - от отрицательных разрядов к положительным, которые имеют большее значение токов, протекающих в канале молнии. При небольшом потоке атмосфериков (менее 100 разрядов в час) с выбранного направления отдельные сильные положительные атмосферики могут исказить общую статистическую картину, определяемую в целом отрицательными атмосфериками. Поэтому в такой ситуации при поиске эффектов и предвестников сильных землетрясений проводится дополнительный анализ с выбором сигналов с амплитудой ниже области перехода, но близкой к этому значению.

Далее в случае необходимости проводится анализ вариаций амплитуды сигналов во все часы суток, а также азимутальное сканирование области ионосферного возмущения в пределах +/- 10 градусов относительно азимута на эпицентр землетрясения.

В соответствии с результатами работы [6, 8] в вариациях средней амплитуды сигналов грозовых разрядов, проходящих над эпицентрами литосферных возмущений, в основном регистрируются эффекты от землетрясений с магнитудой более 5 и глубиной очага, не превышающей 50-70 км. Эффект землетрясений проявляется в виде усиления амплитуды в день или в последующие 1-3 дня после события. Пиковые повышения амплитуды атмосфериков в предшествующие дни (за 4-12 дней до события) рассматриваются в качестве предвестников землетрясений.

Экспериментальные данные вариаций амплитуды сигналов радиостанций

Квазипериодические вариации амплитуды сигналов атмосфериков в период сильной сейсмической активности в районе японского острова Хонсю в марте 2011 г. были представлены в работе [8]. Эти вариации, выраженные в виде цугов колебаний длительностью до 4-5 периодов, наблюдались как после сильнейшего землетрясения 11.03.2011 с магнитудой 9, так и до этого события. Эффект этого землетрясения и предшествующего ему 09.03.2011 с магнитудой 7.2 в сигналах атмосфериков выразился в виде возрастания их амплитуды. В феврале было зарегистрировано еще два случая усиления амплитуды атмосфериков, которые в работе [8] рассматриваются в качестве предвестников указанных землетрясений. Поиск возможных предвестников этого катастрофического события производился и в волновых явлениях. Так, в работе [10] рассмотрены внутренние гравитационные волны (ВГВ) по вариациям атмосферной температуры, давления и влажности на разных высотах. Обнаружено, что ровно за месяц до землетрясения 11.03.2011 наблюдались ВГВ, с высокой вероятностью связанные с сейсмической активностью (предвестник). В этой связи начнем рассмотрение квазипериодических вариаций сигналов атмосфериков с этого сильного сейсмического события.

February 2011

Рис. 1. Вариации амплитуды атмосфериков в феврале 2011 г. с направления на Японию

в.Ой.11 оэог.п

ii 15 ia 21 з a d 12 i£ ie 21 2а houfs. UT

Рис. 2. Вариации амплитуды сигналов грозовых разрядов 08-09 февраля 2011 г.

Общая картина вариаций амплитуды атмосфериков в феврале 2011 г. представлена на рис. 1.

Здесь амплитуда представлена в градациях цвета (шкала приведена справа). Существенные возрастания амплитуды длительностью в несколько часов наблюдались 02, 06-07, 08-09 и 25 февраля 2011 г. Последнее возрастание отмечено в [8] в качестве одного из предвестников землетрясения. Можно видеть, что усиление амплитуды носит промодулированный характер. Более детально вариации 08-09 февраля 2011 г. показаны на рис. 2 (наблюдался цуг квазипериодических вариаций). Квазипериод вариаций составляет 2-3 часа.

Напомним, что для анализа используются среднечасовые значения амплитуды. На то, что наблюдавшиеся усиления амплитуды могли быть связаны с последовавшими через месяц землетрясениями, указывает наличие азимутального максимума области усиления, приблизительно совпадающего с положением эпицентра (рис. 3 показывает азимутальное распределение амплитуды сигнала в 01 ит 8 февраля 2011 г. относительно азимута

Рис. 3. Азимутальное распределение амплитуды сигнала в 01.00 иТ 8 февраля 2011 г. относительно азимута на эпицентр землетрясения

low azimuth = 158 - nothern Japan

112,5 168,8

December 2012

Рис. 4. Вариации амплитуды за декабрь 2012 г. с направления на северную часть японских островов

на эпицентр землетрясения - значение «0» по оси ординат). Максимум азимутального распределения амплитуды несколько смещен в сторону больших широт, что вполне может быть, учитывая, что наблюдающиеся особенности вариаций амплитуды сигналов отражают изменения среды (плазмы) на ионосферных высотах. В то же время ожидаемые вариации в период 10-12 февраля 2011 г. (в соответствии с результатами [10]) не обнаруживаются.

Рассмотрим еще один месячный интервал с квазипериодическими вариациями амплитуды атмосфериков - декабрь 2012 г. Измерения проведены в угловом секторе 5-й зоны Френеля в направлении северной части японских островов (координаты виртуального эпицентра: ф = 35.5° N, X = 137.5° E). Вариации амплитуды за весь месяц показаны на рис. 4, где можно видеть, что наблюдалось 4 периода существенных возрастаний амплитуды длительностью в несколько часов (3, 5, 7, 15 декабря 2012 г.) и одно очень значительное - часовое (в 06.00 UT 10 декабря 2012 г.).

6 ит

1000 900 800

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

М=7 December 2012

Рис. 5. Вариации средней амплитуды атмосфериков землетрясения в Японии 07.12.12

-100 . I . . . . . . . . I . I

22 24 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 hours, UT

Рис. 6. Квазипериодические вариации амплитуды, зарегистрированные 15 декабря 2012 г.

Данный и предыдущий месяцы характеризовались высокой сейсмической активностью в указанном регионе, поэтому сопоставить указанные полусуточные усиления амплитуды с конкретным землетрясением (эффект землетрясения или его предвестник) затруднительно. Исключением является событие очень сильного часового усиления (более чем в 5 раз, рис. 5) 10 декабря 2012 г., которое, в соответствии с результатами работ [6] (эффекты собственно землетрясений наблюдаются в день события или в один из последующих трех дней), можно считать эффектом землетрясения, произошедшего 7 декабря 2012 г. и имевшего магнитуду 7.

Отметим, что значение геомагнитного Кр-индекса в случаях его возрастания в данный месяц не превышало 3 (возмущенность была низкой), что позволяет исключить геомагнитную причину ионосферного возмущения, с которой связано данное сильное усиление амплитуды атмосфериков. Выраженные квазипериодические вариации амплитуды видны 15 декабря, что подтверждается рис. 6. Квазипериод цуга колебаний амплитуды в данном событии также составляет около 2 часов.

27 May 2013

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 hours, UT

Рис. 7. Квазипериодические вариации амплитуды атмосфериков, зарегистрированные в период наблюдения ионосферного эффекта землетрясения в Охотском море 24.05.18

Рис. 8. Суточные вариации средней амплитуды атмосфериков, определенной в один и тот же часовой интервал - 15 UT (а) за декабрь 2012 г., суточные вариации для часового интервала 03-04 UT за апрель 2006 г.

Следующий случай, который нужно рассмотреть, относится к эффектам уникального глубокофокусного (глубина 690 км) землетрясения, произошедшего в Охотском море 24 мая 2013 г. с магнитудой 8.2. Анализ эффектов этого землетрясения в вариациях амплитуды атмосфериков проведен в работе [Mullayarov et all., 2014]. Хотя выделение эффектов землетрясения было затруднено магнитно-возмущенными условиями, применение многопунктовых измерений (Якутск, Нерюнгри, Паратунка) позволило сделать вполне определенные выводы. Здесь же мы приведем квазипериодические вариации амплитуды атмосфериков, зарегистрированные в период наблюдения ионосферного эффекта этого землетрясения, наблюдавшегося на третий день после события (27 мая 2013 г., рис. 7). Сильные затухающие квазипериодические колебания амплитуды атмосфериков («ударное» возбуждение колебаний) регистрировались в течение суток 27 мая. Период колебаний составил около 3 часов.

На рис. 4 обращает на себя внимание, что первые три случая возрастания амплитуды атмосфериков длительностью в несколько часов (3, 5, 7 декабря) наблюдались с равными

интервалами между ними. В соответствии с используемой методикой анализа эффектов землетрясений и их предвестников на первом этапе была бы получена картина вариаций, представленная на рис. 8 (суточные вариации средней амплитуды атмосфериков, определенной в один и тот же часовой интервал, в данном случае - в 15 иТ). Это соответствует «сечению» амплитуды на рис. 4 вдоль 15 иТ. Вариации на рис. 8а можно трактовать как суточную модуляцию с квазипериодом 2 суток (или даже как «ударную» суточную модуляцию). Интересно, что на рис. 1 два случая возрастания амплитуды атмосфериков также разделены суточным интервалом («квазипериод» 2 суток).

Если рассматривать эти колебания как модуляционный процесс, то по рис. 8а можно говорить о 100-процентной глубине модуляции. В то же время возможны меньшие значения, например, в случае землетрясения, произошедшего на севере полуострова Камчатка 20.04.2006 г. в 23:25:04 иТ и имевшего магнитуду 7.6 (рис. 8б, приведены суточные вариации для часового интервала 03-04 иТ).

Обсуждение полученных результатов

Представленные результаты указывают, что возрастания амплитуды атмосфериков, связываемые с эффектами землетрясений или их предвестниками, могут быть промодулированы с периодом в несколько часов (преобладающий период 2-3 часа). Более детальную картину явления в нашем случае проанализировать затруднительно, так как используются усредненные часовые данные, что, как было отмечено, обусловлено значительной вариабельностью источников сигналов - грозовых разрядов.

Таким образом, в D-слое ионосферы зарегистрированы такие же значения периодов волновых явлений, какие наблюдаются в более высокой F-области ионосферы [5]. Полученные значения периодов модуляции соответствуют диапазону периодов ВГВ. В части событий хорошо выражен «ударный» характер развития ионосферной неоднородности - с цугом затухающих колебаний указанного диапазона периодов. Следовательно, данные модуляционные эффекты могут служить еще одним указанием в пользу механизма возникновения сейсмических возмущений в ионосфере за счет распространения ВГВ от эпицентральной области. Возможность модуляции ионосферного возмущения в каждом конкретном событии будет определяться соотношением «инкремента» развития возмущения и частоты ВГВ.

Предвестник катастрофического землетрясения в Японии 11.03.2011 (возбуждение ВГВ в эпицентральной области за месяц до события - 11.02.2011), рассмотренный в [10], в наших данных по наблюдениям с помощью сигналов грозовых разрядов не проявился (рис. 1). Выявление наличия данного ВГВ в атмосфере в работе [10] проводилось по результатам спутниковых измерений давления, температуры, влажности на изобарических уровнях 400 и 250 гПа. Поэтому отсутствие эффекта в сигналах атмосфериков могло быть обусловлено двумя причинами: невозбуждением ионосферной неоднородности по тем или иным причинам или непроявлением (затушевыванием) эффекта в сигналах. Следует отметить, что в [10] основным критерием выделения ВГВ 11.02.2011 явилось наличие резкого противофазного выброса на графиках температуры на изобарических уровнях 400 и 250 гПа (прямая и зеркальная ВГВ). В этой связи следует отметить наличие на этих же графиках (рис. 7 в [10]) резкого противофазного выброса 25.02.2011, с которым можно сопоставить эффект развития неоднородности в этот день по данным регистрации сигналов грозовых разрядов (рис. 1а). Как отмечалось, именно это возмущение рассматривалось в [8] в качестве предвестника землетрясения. Следовательно, тектонические подвижки - предвестники главного удара - могли производить ВГВ несколько раз до землетрясения 11.03.2011.

Как показывает моделирование [4], распространение АГВ от источника (эпицентраль-ная область) вверх происходит со скоростью звука (разной на разных высотах) и формирует на высотах более 100 км устойчивую во времени область акустического

возмущения, от которой в горизонтальном направлении расходятся ВГВ. Можно полагать, что в среднем АГВ достигает высот нижней ионосферы за время порядка 2 часов, после чего можно ожидать развития ионосферного возмущения и, соответственно, его проявления в амплитуде сигналов атмосфериков, проходящих над эпицентром в пределах нескольких первых зон Френеля. В этой связи оказывается неожиданным наблюдаемое в части событий запаздывание на 1-3 дня эффектов землетрясений в сигналах атмосфериков [6, 8]. Можно указать несколько причин этого. Прежде всего можно допустить, что ионосферное возмущение, хотя и развивается сразу после достижения АГВ высот ионосферы, но имеет особенности, проявляющиеся в отсутствии возрастания амплитуды сигналов атмосфериков на первой фазе возмущения. Другие причины могут быть связаны с наличием большого числа афтершоков. Если они следуют сразу за главным ударом, то вызываемые ими АГВ могут приходить на ионосферные высоты в противофазе с АГВ от главного удара и, тем самым, «гасить» их. В то же время они сами спустя некоторое время после главного удара могут возбуждать ионосферные неоднородности. Также нужно иметь в виду, что не исключается возможность работы в таких случаях другого механизма передачи энергии сейсмических процессов на ионосферные высоты. Поэтому для ответа на вопрос о причине запаздывания на 1-3 дня эффектов землетрясений в сигналах атмосфериков требуются дальнейшие исследования.

Заключение

Рассмотрены квазипериодические вариации в событиях усиления амплитуды сигналов атмосфериков, обусловленных сейсмическими возмущениями в нижней ионосфере. Преобладающий период модуляции амплитуды составляет 2-3 часа, т. е. в D-слое ионосферы регистрируются такие же значения периодов волновых явлений, какие наблюдаются в более высокой F-области ионосферы.

Полученные значения периодов модуляции соответствуют диапазону периодов внутренних гравитационных волн (ВГВ). В части событий хорошо выражен «ударный» характер явления - цуг затухающих колебаний указанного диапазона периодов. Это может свидетельствовать о том, что, по крайней мере в части событий, сейсмические возмущения в ионосфере могут быть обусловлены ВГВ, распространяющимися вверх от эпицентральной области.

Л и т е р а т у р а

1. Гохберг М. Г. Литосферно-ионосферная связь и ее моделирование / М. Г. Гохберг, С. Л. Шалимов // Российский журнал наук о Земле. - 2000. - Т. 2, № 2. - С. 95-108.

2. Кузнецов В. В. Физика земных катастрофических явлений / В.В. Кузнецов А.С. Алексеев. - М.: Наука, 1992. - 94 с.

3. Проблема многопараметрического анализа данных прогнозного сейсмомониторинга и пути ее решения. Спутниковым технологиям нет альтернативы / С. А. Пулинец, Д. В. Давиденко, А. Д. Линьков и др. // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2012. - Т. 12, № 7.

- С. 57-65.

4. Куницин Е. В., Сураев С. Н., Ахмедов Р. Р. Моделирование распространения акустико-гравитационных волн в атмосфере для различных поверхностных источников // Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. - 2007. № 2. - С. 59-63.

5. Резкое расплывание спорадических слоев E среднеширотной ионосферы в период подготовки землетрясений / Л. Е. Колоколов, Е. В. Липеровская, В. А. Липеровский и др. // Физика земли. - 1992.

- № 7. - С. 101-109.

6. Вариации параметров грозовых электромагнитных сигналов на трассах, проходящих над областями землетрясений / В. А. Муллаяров, Л. М. Абзалетдинова, В. В. Аргунов и др. // Геомагнетизм и аэрономия. - 2011. - Т. 51, № 6. - С. 841-851.

7. Козлов В. И. Характеристики грозовых очагов по инструментальным наблюдениям в Якутии в 1993-2001 гг. / В. И. Козлов, В. А. Муллаяров, А. Е. Васильев // Метеорология и гидрология. - 2003.

- № 2. - С. 39-45.

8. Ionospheric effects of earthquakes in Japan in March 2011 obtained from observations of lightning electromagnetic radio signals / V. A. Mullayarov, V. V. Argunov, L. M. Abzaletdinova et.al // Natural Hazards and Earth System Science. - 2012. - N. 12. - P. 3181-3190.

9. Hoppel W. A. Atmospheric Electricity in the Planetary Boundary Layer / W. A. Hoppel, R. V. Anderson, J. C. Willet // The Earth's Electrical Environment, National Academic Press, Washington. - 1986. - P. 149-165

10. Кашкин В. Б. Внутренние гравитационные волны в тропосфере // Оптика атмосферы и океана. - 2013. - Т. 26. - №. 10. - С. 908-916.

R e f e r e n c e s

1. Gohberg M. G. Litosferno-ionosfernaya svyaz' i ee modelirovanie / M. G. Gohberg, S. L. SHalimov // Rossijskij zhurnal nauk o Zemle. - 2000. - T. 2, № 2. - S. 95-108.

2. Kuznecov V. V. Fizika zemnyh katastroficheskih yavlenij / V.V. Kuznecov A.S. Alekseev. - M.: Nauka, 1992. - 94 s.

3. Problema mnogoparametricheskogo analiza dannyh prognoznogo sejsmomonitoringa i puti ee resheniya. Sputnikovym tekhnologiyam net al'ternativy / S. A. Pulinec, D. V. Davidenko, A. D. Lin'kov i dr. // Fundamental'nye problemy radioehlektronnogo priborostroeniya. - 2012. - T. 12, № 7. - S. 57-65.

4. Kunicin E. V., Suraev S. N., Ahmedov R. R. Modelirovanie rasprostraneniya akustiko-gravitacionnyh voln v atmosfere dlya razlichnyh poverhnostnyh istochnikov // Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 3. Fizika. Astronomiya. - 2007. № 2. - S. 59-63.

5. Rezkoe rasplyvanie sporadicheskih sloev E sredneshirotnoi ionosfery v period podgotovki zemletryasenij / L. E. Kolokolov, E. V. Liperovskaya, V. A. Liperovskij i dr. // Fizika zemli. - 1992. - № 7. - S. 101-109.

6. Variacii parametrov grozovyh ehlektromagnitnyh signalov na trassah, prohodyashchih nad oblastyami zemletryasenij / V. A. Mullayarov, L. M. Abzaletdinova, V. V. Argunov i dr. // Geomagnetizm i aehronomiya. - 2011. - T. 51, № 6. - S. 841-851.

7. Kozlov V. I. Harakteristiki grozovyh ochagov po instrumental'nym nablyudeniyam v YAkutii v 19932001 gg. / V. I. Kozlov, V. A. Mullayarov, A. E. Vasil'ev // Meteorologiya i gidrologiya. - 2003. - № 2. - S. 39-45.

8. Ionospheric effects of earthquakes in Japan in March 2011 obtained from observations of lightning electromagnetic radio signals / V. A. Mullayarov, V. V. Argunov, L. M. Abzaletdinova et.al // Natural Hazards and Earth System Science. - 2012. - N. 12. - P. 3181-3190.

9. Hoppel W. A. Atmospheric Electricity in the Planetary Boundary Layer / W. A. Hoppel, R. V. Anderson, J. C. Willet // The Earth's Electrical Environment, National Academic Press, Washington. - 1986. - P. 149-165

10. Kashkin V. B. Vnutrennie gravitacionnye volny v troposfere // Optika atmosfery i okeana. - 2013. - T. 26. - №. 10. - S. 908-916.