СПОСОБ ВОЗМОЖНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ В МНОГОЛЕТНЕМ СРЕЗЕ F-СЛОЯ ИОНОСФЕРЫ Z-ОБРАЗНЫХ СУТОЧНЫХ ВАРИАЦИЙ ИОНОСФЕРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
METHOD OF DETECTION OF Z-SHAPED TWENTY-FOUR HOUR VARIATIONS OF IONOSPHERIC INDICATORS IN MANY-YEARS SECTION OF F-LAYER OF IONOSPHERE

Изобретение относится к физике ионосферы, а точнее к способам предсказания экстремальных изменений ионосферы, предваряющих локальные и глобальные климатические (засухи, дождливые сезоны), сейсмические и другие явления на Земле. Появление их зависит от периодически возникающих различий гравитационного и электромагнитного воздействий в пространствах разной размерности. Проявления их связывают с Z-образными суточными вариациями в многолетнем срезе ионосферных показателей, и наиболее эффективно для использования в сельском хозяйстве, в регионах с сейсмически активными зонами - для прогноза геодинамической и экологической обстановки, а также при прогнозировании развития климатических и экосистемных изменений.
Известно большое число публикаций по изучению периодических изменений показателей ионосферы и сейсмической активности литосферы во времени и механизмов возможной пространственной связи сейсмически активных фаз Земли. При этом установлено, что эффекты в ионосфере тесно связаны с процессами в земной коре и подготовкой сильных землетрясений. Учитывая то, что до настоящего времени еще не были известны причины таких изменений и не было теории, способной точно предсказать длительность циклов изменений показателей ионосферы. Разработка методов прогноза отмеченных процессов велась на основе разных, зачастую не связанных подходов.
В связи с тем, что гравитационное и радиационное воздействие Солнца и Луны на Землю, а также образование при этом нутационных волн в атмосфере, океанах и твердой оболочке Земли общеизвестно, то известны и способы прогноза землетрясений, основанных на гравиеметрическом определении флуктуаций силы тяжести Земли в зоне предполагаемого землетрясения. См. Способ прогнозирования землетрясений. МКИ G01V 9/00, а.с. СССР №499543. Они предполагают установление кратковременных задержек предполагаемого начала землетрясений.
Недостатками известных способов прогноза землетрясений является видовая ограниченность прогноза и низкая заблаговременность, не превышающая одних - двух суток.
Из известных способов прогноза длительности цикла солнечной активности (СА) способ долгосрочного прогноза содержит определение значений долгот планет Солнечной системы на срок прогноза. См. пат. России №2010266, МКИ G01W 1/12, 1/00. Способ долгосрочного прогноза длительности солнечной активности. Бухаров М.В., приоритет от 10 марта 1992 г. Для каждого прогнозируемого значения долгот планет определяют значения амплитуды переменной компоненты скорости колебаний Солнца под влиянием изменяющегося во времени результирующего гравитационного протяжения планет, а длительность цикла солнечной активности определяют по срокам, при которых амплитуда скорости обращается в ноль.
Некоторое повышение заблаговременности отмеченного прогноза при учете переменной компоненты скорости колебаний Солнца несколько повышает возможность прогноза в целом.
0
m
1
На пути к гравитационному и электромагнитному взаимодействию околоземной среды экспериментальными методами дистанционного зондирования (наземное и спутниковое вертикальное) установлена связь сильных землетрясений (магитуды >6) с модификацией ионосферной плазмы. Согласно этому известный способ диагностики неоднородной структуры области F-слоя ионосферы после землетрясений содержит измерение ионосферных показателей: критическую частоту f F2, действующую высоту h′ F, максимальную электронную концентрацию N F2, действующих высот h, на фиксированных частотах f=4…6 мГц F-слоя ионосферы после землетрясений. При определении внутригодового изменения перечисленных показателей получают выводы о возможности последующих изменений показателей F-слоя ионосферы. См. статью Фаткулина М.Н. Высокочастотная диагностика неоднородной структуры области F после газлийских землетрясений 1984 г. Сб. Исследования солнечной плазмы. Ашхабад. 1989. С.386.
Некоторое расширение перечня измеряемых показателей и анализ последовательности их изменения несколько повышает возможности прогноза модификаций ионосферной плазмы.
Однако весьма ограниченный состав показателей внешнего воздействия околоземной среды в совокупном отклике верхних слоев литосферы и их отрыв от учета периодических изменений в астероидном следе Земли на высотах F-слоя ионосферы ограничивают возможности синтеза вариаций суточного изменения отмеченных переменных. Это ограничивает глубину и достоверность прогноза.
m
0
Наиболее близким по сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ выявления зависимости сейсмических и ионосферных показателей в максимуме F-слоя ионосферы. См. статью Пулинец С.А., Легенькая А.Д., Зеленая Т.И. Зависимость сейсмо-ионосферных показателей в максимуме слоя F от местного времени. Геомагнетизм и аэрономия. 1998. 38. №3. С.178. Приоритет от 1 марта 1998 г. Этот способ содержит измерение сейсмических: магнитудных и временных, а также ионосферных показателей (ИП): электронной плотности N F2, в максимуме F-слоя ионосферы, критической частоты, f F2, F2-слоя ионосферы - в различное время суток, и определение вариаций их во времени.
Некоторое расширение зачета временных вариаций в диапазоне сейсмических и ионосферных показателей несколько приближает возможности учета гравитационного и электромагнитного взаимодействия околоземной среды и геосферы, что в свою очередь несколько повышает точность прогноза.
Однако ограниченный состав формирующих прогноз показателей, их невысокий уровень значимости, ограниченный началом землетрясений и периодом наблюдений не позволяет определять Z-образные суточные вариации в многолетнем срезе ИП в F-слое ионосферы, что ограничиват глубину и достоверность способа прогноза в целом.
Совокупность существенных признаков заявленного изобретения достаточна для достижения технического результата - повышения достоверности способа, увеличения его заблаговременности и обеспечения условий составления и получения систематических прогнозов изменения околоземной среды, то есть предлагаемый способ направлен на устранение отмеченных недостатков.
0
m
1
s
s
Эта цель достигается тем, что дополнительно осуществляют контроль в многолетнем срезе осредненных за год средних за пять дней месячных значений скорости суточного вращения Земли, V, вариаций суточных значений ИП путем одно-, либо многократного в течение суток в промежутке от полуночных (23 ч LT) летнего времени до раннеутренних (06 ч LТ) в магнитно-спокойные Q-дни ежедневного измерения на протяжении не менее чем одного летнего месяца, с последующим осреднением до средних за год значений: критической частоты,f, F2, электронной плотности, N F2, в максимуме F-слоя ионосферы; действующей высоты, h′F, и действующих высот, h, на фиксированных частотах f=4…6 МГц F-слоя ионосферы, а также определяют солнечную активность (СА), которую измеряют числами Вольфа, W, координатные показатели отклонений Луны, m(′′), на орбите вокруг Земли в гелиоцентрической системе координат, магнитуду приливных зональных землетрясений, M, сейсмически активных зон земной коры, в том числе в момент наибольшего толчка землятресений. В сейсмически активных зонах земной коры на стадиях подготовки и реализации приливных зональных землетрясений магнитуды М не менее 6,0 не реже чем пять раз в год проводят измерения силы тяжести с погрешностью не более 50 мкГал.
Вывод о возможности обнаружения в многолетнем срезе Z-образных суточных вариаций, по меньшей мере, одного из ИП на высоте F-слоя ионосферы делают, судя по не менее чем пятилетнему снижению скорости суточного обращения Земли V на стадии роста показателя W СА, и/либо судя по каждому N-S переходу координаты m(′′) отклонений Луны в S-N направлении на орбите движения вокруг Земли относительно линии максимума полусуточного прилива в момент наибольшего толчка приливных зональных землетрясений, каждое из которых превышает по уровню магнитуды М пороговый уровень 6,0, и/ либо судя по каждому возвратному N-S переходу координаты m(′′) отклонений Луны в N-S направлении на орбите движения вокруг Земли относительно линии максимума поусуточного прилива в момент наибольшего толчка приливных землетрясений, который с годовой задержкой следует вслед экстремуму в максимуме показателя W СА, и/либо судя по каждому возвратному N-S переходу координаты m(′′) отклонений Луны в N-S направлении на орбите движения вокруг Земли через линию максимума полусуточного прилива в момент наибольшего толчка приливных зональных землетрясений, каждое из которых по уровню магнитуды М превышает пороговый уровень, равный 7,2, и/либо судя по вариациям силы тяжести на более чем двухмесячное снижение уровня силы тяжести за пороговую отметку спада, который составляет не менее 300 мкГал, и/либо по переходу более чем двухмесячного снижения силы тяжести в период действия приливных зональных землетрясений из стадии подготовки и реализации в подготовительную стадию приливных зональных землетрясений.
Совместный учет в многолетнем срезе значений осредненной за год средних за пять дней месячных значений скорости вращения Земли, показателя W СА, координат отклонений Луны относительно линии максимума полусуточного прилива на орбите движения Луны вокруг Земли в момент наибольшего толчка приливных землетрясений, превышений в подъеме магнитуды от достигнутого уровня приливных зональных землерясений и вариаций силы тяжести на стадии подготовки и реализации приливных зональных землетрясений, по изменению которых предполагается осуществить прогноз отмеченных Z-образных суточных вариаций ИП, легко контролируется серийно выпускаемой аппаратурой, которой комплектуются наземные и надводные обсерватории, станции ионосферного зондирования, сейсмического контроля, станции гео- и гелиофизических наблюдений. Особое преимущество способа заключается в том, что для его реализации можно использовать имеющуюся сеть наземных, надводных обсерваторий и космических станций, которая покрывает практически всю территорию земного шара. Это дает возможность осуществить локальный контроль изменений указанных показателей по ранее проведенным систематическим измерениям геосферы, СА, силы тяжести, координат отклонений Луны в гелиоцентрической системе координат.
Возможность упреждающего обнаружения отмеченных Z-образных суточных вариаций по взаимодействию Солнца, Луны и геосфер Земли обосновывается следующим образом. Комплекс высокоточных наблюдений и их анализ позволил обнаружить в процессе гравитационного и электромагнитного влияния Солнца, Луны и геосферы близкое к резонансу взаимодействие всех видов геофизических полей и сред ближнего космоса и верхних слоев литосферы. Вследствие отмеченного гравитационного и электромагнитного взаимодействия в пространствах разной размерности, включая пространство временных градиентов, периодически происходит подготовка и реализация Z-образных суточных вариаций ИП в многолетнем срезе астероидного следа Земли на высоте F-слоя ионосферы. Именно этим обясняются ничем не спровоцированные изменения силы тяжести, подъема магнитуды приливных зональных землетрясений и изменения координатных отклонений Луны относительно линии максимума полусуточного прилива.
Это происходит вследствие того, что синергетическая Солнечная система осуществляет самоорганизованное управление процессами передачи сигналов. По дальним связям оно достигает системы, влияющей на скорость вращения Земли вокруг собственной оси, а ответные изменения в системе Земля - Луна затрагивают вариации силы тяжести, отклонения координаты m(′′) Луны, указанные Z-образные суточные вариации ИП и другие изменения геосферы и околоземной среды.
Установлено, что началу подготовительного периода Z-образных суточных вариаций ИП предшествует не менее чем пятилетнее снижение скорости суточного обращения Земли на стадии роста показателя W СА, изменение координаты m(′′) отклонений Луны в S-N направлении относительно линии максимального полусуточного прилива, а равно тому вариации силы тяжести на более чем двухмесячное снижение силы тяжести за пороговую отметку спада, который составляет не менее 300 мкГал. На это, в равной мере, указывает каждый экстремум в максимуме показателя W СА синхронный с разрывом запаздывания в один год переходу координаты m(′′) отклонений Луны в S-N направлении относительно линии максимума полусуточного прилива и каждый возвратный переход координаты m(′′) отклонений положений Луны в N-S направлении относительно линии максимума полусуточного прилива, которые синхронны переходу через уровни магнитуды М приливных зональных землетясений, равные 6,0, 7,2.
Характерной особенностью установленного в качестве предвестника отмеченных изменений астероидного следа Земли на высотах F-слоя ионосферы являются последовательные изменения продолжительности суток в виде не менее чем пятилетнего снижения скорости суточного обращения Земли, положений Луны в момент наибольшего толчка приливных зональных землетрясений и переход приливных зональных землетрясений через достигнутый уровень магнитуды землетрясений, следующие синхронно экстремуму в максимуме показателя W СА, вариации силы тяжести на более чем двухмесячное снижение уровня силы тяжести за пороговую отметку спада, который составляет не менее 300 мкГал. В развитии этого процесса прослеживается периодически возникающее различие гравитационного и электромагнитного воздействия в пространствах разной размерности. В ходе взаимодействия геосферы и околоземной среды приливные зональные сейсмически опасные землетрясения отмеченных уровней магнитуды имеют место далеко не всегда. Это обуславливает целый ряд внешних факторов гравитационного и электромагнитного происхождения, отмеченный выше. Именно этим объясняется, казалось ничем не спровоцированные изменения в многолетнем срезе астероидного следа Земли в виде Z-образных суточных вариаций ИП в многолетнем срезе на высоте F-слоя ионосферы.
s
s
s
s
s
s
0
Предложенный способ иллюстрируется графическими материалами, на которых на фиг.1 представлен график осредненных за год средних за пять дней месячных значений скорости вращения Земли; на фиг.2 изображен график почасовых положений Луны в период с 00 ч ПТ (пекинского времени) до 11 ч ПТ и отмеченное здесь и последующих чертежах кружочком положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Луньяо магнитуды M=6,8 8 марта 1966 г. относительно линии максимума полусуточного прилива здесь и последующих чертежах отмеченной линией OW, разделяющей S и N полуплоскости; на фиг.3 изображен график почасовых положений Луны в период с 12 ч ПТ до 23 ч ПТ и положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Нинцзяне магнитуды M=7,2 22 марта 1966 г. относительно линии максимума полусуточного прилива; на фиг.4 представлен график почасовых положений Луны в период с 12 ч ПТ до 23 ч ПТ, включая положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Хецзяне магнитуды M=6,3 27 марта 1967 г. относительно линии максимума полусуточного прилива; на фиг.5 изображен график почасовых положений Луны в период с 11 ч ПТ до 23 ч ПТ и положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Бохей магнитуды M=7,4 18 июля 1969 г. относительно линии максимума полусуточного прилива; на фиг.6 представлен график почасовых положений Луны в период с 12 ч ПТ до 23 ч ПТ и положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Хайчена магнитуды M=7,3 4 февраля 1975 г. относительно линии максимума полусуточного прилива; на фиг.7 изображен график почасовых положений Луны в период с 00 ч ПТ до 11 ч ПТ положение Луны в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Таньшань магнитуды M=7,8 28 июля 1976 г. относительно линии максимума полусуточного прилива; на фиг.8а и 9 представлен хронологический ход суточных вариаций в многолетнем срезе средних за год ИП: действующей высоты h′F и критической частоты f F2 F2-слоя ионосферы для вечерних (20 ч LT, кривые 1 и 1′), около полуночных (23 ч LT, кривые 2 и 2′) и раннеутренних (2 ч LT, кривые 3 и 3′) часов; на фиг.8б - показателя W СА; и на фиг.10 -диаграмма N-S отклонений координаты m(′′) Луны в S-N и N-S направлениях в момент наибольшего толчка отмеченных приливных зональных землетрясений.
Практическое осуществление предлагаемого способа не представляет особых сложностей. На наблюдательных станциях, размещенных в различных регионах Земли, включая станции морского базирования и станции, размещенные в открытом космосе, оснащенные специальной аппаратурой, осуществляют контроль геофизических, сейсмических, ионосферных и других показателей. Наблюдения ведут по стандартным методикам, при этом используют сеть наблюдательных станций, в том числе станций астрономического наблюдения тел Солнечной системы, включая Солнце и Луну.
Пример 1
s
s
0
Исследования гравитационного и электромагнитного взаимодействия Луны, Солнца и геосферы Земли проведено в период подъема выделенной сейсмической энергии 1964…1981 гг. Начало замеров обычных геофизических показателей на территории Российской Федерации и Китая совпало со снижением осредненных за год средних за пять дней месячных значений скорости вращения Земли V 1962…1972 гг. (фиг.1) на стадии роста показателя W СА 1963…1968 гг. (фиг.8б) и сильными приливными зональными землетрясениями в сейсмически активной зоне магнитуды M зональных землетрясений более 4,5, включающей провинцию Хэбэй (Китай). В число измеряемых показателей были включены временные замеры, многократные измерения магнитуды M приливных зональных землетрясений, в том числе в момент наибольшего толчка приливных зональных землетрясений, ИП на широте станции ионосферного зондирования ИЗМИРАН: действующей высоты, h′F, и критической частоты, f F2, F2-слоя ионосферы для вечерних (20 ч LT, кривые 1 и 1′), около полуночных (23 ч LT, кривые 2 и 2′) и раннеутренних (2 ч LT, кривые 3 и 3') часов (фиг.8а и 9) в магнитно-спокойные Q-дни в летний период (июнь-июль); СА 19…21 солнечных циклов по числам Вольфа, W. Одновременно с этим проводилось определение координат m(′′) отклонений Луны в гелиоцентрической системе координат на орбите вокруг Земли.
s
Начало подготовительной стадии Z-образных суточных вариаций ИП 1966 г. отмечено по пятилетнему снижению 4 скорости суточного вращения Земли V 1962…1973 гг. (фиг.1) на стадии роста 5 показателя W СА 1963…1968 гг. (фиг.8б). Одновременно с этим с 1966 г. и вплоть до 1967 г. в провинции Хэбэй отмечены сильные приливные зональные землетрясения магнитуды M не менее 6,0 в городах Луньяо, Нинцзяне и Хецзяне. В этот период в изменении координаты m(′′) отклонений Луны наблюдался также систематический разовый переход в S-N направлении, то есть в N-полуплоскость (фиг.2, 3, 4).
s
s
Последующее превышение порогового уровня магнитуды M=7,2 в 1969 г. в момент наибольшего толчка приливного зонального землетрясения в г.Бохей уровня магнитуды M=7,4 (фиг.5) и переход при этом координаты m(′′) отклонений Луны в N-S
s
направлении, то есть в S-полуплоскость, на стадии экстремума 6 в максимуме 7 показателя W СА 1963 г. с одним годом запаздывания (фиг.8б) Z-образным суточным вариациям в синхронном изменении ординат 8 действующей высоты h′F F2-слоя ионосферы 1968…1969 гг. (фиг.8а). Отмеченное пятилетнее снижение скорости вращения Земли, переход в N-S направлении в отклонениях Луны: из N-полуплоскости в S-полуплоскость и подъем уровня магнитуды M приливных зональных землетрясений в момент наибольшего толчка закрепили последующие землетрясения в городах Хайчена, Таньшань 1975 и 1976 гг. (фиг.6, 7 и 10), которые предшествовали заключительным Z-образным суточным вариациям ординат 9 действующей высоты h′F F2-слоя ионосферы 1978…1979 гг. (фиг.8а).
s
Таким образом, на основе рассмотрения хронологических изменений показателей литосферы и околоземной среды установлена статистическая взаимосвязь начала Z-образных суточных вариаций ИП на высоте F-слоя ионосферы с комплексом предшествующих им признаков. Многолетнее снижения угловой скорости вращения Земли V на стадии роста показателя W СА, переходы координаты m(′′) отклонений Луны в S-N и N-S направлениях, превышения пороговых уровней магнитуды M приливных зональных землетясений, на примере одной сейсмически активной зоны земной коры, на стадиях подготовки и реализации Z-образных суточных вариаций в многолетнем срезе F-слоя ионосферы ИП предваряют отмеченные Z-образных изменения в многолетнем срезе ИП астероидного следа Земли на высоте F-слоя ионосферы.
Пример 2
В Российской федерации и Китае в 1963…1981 гг. проведены измерения показателей геосферы и околоземного просранства, которые легли в основу поиска гравинационно-электромагнитных предвесников взаимодействия геосферы, включая Z-образные суточные вариации ИП в многолетнем срезе F-слоя ионосферы и околоземной среды.
s
Поиск отмеченных гравитационно-электромагнитных предвестников, предваряющих и сопутствующих Z-образным суточным вариациям ИП, проведен путем одновременых измерений ИП на станции ионосферного зондирования ИЗМИРАН г.Троицк в 1963…1981 гг. и изменений силы тяжести в Восточно-Китайской рифовой системе сейсмоактивной зоны Китая в период действия приливных зональных землетрясений магнитуды M более 6,0 в 1972…1976 гг.
В радиусе 250 км от г.Хайчена проводились измерения силы тяжести в пятикратной повторности с погрешностью не более 40 мкГал в предшествующий период и период реализации приливных зональных землетрясений 1975 г. (фиг.6) и 1976 г. (фиг.7) в г.Хайчена и г.Таньшань.
0
s
В многомесячном интервале: июнь 1972 г. … май 1973 г. отмечено явное уменьшение силы тяжести в г.Хайчена на величину 352 мкГал, которые предшествовали Z-образным суточным вариациям ординаты 10 критической частоты f F2 F2-слоя ионосферы 1973…1974 гг. (фиг.9). После приливного зонального землерясения 1975 г. с магнитудой M=7,3 в указанном городе величина силы тяжести вернулась почти к первоначальному уровню.
0
0
В 1973…1974 гг. отмечены изменения в виде многомесячных вариаций снижения силы тяжести на величину 350 мкГал в г.Таньшань синхронные указанным Z-образным суточным вариациям ординат 10 критической частоты f F2 F-слоя ионосферы (фиг.8). Отмеченные изменения сила тяжести в г.Таньшань в период с декабря 1973 г. по ноябрь 1974 г. в начале не отличались от первого случая. Однако последующие вариации силы тяжести непосредственно коснулись момента начала приливного землетрясения в г.Таньшань: величина силы тяжести возросла до первоначального уровня непосредственно перед приливным зональным землетрясением 1976 г., то есть на подготовительной стадии. Завершение Z-образных суточных вариаций ординат 11 критической частоты f F2 F-слоя ионосферы 1978…1979 гг.(фиг.9) синхронны аналогичным изменениям ординат 9 действующей высоты h′F F-слоя ионосферы (фиг.8а).
s
0
Эти изменения силы тяжести содержат вариации на более чем двухмесячное снижение силы тяжести за пороговый уровень, превышающий 300 мкГал, и переход более чем двухмесячного снижения силы тяжести из стадий подготовки и реализации в подготовительную стадию отмеченных приливных зональных землетрясений 1975 и 1976 гг. По отмеченным признакам приливных зональных землетрясений магнитуды M более 6,0 можно судить о возможности обнаружения в многолетнем срезе Z-образных суточных вариаций критической частоты f F2 F-слоя ионосферы, что находит согласие Z-образных суточных вариаций ординат 10 1973…1974 гг. (фиг.9).