Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №2.

УДК 550.388.2.: 551.594.21 МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОЦЕНКИ ДОБРОТНОСТИ ГЛОБАЛЬНОГО РЕЗОНАТОРА ЗЕМЛЯ-ИОНОСФЕРА НА ОСНОВЕ ФУРЬЕ -РАЗЛОЖЕНИЙ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ РЕЗОНАТОРА ПО ВСПЛЕСКАМ Q-ТИПА В.В. Пчелкин, М.И. Белоглазов, А.Н. Васильев, А.И. Воронин Полярный геофизический институт КНЦ РАН Аннотация Рассматриваются методические аспекты оценок свойств глобального резонатора Земля- ионосфера с применением Фурье-анализа. Показано, что неоднозначное решение проблемы выбора аппроксимирующей спектр функции и проблемы учета фона, а также возможная изрезанность спектра могут приводить к значительной разнице в оценках добротности резонатора. Предлагается методика оценки добротности контура по всплескам Q-типа. Суть метода сводится к наложению нормированных всплесков друг на друга и определению по форме амплитудного квазиэкспоненциального спада коэффициента затухания и по нему - добротности. Полученные данным методом значения сравниваются со значениями, рассчитанными традиционным способом, и с оценками, известными из мировой литературы. Проведенное тестирование предлагаемой методики для выбранного интервала времени дало значение добротности около 3,6, при этом оценки добротности для этого же интервала, основанные на разложении Фурье, дают значения, лежащие в диапазоне 3,3 до 4,3 (разброс обусловлен неоднозначностью аппроксимации спектра и, возможно, изрезанностью спектра). Показано, что всплески Q-типа позволяют проводить оценки частоты первого шумановского резонанса, однако точность таких оценок ниже точности оценок, получаемых с применением анализа Фурье. Ключевые слова: методические аспекты, резонатор, Земля-Ионосфера, Фурье-анализ, добротность резонатора, всплески Q-типа, коэффициент затухания, первый Шумановский резонанс. Введение Резонансная структура полости, ограниченной Землей и ионосферой, впервые описанная Шуманом, в своих количественных характеристиках отличалась от результатов экспериментальных наблюдений. Более адекватные модели с двухслойной и экспоненциальным профилями проводимости позволили приблизить предсказания теории к эксперименту. Зависимости постоянного распространения основной волны и волн высшего порядка в полости от параметров верхней атмосферы однозначны, что создает возможность проверки положений, закладываемых в разные модели на основе сравнения с характеристиками глобального резонатора, полученными из эксперимента. Но, при этом, как показывает изучение литературы по вопросу, наблюдается сильный разброс приводимых экспериментальных оценок добротности контура Земля - ионосфера у разных исследователей - от 3.5. до 5.8 [1-7]. В чем могут заключаться возможные причины этого факта? В традиционно применяемом способе экспериментальной оценки оцифрованный сигнал раскладывается в ряд Фурье. Добротность n - резонанса определяется как отношение центральной частоты резонансного пика в спектре шумов к его ширине на уровне половины мощности [6]. При всей прозрачности идеи метода, как показывает внимательное знакомство с проблемой, остаются нерешенными многие методические аспекты. В настоящей работе мы попытались проанализировать трудности традиционной техники и оценить последствия, к которым они могут привести. В качестве альтернативного способа оценки мы рассмотрели Q-всплеск (рис. 1), впервые описанный в работе [8], и, в дальнейшем, выделявшийся многими исследователями в качестве значимого морфологического элемента экспериментального ряда [6, 7, 9, 10]. Как видно из рисунка, он представляет собой относительно упорядоченную волноформу с закономерным уменьшением амплитуды по квазиэкспоненциальному типу. Следует также отметить, что всплески Q-типа - резонансное явление. 36