О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением

Предмет и цель работы: С ноября 2017 г. по апрель 2018 г. в Астрономической обсерватории Одесского национального университета им. И. И. Мечникова выполнен мониторинг вариационной составляющей геомагнитного поля с целью исследования среднеширотных геомагнитных пульсаций в центральной части Одесской м...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2018
Автори:	Сухарев, А.Л., Орлюк, М.И., Рябов, М.И., Роменец, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2018
Назва видання:	Радиофизика и радиоастрономия
Теми:	Радиофизика геокосмоса
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150181
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением / А.Л. Сухарев, М.И. Орлюк, М.И. Рябов, А.А. Роменец // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 2. — С. 116-127. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-150181
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1501812019-04-03T01:25:50Z О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением Сухарев, А.Л. Орлюк, М.И. Рябов, М.И. Роменец, А.А. Радиофизика геокосмоса Предмет и цель работы: С ноября 2017 г. по апрель 2018 г. в Астрономической обсерватории Одесского национального университета им. И. И. Мечникова выполнен мониторинг вариационной составляющей геомагнитного поля с целью исследования среднеширотных геомагнитных пульсаций в центральной части Одесской магнитной региональной аномалии. Предмет та мета роботи: З листопада 2017 р. по квітень 2018 р. в Астрономічній обсерваторії Одеського національного університету ім. І. І. Мечникова виконано моніторинг варіаційної складової геомагнітного поля з метою дослідження середньоширотних геомагнітних пульсацій в центральній частині Одеської магнітної регіональної аномалії. Purpose: Since November 2017 till April 2018, the variation of geomagnetic field component was monitored at the Astronomical Observatory of the I. I. Mechnikov Odesa National University with the aim of investigating the mid-latitude geomagnetic pulsations in the central region of the Odesa magnetic anomaly. 2018 Article О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением / А.Л. Сухарев, М.И. Орлюк, М.И. Рябов, А.А. Роменец // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 2. — С. 116-127. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1027-9636 PACS: 94.30.Ms DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.02.116 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150181 550.38 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса
spellingShingle	Радиофизика геокосмоса Радиофизика геокосмоса Сухарев, А.Л. Орлюк, М.И. Рябов, М.И. Роменец, А.А. О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением Радиофизика и радиоастрономия
description	Предмет и цель работы: С ноября 2017 г. по апрель 2018 г. в Астрономической обсерватории Одесского национального университета им. И. И. Мечникова выполнен мониторинг вариационной составляющей геомагнитного поля с целью исследования среднеширотных геомагнитных пульсаций в центральной части Одесской магнитной региональной аномалии.
format	Article
author	Сухарев, А.Л. Орлюк, М.И. Рябов, М.И. Роменец, А.А.
author_facet	Сухарев, А.Л. Орлюк, М.И. Рябов, М.И. Роменец, А.А.
author_sort	Сухарев, А.Л.
title	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
title_short	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
title_full	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
title_fullStr	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
title_full_unstemmed	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
title_sort	о первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне одесской магнитной аномалии с секундным разрешением
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2018
topic_facet	Радиофизика геокосмоса
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150181
citation_txt	О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением / А.Л. Сухарев, М.И. Орлюк, М.И. Рябов, А.А. Роменец // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 2. — С. 116-127. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT suhareval opervyhrezulʹtatahizmerenijkorotkoperiodnyhvariacijgeomagnitnogopolâvzoneodesskojmagnitnojanomaliissekundnymrazrešeniem AT orlûkmi opervyhrezulʹtatahizmerenijkorotkoperiodnyhvariacijgeomagnitnogopolâvzoneodesskojmagnitnojanomaliissekundnymrazrešeniem AT râbovmi opervyhrezulʹtatahizmerenijkorotkoperiodnyhvariacijgeomagnitnogopolâvzoneodesskojmagnitnojanomaliissekundnymrazrešeniem AT romenecaa opervyhrezulʹtatahizmerenijkorotkoperiodnyhvariacijgeomagnitnogopolâvzoneodesskojmagnitnojanomaliissekundnymrazrešeniem
first_indexed	2025-07-12T23:49:38Z
last_indexed	2025-07-12T23:49:38Z
_version_	1837487025476861952
fulltext	ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018116 Радіофізика і радіоастрономія. 2018, Т. 23, № 2, c. 116–127 © А. Л. Сухарев, М. И. Орлюк, М. И. Рябов, А. А. Роменец, 2018 А. Л. СУХАРЕВ 1, М. И. ОРЛЮК 2, М. И. РЯБОВ 1, А. А. РОМЕНЕЦ 2 1 Обсерватория “УРАН-4”, Радиоастрономический институт НАН Украины, ул. Пушкинская, 37, г. Одесса, 65011, Украина E-mail: magister_phys@yahoo.com 2 Институт геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины, пр-т Академика Палладина, 32, г. Киев, 02000, Украина E-mail: orlyk@igph.kiev.ua Î ÏÅÐÂÛÕ ÐÅÇÓËÜÒÀÒÀÕ ÈÇÌÅÐÅÍÈÉ ÊÎÐÎÒÊÎÏÅÐÈÎÄÍÛÕ ÂÀÐÈÀÖÈÉ ÃÅÎÌÀÃÍÈÒÍÎÃÎ ÏÎËß Â ÇÎÍÅ ÎÄÅÑÑÊÎÉ ÌÀÃÍÈÒÍÎÉ ÀÍÎÌÀËÈÈ Ñ ÑÅÊÓÍÄÍÛÌ ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅÌ Предмет и цель работы: С ноября 2017 г. по апрель 2018 г. в Астрономической обсерватории Одесского национального университета им. И. И. Мечникова выполнен мониторинг вариационной составляющей геомагнитного поля с целью исследования среднеширотных геомагнитных пульсаций в центральной части Одесской магнитной региональной аномалии. Методы и методология: Измерения проводились с использованием прецизионного феррозондового магнитометра LEMI-008 с частотой дискретизации 1 Гц. Полученные данные обрабатывались посуточно с использованием метода непрерывного вейвлет-анализа, а также полосовой фильтрации на его основе для выделения отдельных частотных полос, содержащих квазигармонические пульсации. Результаты: Проведен анализ результатов наблюдений северной -xB компоненты вектора индукции геомагнитного поля во время геомагнитных возмущений, бурь и в спокойных условиях с использованием метода непрерывного вейвлет- анализа. Отмечается наличие преобладающих квазипериодов быстрых пульсаций 9 30  мин в течение суток с уменьшением значения периодов и их длительности появления в данных во время магнитных бурь, а также во время бурь обычно отмечается увеличение доли нерегулярных и кратковременных пульсаций в данных наблюдений. В связи с наличием в записях техногенного городского шума выполнено сравнение результатов с эталонным мониторингом геомагнитных вариаций в магнитной обсерватории “Одесса”, расположенной в с. Степановка Одесской области. Показано, что техногенный шум города в месте расположения магнитометра заметнее всего проявляется на участ- ках вейвлет-спектров от периодов 5 мин и меньше. Заключение: Получены данные длительного мониторинга вариационной составляющей геомагнитного поля в наибо- лее интересной центральной части Одесской магнитной аномалии, где ранее подобные исследования не проводились. Дано представление об основных спектрах геомагнитных пульсаций и их сравнение в магнитно-спокойные дни и дни магнитных бурь. Ключевые слова: геомагнитные вариации, солнечно-земные связи, магнитная аномалия, магнитометр, геомагнитные пульсации DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.02.116 УДК 550.38 PACS number: 94.30.Ms 1. Ââåäåíèå В настоящее время важной научной задачей в изу- чении земного магнетизма являются исследо- вания геомагнитных пульсаций в областях маг- нитных аномалий (участков земной поверхности, где величина и направление вектора индукции маг- нитного поля значительно отличаются от величи- ны и направления вектора индукции в соседних регионах). Эти исследования позволяют опреде- лить особенности реакции магнитной аномалии на проявление эффектов солнечной активности. В юго-западной части Украины расположена круп- ная и интенсивная Одесская региональная маг- нитная аномалия [1], которая была обнаружена и исследована еще в 1892 г. [2]. Региональные магнитные аномалии связаны с наличием намаг- ниченных пород во всем разрезе земной коры, а возможно, и в верхах мантии. Аномальное маг- нитное поле в Одесской области изменяется в пре- делах от –400 нТ (восточная часть) до 1200 нТ (центральная часть). Модуль индукции геомаг- нитного поля (сумма аномального и нормаль- ного магнитных полей) изменяется в пределах 48600 50400  нТл (рис. 1). Детальное исследование пространственной структуры геомагнитного поля, выполненное со- ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 117 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... трудниками Института геофизики НАН Украи- ны, показало, что магнитные источники находят- ся в верхней и нижней частях земной коры, на глубинах от 7 до 40 45 км [4]. По данным рас- четов, на высотах формирования ионосферных и магнитосферных источников геомагнитных ва- риаций сохраняются некоторые отличия в интен- сивности как нормальной, так и аномальной ком- понент поля [5, 6]. Таким образом, Одесская региональная аномалия может оказывать влия- ние на процессы в ионосфере Земли и связанные с ними вариации геомагнитного поля под воздей- ствием солнечной активности. Долговременный многолетний мониторинг из- менений геомагнитного поля в исследуемом ре- гионе ведется в магнитной обсерватории “Одес- са” в с. Степановка Одесской области, однако она находится на удалении от участков с наи- большей интенсивностью аномального поля. Поскольку состояние ионосферы оказывает зна- чительное влияние на условия наблюдений кос- мических радиоисточников в Одесской обсер- ватории “УРАН-4” в декаметровом диапазоне 10 30 МГц, непосредственные измерения воз- мущенности геомагнитного поля в центре маг- нитной аномалии будут очень полезны и позволят прояснить физические причины наблюдаемых эффектов в изменении плотностей потоков излу- чения радиоисточников [7]. В связи с этим в ноябре 2017 г. по совместно- му соглашению Радиоастрономического инс- титута НАН Украины с Институтом геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины и с согла- сия Одесского национального университета им. И. И. Мечникова на территории астрономичес- кой обсерватории университета (Одесской аст- рономической обсерватории) в парке Т. Г. Шев- ченко был размещен прецизионный феррозондо- вый магнитометр LEMI-008. Место расположения прибора соответствует центру Одесской магнитной аномалии. Целью настоящей работы является исследо- вание быстрых геомагнитных пульсаций в обла- сти высокой интенсивности аномального магнит- ного поля. 2. Ñðåäñòâà è ìåòîäû Прецизионный трехкоординатный феррозондовый магнитометр LEMI-008 (рис. 2) разработан и вы- пускается Львовским центром Института косми- ческих исследований НАН Украины. Он предназ- начен для высокоточного измерения вариаций гео- магнитного поля в лабораторных и полевых ус- ловиях. Технические характеристики прибора описаны в работе [8] и приведены в табл. 1. Непрерывная регистрация обеспечивается программно-техническим комплексом, кото- рый содержит трехкоординатный магнитный дат- чик во влагозащищенном корпусе, блок элект- роники с приемником GPS, резервный аккуму- лятор и нетбук. Полученные на магнитометре данные непрерывно записываются в текстовые файлы. Блоки данных формируются посуточно, каждый файл содержит 86400 отсчетов (коли- чество секунд в сутках) индукции геомагнит- ного поля для каждой координаты x, y, z в на- нотеслах. В настоящей работе анализировалась вариация северной -xB компоненты вектора ин- дукции геомагнитного поля. Для защиты от вне- шних помех магнитометр размещен в подваль- ном помещении лаборатории Одесской астро- номической обсерватории, расположенной в пар- ковой зоне на удалении от источников мощных техногенных помех. Рис. 1. Карта распределения модуля индукции B геомаг- нитного поля в районе г. Одессы на эпоху 2015 г., построен- ная на основании аналитической модели [3] 118 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 А. Л. Сухарев и др. Частотно-временные спектры геомагнитных вариаций строились с использованием непрерыв- ного вейвлет-преобразования на основе функции Морле. Был применен быстрый вариант расчета вейвлет-спектров с помощью быстрого преобра- зования Фурье (FFT) [9, 10], что позволило значи- тельно ускорить обработку большого количества наблюдений. Предварительно из данных вычита- лось среднее значение геомагнитной индукции, чтобы избежать подавления высокочастотной части спектра частотами, близкими к нулю. Суточные данные регистрации геомагнитных вариаций показывают очень широкий спектр на временных масштабах от часов до десятков секунд. Часто происходят наложения разных типов пульсаций, поэтому удобно выделять из общего спектра полосы периодов, которые содержат исле- дуемые пульсации, и анализировать их отдельно. Для этого использовалась фильтрация на основе непрерывного вейвлет-преобразования [11]. Оцен- ка значимости квазипериодов проводилась по цвет- ным доверительным уровням (пиковый критичес- кий предел уровней значимости), нанесенным на вейвлет-спектр. Таким образом сразу видна значи- мость квазипериодов в разных полосах вейвлет- спектра. Так, например, доверительный уровень 95 % показывает, что только для одного из 20 слу- чайных сигналов спектральный максимум может достичь этого уровня, а уровень 99.9 % – что только для одного из 1000 случайных сигналов. Подробнее о вычислении доверительных уровней для вейвлет-спектров изложено в работе [12]. Для сглаживания высокочастотного шума и рез- Таблица 1. Технические характеристики магнитометра LEMI-008 [8] Диапазон измерения вариаций, нТл диапазон 1 100000 диапазон 2 3200 Разрешающая способность, нТл диапазон 1 10 диапазон 2 0.1 Уровень шума аналогового канала в полосе 0.1 1 Гц, пТлл 10 Долговременный дрейф нуля, нТл/год 5  Погрешность коэффициента передачи, % 0.2 Диапазон плавного смещения нуля по каждой оси, нТл 1000 Время усреднения отсчетов, с 1, 2, 5, 10, 60 Внутренняя память, Мб 8 Диапазон компенсаторного поля по каждой оси, нТл 65000 Разрешающая способность датчиков температуры, C 1 Температурный дрейф, нТл / C 0.2 Температурный диапазон, C 5 40  Питание, батарея 12 В, 0.2 А Вес датчика, кг 1.7 Вес блока электроники, кг 3.6 Длина кабеля, м 10 Выходы аналоговый, цифровой RS-232 Коррекция времени, координаты местоположения по сигналам GPS Рис. 2. Общий вид регистрационного блока (слева) и датчика (справа) феррозондового магнитометра LEMI-008 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 119 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... ких выбросов на записях применялся популярный метод Савицкого–Голея [13], основанный на вы- числении полинома в скользящем окне методом наименьших квадратов и эффективный для боль- ших наборов равномерных данных. 3. Êîðîòêîïåðèîäíûå ãåîìàãíèòíûå âàðèàöèè â Îäåññêîé àñòðîíîìè÷åñêîé îáñåðâàòîðèè Рассмотрим для примера несколько записей гео- магнитных вариаций в дни магнитных бурь. На рис. 3 показаны графики вариаций северной ,xB восточной yB и вертикальной zB компонент гео- магнитного поля для магнитной бури 18 марта 2018 г. Видно, что, несмотря на то, что магнито- метр расположен вдали от источников техноген- ных помех (таких как промышленные производ- ства, железнодорожные линии, крупные торговые центры и жилые кварталы) в записях присутст- вует высокочастотный шум большого города, ко- торый увеличивается с четырех часов утра и уменьшается с девяти часов вечера местного времени. Особенно это заметно на вариациях -zB компоненты, которая, согласно работе [14], наиболее чувствительна к техногенным по- мехам. Горизонтальные компоненты менее под- вержены помехам. Данные сглаживались филь- тром Савицкого–Голея с параметрами: полуши- рина окна – 120 точек, степень полинома – 4 и количество проходов – 3. Амплитуда шумов обычно 10 15  нТл, реже, в некоторые дни, может возрастать до 20 30  нТл. На рис. 4 показаны вейвлет-спектры вариаций геомагнитного поля 14 марта 2018 г. во время магнитной бури. Видно, что, кроме короткопе- риодных пульсаций, на спектре проявляются и фрагменты гармоник солнечно-суточных колеба- ний геомагнитного поля, которые из-за значитель- ной амплитуды часто подавляют короткопериод- ные пульсации, уменьшая их значимость. На ниж- ней панели рис. 4 показан вейвлет-спектр после выделения полосовой фильтрацией фрагмента данных, соответствующих полосе периодов на спектре от 4.4 до 23 мин. Однако это нерегуляр- ные вариации, их периоды неустойчивы и резко изменяются в интервале 14 20  мин с увели- чением амплитуды с 15 часов местного времени. Проявляются также нерегулярные всплески на временном масштабе около 8 мин и меньше. Рассмотрим спектры геомагнитных пульса- ций (см. рис. 5) в дни магнитных бурь 11 и 20 апреля 2018 г. На спектре пульсаций, наблюдав- шихся во время бури 20 апреля, видно редкое появление длительного устойчивого квазигар- монического колебания с периодом 43 мин с 7 до 22 часов местного времени, а также с периодом 23 27  мин до 14 часов. На спек- тре, полученном 11 апреля, видны кратковре- менные, длительностью 3 4  ч, квазигармо- нические участки с периодами 15 21  мин и нерегулярные колебания на временных масш- табах 6 9  мин. Обычно во время магнитных бурь, по данным проведенных измерений, чаще наблюдается сложение нерегулярных, а также кратковременных квазипериодических колебаний индукции геомагнитного поля, нередко с измене- ниями значений периодов со временем, однако встречаются записи с довольно устойчивыми ква- зипериодическими колебаниями индукции, как показано в этом примере. Рассмотрим еще два примера спектров, полу- ченных 3 декабря 2017 г. и 1 февраля 2018 г. во Рис. 3. Исходные несглаженные графики вариаций ,xB yB и zB компонент геомагнитного поля во время магнитной бури 18 марта 2018 г. 120 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 А. Л. Сухарев и др. время спокойного и слабовозмущенного геомаг- нитного поля (рис. 6 и рис. 7). 3 декабря наблю- дался довольно редкий случай появления несколь- ких гармоник с основным периодом 20 24  мин и наложением квазигармонических вариаций с разными периодами ( 7 14  мин) и в разное время. 1 февраля на спектре также присутствует наложение разнопериодных квазигармонических колебаний. С 5 до 13 часов местного времени основной период изменяется с 30 до 21 мин, кроме этого, проявляются кратковременные не- регулярные колебания на временном масштабе 6 7 мин в разное время. Таким образом, в гео- магнитно спокойные и слабовозмущенное дни часто наблюдаются длительные квазипериоди- ческие колебания индукции геомагнитного поля с значениями периодов в интервале 15 30 мин, а также нерегулярные и кратковременные коле- Рис. 4. Вейвлет-спектры 2 2( Re Im , где Re и Im – вещественная и мнимая части вейвлет-преобразования) полного ряда геомагнитных вариаций во время магнитной бури 14 марта 2018 г (верхняя панель) и фрагмента данных в полосе периодов 4.4 23 мин (нижняя панель). На верхней панели указаны периоды гармоник солнечно-суточных вариаций ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 121 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... бания в интервале 5 15 мин. В меньших интер- валах сильная шумовая составляющая не поз- воляет регистрировать быстрые дневные пуль- сации. Однако в ночное время, когда шум города незначительный, вероятно, возможно исследовать ночные короткопериодные пульсации геомагнит- ного поля. Проведение такого исследования ста- нет следующим шагом работы. 4. Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ íàáëþäåíèé â Îäåññêîé àñòðîíîìè÷åñêîé îáñåðâàòîðèè è íà ìàãíèòíîé ñòàíöèè “Îäåññà” Чтобы удостовериться, что выделяемые вариа- ции геомагнитного поля могут быть реальными, природными, а не техногенного происхождения, было выполнено определение полосы наиболее Рис. 5. Вейвлет-спектры геомагнитных пульсаций во время бурь 11 апреля (нижняя панель) и 20 апреля 2018 г. (верхняя панель) в отдельных полосах периодов. Здесь и далее диаграммы приведены в децибелах, нормированных на ноль для удобства определения на спектре участков с наибольшей мощностью, 2 2(10 lg(Re Im ),  где Re и Im – вещественная и мнимая части вейвлет-преобразования) 122 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 А. Л. Сухарев и др. значимых периодов по данным магнитной стан- ции “Одесса” в с. Степановка Одесской области. Магнитометры на станции находятся в глубоком подземном погребе, что делает ее одной из лучших в Украине по помехозащищенности, а большое удаление от Одессы (82 км) исключа- ет вклад техногенных шумов в измерения индук- ции геомагнитного поля (по исследованиям, шум улавливается магнитометром за 20 30 км отт крупного города). Рассмотрим для примера запи- си -xB компоненты в Одессе и Степановке 4 и 5 декабря 2017 г. Сравнение приведено на рис. 8 и рис. 9, одесские данные сглажены фильтром Са- вицкого–Голея. Сглаженные данные, полученные в Одессе, хорошо соответствуют данным, полученным в Степановке. Сравнение фильтрованных данных в полосах периодов 4.5 34.6 мин для 4 декабря и 4.3 48 мин для 5 декабря показало, что на FFT спектрах у трех основных периодов следую- щие значения: 22.8, 15.5, 10.2 мин (Степановка) и 20.3, 11.5, 8.5 мин (Одесса) для 4 декабря; 39.7, Рис. 6. Вейвлет-спектр (верхняя панель) и изменение амплитуды индукции геомагнитного поля (нижняя панель) в полосе периодов 4 27 мин, зарегистрированные в геомагнитно спокойный день 3 декабря 2017 г в интервале с 12 до 24 часов местного времени ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 123 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... 27.1, 18.4 мин (Степановка) и 39.3, 29.1, 19.4 мин (Одесса) для 5 декабря. Разница между полу- ченными значениями периодов: 2.5, 4, 1.7 минуты для 4 декабря и 0.4, 2, 1 мин для 5 декабря. Похожие результаты были получены при сравне- нии периодов и для других дней. Поэтому можно сделать вывод, что, несмотря на сильный техно- генный шум, рассматриваемые геомагнитные вариации в одесских наблюдениях в полосе пе- риодов 5 30  мин искажаются незначительно, однако полосы периодов менее 5 мин, скорее всего, показывают частотно-временное распре- деление помех, а не реальных геомагнитных пульсаций. В дальнейшей работе предпочтитель- на для рассмотрения полоса периодов геомаг- нитных вариаций 9 30  мин, поскольку она обеспечивает наилучшее соответствие периодов эталонным данным Степановки. 5. Îáñóæäåíèå Исследованию геомагнитных пульсаций посвяще- но огромное количество работ (например, [15]) по данным множества геомагнитных обсерваторий на различных широтах. Однако изучение геомаг- Рис. 7. Вейвлет-спектр (верхняя панель) и изменение амплитуды индукции геомагнитного поля (нижняя панель) в полосе периодов 4.6 35.3 мин, зарегистрированные в геомагнитно слабовозмущенный день 1 февраля 2018 г.. 124 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 А. Л. Сухарев и др. нитных вариаций на территории Украины в ос- новном представлено работами по свойствам сол- нечно-суточных вариаций (основные периоды 6 24 ч) в разных областях страны (напри- мер, [16]), и достаточно слабо изучено влияние крупных региональных магнитных аномалий на проявления геомагнитных пульсаций в моменты магнитных бурь и моменты спокойного поля. Непосредственно в пределах Одесской маг- нитной аномалии долговременные измерения с секундным разрешением по времени вблизи цен- тральной области наибольшей индукции поля про- водятся впервые. Сложность для исследований состоит в том, что центральная часть аномалии с наибольшей индукцией находится на террито- рии города Одесса, что дает значительные поме- хи и затрудняет выбор места для расположения магнитометра. После обработки всего массива уже полученных данных о свойствах геомагнит- ных пульсаций планируется сравнение с данны- ми, полученными на магнитной станции “Одес- са” на краю аномалии, и с данными магнитной станции “Киев”, которая находится в области нормального геомагнитного поля. В настоящее время известно множество раз- ных типов геомагнитных пульсаций, которые от- личаются частотным составом, изменением со временем, различным распределением по широ- те земной поверхности, проявлением во время спокойного и возмущенного поля, сезонными осо- бенностям и так далее. Обычно длительные ква- зипериодические пульсации связаны с крупномас- штабными изменениями структуры магнитосфе- ры и резонансными колебаниями силовых линий геомагнитного поля, нерегулярные импульсные пульсации чаще всего соответствуют временам развития геомагнитных возмущений. Генерация колебаний происходит в локализованных облас- тях магнитосферы. Более полные обзоры видов геомагнитных пульсаций и причин их появления изложены в работах [17, 18]. Для Одесской региональной магнитной анома- лии характерно наличие векового увеличения магнитной индукции [19]. В связи с этим иссле- дование развития геомагнитных пульсаций в та- ких особых условиях является перспективной и актуальной научной задачей. 6. Âûâîäû 1. Проведенный цикл измерений вариаций геомаг- нитного поля в центре Одесской региональной магнитной аномалии продемонстрировал перс- пективность таких исследований для выяснения особенностей вариации потоков излучения косми- ческих радиоисточников в декаметровом диапа- зоне, отражающих состояние ионосферы. 2. Предварительный анализ наблюдений с нояб- ря 2017 г. по апрель 2018 г. показал преобладание квазигармонических, с изменениями периодов, и реже нерегулярных пульсаций с усилением или затуханием в пределах дневного времени суток. Рис. 8. Сравнение вариаций -xB компоненты геомагнитногоо поля, зарегистрированных в Одессе и Степановке 4 декабря 2017 г. (из данных наблюдений в Степановке вычтено сред- нее значение, составляющее 21176.27 нТл) Рис. 9. Сравнение вариаций -xB компоненты геомагнитногоо поля, зарегистрированных в Одессе и Степановке 5 декабря 2017 г. (из данных наблюдений в Степановке вычтено сред- нее значение, составляющее 21164.84 нТл) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 125 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... 3. Во время магнитных бурь обычно наблю- даются нерегулярные вариации с широким спек- тром от 5 до 30 мин с наибольшей амплитудой в полосе 15 30 мин. Иногда наблюдаются ус- тойчивые квазигармонические вариации в сумме с нерегулярными возмущениями в виде отдель- ных кратковременных всплесков на разных вре- менных масштабах. В связи с этим планирует- ся сопоставить виды наблюдаемых пульсаций с типами магнитных бурь, во время которых они наблюдаются. 4. В дни спокойного и слабовозмущенного гео- магнитного поля преобладают долговременные квазигармонические вариации в полосе 15 30 мин, а в некоторые дни и в полосе 5 15 мин, реже этаа полоса заполнена нерегулярными вариациями. Вариации с периодами меньше 5 мин, скорее всего, отражают вклад техногенных помех и шумов города. 5. Проведено предварительное сравнение гео- магнитных наблюдений в Одесской астрономи- ческой обсерватории с эталонными наблюдения- ми в магнитной обсерватории “Одесса” (с. Сте- пановка). Показано, что после фильтрации шума данные хорошо соответствуют эталонным, а их спектральный состав незначительно отличается. Поэтому расположение магнитометра можно считать приемлемым для долговременного мо- ниторинга геомагнитных вариаций в централь- ной части Одесской региональной магнитной ано- малии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Орлюк М. І., Пашкевич І. К. Методика та результати інтерпретації аномального магнітного поля за даними наземних та супутникових зйомок. Доп. АН України. 1994. № 4. С. 120–124. 02. Попруженко С. Одесская Магнитная аномалия. Ме- теорологическое обозрение: сборник научных трудов. Под ред. А. Клоссовского. Одесса: Тип. П. Францова, 1892. Вып 3. 03. Chulliat A., Alken P., Nair M., Woods A., and Maus S. The Enhanced Magnetic Model 2015-2020. National Centers for Environmental Information, NOAA. 2015. DOI: 10.7289/V56971HV 04. Орлюк М. И., Марченко А. В., Иващенко И. Н. Рас- чет компонент геомагнитного поля на примере Одес- ской магнитной аномалии. Геодинаміка. 2014. Т. 1, № 16. С. 96–102. 05. Marchenko A. and Orliuk М. 3D magnetic model of the East European Craton and its effect at near-surface and sa- tellite heights. Геофизический журнал. 2010. Т. 32, № 4. С. 96–98. 06. Орлюк М. И., Роменец А. А. Структура и динами- ка главного магнитного поля Земли на ее поверхности и в ближнем космосе. Odessa astronomical publications. 2011. Vol. 24. P. 124–128. 07. Собитняк Л. И., Рябов M. И., Сухарев A. Л., Паниш- ко С. К. Структура переменности индексов косми- ческой погоды в применении к данным мониторинга потоков излучения радиоисточников на радиотеле- скопе “УРАН-4”. Радиофизика и радиоастрономия. 2017. Т. 22, № 4. С. 294–303. DOI: 10.15407/ rpra22.04.294 08. Сумарук Т. П. Програмно-технічний комплекс забез- печення збору, обробки та збереження даних геомаг- нітних обсерваторій України. Космічна наука і тех- нологія. 2010. Т. 16, № 2. С. 12–16. 09. Rioul O. and Duhamel P. Fast algorithms for discrete and continuous wavelet transform. IEEE Trans. Inform. Theory. 1992. Vol. 38, No. 2. P. 569–586. DOI: 10.1109/ 18.119724 10. Buessow R. An algorithm for the continuous Morlet wavelet transform. Mech. Syst. Signal Process. 2007. Vol. 21, Is. 8. P. 2970–2979. DOI: 10.1016/j.ymssp.2007.06.001 11. Jordan D. and Miksad R.W. Implementation of the continuous wavelet transform for digital time series analysis. Rev. Sci. Instrum. 1997. Vol. 68, Is 3. P. 1484–1494. DOI: 10.1063/1.1147636 12. Ge Z. Significance tests for the wavelet power and the wavelet power spectrum. Ann. Geophys. 2007. Vol. 25. P. 2259–2269. DOI: 10.5194/angeo-25-2259-2007 13. Savitzky A. and Golay M. J. E. Smoothing and Dif- ferentiation of Data by Simplified Least Squares Pro- cedures. Anal. Chem. 1964. Vol. 36, No. 8. P. 1627–1639. DOI: 10.1021/ac60214a047 14. Orlyuk M., Romenets A., and Orliuk I. Natural and technogenic components of the magnetic field for Kyiv territory. Proceedings of XIII-th International Conference on Geoinformatics – Theoretical and Applied Aspects. (May 12-15, 2014. Kiev). Kiev, Ukraine, 2014. id. 441. DOI: 10.3997/2214-4609.20140441 15. Троицкая В. А., Гульельми А. В. Геомагнитные пуль- сации и диагностика магнитосферы. Успехи физических наук. 1969. Т. 97. С. 453–494. DOI: 10.3367/UFNr.0097. 196903d.0453 16. Максимчук В. Е., Орлюк М. И., Городыский Ю. М., Кузнецова В. Г., Чоботок И. А. Короткопериодные вариации геомагнитного поля T в центральной части Днепровско-Донецкой впадины. Геофизический журнал. 1996. Т. 18, № 3. С. 52–55. 17. Клейменова Н. Г., Козырева О. В., Шотт Ж. Ж. Волно- вой геомагнитный отклик магнитосферы на подход к Земле межпланетного магнитного облака (14-15 июля 2000 г., “Bastille day event”). Геомагнетизм и аэро- номия. 2003. Т. 43, № 3. С. 321–331. 18. Guglielmi A. and Pokhotelov O. Nonlinear problems of physics of the geomagnetic pulsations. Space Sci. Rev. 1993. Vol. 65, Is 1-2. P. 5–57. DOI: 10.1007/ BF00749761 19. Orlyuk M., Romenets A., Sumaruk Yu., and Sumaruk T. Space-temporal structure of the magnetic field in territory of Ukraine. Геофизический журнал. 2010. Т. 32, № 4. С. 126–127. 126 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 А. Л. Сухарев и др. REFERENCES 01. ORLYUK, M. I. and PASHKEVICH, I. K., 1994. Tech- nique and results of the interpretation of the anomalous magnetic field from ground and satellite data. Dopovidi Academii Nauk Ukrainy. No. 4, pp. 120–124 (in Ukrainian). 02. POPRUZHENKO, S., 1982. Odessa Magnetic Anomaly. In: A. KLOSSOVSKIY, ed. Meteorological Review: collec- tion of scientific papers. Vol. 3. Odessa: Tip. P. Frantsova Publ. (in Russian). 03. CHULLIAT, A., ALKEN, P., NAIR, M., WOODS, A. and MAUS, S., 2015. The Enhanced Magnetic Model 2015- 2020. National Centers for Environmental Information, NOAA. DOI: 10.7289/V56971HV 04. ORLYUK, M. I., MARCHENKO, A. V. and IVASHCHEN- KO, I. N., 2014. Calculating of the Geomagnetic Fileld Induction Vector Components on the Odessa Magnetic Anomaly Region. Geodinamika. vol. 1, is. 16, pp. 96–102 (in Russian). 05. MARCHENKO, A. and ORLIUK, М., 2010. 3D magnetic model of the East European Craton and its effect at near- surface and satellite heights. Geofizicheskiy Zhurnal. vol. 32, is. 4. pp. 96–98. 06. ORLYUK, M. I. and ROMENETS, A. A., 2011.The Struc- ture and Dynamics of the Main Magnetic Field of the Earth on its Surface and in the Near Space. Odessa astro- nomical publications. vol. 24, pp. 124–128 (in Russian). 07. SOBITNIAK, L. I., RYABOV, M. I., SUKHAREV, A. L. and PANISHKO, S. K., 2017. Structure of Variability Indexes of Cosmic Weather as Applied to Data Monito- ring of Fluxes of Radio Sources at the “Uran-4” Radio Telescope. Radio Phys. Radio Astron. vol. 22, is. 4, pp. 294–303 (in Russian). DOI: 10.15407/rpra22.04.294 08. SUMARUK, T. P., 2010. A Program-Technical Comp- lex for Assemblage, Processing, and Storage of Data From Ukrainian Geomagnetic Observatories. Kosmichna nauka i tekhnologiya. Space Science and Technology. vol 16, is. l. pp. 12–16 (in Ukranian). 09. RIOUL, O. and DUHAMEL, P., 1992. Fast algorithms for discrete and continuous wavelet transform. IEEE Trans. Inform. Theory. vol. 38, is. 2, pp. 569–586. DOI: 10.1109/18.119724 10. BUESSOW, R., 2007. An algorithm for the continuous Morlet wavelet transform. Mech. Syst. Signal Process. vol. 21, is. 8, pp. 2970–2979. DOI: 10.1016/j.ymssp. 2007.06.001 11. JORDAN, D. and MIKSAD, R.W., 1997. Implementation of the continuous wavelet transform for digital time series analysis. Rev. Sci. Instrum. vol. 68, is 3, pp. 1484–1494. DOI: 10.1063/1.1147636 12. GE, Z., 2007. Significance tests for the wavelet power and the wavelet power spectrum. Ann. Geophys. vol. 25, pp. 2259–2269. DOI: 10.5194/angeo-25-2259-2007 13. SAVITZKY, A. and GOLAY, M. J. E., 1964. Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Anal. Chem. vol. 36, no. 8, pp. 1627–1639. DOI: 10.1021/ac60214a047 14. ORLYUK, M., ROMENETS, A. and ORLIUK, I., 2014. Natural and technogenic components of the magnetic field for Kyiv territory. In: Proceedings of XIII-th Inter- national Conference on Geoinformatics – Theoretical and applied Aspects. Kiev, Ukraine, May 12-15, 2014. id. 441. DOI: 10.3997/2214-4609.20140441 15. TROITSKAYA, V. A. and GUGLIELMI, A. V., 1969. Geomagnetic pulsations and diagnostics of the magneto- sphere. Sov. Phys. Usp. vol. 12, pp. 195–218 DOI: 10.1070/ PU1969v012n02ABEH003933 16. MAKSIMCHUK, V. E., ORLYUK, M. I., GORODYS- KY, YU. M., KUZNETSOVA, V. G. and CHOBOTOK, I. A., 1996. Short-period variations of the geomagnetic field (T) in the central Dnieper-Donets Depression. Geofi- zicheskiy Zhurnal. vol. 18, no. 3, pp. 52–55 (in Russian). 17. KLEIMENOVA, N. G., KOZYREVA, O. V. and SCHOTT J. J., 2003. Wave geomagnetic response of the magnetosphere on approach to Earth interplanetary mag- netic clouds (14–15 July 2000, “BASTILLE DAY EVENT”). Geomagnetism and Aeronomy. vol. 43, no. 3, pp. 321–331 (in Russian). 18. GUGLIELMI, A. and POKHOTELOV, O., 1993. Nonli- near problems of physics of the geomagnetic pulsations. Space Sci. Rev. vol. 65, is 1-2, pp. 5–57. DOI: 10.1007/ BF00749761 19. ORLYUK, M., ROMENETS, A., SUMARUK, YU. and SUMARUK, T., 2010. Space-temporal structure of the magnetic field in territory of Ukraine. Geofizicheskiy Zhurnal. vol. 32, no. 4, pp. 126–127. A. L. Sukharev 1, M. I. Orlyuk 2, M. I. Ryabov 1, and A. A. Romenets 2 1 Observatory “URAN-4”, Institute of Radio Astronomy, National Academy of Sciences of Ukraine, 37, Pushkinska St., Odesa, 65011, Ukraine 2 S. Subotin Institute of Geophysics, National Academy of Sciences of Ukraine, 32, Akad. Palladin Av., Kyiv, 02000, Ukraine ON THE FIRST RESULTS OF MEASUREMENTS OF GEOMAGNETIC SHORT-PERIOD FIELD VARIATIONS IN THE ODESA MAGNETIC ANOMALY ZONE WITH A SECOND-LONG RESOLUTION Purpose: Since November 2017 till April 2018, the variation of geomagnetic field component was monitored at the Astro- nomical Observatory of the I. I. Mechnikov Odesa National University with the aim of investigating the mid-latitude geo- magnetic pulsations in the central region of the Odesa magnetic anomaly. Design/methodology/approach: The measurements were made by using the precision LEMI-008 flux-gate magnetometer with a sample rate of 1 Hz. The data obtained were processed daily by using the method of continuous wavelet analysis, as well as band-pass filtering based on it, in order to separate individual frequency bands containing quasi-harmonic pulsations. Findings: The results of observations of the northern -xB com- ponent of the geomagnetic field induction vector during the geo- magnetic disturbances, storms and under quiet conditions were analyzed by using the method of continuous wavelet analysis. The presence of predominant quasiperiods of fast pulsations of 9 30  min observed during the day with decreasing pe- riods and their duration of appearance in the data during magne- ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 2, 2018 127 О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной... tic storms is noted. Also, during the storms, there is usually an increase in the proportion of irregular and short-term pulsa- tions in observational data. Due to the presence of technogenic urban noise in records, the results are compared with the refe- rence monitoring of geomagnetic variations at the “Odesa” geo- magnetic observatory located in the Stepanivka village, Odesa region. It is shown that technogenic city noise at the magneto- meter location is most evident on sections of wavelet spectra from the periods of 5 minutes or less. Conclusions: The data of a long-term monitoring of the geomag- netic field variation component in the most interesting central part of the Odesa magnetic anomaly were obtained, where earlier such studies were never carried out. An idea is given of the main spectra of geomagnetic pulsations and their comparison in mag- netically quiet days and days of magnetic storms. Key words: geomagnetic variations, solar-terrestrial connections, magnetic anomaly, magnetometer, geomagnetic pulsations А. Л. Сухарєв 1, М. І. Орлюк 2, М. І. Рябов 1, А. О. Роменець 2 1 Обсерваторія “УРАН-4”, Радіоастрономічний інститут НАН України, вул. Пушкінська, 37, м. Одеса, 65011, Україна 2 Інститут геофізики ім. С. І. Суботіна НАН України, пр-т Академіка Палладіна, 32, м. Київ, 02000, Україна ПРО ПЕРШІ РЕЗУЛЬТАТИ ВИМІРЮВАНЬ КОРОТКО- ПЕРІОДНИХ ВАРІАЦІЙ ГЕОМАГНІТНОГО ПОЛЯ В ЗОНІ ОДЕСЬКОЇ МАГНІТНОЇ АНОМАЛІЇ З СЕКУНДНОЮ РОЗДІЛЬНОЮ ЗДАТНІСТЮ Предмет та мета роботи: З листопада 2017 р. по квітень 2018 р. в Астрономічній обсерваторії Одеського націо- нального університету ім. І. І. Мечникова виконано моніторинг варіаційної складової геомагнітного поля з метою дослідження середньоширотних геомагнітних пульсацій в центральній частині Одеської магнітної регіо- нальної аномалії. Методи і методологія: Вимірювання виконувалися з ви- користанням прецизійного ферозондового магнітометра LEMI-008 з частотою дискретизації 1 Гц. Отримані дані оброблялися щодобово з використанням методу безперерв- ного вейвлет-аналізу, а також смугової фільтрації на його основі для виділення окремих частотних смуг, що містять квазігармонійні пульсації. Результати: Виконано аналіз результатів спостережень північної -xB компоненти вектора індукції геомагнітного поля під час геомагнітних збурень, бур та в спокійних умовах з використанням методу безперервного вейвлет-аналізу. Відзначається наявність переважаючих квазіперіодов швид- ких пульсацій 9 30  хв впродовж доби зі зменшенням значення періодів і їх тривалості появи в даних під час маг- нітних бур, а також під час бур зазвичай відзначається збільшення частки нерегулярних і короткочасних пульсацій в даних спостережень. У зв’язку з наявністю в записах тех- ногенного міського шуму виконано порівняння результатів з еталонним моніторингом геомагнітних варіацій в магнітній обсерваторії “Одеса”, розташованій в с. Степанівка Одесь- кої області. Показано, що техногенний шум міста в місці роз- ташування магнітометра найпомітніше проявляється на ділян- ках вейвлет-спектрів від періодів 5 хв і менше. Висновок: Отримано дані тривалого моніторингу варіацій- ної складової геомагнітного поля в найцікавішій центральній частині Одеської магнітної аномалії, де раніше подібні дослі- дження не виконувалися. Надається уявлення про основні спектри геомагнітних пульсацій та їх порівняння в магнітно- спокійні дні та дні магнітних бур. Ключові слова: геомагнітні варіації, сонячно-земні зв’язки, магнітна аномалія, магнітометр, геомагнітні пульсації Статья поступила в редакцию 17.05.2018

О первых результатах измерений короткопериодных вариаций геомагнитного поля в зоне Одесской магнитной аномалии с секундным разрешением

Репозитарії

Схожі ресурси