Широкополосные возмущения электрических и магнитных полей в высокоширотной магнитосферно-ионосферной системе

• Автор: Головчанская, Ирина Владимировна
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 280 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Ключевые экспериментальные сведения о широкополосных возмущениях электрических и магнитных полей в верхней ионосфере высоких широт
1.1 Измерительная аппаратура
1.2 Амплитуды, частоты, Фурье и вейвлет спектры широкополосных электрических и магнитных возмущений
1.3 Отношение амплитуд магнитной и электрической компонент
1.4 Поляризация возмущений
1.5 Зависимость широкополосных возмущений от проводимости ионосферы (сезонная вариация)
1.6 Направление вектора Пойнтинга
1.7 Зависимость широкополосных возмущений от межпланетного магнитного поля
1.8 Связь широкополосных полей с крупномасштабными продольными токами/сдвигами скорости магнитосферной конвекции
1.9 Вклад электрической изменчивости в джоулев нагрев ионосферы
1.10 Основные результаты главы
Глава 2. Статистическая модель широкополосного ионосферного возмущения как случайного процесса
2.1 Введение: фракталы, фрактальная размерность
2.2 Обобщённое броуновское движение как модель случайного процесса
с самоподобием; обобщённые гауссовы шумы
2.3 Определение показателя масштабирования у из регрессионных кривых /о§(Ь7-/0£(3): приложение к высокоширотным ионосферным полям
2.4 Метод нормализации функций плотности вероятности амплитуд флуктуаций. Коллапс нормализованных Р!(5Х/а) на одну кривую
2.5 Определение показателя масштабирования из регрессионных кривых logP(0,s)-log(s)
2.6 Определение параметра масштабирования /? методом фильтрации амплитуд
2.7 Связь показателя Хёрста Я со спектральным индексом ар для Шт сигнала

2.8 Метод Abry et al. [2000] дисперсии детализирующих коэффициентов дискретного вейвлет преобразования данных
2.8.1 Анализ сигнала с переменным разрешением и дискретное вейвлет преобразование
2.8.2 Идентификация вида скейлинга и оценивание индекса масштабирования
а для турбулентных полей в ионосфере: логарифмические диаграммы
2.8.3 Усовершенствование стандартного алгоритма Abry et al. [2000] применением процедуры бутстрепа
2.9 Алгоритмы генерации fBm
2.10 Перемежаемость
2.10.1 Структурная функция; плоты
2.10.2 Использование аппроксимации P<(SEs) распределением Кастайнга
для оценки перемежаемости данных
2.10.3 Поведение эксцесса при наличии перемежаемости в данных
2.11 Обобщённое движение Леви
2.12 Выводы главы
Глава 3. Проявления альвеновской турбулентности в ионосфере авроральной зоны
и полярной шапки: сравнение с классическими теориями турбулентности
3.1 Ожидаемый наклон спектра для трёхмерной турбулентности в гидродинамике
3.2 Двумерная гидродинамическая турбулентность
3.3 Предсказания теории Ирошникова-Крайхнана для МГД турбулентности взаимодействующих альвеновских волновых пакетов
3.4 Переход от частот к волновым числам при наблюдении турбулентности
3.5 Статистическое исследование характеристик альвеновской турбулентности
в ионосфере авроральной зоны и полярной шапки
3.6 Связана ли альвеновская турбулентность в верхней ионосфере Земли с турбулентностью в солнечном ветре?
3.6.1 Поиск зависимости между среднеквадратичными амплитудами 5Е
в полярной шапке и изменчивостью ММП и плотности солнечного ветра
3.6.2 Сравнение скейлинга в Bz-компоненте ММП и в электрических полях полярной шапки
3.7 Диапазон масштабов альвеновской турбулентности
3.8 Основные выводы главы

Глава 4. Нелинейное взаимодействие когерентных альвеновских структур в нижней
магнитосфере: модель альвеновской турбулентности
4.1 Состояние проблемы
4.2 Дисперсионные альвеновские волны: линейный анализ
4.3 Экспериментальные факты, не согласующиеся с волновой интерпретацией альвеновской турбулентности
4.4 Представления Т. Чанга о нелинейном взаимодействии когерентных структур в плазме, приводящем к проявлениям, характерным для перемежающейся турбулентности
4.4.1 Бимодальное состояние космической плазмы
4.4.2 Обобщение основных уравнений для альвеновской моды на нелинейный случай. Когерентные альвеновские структуры
4.5 Постановка задачи о механизме альвеновской турбулентности в ближней магнитосфере Земли и её решение в модели нелинейного взаимодействия когерентных альвеновских структур
4.5.1 Основные требования к генератору турбулентных полей
4.5.2 Моделирование нелинейной динамики когерентных инерционных альвеновских структур
4.6 Идентификация широкополосного электростатического шума, сопровождающего альвеновскую турбулентность
4.7 Выводы главы
Глава 5. Проявления электродинамической турбулентности в аврорапьном структурировании
5.1 Введение
5.2 Поправки на эффект ракурсного искажения при определении характеристик масштабирования авроральных структур по наземным наблюдениям
5.3 Сопоставление авроральных и электродинамических характеристик масштабирования
5.4 Временная эволюция индекса масштабирования авроральных структур
в начале взрывной фазы суббури
5.5 Основные результаты главы
Заключение
Приложение:
Вейвлеты Добеши и их использование в дискретном вейвлет преобразовании
Список литературы

Из (1.9) следует, что отношение By к Ех определяется проводимостью X,,, только если (I) Структуры продольного тока являются слоями, бесконечно вытянутыми в
направлении у , так что — н 0 в (1.9). Это предполагает, что основное

замыкание продольных токов осуществляется в меридиональном, а не в зональном направлении. Оценки, полученные в работе [Forget et al., 1991], показывают, что на практике замыкание продольных токов можно с хорошей точностью считать происходящим в меридиональной плоскости уже при отношении вытянутости структур в зональном и меридиональном направлениях равном 3-5;
(2) Проводимость Хр = const;
(3) Дивергенция холловского тока равна нулю;
(4) Продольная разность потенциалов отсутствует;
При невыполнении хотя бы одного из этих условий, каждое из которых, на первый взгляд, кажется достаточно жёстким, высокая корреляция между Bv и Ех, как следует из формулы (1.9), не должна иметь места. Тем не менее, в известной работе [Sugiura et al., 1982] по данным DE-2 с 0.5 с усреднением, была продемонстрирована исключительно высокая корреляция Bv и Ех. Например, в событии, представленном на рис. 1.10 из работы [Sugiura et al., 1982], коэффициент корреляции между Ву и Ех достигал значения г = 0.996. Sugiura [1984] полагал, что эта корреляция является проявлением фундаментального механизма магнигосферно-ионосферного взаимодействия посредством стационарных структур

продольных токов (статическая модель взаимодействия). Отношение —— для СЛучая>
Ао Ех
проиллюстрированного на рис. 1.10, составляло 7.2 Ом'1 и находилось в хорошем соответствии с известными из радарных наблюдений значениями [Horwitz et al., 1978].
Однако, использование для того же и других событий данных с более высоким разрешением (частота дискретизации 16 с'1) выявило тонкую структуру в электрическом поле, которая не сопровождалась соответствующей структурой в магнитном поле (рис. 1.11).