Анотація до роботи:

Федоренко А. К. Збурення верхньої атмосфери сейсмічними процесами та сонячним термінатором. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 04.00.22 – Геофізика. – Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, Харків, 2006.

Дисертація присвячена дослідженню відгуку верхньої атмосфери на сейсмічну активність та збурень від сонячного термінатора.

За даними супутникових спостережень на висотах 250…300 км виявлено відгук на потужні землетруси (М6) у нейтральній атмосфері та іоносфері у вигляді АГХ і РІЗ з горизонтальними масштабами км та великомасштабні хвилі, викликані рухом термінатора з км. На основі спостережень цих хвиль досліджено відгук в окремих атмосферних та іоносферних компонентах на поширення АГХ. Дано теоретичну інтерпретацію спостережуваних особливостей поширення АГХ в багатокомпонентному атмосферно-іоносферному середовищі.

Запропоновано механізм генерації АГХ за рахунок перепаду тиску електронного газу в області термінатора.

Проведено аналіз чутливості ІЧ діапазону власного випромінювання верхньої атмосфери Землі до проявів сейсмічної активності і зроблено висновок щодо перспективності смуги NO l 5.3 мкм для діагностики сейсмічних ефектів. Вивчено поведінку атмосферної емісії ОІ l 630.0 нм перед землетрусами і запропоновано підхід, за допомогою якого можна пояснити аномальне послаблення інтенсивності даної лінії за кілька годин до початку землетрусу.

Отримані результати можуть бути корисними для інтерпретації наземних спостережень РІЗ і для відтворення на їх основі характеристик АГХ, також для моніторингу сейсмічних ефектів в ІЧ діапазоні власного випромінювання атмосфери Землі.

В результаті проведених досліджень отримано наступні основні результати:

1. За даними супутникових спостережень проаналізовано відгук F2-області іоносфери на сонячний термінатор. Показано, що збурення на термінаторі можна представити у вигляді суперпозиції великомасштабних варіацій іоносферних параметрів, викликаних розігрівом та фотоіонізацією, та більш високочастотних періодичних коливань внаслідок поширення АГХ. Проведено математичне моделювання фотохімічних процесів на ранковому термінаторі.

2. На основі прямих супутникових вимірювань вперше зареєстровано АГХ від термінатора у одночасних варіаціях параметрів нейтральної атмосфери та іоносфери. За допомогою спектрального аналізу визначено характерні горизонтальні масштаби цих хвиль км, оцінено періоди хв. Запропоновано новий механізм генерації АГХ за рахунок перепаду тиску електронного газу в області термінатора.

3. Зареєстровано відгук на потужні землетруси у варіаціях параметрів нейтральної верхньої атмосфери та іоносфери. Встановлено, що сейсмічне збурення на висотах 250-300 км проявляється у вигляді цугу середньомасштабних АГХ і РІЗ тривалістю 3-6 періодів з характерними горизонтальними довжинами хвиль ~ 600-800 км.

4. На основі спостережень двох типів АГХ: середньомасштабних сейсмічного походження та великомасштабних, викликаних рухом термінатора, досліджено відгук на поширення цих хвиль в окремих атмосферних та іоносферних компонентах. Характерні відносні варіації концентрацій і температури нейтральних компонент складають кілька %; основного іона O⁺ вранці - кілька %, увечері досягають десятків %. Коливання атмосферних параметрів в межах хвильового цугу відбуваються узгоджено: концентрації основних нейтральних складових N₂ і О змінюються практично в протифазі до температури, відносні варіації концентрації N₂ приблизно вдвічі перевищують варіації O; увечері спостерігається протифазність коливань концентрацій нейтральних компонент N₂, О та іонів O⁺; молекулярні іони NO⁺ і O₂⁺ відслідковують варіації N₂.

5. Дано теоретичну інтерпретацію спостережуваних особливостей поширення АГХ в багатокомпонентному атмосферно-іоносферному середовищі. Показано, що варіації концентрації основного на цих висотах іона О⁺ під час поширення АГХ викликані в першу чергу вертикальним переносом, і відповідно визначаються вертикальним профілем концентрації плазми, а концентрацій молекулярних іонів зміною швидкостей фотохімічних реакцій. Запропонована концепція дозволяє пояснити спостережувані особливості АГХ та РІЗ.

6. Проведено теоретичне дослідження відгуку ІЧ емісії верхньої атмосфери NO l 5.3 мкм на сейсмічні процеси. Проаналізовано різні механізми збудження даної смуги і показано, що в атмосфері над сейсмічно активними зонами повинні утворюватись локальні області з відчутно підвищеною інтенсивністю смуги NO l 5.3 мкм.

7. Досліджено поведінку атмосферної емісії О І l 630.0 нм перед землетрусами. Запропоновано можливе пояснення аномального зменшення інтенсивності лінії, яке спостерігалося за кілька годин перед поштовхом. Припускається, що перед землетрусами в іоносфері можуть генеруватися аномальні електричні поля, в результаті чого хімічні реакції прискорюються таким чином, що у підсумку інтенсивність світіння О І l 630.0 нм зменшується. За даними супутникових вимірювань в емісіях ОІ l 557.7 нм, l 630.0 нм зареєстровано відгук на поширення АГХ сейсмічного походження та від термінатора.

Публікації автора:

Реферовані видання:

15. Федоренко А.К., Івченко В.М. Інфрачервоні молекулярні емісії в лімбових спостереженнях верхньої атмосфери Землі (огляд) // Космічна наука і технологія. – 1996. – т.2, №5/6. – С.89 – 96.

16. Федоренко А.К., Івченко В.М. Молекулярна емісія NO l 5.3 мкм у верхній атмосфері Землі як можливий провісник землетрусів // Космічна наука і технологія. – 1998. – т.4, № 1. – С.9 – 16.

17. Федоренко А.К., Івченко В.М. Поведінка атмосферної емісії ОІ l 630.0 нм перед землетрусами // Космічна наука і технологія. – 2001. – т.7, №2/3. – С.35 – 40.

18. Федоренко А.К. Вариации ионного состава F2-области ионосферы вблизи утреннего терминатора по данным спутниковых наблюдений // Космічна наука і технологія. – 2003. – т.9, №5/6. – С.89 – 95.

19. Федоренко А.К., Лизунов Г.В., Роткель Х. Спутниковые наблюдения квазиволновых возмущений атмосферы на высотах области F, вызванных мощными землетрясениями // Геомагнетизм и аэрономия. – 2005. – т.45, № 3. – С.403 – 410.

20. Лизунов Г.В., Федоренко А.К. Генерация атмосферных гравитационных волн солнечным терминатором по данным измерений на спутнике “Atmosphere Explorer-E” // Радиофизика и радиоастрономия. – 2006. – т.11, №1. – С. 49 – 62.

Тези конференцій:

21. Федоренко А.К., Івченко В.М. Варіації іонного складу F2-області іоносфери поблизу термінатора за даними супутникових спостережень // Сб. тезисов Третьей украинской конференции по перспективным космическим исследованиям. – Кацивели (Украина) – 2003. – С.106

22. Lizunov G., Fedorenko A., Rothkael H. Satellite observations of upper atmosphere response on strong earthquakes // Abstracts of Second Ukrainian Antarctic Meeting. Antarctic peninsula: key region for environment change study. – Kyiv (Ukraine). – 2004. – P. 77.

23. Федоренко А.К., Лізунов Г.В. Спектральний аналіз квазіхвильових збурень F2 іоносфери: великомасштабних на термінаторі і середньомасштабних від потужних землетрусів // Сб. тезисов Четвертой украинской конференции по перспективным исследованиям. – Понизовка (Украина). – 2004. – С.54.

24. Fedorenko A., Hayakawa М., Lizunov G., Rothkaehl H. Satellite observations of traveling ionosphere disturbances caused by strong earthquakes // Extended Abstracts of International Workshop on Seismo Electromagnetics IWSE-2005. – Chofu Tokyo (Japan). – 2005. – Р.408-411.

25. Федоренко А.К., Лізунов Г.В. Динамічний відгук F2-області іоносфери на проходження термінатора // Сб. тезисов Пятой украинской конференции по космическим исследованиям. – НЦУИКС, Евпатория (Украина). – 2005. – С.59.