Параметри інфразвукових хвиль, згенерованих джерелами різної фізичної природи - Шевелев, Микита Богданович (Харків : ХНУ імені В.Н. Каразіна, 2023)
Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної проблеми – експериментальному та теоретичному дослідженню впливу інфразвукових хвиль, згенерованих джерелами природного та штучного походження, на параметри атмосферно-космічних радіоканалів, які використовуються засобами телекомунікації, радіолокації, радіонавігації, радіопеленгації, тощо, а також на характеристики радіохвиль. Метою дисертаційної роботи є дослідження основних фізичних процесів в атмосферно-іоносферних радіоканалах, які супроводжували вплив на навколоземне середовище хвиль інфразвукового діапазону, згенерованих джерелами природного та техногенного походження. Об’єкт дослідження – атмосферний інфразвук. Предмет дослідження – фізичні процеси в атмосферних радіоканалах, зумовлені впливом на середовище інфразвукових коливань тиску. Методи досліджень. У дисертації використовуються відомі математичні та радіофізичні методи статистичної радіофізики та математичної статистики, спектральний аналіз, статистичний аналіз, кореляційний аналіз, числові методи комп’ютерної математики, а також фізичне моделювання.
Parameters of infrasound waves generated by sources of different physical origin
Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної проблеми – експериментальному та теоретичному дослідженню впливу інфразвукових хвиль, згенерованих джерелами природного та штучного походження, на параметри атмосферно-космічних радіоканалів, які використовуються засобами телекомунікації, радіолокації, радіонавігації, радіопеленгації, тощо, а також на характеристики радіохвиль. З першого розділу, який є оглядовим, випливає, що більшість джерел інфразвуку як природного, так і штучного походження є локалізованими в часі та просторі. Аналіз збурень параметрів від подібних джерел дозволив з великою ймовірністю виявити інфразвукові коливання на різних моніторингових станціях світу. Наведено дані про набір технічних засобів, які доцільно використовувати для реєстрації інфразвукових коливань. Описано складнощі, що виникають у процесі реєстрації інфразвукових коливань, і методи їхнього вирішення. У другому розділі розглянуто статистичні характеристики метеороїдів як важливого джерела інфразвукових хвиль. Підтверджено, що число падінь мініастероїдів швидко спадає зі збільшенням їх енергії світіння. Обґрунтовано, що закон розподілу числа падінь космічних тіл метрового розміру за довготою є близьким до рівномірного. Розподіл числа падінь за широтою зменшується при збільшенні широти, що обумовлено не астрономічними, а геометричними причинами. Третій розділ присвячено встановленню залежностей основних параметрів інфразвукових хвиль, згенерованих падінням і вибухом крупних космічних тіл, від відстані. Предприйнято спробу вивести прості математичні співвідношення, засновані на фізично адекватних і зрозумілих механізмах поширення інфразвукових хвиль на глобальні відстані уздовж поверхні Землі. У четвертому розділі продемонстровано приклади залежностей амплітуди хвилі інфразвукового діапазону, згенерованої потужним вулканом і зареєстрованої станціями світової мережі на різних континентах світу, від відстані між станцією та джерелом. Установлено, що найбільш вдалою є апроксимація, яка описує хвилеводне поширення із загасанням. Оцінено відповідні коефіцієнти та глибину загасання. Вперше на прикладі масових вибухів складів боєприпасів у Вінницькій області у п’ятому розділі показано, що при збільшенні енерговиділення від 3 до 53 т ТНТ спостерігалася тенденція до збільшення амплітуди та періоду переважаючого коливання. Тривалість цугів коливань при цьому збільшувалася від 1.5 до 2 хв. Встановлено, що при невеликій зміні відстані між епіцентром вибухів і місцем розташування інфразвукової станції параметри інфразвукового сигналу змінювалися незначно. Відмінності в хвильових формах пов'язані з орієнтацією траси. Виявлено, що при енерговиділенні, що дорівнює 53 т ТНТ, в спектрі коливань переважали гармоніки з періодом від 3 до 5 – 6 с. Тривалість цугів коливань з такими періодами становила 40 с. Розраховано, що середня швидкість приходу для різних трас при стратосферного відображенні хвиль змінювалася в межах 300 – 309 м/с, що свідчить про вплив вітру у верхній атмосфері на поширення інфразвуку. При термосферному відбитті хвиль амплітуда сигналу була в кілька разів менше, а швидкість приходу становила 245 – 250 м/с. На прикладі серій масових вибухів поблизу м. Ічня вивчено особливості хвилевих форм інфразвукових сигналів, їх амплітуд і спектрального складу при далекому (218 км) поширенні хвиль, згенерованих впродовж техногенної катастрофи на арсеналі боєприпасів. Показано, що тривалість цугів коливання при цьому збільшувалася від 2.5 до 7 с. Виявлено, що при енерговиділенні, рівному 49.9 тон ТНТ, в спектрі коливань переважали гармоніки з періодами від 1 до 2 с. Розраховано, що середня швидкість приходу хвиль змінювалася в межах 300 – 333 м/с. Побудовано основні кореляційні поля. У шостому розділі на прикладі сильної геокосмічної бурі, як важливого джерела інфразвуку, вивчено особливості хвилевих форм геомагнітних компонент на різних станціях світової мережі InterMagnet. Показано, що зі зменшенням широти амплітуда варіацій X- і Y-компонент спадає. Основні періоди, які спостерігалися в спектрі коливань, складали 35 хв – 55 хв та 70 хв – 110 хв. Амплітуда коливань змінювалась приблизно в 70 разів. Тривалість квазіперіодичних коливань варіювалася в діапазоні 2–16 годин. У сьомому розділі вперше на прикладі помірного землетрусу в Албанії, як потужного джерела інфразвуку, продемонстровано, що подібні джерела можуть викликати квазіперіодичні варіації рівня геомагнітного поля, які мають час запізнення близько 6 хв і тривалість 70–80 хв. Переносником збурень в цьому випадку могли бути магнітогідродинамічні хвилі. Квазіперіодичні збурення, які мають час запізнення 97–106 хв і тривалість близько 130–140 хв, швидше за все, викликані землетрусом. За перенесення збурень відповідали акустико-гравітаційні хвилі, які мають період 7–14 хв. Відносне збурення концентрації електронів у полі акустико-гравітаційної хвилі було близько 5.3%. Результати спостережень за албанським і турецьким землетрусами в цілому узгоджуються між собою.
Keywords: хвиля; іоносфера; вітер; хвилевід; статистичний аналіз; падіння метеороїдів; землетрус; апроксимація; амплітуда тиску; надширокосмуговий сигнал; сферична та циліндрична розбіжність; дисперсія; фазова швидкість; загасання