Электродинамическое атмосферно-ионосферное взаимодействие тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, доктор физико-математических наук Ященко, Алексей Кириллович

• Ященко, Алексей Кириллович
• доктор физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Ященко, Алексей Кириллович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ АТМОСФЕРНО - ИОНОСФЕРНЫХ СВЯЗЕЙ.

1.1. АНАЛИЗ НАБЛЮДЕНИЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ПЛАЗМЕННЫХ ЭФФЕКТОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ИНТЕНСИВНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ АТМОСФЕРА -ИОНОСФЕРА.

1.2. ОБЗОР ОСНОВНЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АТМОСФЕРНО-ИОНОСФЕРНЫХ СВЯЗЕЙ.

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ И ПОЛЕЙ В АТМОСФЕРНО - ИОНОСФЕРНОЙ СИСТЕМЕ.

2.1. АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОРОННЕГО ТОКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В ВЕРТИКАЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

2.2. АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОРОННЕГО ТОКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В НАКЛОННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

2.3. НЕСИММЕТРИЧНОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОРОННЕГО ТОКА НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В НАКЛОННОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

2.4. МЕХАНИЗМ ОГРАНИЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ.

ГЛАВА 3. ОБРАЗОВАНИЕ СТОРОННЕГО ТОКА В НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЕ.

3.1. КАЧЕСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОГО ПЕРЕНОСА ЗАРЯЖЕННЫХ АЭРОЗОЛЕЙ.

3.2. КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ CTOPOHHEFO ТОКА ЗАРЯЖЕННЫМИ АЭРОЗОЛЯМИ.

3.3. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ НА ВЫСОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ НИЖНЕЙ АТМОСФЕРЫ.

3.4. ФОРМИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОРОННЕГО ТОКА ПОД ДЕЙСТВИЕМ АТМОСФЕРНОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ.

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭЛЕТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В СИСТЕМЕ АТМОСФЕРА - ИОНОСФЕРА.

4.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ СТОРОННЕГО ТОКА С АКСИАЛЬНО -СИММЕТРИЧНЫМ'ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В ВЕРТИКАЛЬНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

4.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ СТОРОННЕГО ТОКА С АКСИАЛЬНО -СИММЕТРИЧНЫМ ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НА* ПОВЕРХНОСТИ* ЗЕМЛИ В" НАКЛОННОМ- МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

4.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ СТОРОННЕГО ТОКА- С НЕСИММЕТРИЧНЫМ ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ В НАКЛОННОМ МАГНИТНОМ* ПОЛЕ.141,

4.4. РАСЧЕТ ВЫСОТНЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ТОКА В

АТМОСФЕРЕ.

ГЛАВА 5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ПЛАЗМЕННЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ1 СОПРОВОЖДАЮЩИЕ УСИЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО'ПОЛЯ В ИОНОСФЕРЕ.

5.1. ОБРАЗОВАНИЕ АТМОСФЕРНЫМ ТОКОМ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

Е - СЛОЯ ИОНОСФЕРЫ.

5.2. ГЕНЕРАЦИЯ СПОРАДИЧЕСКИХ СЛОЕВ В ИОНОСФЕРЕ ВТЕКАЮЩИМ В НЕЕ АТМОСФЕРНЫМ ТОКОМ.

5.3. ВОЗМУЩЕНИЕ D - СЛОЯ ИОНОСФЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ АТМОСФЕРНО - ИОНОСФЕРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.

5.4. УНЧ КОЛЕБАНИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ, ГЕНЕРИРУЕМЫЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ ИОНОСФЕРНОЙ ПРОВОДИМОСТИ.

5.5. ФОРМИРОВАНИЕ ВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ ТРОПОСФЕРЫ НАД ОЧАГОМ ГОТОВЯЩЕГОСЯ

ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ.

5.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, ГЕНЕРИРУЕМЫЕ ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ ПОТОКОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ В НИЖНЕЙ ОБЛАСТИ

ИОНОСФЕРЫ.

5.7. О ВОЗМОЖНОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭФФЕКТОВ РАСТЕКАНИЯ ТОКОВ В ПОЛЯРНОЙ

ИОНОСФЕРЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электродинамическое атмосферно-ионосферное взаимодействие»

Сейсмическая активность Земли непрерывно контролируется глобальной сетью сейсмических станций, регистрирующих все происходящие подземные толчки. Определяется место эпицентра и глубина гипоцентра, ориентация плоскости смещения земной коры, направление движения и др. По результатам таких измерений осуществляется сейсмическое районирование, то есть определяется возможная сейсмическая опасность для каждого региона. Большая часть землетрясений происходит на- границах блоков земной коры, причем землетрясениям предшествует возрастание скорости движения! по разлому и возрастание деформаций в очаговых зонах. Поэтому геодинамические измерения, регистрирующие относительные движения участков земной коры, позволяют определить местоположение разломов и эпицентральные области будущих землетрясений» и дать долгосрочный прогноз сейсмической активности. Однако к настоящему, времени традиционные сейсмические методы контроля не дают возможности осуществить оперативный прогноз землетрясений,' т.е:- получить предупреждение о событии за дни иг часы. Наряду с геодинамическими эффектами в земной» коре сейсмическая- активность сопровождается интенсивным гидродинамическим, электромагнитными и химическим,, воздействием очага землетрясения на атмосферу и ионосферу. Результатом-такого воздействия является- появление за дни и часы до главного1 толчка многочисленных аномалий полей и параметров околоземного пространства. Ионосфера при этом служит чувствительным датчиком, контролирующим динамику подготовки землетрясения. Поэтому в. последнее время, большое внимание уделяется»изучению ионосферных предвестников землетрясений.

Многочисленные исследования последних лет убедительно свидетельствуют о существовании связи между процессами в литосфере Земли и возмущениями в атмосфере и ионосфере. Показано, что в течение подготовительной фазы землетрясения на ее различных стадиях возникают многочисленные аномальные- изменения параметров среды- и электромагнитного поля (Липеровский, Похотелов и др., 1992; Бучаченко, Ораевский и др., 1996). Анализ спутниковых данных показал наличие электромагнитных возмущений в широком спектральном интервале, локализованных в магнитной силовой трубке, сопряженной с очагом готовящегося землетрясения; Приводятся данные регистрации всплесков электромагнитного излучения в диапазоне частот (1 - 104) Гц; .полученные в ионосфере (Gökhberg, Morgunov et.al., 1982; Ghmyrev, Isaev et.al., 1989; Serebryakova, Bilichenko et.al., 1992) и результаты одновременной регистрации: на спутнике и в сейсмоактивной, зоне излучений» в том- же диапазоне частот (Koons and Roeder. 1999). Показана-связь этих> процессов;с подготовкой землетрясений; Достоверность результатов? по сейсмогенным электромагнитным излучениям в ионосфере подтверждена: статистическими', исследованиями; на основе больших' объемов: спутниковых; данных: для десятков и сотен землетрясений (Parrot; 1999). Регистрируется« возмущение квазистационарного электрического поля в ионосфере и на поверхности Земли (Ghmyrev, Isaev efcal., 1989; Tate and?Daily, 1989; Гохберг,; Моргунов^ Похотелов, 1988). Наблюдается возникновение: флюктуации? плотности» электронов до. 10% с периодами* в*1; Гц: (Ghmyrev, Isaev et.al.,, 1997):. Эти результаты подтверждены статистическим: исследованиями возмущений-; плотности электронов в ионосфере на основе большого объема спутниковых* данных (Afonin, Molchanov et.al;, 1999); Регистрируются- изменения - ионного состава, температуры плазмы, в верхней ионосфере и возмущения высотного профиля? F области ионосферы» (Boskova, Smiläuer et.al;,1994; Wollcot, Simons, et.al., 1984; Pulinets, Legen'ka. Alekseev, 1994):; Анализ банка данных спутниковых снимков земной поверхности в инфракрасном (ИК) диапазоне показал наличие стабильной и нестабильной компонент аномального потокам ИК излучения над активными разломами,, соответствующего увеличению температуры приземного слоя в несколько градусов (Горный, Сальмаши др;, 1988; Tronin, 1999; Qiang, Dian C.G and Li, 1999). В десятках работ приводятся не только данные регистрации на поверхности Земли электромагнитных возмущений в диапазоне УНЧ и геомагнитных пульсаций 0.1 - 10 Гц, полученные на кануне землетрясений, но и подробный анализ сигналов, выделение их различных признаков, связанных с характеристиками готовящегося землетрясения. Отметим несколько последних работ. В (Alperovich, Zheludev and Long, 1999) приведены данные об интенсификации УНЧ возмущений в сейсмоактивной- области, наблюдаемой в интервале от 5 часов до 2-х дней перед землетрясением. Показано, что колебания распространяются вдоль поверхности Земли со скоростью, зависящей-от их периода, что свидетельствует об ионосферной природе генерации возмущений. Аналогичные возмущения в УНЧ диапазоне, связанные с литосферными' источниками в очаге готовящегося, землетрясения, исследовались в работах (Fraser-Smith, Bernardi, et.al., 1990; Hayakawa, Kawate et.al., 1993; Troyan, Smirnova et.al., 1999). Обнаружена модификациям характеристик» свистов, наблюдаемых на поверхности Земли- (Oike, Ogawa, 1982; Hayakawa, Yoshino and Morgunov,1993), а также установлена, связь процессов подготовки землетрясения-с возмущениями электрического'поля (Нао, 1988). Кроме того; рост сейсмической активности связан с аномальным свечением» атмосферы в линиях 557.7 нм и 630 нм (Fishkova,1985; Торошелидзе, Фишкова, 1986), возмущением, Е и F - областей ионосферы (Davies, Baker, 1965; Пулинец, Легенька, Зеленова, 1998; Гуфельд, Гусев, Похотелов, 1994), возмущением СДВ и KB радиосигналов' на трассах, проходящих через зону землетрясений (Nestorov, 1977; Ralchovsky, Komarov, 1988; Фукс, Шубова, 1994). Анализ возмущения СДВ сигнала с частотой 10,2 КГц, распространяющегося над сейсмоактивной зоной- показал рост амплитуды осцилляций ионосферы на высоте 70 — 90 км с периодом 5-10 дней, начинающийся за неделю до землетрясения (Molchanov, 1994). Одновременно с этим наблюдается возрастание на порядки величин концентрации некоторых газов (например: Н2, С02, СНЛ), увеличение уровня атмосферной радиоактивности (связанной с такими радиоактивными элементами, как радон, радий, уран, торий, актиний и продуктами их распада) и усиление инжекции почвенных аэрозолей (King, 1986; Войтов, Добровольский, 1994; Virk, Singh, 1994; Heincke, Koch, Martineiii, 1995; Alekseev, Alekseeva, 1992). Непосредственно перед землетрясениями в атмосфере сейсмоактивного района наблюдаются оптические явления в форме вспышек молний и свечений (Papadopoulos, 1999) и импульсы радиоизлучений с частотой 22.4 МГц (Maeda, 1999).

Указанные выше эффекты наблюдались с борта космического аппарата или на наземной аппаратуре перед землетрясениями, опережая их начало на часы, дни или недели в зависимости от вида явления, благодаря чему их можно рассматривать как их предвестники; Совокупный анализ результатов наблюдения позволяет сделать заключение о том, что подготовка землетрясения сопровождается1 интенсивной активизацией различных: процессов в приземных слоях атмосферы и формированием в. нижней атмосфере источников, стимулирующих многочисленные плазменные и электромагнитные эффекты В' ионосфере. Благодаря- интенсивно развивающимся теоретическим, исследованиям и созданию физических моделей передачи возмущений из очага землетрясения в. атмосферу и. ионосферу Земли, в»последние годы произошло значительное продвижение в понимании природы сейсмо-ионосферных взаимодействий. Наблюдения показывают, что накануне землетрясения, на нижнюю атмосферу, одновременно воздействуют колебания земной поверхности, химически активные и радиоактивные вещества, электрически заряженные аэрозоли. В результате этого происходит нагрев нижней атмосферы, резкое изменение ее электрофизических параметров, генерация акустических волн и формирование вертикальных сторонних токов. Акустическое воздействие на ионосферу осуществляется в результате распространения вверх как инфразвуковых, так и акустогравитационных волн. Значительная часть теоретических исследований посвящена поиску механизмов, объясняющих тот или иной экспериментальный факт. В работах (Molchanov, 1999;.Surkov,

Pilipenko, 1999) рассмотрено формирование литосферными источниками УНЧ излучения на поверхности Земли и возможность его проникновения в ионосферу (Molchanov, Hayakawa, Rafalsky, 1995). Модификацию высотного профиля ионосферы связывают с дрейфом плазмы при усилении электрического поля (Kim, Hegai, 1999). Обсуждается возможность воздействия на ионосферу инфразвуковых волн (Liperovsky, Meister et.al., 1997). Предполагается, что процессы в нижней атмосфере (длиннопериодные колебания Земли, нагрев атмосферы и инжекция газов) приводят к генерации и распространению вверх внутренних гравитационных волн (ВГВ) и возмущению ими ионосферы (Гохберг, Некрасов, Шалимов, 1996). Подобные работы выстраивают многочисленные цепочки процессов от источника до измеряемых параметров. Иной подход в изучении предвестников заключается в совместном анализе совокупности, возможных наблюдаемых параметров. Физической основой такого анализа может служить модель, позволяющая интерпретировать большинство спутниковых и наземных измерений проявлением одной причины. При этом измеряемые параметры оказываются связанными между собой определенными закономерностями. Такой'подход реализован в электродинамической*модели, атмосферно — ионосферных связей, основные положения которой приведены ниже:

Содержание диссертации.

Во введении изложены результаты анализа экспериментальных исследований электромагнитных и плазменных возмущений, проводимых на поверхности Земли и в ионосфере, в процессе крупномасштабных воздействий на систему атмосфера — ионосфера. В качестве воздействующих факторов были выбраны процессы подготовки землетрясений, интенсивные метеорологические процессы, солнечные вспышки, полеты космических аппаратов. Результаты анализа свидетельствуют о следующем. Интенсивные сейсмические и метеорологические процессы, протекающие в литосфере и атмосфере, стимулируют ряд электромагнитных и плазменных эффектов; локализованных в магнитной силовой трубке. Ее основание опирается на область нижней ионосферы, находящуюся над очагом возмущения. Возмущения квазистатического электрического поля, КНЧ-УНЧ электромагнитных эмиссий, плотности плазмы концентрируются в сопряженных областях ионосферы с горизонтальным размером порядка сотен км. Их длительность достигает интервала времени от единиц часов до десятка дней. Анализ результатов теоретических исследований этих явлений позволил выявить проблемы в интерпретации экспериментальных данных и сформулировать задачу диссертационной работы. В конце введения сформулированы основные положения, выносимые на защиту, а также дана краткая характеристика содержания диссертации по главам.

Первая глава посвящена анализу результатов наблюдений» электромагнитных и плазменных эффектов на Земле и в ионосфере, которые предшествуют мощным землетрясениям, а также сопровождают различные стадии интенсивных метеорологических явлений, таких как тайфуны. Многочисленные наблюдения аномальных плазменных и электромагнитных явлений в ионосфере над районами сейсмической и метеорологической активности свидетельствуют о том, что интенсивные процессы в этих районах воздействуют на состояние околоземной плазмы в течение времени от нескольких часов до десятков суток. Согласно опубликованным спутниковым данным, связанные с сейсмической активностью возмущения стационарного электрического поля в ионосфере достигают величин порядка 10 мВ/м. Такие электрические поля были экспериментально обнаружены с помощью спутников в низких широтах над очагами готовящихся землетрясений и над тропическими тайфунами. Наряду с данными наблюдения - квазистатических электрических полей, зарегистрированы всплески электромагнитного излучения в КНЧ/ОНЧ и в УНЧ/КНЧ диапазонах частот. Их амплитуды составляли 1-10 нТл, а пространственная протяженность до 6° по долготе и 2-4° по широте относительно эпицентра землетрясения. Рост электрического поля в ионосфере сопровождается возникновением флуктуаций плотности плазмы. Внутри магнитной трубки, сопряженной с сейсмическим районом, наблюдаются мелкомасштабные (4-10 км вдоль орбиты) неоднородности плотности плазмы» с относительной амплитудой AN/N«(3-8)% . Аналогичные возмущения электрического поля и плотности плазмы в ионосфере наблюдается при пролетах спутника над зонами формирования тайфунов.

Опубликованы данные регистрации изменения ионного состава, температуры плазмы в верхней ионосфере и возмущения высотного профиля F - области ионосферы. В качестве примера отметим, что за сутки до землетрясения возрастает высота* максимума слоя F2 примерно с 280 км до 360 км и уменьшается максимальное значение концентрации-электронов с

5 5 "~3

3" 10 до 10 см .В процессе подготовки землетрясения зарегистрирован-рост концентрации ионов водорода примерно в 3 раза. Рост сейсмической-активности вызывает аномальные свечения атмосферы в. линиях 557.7 нм и 630 нм. Согласно данным, приведенным в ряде работ, в зонах вблизи эпицентров готовящихся землетрясений может наблюдаться возрастание электромагнитных осцилляций шумового характера в УНЧ диапазоне- (f = 0.01-10 Гц). Существуют данные, согласно- которым рост УНЧ-шумов в диапазоне 0.01-5 Гц наблюдался приблизительно за-10 дней»до-землетрясения с магнитудой М~7 на расстоянии около 50 км от его эпицентра. При» этом амплитуда возмущения составляла 50 - 100 % от среднего невозмущенного уровня шумов. Для объяснения этого явления предложены механизмы образования источников этого излучения, которые расположены в литосфере и связаны с процессами подготовки землетрясений.

Вторая глава посвящена уравнениям, описывающим генерацию квазистатического электрического поля сторонним током в слое земля -ионосфера и проникновению этого поля в ионосферу. Обоснован приближенный метод расчета поля, применимый в случае крупномасштабного в горизонтальном« направлении стороннего тока. Его применимость обоснована в результате сравнения приближенного решения с точным решением для модельного пространственного распределения амплитуды стороннего тока. Показано что, приближенный метод с достаточной степенью точности может быть использован для горизонтальных масштабов сторонних токов в десятки километров и более. Данный метод расчета использовался в последующих разделах диссертации. Во втором разделе главы 2 рассмотрено проникновение электрического» поля, генерируемого аксиально-симметричным сторонним током, в ионосферу с наклонным* геомагнитным^ полем. Получено аналитическое решение уравнений для модельного распределения*стороннего тока. В третьем разделе главы 2 рассмотрено проникновение электрического поля, генерируемого сторонним током с произвольным горизонтальным распределением в ионосферу с наклонным геомагнитным- полем. Получено- общее решение задачи методом функции Грина, а также аналитическое решение для модельного распределения тока. Получено уравнение, описывающее распределение потенциала электрического поля ионосферы с наклонным магнитным" полем и горизонтально-неоднородным тензором проводимости. Поле генерируется втекающим в ионосферу атмосферным электрическим током с произвольным горизонтальным' распределением его амплитуды: В' четвертом разделе главы 2 обоснована физическая, модель ограничения величины электрического поля, генерируемого на поверхности Земли в, результате инжекции1 в атмосферу заряженных почвенных аэрозолей. Физический механизм ограничения связан с появлением потенциального барьера на поверхности Земли при инжекции заряженных аэрозолей в атмосферу, который приводит к обратной связи между сторонним электрическим током и электрическим полем. В результате такой обратной связи значения сторонних токов положительно и отрицательно заряженных аэрозолей на поверхности Земли будут зависеть от вертикальной компоненты электрического поля. Строго доказано утверждение об1 ограничении величины поля при достаточно общих предположениях о виде функциональной зависимости тока от поля. Произведена оценка величины критического электрического поля. Получены формулы, определяющие электрические поля и токи на поверхности Земли и в ионосфере с учетом ограничения поля для модельного пространственного распределения стороннего тока.

Третья глава посвящена рассмотрению теории формирования стороннего тока в атмосфере в результате инжекции заряженных аэрозолей. Одним из таких механизмов является процесс интенсификации выброса заряженных почвенных аэрозолей в атмосферу или изменения метеорологических условий при* их стабильном высотном распределении. Квазистатическое высотное распределение аэрозолей может формироваться в результате их турбулентного переноса, вверх и; гравитационного оседания. Турбулентный перенос осуществляется благодаря вертикальному градиенту горизонтального ветра при трансформации кинетической энергии ветра в энергию турбулентных пульсаций, а также термической неустойчивости атмосферы- в случае, когда отрицательный градиент температуры превышает ее адиабатический градиент. Турбулентные вихри переносят аэрозоли, из области высот, где их концентрация велика, на высоты с низкой" их концентрацией. Равновесие достигается, когда вертикальный поток аэрозолей! уравновешивается их гравитационным оседанием:

В первом разделе главы 3 проведено качественное рассмотрение процесса формирования электрического тока заряженными аэрозолями в нижней атмосфере, опирающееся на эмпирические данные об их высотном-распределении и качественную электродинамическую модель нейтрализации' заряженных аэрозолей током проводимости.

Во втором разделе главы 3 получено кинетическое уравнение для функции распределения аэрозолей по зарядам в приближении их непрерывной перезарядки (т.е., если заряд аэрозоля много больше элементарного заряда) и с учетом диффузионного механизма прилипания малых ионов. Путем усреднения кинетического уравнения, в различных приближениях получены уравнения для плотностей стороннего заряда и тока.

В третьем разделе главы 3 рассмотрено влияние возмущения' уровня атмосферной радиоактивности (например, в результате выброса радиоактивных аэрозолей) на высотное распределение скорости новообразования и проводимости атмосферы. Учитывалась ионизация атмосферы источниками альфа частиц, и гамма излучения; Произведены расчеты, высотного распределения скорости новообразования и проводимости. .

В четвертом? разделе главы; 3 получены приближенные уравнения? для плотностей стороннего: заряда и тока; генерируемого выбросами положительно, ит отрицательно- заряженных, аэрозолей; с учетом? влияния; возмущения«, уровня?, атмосферной? радиоактивности:. Рассмотрена^ цепочка уравнений переноса аэрозолей и малых ионов- В уравнениях учитывалась турбулентная-' диффузия;, гравитационное: оседание, конвективный; перенос; аэрозолей; их перезарядка за счет диффузионного прилипания малых иоиов^ а также рекомбинация-последних;!

Четвертая главам содержит расчеты электрических: полей в системе . атмосфера-ионосферш сторонним током, формируемым в результате выбросов заряженных аэрозолей, а также токовыми« системами, генерируемыми в, областях тропических циклонов:

В первом разделе главы 4 . проведены расчеты пространственного распределения электрического поля на земле и в ионосфере с вертикальным геомагнитным* полем; Иоле: генерируется^ сторонним током, возникающим в> результате инжекции в атмосферу положительно и отрицательно ^заряженных аэрозолей без учета их взаимодействия с атмосферными ионами. Горизонтальное распределение: амплитуды стороннего^ тока полагается аксиально-симметричным;, Из результатов расчётов: следует,, что горизонтальная компонента поля в ионосфере достигает величины порядка /0 мВ/м, в то время как величина вертикальной компоненты поля на поверхности Земли ограничена значением порядка 100 В/м. Поле в ионосфере достигает максимального значения на расстоянии порядка размера* области, охваченной сторонним' током. Горизонтальный размер области, в которой усиливается вертикальная компонента электрического поля на поверхности Земли, в три раза превышает горизонтальный масштаб распределения сторонних токов. Внутри этой области поле практически не меняется в зависимости от расстояния.

Во втором разделе главы 4 рассчитаны электрические поля, генерируемые аксиально-симметричным током в ионосфере с наклонным геомагнитным полем, без учета возмущения уровня атмосферной радиоактивности. Расчеты показывают, что пространственное распределение поля в ионосфере- имеет два- максимума. Величина» компоненты, поля. в. плоскости магнитного" меридиана существенно зависит от-угла-наклона.

В третьем разделе главы 4 рассмотрена генерация электрических полей* несимметричным в горизонтальной плоскости током в ионосфере с наклонным геомагнитным полем, без учета возмущения уровня атмосферной радиоактивности. Данный случай соответствует механизму формирования электрического поля над сейсмическими разломами произвольной, формы в средних и низких широтах. Сейсмическая активность, сопровождается выбросом' в атмосферу заряженных аэрозолей почвенными, газами, которые1 формируют сторонние электрические токи. Результаты расчетов показывают, что электрическое поле в ионосфере достигает величины ~ 10 мВ/м, в, то время как вертикальная компонента электрического поля на поверхности Земли не превышает величины ~ 90 В/м на активном разломе. Другой важный-результат заключается в том, что электрическое поле в ионосфере максимально по краям горизонтальной области генерации сторонних-токов. Горизонтальный масштаб пространственного распределения электрического поля- на поверхности Земли превышает горизонтальный масштаб1 распределения сторонних токов. Внутри этой области электрическое поле практически не зависит от расстояния. Структура поля в ионосфере имеет вид двух ячеек. Компонента поля в плоскости меридиана сильно зависит от утла наклона магнитного поля.

В четвертом разделе главы 4 рассмотрена генерация электрического поля аксиально-симметричными в горизонтальной плоскости сторонним током, возникающим в результате инжекции в атмосферу положительно и отрицательно заряженных аэрозолей совместно с радиоактивными веществами. При формировании сторонних токов и электрических полей учитывалось возмущение проводимости атмосферы в результате ее ионизации и изменение заряда аэрозолей, обусловленное прилипанием к ним атмосферных ионов. Амплитуда электрического поля на поверхности Земли уменьшается с ростом уровня атмосферной радиоактивности внутри возмущенной области, несмотря на рост проводимости атмосферы. Это связано с изменениями стороннего тока. Поле слабо* зависит от этого уровня на границе возмущенной области. Поле в ионосфере убывает в зависимости от уровня атмосферной радиоактивности, в отличие от поведения поля на поверхности Земли.

В пятом разделе главы 4 рассчитаны пространственные распределения электрического поля в атмосфере, генерируемого источником стороннего тока сейсмического происхождения. Из расчетов следует, что электрическое поле сравнивается по величине с его пробойным значением в одной или двух областях, расположенных на разных высотах. Это свидетельствует о возможности возникновения в этих областях электрических разрядов.

Пятая глава посвящена плазменным и электромагнитным эффектам, связанным с ростом электрического поля в ионосфере.

В первом разделе главы 5 рассмотрена модель образования* неоднородностей Е-слоя ионосферы, основанная на эффекте атмосферного электрического тока, втекающего в ионосферу. Этот ток стимулирует возникновение продольного тока, который протекает из ионосферы в магнитосферу, и поперечного тока, протекающего вдоль проводящего слоя ионосферы. Атмосферный ток переносит в ионосферу ионы, а компенсирующий электрический заряд продольный ток переносит в ионосферу электроны. В результате происходит рост концентрации плазмы в нижней ионосфере. В модели получена самосогласованная система уравнений, определяющая распределение электронной концентрации и электрического поля в ионосфере с вертикальным геомагнитным полем и аксиально-симметричным втекающим атмосферным током. Результаты расчетов показывают, что атмосферный электрический ток, втекающий в нижнюю ионосферу, приводит к появлению в ней* слоя с повышенной концентрацией* электронов! Максимальное возмущение электронной концентрации наблюдается на высотах порядка 140 км и достигает одного порядка- величины.

Во втором разделе главы 5 рассмотрена генерация»спорадических слоев« В'Ионосфере с наклонным геомагнитным полем и аксиально-симметричным в горизонтальной плоскости втекающим' током* в- результате переноса» полем этого тока долгоживущих ионов металлов, присутствующих в Е-слое, и их диффузии. Из результатов) расчетов следует, что наличие металлических* ионов в нижней ионосфере приводит к появлению тонкого (порядка 3 км), слоя повышенной' электронной» концентрации при втекании в ионосферу электрического тока: Этот слой регистрируется как спорадический Е-слой.

В третьем разделе главы 5 исследован* механизм возмущения^ концентрации'электронов и ионов в Б области ионосферы, возникающего в результате протекания, электрического тока в атмосферно - ионосферной', электрической* цепи. Возмущение возникает в результате смены типа' носителей тока в слое Земля — ионосфера. В верхней части Б слоя носителями тока "являются электроны, а в нижней его части отрицательные ионы. В! рамках модели рассмотрено влияние на формирование возмущения вислое переноса электронов и ионов под действием электрического поля, а также нагрев полем электронной компоненты плазмы. Результаты расчетов* показывают, что при увеличении плотности тока до ~ (10~9 ~1СГ8) А / м2 концентрации электронов и ионов существенно меняются в диапазоне высот 40-70 км. Величина возмущения достигает почти порядка величины, причем знак возмущения зависит от направления тока.

В четвертом разделе главы 5 рассмотрен механизм формирования УНЧ колебаний геомагнитного поля на поверхности Земли, генерируемых горизонтальными неоднородностями ионосферной проводимости. Этот механизм основан на генерации когерентных гиротропных волн в нижней ионосфере шумовым электромагнитным полем в присутствии горизонтальных неоднородностей ее проводимости, которые имеют характерные горизонтальные масштабы порядка 10 км. Эти неоднородности связаны с неустойчивостью акустико-гравитационных волн (АГВ) в ионосфере, возникающей в результате роста электрического поля. Расчеты показывают, что возмущение магнитного поля на поверхности Земли имеет узкополосный спектр5с максимумом на частотах порядка нескольких Гц, его величина в эпицентре достигает около 40 % от невозмущенного значения. При удалении от эпицентра амплитуда возмущения в максимуме убывает.

В пятом разделе главы 5 рассмотрена модель генерации электромагнитного излучения» ВЧ диапазона электрическими- разрядами в нижней атмосфере. Разряды возникают в результате роста амплитуды электрического поля до пробойных его значений в атмосфере над очагом готовящегося землетрясения. Такой рост поля, как показано в главе 5, может быть объяснен в рамках модели электродинамических атмосферно-ионосферных связей. Проведенные расчеты амплитудных и частотных характеристик излучения показали их согласие с данными наблюдения.

В шестом разделе главы 5 получена и проанализирована физическая модель генерации геомагнитных пульсаций в плоском слое Земля-ионосфера' с нестационарной ионосферной проводимостью. Показано, что при крупномасштабном в горизонтальном направлении импульсном возмущении проводимости в присутствии внешнего электрического поля происходит генерация геомагнитных возмущений. Временная зависимость компонент возмущения магнитного поля носит характер затухающих колебаний. Диапазон периодов колебаний составляет единицы-десятки секунд. Амплитудно-временные характеристики сигнала определяются возмущением интегральных проводимостей ионосферы. В зависимости от соотношения между холловской и педерсеновской интегральными проводимостями возмущенной ионосферы может наблюдаться осциллирующий и апериодический режимы магнитных возмущений. Для сильных возмущений проводимости ионосферы амплитуда пульсаций может достигать ЮО нТл.

В седьмом разделе главы 5 рассмотрена возможность электродинамического моделирования крупномасштабных эффектов растекания токов в ионосфере высоких широт. Проведен анализ уравнений; описывающих токи и поля в системе магнитосфера-ионосфера - проводящая'. Земля. Получены, безразмерные параметры на основе- которых выведены критерии подобия. С помощью масштабных преобразований' показана-возможность исследования методами аналогового моделирования эффектов распространения- ионосферных токов в лабораторных условиях. На лабораторных установках смоделированы вариации магнитного' поля, сопровождающие растекание токов. Проведены расчеты импульсных функций электрического и магнитного поля, которые сопоставлены с измерениями на моделирующих установках.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы проведенного исследования.

1. В диссертации обоснована физическая модель электродинамического^ воздействия, на ионосферу крупномасштабных природных и техногенных процессов, протекающих в приземных слоях атмосферы, которые сопровождаются переносом в ней заряженных аэрозолей. К таким процессам можно отнести подготовку землетрясений и тайфунов, пылевые бури и аварии на атомных станциях. Экспериментальной основой модели служат спутниковые и наземные данные регистрации статических электрических полей, плазменных и электромагнитных возмущений, результаты измерений инжекции почвенных газов в атмосферу и уровня ее радиоактивности. Воздействие на ионосферу осуществляется электрическим током проводимости, протекающим в атмосферно - ионосферной цепи. Его источником служит сторонний ток, формируемый в результате вертикального турбулентного переноса заряженных аэрозолей, их взаимодействия с атмосферными ионами в процессе инжекции радиоактивных веществ и модификации атмосферной проводимости. Изменение электрического тока в системе атмосфера - ионосфера сопровождается развитием в ней плазменных и электромагнитных явлений. Представленная модель связывает ионосферные и электромагнитные возмущения с динамикой заряженных аэрозолей в нижней атмосфере.

2. Развита модель усиления' квазистатического электрического поля в ионосфере, источником которого' служит электродвижущая« сила, возникающая в результате усиления выброса в атмосферу почвенными газами заряженных аэрозолей; их конвективного переноса вверх, гравитационного оседания и релаксации заряда. Расчеты электрического поля в ионосфере средних и низких широт, проведенные на основе данной модели, дают значение его величины порядка. 10 мВ/м, согласующееся с результатами-1 спутниковых наблюдений; Поле в ионосфере достигает максимального значения на расстоянии порядка размера области, охваченной1 сторонним током. Наклон геомагнитного поля приводит к уменьшению амплитуды электрического поля в ионосфере вдоль геомагнитного меридиана.

3. Проведены, расчеты горизонтального распределения амплитуды» электрического поля: в- ионосфере- с наклонным магнитным ■ полем, генерируемого сторонним током с пространственным распределением его амплитуды, вытянутым под произвольным углом к геомагнитному меридиану. Расчеты- показывают, что структура поля имеет вид двух ячеек. Компонента поля в плоскости меридиана сильно зависит от угла наклона магнитного поля.

4. Получен механизм обратной связи между электрическим« током заряженных аэрозолей и полем на поверхности Земли. Показано, что он приводит к ограничению электрического поля на поверхности Земли величинами порядка его фоновых значений.

5. Рассмотрено влияние возмущения уровня атмосферной радиоактивности на проводимость атмосферы и сторонний ток в слое земля-ионосфера. Найдено высотное распределение источника ионизации. Показано, что рост уровня атмосферной радиоактивности приводит к уменьшению величины стороннего тока и электрического поля в ионосфере, а также к изменению горизонтального распределения электрического поля на поверхности Земли.

6. Показано, что протекающий в атмосферно-ионосферной цепи электрический ток приводит к возмущению- концентрации« плазмы в D- и Е-слоях ионосферы. Возмущения обусловлены*переносом электронов и ионов в. электрическом» поле тока, а также нагревом электронов и связанным с ним сдвигом фотохимического баланса. Рост концентрации электронов и ионов в диапазонах высот 50-70 км и 100-150 км достигает одного порядка величины. Полученные результаты позволяют интерпретировать аномалии в распространении ОНЧ/УНЧ электромагнитных возмущений, вблизи* очагов готовящихся землетрясений.

7. Предложен механизм формирования' УНЧ излучения на» поверхности Земли в сейсмически активных областях. Он связан с образованием горизонтальных неоднородностей проводимости ионосферы в результате неустойчивости акустико-гравитационных волн, связанной с ростом электрического поля. Различные-естественные источники электромагнитного излучения генерируют электромагнитный шум в диапазоне УНЧ и геомагнитных пульсаций. Под действием этого шума на горизонтальных неоднородностях ионосферной проводимости с пространственным масштабом порядка 10 км наводятся поляризационные токи, которые являются источниками гиротропных волн. Генерация и распространение этих волн приводит к формированию узкополосного электромагнитного излучения на поверхности Земли-с частотами-максимумов спектра в интервале; порядка (1-20) Гц. .

8. Проведен расчет высотного распределения амплитуды электрического поля в слое земля-ионосфера. Показано, что абсолютная величина поля «может достигать пробойных значений в области толщиной порядка 1 км и шириной порядка десятков км, расположенной на высотах 5-10 км. Развита теория генерации электрическими разрядами в этой области электромагнитного излучения. Результаты расчета- его спектра подтверждаются-: данными регистрации радиоизлучения в ; ВЧ диапазоне, генерируемого4 над- очагами? подготовки: землетрясений;.

Аннотациям

Теоретически, и. экспериментально-обоснована! электродинамическая;: модель, атмосферно - ионосферных связей- Она сводит;., многочисленные: наблюдаемые:плазменные и электромагнитные эффекты' к; одной; причине — появлению стороннего"' электрического- тока- на границе литосферы и нижней атмосфере. Электродвижущей; силой является конвективный перенос вверх: и гравитационное оседание в нижнею атмосфере: заряженных водяных- и< почвенных аэрозолей;, инжектируемых: в < атмосферу вместе с почвенными! газами; Наличие потенциального барьера при переносе заряженных аэрозолей через. границу литосфера — атмосфера1 определяет обратную связь между сторонним током и электрическим; полем, что. ведет к; ограничению поля на её поверхности до: величин порядка фоновых значений. В?качестве; входного; параметра- модели; выбрано пространственное распределение амплитуды стороннего тока, которое определяется; концентрацией: аэрозолей .у поверхности Земли на, стадии сейсмической активности. В рамках модели обосновано экспериментально; наблюдаемое усиление электрическогошоля. в? ионосфере до амплитуд порядка 10 мВ/м. Развита теория ; проникновениям в ионосферу квазистатического электрического поля, генерируемого сторонним током в нижней атмосфере. Получено высотное распределение величины стороннего тока, возникающего в результате инжекции заряженных аэрозолей в атмосферу при различных уровнях ее радиоактивности. Обнаружен механизм ограничения величины возмущения электрического поля на поверхности Земли электродвижущей силой на ее поверхности в результате нелинейной связи между током и полем. Разработана' модель возмущения Б- и Е- слоев ионосферы в результате протекания электрического тока в атмосферно - ионосферной цепи. Получен новый физический механизм генерации в ионосфере колебаний геомагнитного поля в УНЧ диапазоне. Развита модель генерации-радиоизлучения в ВЧ диапазоне в атмосфере над очагом готовящегося землетрясения.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Электродвижущая« сила, возникающая при переносе заряженных аэрозолей из литосферы в< атмосферу, приводит к возмущению квазистатического электрического поля в ионосфере величиной порядка 10 мВ/м. Поле в ионосфере концентрируется в сопряженных областях с горизонтальным размером порядка сотен километров.

2. Потенциальный> барьер для заряженных аэрозолей на поверхности Земли приводит к обратной связи стороннего тока и электрического поля, что ограничивает его величину фоновыми значениями.

3. Усиление- электрического поля в ночной нижней ионосфере значительно увеличивает ее проводимость, в то время как проводимость дневной ионосферы меняется мало, что приводит к подобным результатам^ измерения поля в ионосфере- в дневных и ночных условиях.

4. Над зонами формирования тайфунов образуются квазистатические электрические поля величиной порядка 10мВ/м и неоднородности плотности плазмы с пространственными масштабами (10-40)км.

5. Генерация тока проводимости в атмосферно — ионосферной электрической цепи приводит к: образованию неоднородностей проводимости, возмущению Е и D слоев ионосферы, —формированию продольных токов и вытянутых плазменных неоднородностей в верхней ионосфере, —достижению электрическим полем пробойных значений в нижней атмосфере и генерации ВЧ радиоизлучений, —формированию линейчатого спектра магнитных пульсаций в УНЧ диапазоне на поверхности Земли.

Значительная часть работ выполнена в рамках международного проекта STAC NASA / RSA, проектов РФФИ (контракты №97-05-64359-а; 99-05-65650-а; 01-02-97044-р; 01-05-64770-а; 03-05-64553-а), государственных программ РАН

- ГР№ 01.200.1 15242 Теоретические и экспериментальные,исследования ионосферы методами- активных экспериментов, радиотомографии и другими радиофизическими методами.

- ГР № 01.200.1. 16960 ' Теоретические и. наземно-космические исследования литосферно-атмосферно-ионосферных связей.

- ГР 01.86:0078170, Целевое финансирование по космическим исследованиям, Динамика авроральной плазмы и распространения, УНЧ-ОНЧ волн в магнитосфере.

- ГР № 0120.0 603791, Программа ОФН РАН № 15, Электродинамика ионосферы и электродинамические атмосферно - ионосферные связи.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю В. М. Сорокину за научное руководство и многолетнюю совместную работу, благодарность всем соавторам опубликованных по теме диссертации работ

- В. М. Чмыреву, В. В. Васильеву, Ю. В. Гутопу, А. А. Кутикову, Н. В. Исаеву, И. Ю. Сергееву, В. М. Синельникову, А.И. Лаптухову, О. В. Серебряковой, M. Hayakawa. Существенную помощь в работе по теме диссертации оказали плодотворные дискуссии с Г. В. Голубковым, Ю. А. Романовским, Д. Р. Шкляром, Б. В. Лундиным, С. И. Козловым, а также многими другими сотрудникам ИЗМИРАН, ИДГАН, ИХФ РАН, ВНИИОФИ, ИПГ.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Ященко, Алексей Кириллович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ионосфера, стратосфера и тропосфера представляют собой единую среду, физические явления в которой связаны друг с другом. Согласно приведенной модели интенсивные процессы в нижней атмосфере и литосфере оказывают электродинамическое воздействие на ионосферную плазму. К числу таких явлений относятся процессы подготовки землетрясений, извержений вулканов, тайфунов, грозовая активность, техногенные катастрофы. Электрофизические параметры нижней атмосферы связаны с развитием в ней химических, радиационных и гидродинамических процессов с участием заряженных аэрозолей. Воздействие сейсмических и метеорологических явлений на нижнюю атмосферу на ранних стадиях их развития ведет к появлению вертикальных сторонних токов и изменению проводимости ее приземных слоев. Электродинамическая модель воздействия таких явлений на космическую плазму представляет собой совокупность плазменных, гидродинамических и электромагнитных процессов, протекающих в атмосфере и ионосфере. На Рис.6.1 приведена схема модели.

Усиление -чтазрэтес&о» го пспч s , .

Г%«р<гчк&е" ne* в.»в ti« î»îrt-aKs»Siia.

Ионпсфе^я

Л сидение эч^грп ¡c;s.on> готт. геустичивож» ЛГВ il ооузюваии. нсозгородю

Ut

Лгжкфера.

Э ¡гири )«иш toi, провода-мости s атчоефсряо - roño-v Jisf nofl пега!

Приемник атмосфера. Коцвегпшквй перенос зарч-асиныл тарозочей и форми-ровтане сгоршщгго экмтри-ческого тога

Таифукы

Во шущеяетЕ идопюсш гспг.'ц и се .мелкомасштабные фтуктугшш

УНЧ ттебшашгевмар-шгшзя» «ют» кК11Ч этенрочигютоик -»vue-ахи

11Ш5ЯеаЯС чы<х>чюп> {тпрезегеишеелм F i 1отз::спУ:С спорадического с юй Í.

УНП кодегёшот rto->.г;!1гщтэго по'г-т

Иакяише хзрактерп-crax емгетои

Рис.6.1. Схема электродинамической модели атмосферно-ионосферных связей.

В качестве источника процессов, составляющих модель, принят рост инжекции в атмосферу активных веществ и их конвективный перенос вверх. В состав таких веществ входят заряженные аэрозоли, радиоактивные элементы, в частности радон, продукты их распада, а так же некоторые газы. Их концентрация возрастает в несколько раз накануне землетрясения или при подготовке извержения. Высотное перераспределение плотности заряженных аэрозолей и увеличение концентрации источников ионизации приводит к формированию сторонних токов и изменению проводимости в нижней атмосфере. Следствием этого является возмущение вертикального электрического тока, протекающего между ионосферой и Землей. Возрастание тока в ионосфере приводит к росту в ней электрического поля.

В дальнейшем многочисленные наблюдаемые в эксперименте * плазменные и электромагнитные эффекты определяются изменением электрического поля в ионосферной плазме. Рост поля в проводящей области нижней ионосферы инициирует диссипативную неустойчивость АГВ на частоте Бранта-Вяйселя. Неустойчивость приводит к образованию горизонтальных периодических неоднородностей проводимости ионосферы. Взаимодействие этих неоднородностей с электрическим; полем сопровождается генерацией распространяющихся вверх косых альвеновских волн, в результате; чего формируются перемещающиеся слои продольного тока- и плотности плазмы; вытянутые вдоль геомагнитного; поля. При; пересечении спутником этих слоев регистрируются флюктуации плотности плазмы и УНЧ - колебания магнитного поляг Горизонтальные ионосферные неоднородности; являются« источником; КНШ - излучения1 ¿1 магнитныхС силовых трубках в; результате; рассеяния па них электромагнитных импульсов от, молниевых разрядов. Они-генерируют гиротропные волны, которые; формируют; на поверхности? Земли геомагнитные- колебания: в УНЧ> диапазоне. Кроме того, появление неоднородностей веночной, ионосфере приводит к депрессии» геомагнитных пульсаций' магнитосферных, источников. Появление плазменных слоев; приводит к образованию ^ свистовых дактов в- верхней' ионосфере;, которые меняют дисперсию свистов и частоту появления их-на поверхности Земли: Другой эффект возрастания электрического поля сводится к дрейфу плазмы, увеличению частоты столкновения электронов и нагреву нижней ионосферы за, счет выделения? джоулева; тепла. Рост частоты столкновений; электронов* приводит к изменению амплитуды и фазы СДВ сигналов при их волноводном распространении. Дрейф плазмы и изменение теплового баланса;; ионосферы» сопровождается- изменением высотного распределения концентрации электронов в ионосфере. Увеличение концентрации ионов-, атомарного кислорода в верхней, ионосфере ведет к росту концентрации легких ионов «в результате процесса резонансной перезарядки: Втекание атмосферного; тока проводимости в ионосферу приводит к возмущению плотности плазмы- в нижней ионосфере и образованию аномальных спорадических Е слоев. Таким образом, рассматриваемая модель связывает ряд наблюдаемых величин, регистрируемых наземными и спутниковыми методами, с ростом стационарного электрического поля в ионосфере, которое связано с интенсификацией ионизирующих факторов и процессов разделения пространственных зарядов в нижней атмосфере при усилении сейсмической или метеорологической активности.

Проведенные исследования показывают, что электродинамическую модель можно использовать в качестве научной основы для поиска возможных "предвестников" катастрофической фазы тайфунов, создания метода контроля активизации вулканической активности и прогноза сильных извержений вулканов, опасных для полетов авиации. Интенсификация' выбросов аэрозолей в атмосферу почвенными газами сопровождается повышением температуры ее приземных слоев. Поэтому спутниковые наблюдения должны включать в себя измерения электромагнитных полей в различных спектральных диапазонах, дополненные одновременными съемками земной поверхности в оптическом диапазоне. Приведем основные выводы.

Причиной ряда плазменных и электромагнитных явлений, которые наблюдаются в течение времени от единиц до десятков дней во время роста сейсмической или метеорологической активности служит усиление величины электрического поля в ионосфере до десятка мВ/м.

Спутниковые данные свидетельствуют о существовании таких полей в ионосфере, в то время как согласно наземным данным нет видимых изменений электрического поля на Земле одновременно' на расстояниях в десятки - сотни километров и длительностью до десятка дней во время подготовки землетрясений.

Такими свойствами обладает поле тока проводимости, протекающего в атмосферно — ионосферной цепи. Его источником является сторонний электрический ток, возникающий в результате вертикального конвективного переноса заряженных почвенных аэрозолей в атмосфере. Аэрозоли попадают в атмосферу из грунта благодаря интенсификации подъема-почвенных газов при усилении сейсмической активности. Ограничение поля на поверхности Земли связано с наличием обратной связи между сторонним током и полем на ее поверхности. Эта связь обусловлена появлением потенциального барьера для заряженной частицы при ее переходе из грунта в атмосферу. Из-за ограничения изменений поля на Земле, которые могут быть меньше фоновых возмущений, спутниковые-методы регистрации поля, связанного, с сейсмической активностью, имеют преимущество по сравнению с наземными методами. Кроме того, усиление поля в ионосфере может контролироваться по регистрации плазменных и-электромагнитных эффектов; обусловленных ее реакцией на .такое усиление. Можно заключить, что в результате усиления электрического поля- сейсмического происхождения, ионосфера► может служить его датчиком лучше, чем наземные средства измерения.

Сформулируем основные результаты и выводы проведенного-исследования.

1Г. В диссертации представлена-физическая, модель электродинамического воздействия на' ионосферу крупномасштабных природных и- техногенных процессов,, протекающих в приземных слоях атмосферы-, которые сопровождаются-переносом в ней заряженных аэрозолей. К таким.процессам можно отнести подготовку землетрясений и тайфунов, пыльнью бури и аварии на атомных станциях. Экспериментальной основой модели служат спутниковые и наземные данные регистрации статических электрических полей, плазменных и электромагнитных возмущений, результаты^ измерений инжекции почвенных газов- в атмосферу и уровня ее радиоактивности. Воздействие на ионосферу осуществляется- электрическим током проводимости, протекающим в атмосферно - ионосферной, цепи. Его источником служит сторонний ток, формируемый в результате вертикального турбулентного переноса заряженных аэрозолей, их взаимодействия, с атмосферными ионами в процессе инжекции радиоактивных веществ и модификации атмосферной проводимости. Изменение электрического тока в системе атмосфера - ионосфера сопровождается развитием в ней плазменных и электромагнитных явлений. Представленная модель связывает ионосферные и электромагнитные возмущения с динамикой заряженных аэрозолей в нижней атмосфере.

2. Развита модель усиления квазистатического электрического поля в ионосфере, источником которого служит электродвижущая сила, возникающая в результате усиления выброса в атмосферу почвенными.газами заряженных аэрозолей, их конвективного переноса вверх, гравитационного оседания и релаксации заряда. Расчеты электрического поля в ионосфере средних и нижних широт, проведенные на основе данной модели, дают значение его величины; порядка десяти мВ/м, согласующиеся с результатами спутниковых наблюдений. Поле в ионосфере достигает максимального значения > на расстоянии порядка размера области, охваченной сторонним током. Наклон геомагнитного поля приводит, к уменьшению амплитуды электрического поля в ионосфере вдоль геомагнитного меридиана.

3. Проведены расчеты горизонтального распределения амплитуды электрического поля в ионосфере с наклонным магнитным полем, генерируемого сторонним током с пространственным распределением его амплитуды, вытянутым под произвольным углом к геомагнитному меридиану. Расчеты показывают, что структура поля имеет вид двух ячеек. Компонента поля в плоскости меридиана сильно зависит от угла наклона магнитного поля.

4. Получен механизм обратной связи между электрическим^ током, заряженных аэрозолей и полем на поверхности Земли. Показано,' что он приводит к ограничению электрического поля на поверхности Земли величинами порядка его фоновых значений.

5. Рассмотрено влияние возмущения уровня атмосферной радиоактивности на проводимость атмосферы и сторонний ток в слое Земля-ионосфера. Найдено высотное распределение источника ионизации. Показано, что рост уровня атмосферной радиоактивности приводит к уменьшению величины стороннего тока и электрического поля в ионосфере, а также к изменению горизонтального распределения электрического поля на поверхности Земли.

6. Показано, что протекающий в атмосферно - ионосферной цепи электрический ток приводит к возмущению концентрации плазмы в D- и Е-слоях ионосферы. Возмущения обусловлены переносом электронов и ионов в электрическом поле тока, а также нагревом электронов и связанным с ним сдвигом фотохимического баланса. Рост концентрации электронов и ионов в диапазонах высот 50-70 км и 100-150 км достигает одного порядка величины. Полученные результаты позволяют интерпретировать аномалии в распространении ОНЧУУНЧ электромагнитных возмущений вблизи очагов готовящихся землетрясений.

7. Предложен- механизм, формирования^ УНЧ излучения, на, поверхности-Земли в сейсмически1 активных областях. Он связан? с образованием горизонтальных неоднородностей проводимости ионосферы в результате неустойчивости акустико-гравитационных волн, связанной' с ростом электрического поля. Различные естественные источники-электромагнитного излучения генерируют электромагнитный' шум, в диапазоне УНЧ и геомагнитных пульсаций. Под действием' этого шума на горизонтальных неоднородностях ионосферной проводимости ' с пространственным масштабом порядка 10 км наводятся поляризационные токи; которые являются источниками гиротропных волн. Генерация и распространение этих волн приводит к формированию узкополосного электромагнитного излучения на поверхности Земли с частотами максимумов спектра в интервале порядка (1-20) Гц.

8. Проведен расчет высотного* распределения амплитуды электрического поля в слое Земля-ионосфера. Показано, что абсолютная величина поля может достигать пробойных значений в области толщиной порядка 1 км и шириной порядка десятков км расположенной на высотах 5-10 км. Развита теория генерации электрическими разрядами в этой области электромагнитного излучения. Результаты расчета его спектра подтверждаются данными регистрации радиоизлучения в ВЧ диапазоне, генерируемого над очагами подготовки землетрясений.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Ященко, Алексей Кириллович, 2010 год

1. Альперович Л.С., Гохберг М.Б., Сорокин В.М., Федорович Г.В. К вопросу о генерации геомагнитных вариаций акустическими колебаниями, возникающими во время землетрясений // Известия АН СССР, Физика Земли. 1979. № 3. С.58 68.

2. Антонова, П. А., Г. С. Иванов-Холодный, В. Е. Чертопруд, Аэрономия слоя Е, Янус, М., 1996, 168с.

3. Афраймович, Э. Л., Н. П. Перевалова, А. П. Плотников, Регистрация ионосферных откликов на ударно-акустические волны, генерируемые при запусках ракет-носителей. // Геомагнетизм и аэрономия. 2002 Т. 42. №6. С.790-797.

4. Ахманов С. А., Дьяков Ю. Е., Чиркин А. С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука. 1981. 640 С.

5. Базелян, Э. М., Ю. П. Райзер. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001. 320 С.

6. Бучаченко А.Л., Ораевский В.Н., Похотелов O.A., Сорокин В.М., Страхов В.Н., Чмырев В.М., // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. №9. С.1023-1029.

7. Ваньян Л. Л., Абрамов Л. А., Альперович Л. С. Геомагнитные пульсации. М.: Наука. 1973. 46 С.

8. Васильев В. В., Кутиков А. А., Сорокин В. М., Ященко А. К. О возможности моделирования эффектов растекания токов в полярной ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27. № 2. С.230-236.

9. Виниченко Н.К., Пинус Н.З., Шматер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 288 С.

10. Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П. Теория волн. М.'Наука, 1979. 384 С.

11. Владимиров, В. С., Уравнения математической физики, М.:Наука, 1981. 512 С.

12. Войтов Г.И., Добровольский И.П. Химические и изотопно — углеродные нестабильности потоков природных газов в сейсмически активных регионах // Физика Земли. 1994. №3. С.20.

13. Гаврилова JI. А., Ивлиев Л. С. Параметризация микрофизических характеристик аэрозоля в радиационных моделях атмосферы // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1996. Т. 32. № 2. С. 172-182.

14. Гершман, Б.Н., Ю.А.Игнатьев, Г.Х. Каменецкая. Механизмы образования ионосферного спорадического слоя Es на различных широтах. // М.: Наука, 1976. 108 с.

15. Гинзбург В.Л., Рухадзе A.A. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Наука, 1975. 256 С.

16. Горный В.И., Сальман А.Г., Тронин A.A., Шилин Б.В! Уходящее инфракрасное излучение Земли в сейсмоактивных районах Средней Азии // Докл. АН СССР. 1988. Т.301. №1. С.67.

17. Госсард, Э., У. Хук. Волны в атмосфере, М.:Мир, 1978. 532 С.

18. Гохберг М.Б., Гуфельд И. Л., Липеровский В.А. Современные исследования электромагнитных предвестников землетрясений. М.: Наука, 1989. 92 С.

19. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Похотелов O.A. Сейсмоэлектромагнитные явления. М.: Наука, 1988. 173 С.

20. Гохберг М.Б., Некрасов А.К., Шалимов С.Л. О влиянии нестабильного выхода парниковых газов в сейсмически активных регионах на ионосферу. // Физика Земли. 1996. №8. С.52.

21. Григорьев Г.И., Савина О.Н. Об излучении акустико-гравитационных волн горизонтально движущимися источниками // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19. С.851-858.

22. Гутоп Ю. В., Сорокин В. М., Ященко А. К. Генерация геомагнитных пульсаций в системе Земля-ионосфера при импульсном воздействии на нее солнечных вспышек // Геомагнетизм и аэрономия. 1993. Т. 33. № 4. С.79-85.

23. Гуревич, А. В., Г. М. Милих, И. С. Шлюгер // 1977, Изв.ВУЗов. Радиофизика. 1977. Т. 20, С. 1790.

24. Гуфельд И. Л., Рожной А. А., Тюменцев С. Н. Возмущения радиоволновых полей перед Рудбарским и Рачинским землетрясениями // Изв. АНСССР. Физика Земли. 1992. Т.З. С. 102-107.

25. Гуфельд И.Л., Гусев Г.А., Похотелов O.A. Прогноз даты сильных коровых землетрясений //Докл. РАН. 1994. Т.338. №6. С.814.

26. Деминов М.Г, Ким* В.П., .Хегай В.В. Влияние продольных токов на структуру ионосферы. // Геомагнетизм и аэрономия. 1979. Т. 19, N4, С. 743745.

27. Иванов-Холодный Г.С.,Никольский Г.М. Солнце и ионосфера. М.: Наука , 1969. 455 С.

28. Исаев Н.В., Сорокин В.М., Чмырев В.М. , Серебрякова О.Н. Электрические поля в ионосфере связанные с морскими штормами и тайфунами // Геомагнетизм и аэрономия. 2002а. Т.42. №5. С.670.

29. Исаев Н.В., Сорокин В.М., Чмырев В.М., Серебрякова О.Н., Ященко А.К. Возмущение электрического поля в ионосфере морскими штормами и тайфунами // Космические исследования. Т.40. 2002b. №6. С.591.

30. Кореньков Ю.Н., Деминов М.Г. Перераспределение электронной концентрации в Е-области ионосферы под действием стационарной ветровой системы. // Геомагнетизм и аэрономия. 1980. Т.20, N3, С. 430-433.

31. Кринберг И.А., Выборов В.И., Кошелев В.В., и др. Адаптивная модель ионосферы. М.: Наука, 1986. 234 С.

32. Куликов В.В. О генерации акустико-гравитационных волн авроральными электроструями // Геомагнетизм и аэрономия. 1982. Т.22. С.45-50.

33. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736с.

34. Лаптухов А.И., Сорокин В.М., Ященко А.К. Возмущение D-области ионосферы электрическим током атмосферно ионосферной электрической цепи. // Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т.49. N6. С.805-811.

35. Лейпунский О. И., Новожилов Б. В., Сахаров В. Н. Распространение гамма-квантов в веществе. М.: Физматгиз, 1960. С. 350.

36. Липеровский В.А., Похотелов O.A., Шалимов С.Л. Ионосферные предвестники землетрясений. М.: Наука, 1992. 304 С.

37. Ляхов, А. Н., Ю. И. Зецер. Наблюдения низкочастотных колебаний электрического поля в ионосфере над разломами земной коры. // Доклады Академии наук. 2008. Т. 420. №1. С. 116-119.

38. Ляцкая A.M., Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Влияние продольных токов на профиль электронной концентрации. // Геомагнетизм и аэрономия. 1978. Т. 18, N2, С. 229-234.

39. Ляцкий В. Б. Токовые системы магнитосферно-ионосферных возмущений. Л.: Наука. 1978. 198 С.

40. Ляцкий, В.Б., Ю. П. Мальцев, Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.:Наука, 1983. 192 С.

41. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978. 375с.

42. Мальцев Ю. П:, Леонтьев С. В., Ляцкий В. Б. // Геомагнетизм и аэрономия. 1974. Т. 14. С. 124.

43. Медведев, Ю.А., Б. М. Степанов, Г. В. Федорович, Физика радиационного возбуждения электромагнитных полей М.:Атомиздат, 1980. 104 С. <

44. Нагорский П.М. Неоднородная структура области F ионосферы,образованная ракетами // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т.38. С.100-106.

45. Осташев, В. Е., Распространение звука в движущихся средах, М.: Наука, 1992. 208 С.

46. Пулинец С.А., Легенька А.Д., Зеленова Т.И. Зависимость сейс-моиоиосфериых вариаций в максимуме слоя F от местного времени // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т.38. №3. С. 188.

47. Пулинец С.А., Хегай В.В., Боярчук К.А., Ломоносов А.Н. Атмосферное электрическое поле как источник изменчивости иононосферы // УФН. 1998. Т. 168. № 5. С. 582-589.

48. Райзер, Ю.П. Физика газового разряда, М.:Наука, 1987. 536 С.

49. Рапопорт Ю. Г. Новая фотохимически электростатическая модель сейсмоионосферного взаимодействия и вариации приземного электрического поля перед землетрясениями. // Космическая наука и технология. 2004. Т. 10. № 5/6. С.90-92.

50. Распопов О: М., Пудовкин М. И., Клейменова Н. Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Л.: Изд-во ЛГУ. 1975. 174 G.

51. Ратклифф Дж. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. М.: Мир, 1975. 296 С.

52. Рыбин, В. В. О динамике рекомбинации в области F // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т.23. №3. С. 422-426.

53. Рытов, С. М., Введение в статистическую радиофизику. Часть Ь. Случайные процессы. М".:Наука, 1976. 494 С.

54. Сергеев И.Ю., Сорокин В.М. Генерация узкополосного спектра' электромагнитных возмущений при полете ракеты // Электронный журнал "Исследовано в России", http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2004/243.pdf , С.2604-2609.

55. Сергеев И.Ю., Сорокин В.М. Механизм формирования узкополосного спектра низкочастотного электромагнитного возмущения, регистрируемого на поверхности Земли во .время запусков космических аппаратов. // Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т.45, №4. С.520-525.

56. Сергеев И.Ю., Сорокин В.М., Ященко А.К. Электромагнитные и плазменные эффекты полета ракеты носителя. // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т.48. №1. С.49-59.

57. Сорокин В.М., Федорович Г.В. Распространение короткопериодных волн в ионосфере // Известия ВУЗов, Радиофизика. 1982а. Т.25. С.495 507.

58. Сорокин В.М., Федорович Г.В. Физика медленных МГД волн в ионосферной плазме. М.: Энергоиздат, 1982Ь. 136 С.

59. Сорокин В. М. Среднеширотные длиннопериодные колебания геомагнитного поля и их связь с волновыми возмущениями ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987а. Т. 27. № 1. С.104.

60. Сорокин В. М., Ященко А. К. О влиянии поглощения на распространение гиротропных волн в нижней ионосфере, генерируемых квазигармоническим источником // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1987Ь. Вып. 81. С.72-79.

61. Сорокин В. М., Ященко А. К. Распространение пульсаций Р12 в нижней ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1988а. Т. 28. № 4. С.655-660.

62. Сорокин В.М. Волновые процессы в ионосфере, связанные с геомагнитным полем // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1988Ь. Т.31. №10. С. 1169-1179.

63. Сорокин В. М., Ященко А. К. Генерация короткопериодных электромагнитных колебаний в результате импульсных возмущений проводимости высокоширотной ионосферы // V симпозиум КАПГ по солнечно-земной физике. Самарканд. 2-6 Октября 1989 г.

64. Сорокин В. М., Ященко А. К. Генерация короткопериодных колебаний геомагнитного поля в результате крупномасштабных возмущений проводимости ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30. № 3. С.425-428.

65. Сорокин В.М., Ященко А.К. Возмущение электрического поля над очагом готовящегося землетрясения. // Труды 9-й международной (летней) школы симпозиума "Современная химическая физика". М.: МГУ, 1998.

66. Сорокин В.М., Ященко А.К. Возмущение проводимости и электрического поля- в слое Земля-ионосфера над очагом готовящегося землетрясения. //Геомагнетизм и аэрономия. 1999а. Т.39. №2. С. 100-106.

67. Сорокин В.М., Чмырев В.М. О неустойчивости а'кустогравитационных волн в ионосфере под действием электрического поля. // Геомагнетизм и аэрономия. 1999b. Т.39. №5. С.38 45.

68. Сорокин^ В. М., Ященко» А. К. Возмущение квазистационарного электрического поля в атмосфере над сейсмоактивными районами. // Химическая физика. 2000. Т. 19. № 6. С. 71-80.

69. Сорокин В.М., Чмырев В IM., Ященко А.К. Возмущение электрического поля в слое Земля ионосфера при инжекции заряженных аэрозолей // Геомагнетизм и аэрономия. 2001а. Т.41. №2. С. 187.

70. Сорокин В.М., Чмырев В.М., Ященко А.К. Ультранизкочастотные колебания магнитного поля на поверхности Земли, генерируемые горизонтальными неоднородностями ионосферной проводимости // Геомагнетизм и аэрономия. 2001b. Т.41. №3. С.327-331.

71. Сорокин В.М., Ященко А.К., Hayakawa М. Возмущение электрического поля, обусловленное увеличением проводимости в результате роста уровняатмосферной радиоактивности, связанного с сейсмичностью // Химическая физика. 2007. Т.26. №4. С.39-44.

72. Торошелидзе Т.И., Фишкова JI.M. Анализ свечений средней и верхней атмосферы перед землетрясениями // ДАН СССР. 1986. Т.302. №2. С.313.

73. Фаткуллин М. Н., Зеленова Т. Н., Козлов 3. К. Легенька А.Д., Соболева Т.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. М.: Наука, 1981. 256 С.

74. Федорюк, М. В. Асимптотика: Интегралы и ряды. М.: Наука, 1987. 544 С.

75. Фукс И.М., Шубова Р.С. Аномалии в СДВ сигналах как отклик на процессы в приземной атмосфере. // Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т.34. №1. С.130.

76. Фукс Н.А. Успехи механики аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 161 С.

77. Хакен Г. Синергетика, М.: Мир, 1985. 406 С.

78. Alekseev V.A., Alekseeva N.G. Investigation of metal transfer in the biosphere during gaseous emission in zones of tectonic activity using methods of nuclear physics //Nucl. Geophys. 1992. V.6. №1. p.99.

79. AlfVen, H., Falthammar. C.-G. Cosmical electrodynamics. Clarendon Press, Oxford. 1963. 260pp.

80. Angel, E. and R. Bellman. Dynamic Programming And Partial Differential Equations. Academic Press, 1972. 120 pp.

81. Arykov A. A., Maltsev Yu. P. // Planet, and Space Sci. 1979. V. 27. P.463.

82. Axford, W. J. The formation and vertical movement of dense ionized layers in the ionosphere due to vertical wind shears. 1963. Journal of Geophysical Research V. 68. P. 834-840.

83. Barth C. A. // Chemical Reactions in the Lower and Upper Atmosphere. J. Willey. N. Y. 1961. P.431.

84. Bell N. F. //J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P.3316.

85. Betz, H. D., U. Schumann and P. Laroche. Lighting: Principles, Instruments and applications. N.Y.:Springer, 2009. 641pp.

86. Biagi P. F., Piccolo R., Castellana R., et air VLF-LF radio signals collected at Bari (South Italy): a preliminary analysis on signal anomalies associated with earthquakes // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2004. V.4. P.685-689.

87. Bomke H. F., Balton I. A., Grote H. H. et al. Near and Distant Observations of the 1962 Johnston Island High-Altitude Nuclear Fests // J. Geophys. Res. 1964. V. 69. P.3125.

88. Boskova J., Smilauer I., Triska P., and Kudela K. Anomalous behaviour of plasma parameters as observed by the Intercosmos-24 satellite prior to the Iranian earthquake of 20 june 1990 // Studia Geophys. et Geodet. 1994. V. 8. P. 213-220.

89. Boyarchuk K. A., Lomonosov A. M, Pulinets S. A. and Hegai V. V. Variability of the Earth's atmospheric electric field and ion-aerosols kinetics in the troposphere // Studia geoph. et geod. 1998. V.42. P. 197-210.

90. Calais, E. and J. B. Minster. GPS detection of ionospheric perturbations following a Space Shuttle ascent// Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. P. 1897-1900.

91. Carter, L. N., Forbs, J.M. Global transport and localized layering of metallic ions in the upper atmosphere // Ann. Geophysicae. 1999. V. 17. P. 190-209.

92. Chalmers J.A. Atmospheric Electricity. 2nd Ed., N.Y.: Pergamon Press, 1967. 451 pp.

93. Chmyrev V.M., Isaev N;V., Bilichenko S.V., Stanev G. Observation by space borne, detectors of electric fields and hydromagnetic waves in the ionosphere over on earthquake center // Phys. Earth Planet. Inter. 1989. V.57. P.l 10

94. Chmyrev V.M., Isaev N.V., Serebryakova O.N., Sorokin.V.M*. and Sobolev Ya.P: Small scale plasma inhomogeneities and5 correlated» ELF emissions in the ionosphere over an earthquake region // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1997. V.59. P.967-973.

95. Clement, C. F. and'Harrison, R. G. The charging of radioactive aerosols // J1. Aerosol Sci. 1992. V. 23. P. 481-504.

96. Clement, C. F. and R. G. Harrison, Enhanced^ localised charging of radioactive aerosols. // J. Aerosol. Sci. 2000. V. 31. N. 3. P. 363-378. .

97. Davies K., Baker D. Ionospheric effects observed around the time of the Alaska earthquake of March 2, 1964 // J. Geophys. Res. 1965. V.70. P.2251.

98. Fishlcova L.M. Relationship between night air glow and seismic activity // Ann. Geophys. 1985. V.3. P.679.

99. Fitterman, D.V. Theory of electrokinetic magnetic anomalies in a faulted half - space // J. Geophys. Res. 1979. V.84. P.6031 - 6040.

100. Fraser-Smith A.C., Beraardi A., McGill P.G., Bowen M.M., Ladd M.E., Helliwell R.A., Villard O.G. Low-frequency magnetic field measurements near epicenter Of the MS 7.1 Loma Prieta earthquke // Geophys. Res. Lett. 1990. V.17. P.1465.

101. Gohberg, M.B., V.A.Morgunov, T.Yoshino, Tomisava T. Experimental measurement of electromagnetic emissions possibly related to earthquakes in Japan. // J. Geophys. Res. 1982. V. 87, N. B9, P. 7824-7828.

102. Gousheva M., Glavcheva R., Danov D., Angelov P., Hristov P., Kirov B., Georgieva K. Satellite monitoring of anomalous effects in the ionosphere probably related to strong earthquakes. // Advances in Space Research. 2006. V.37. P.660-665.

103. Gousheva M.N., Glavcheva R.P., Danov D.L., Hristov P.L., Kirov B.B:, Georgieva K.Y. Electric field and ion density anomalies in the mid latitude ionosphere: Possible connection with earthquakes? // Advances in Space Research V.42. 2008a. P.206-212.

104. Gousheva M., Danov D:, Hristov P., Matova M. Quasi-static electric fields phenomena in the ionosphere associated with pre- and post earthquake effects. // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2008b. V.8. P. 101-107.

105. Gousheva M., Danov D., Hristov P., Matova M. Ionospheric quasi-static electric field anomalies during seismic activity August-September 1981. // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. V.9. P.3-15.

106. Grach, V. S., A. G. Demekhov and V. Y. Trakhtengerts. Kinetic instability of charged particle flow in a thunderstorm cloud // Radiophysics and quantum electronics. 2005. V. 48. №6. P. 435-446.

107. Gradsteyn, I.S., Ryzhik, I.M., 2009. Table of Integrals, Series and Products. N.Y.: Academic Press, 2009. 1221 pp.

108. Gunn, R. Diffusion charging of atmospheric droplets by ions, and the resulting combination coefficients. // J. Meteorol. 1954. V.l 1, P. 329-347.

109. Gurevich, A. V. Nonlinear Phenomena in the Ionosphere. New York: Springer, 1978.

110. Hao J. The anomalous of atmospheric electric field at the ground level and earthquakes // Acta Seismol. Sin. 1988. V.10 №2. P.207.

111. Hao, J., T. Tang, and D. Li. Progress in the research of atmospheric electric field anomaly as an index for short-impending prediction of earthquakes.// J. Earthquake Pred. Res. 2000. V.8. P. 241-255.

112. Hata, M., X.Tian,I. Takumi et al. ELF Horizontal Flux Precursor of Moderate Yamashi-96 Earthquake. // Journ.Atmosph. Electricity. 1996. V.16, №.3. P. 199-220.

113. Hayakawa M. VLF/LF Radio Sounding of Ionospheric Perturbations Associated with Earthquakes // Sensors. 2007. V.7. P. 1141-1158.

114. Hayakawa M., Kawate R., Molchanov O. A. and Yumoto K. Results Of Ultra-Low-Frequency Magnetic Field Measurements During The Guam Earthquake Of August 1993 // Geophys. Res. Lett. 1996. V.23. P.241.

115. Hayakawa M., Ohta K., Nickolaenko A. P., Ando Y. Anomalous effect in Schumann resonance phenomena observed in Japan, possibly associated with the Chi-chi earthquake in Taiwan // Ann. Geophys. 2005. V.23. P.1335-1346.

116. Hayakawa M., Yoshino T., and Morgunov V.A. On the possible influence of seismic activity on the propagation of magnetospheric whistlers at low latitudes // Phys. Earth Planet. Inter. 1993. V.77. P.97.

117. Hayakawa, M. and O. Molchanov. Editors, Seismo-Electromagnetics (Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling), TERRUPUB, Tokyo, 2002. 477pp.

118. Hayakawa, M., Ohta, K., Maekawa, S., Yamauchi, T., Ida, Y., Gotoh, T., Yonaiguchi, N., Sasaki H., Nakamura, T. Electromagnetic precursors to the 2004 Mid Niigata Prefecture earthquake. // Phys. Chem. Earth. 2006. V. 31. P. 356-364.

119. Heincke J., Koch U., Martinelli G. C02 and Radon measurements in the Vogtland area (Germany) a contribution to earthquake prediction research // Geophys. Res. Lett. 1995. V.22. P.774.

120. Henderson T. R., Sonwalkar V. S., Helliwell R. A., Inan U. S., and Fraser-Smith A. C. A Search for ELF/VLF emissions induced by earthquakes as observed in the ionosphere by the DE-2 satellite. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 95039511.

121. Hines, C.O. Internal atmospheric gravity waves at ionospheric heights.- // Can. J. Phys. 1960. V. 38. P. 1441-1481.

122. Jianguo, H., 1989: Near earth surface anomalies of the atmospheric electric field and earthquakes. // Acta Seismol. Sin. 1989. V.2. P.289-298.

123. Junge C.E, Air chemistry and radio activity. Academic Press, New York,1963.

124. Kamide, Y., A. Chain. Handbook Of The Solar-Terrestrial Environment. // Springer-Verlag. Berlin, 2007. 539pp.

125. King, C.-Y. Gas geochemistry applied to earthquake prediction: An overview. // J. Geophys. Res. 1986. V. 91. N. B12. P. 12269-12281.

126. Kirkwood S. and Nilsson H. High-latitude sporadic-E and other thin layers — the role of magnetospheric electric fields. // Space Sci. Rev. 2000. V.91. N 3-4. P. 579-613.

127. Klett J.D: // J. Atmospheric Sci. 1971. V.28. P.78.

128. Kondo, G. The variation of the atmospheric electric field at the time of earthquake. // Memoirs-of the Kakioka Magnetic Observatory, Kakioka, Japan, 1968. V.13,P. 17-23.t

129. Maeda, Koitiro and Noritaka Tokimasa, Decametric Radiation at the time of the Hyogo-ken Nanbu Earthquake near Kobe in' 1995 // Geophys. Res. Lett. 1996. V.23, №.18. P.2433-2436.

130. Martynenko S.I., Fuks I.M., and Shubova R.S. Ionospheric electric field influence on the parameters of VLF signals connected with nuclear accidents and earthquakes // J. Atmos. Electr. 1996. V.15. P.259 - 269.

131. Massey H. S., Burhop E.H., Gilbody H.B. // Electronic and Ionic Impact Phenomena, Clarendon Press. Oxford, 1969. P.482.

132. Matthews, J. P., and Lebreton J.P. A search for seismic related wave activity in the micropulsation and ULF frequency ranges using GEOS-2 data. // Annales Geophysica. 1985. V.3. P. 749-756.

133. McCartney, E. J. Optics of the atmosphere. New York: John Wiley. 1976.

134. Meyerott, R. E., J. B. Reagan, and R. G. Joiner. The mobility and concentration of ions and the ionic conductivity in the lower stratosphere. // J.Geophys.Res. 1980. V.85 P. 1273-1278.

135. Molchanov, O.A., Mazhaeva, O.A., Golyavin, A.N., and Hayakawa, M. Observation by Intercosmos-24 satellite of ELF VLF electromagnetic emissions associated with earthquakes // Ann. Geophys. 1993a. V.l 1. P.431 - 440.

136. Molchanov O.A. Subionospheric VLF signal perturbations possibly related to earthquakes //J. Geophys. Res. 1993b. V.103. №A8. P.17480.

137. Molchanov, O.A. Wave and plasma phenomena inside the ionosphere and-the magnetosphere associated with earthquakes // In: Review of Radio Science 1990-1992, edited by W.R. Stone , Oxford University Press, New York, 1993c. P.591 600.

138. Molchanov, O.A., Hayakawa, M., and Rafalsky, V.A. Penetration characteristics of electromagnetic emissions from an uderground seismic source into the atmosphere, ionosphere, and magnetosphere // J. Geophys. Res. 1995. V.100. P.1691 -1712.

139. Molchanov, O.A. and Hayakawa, M. VLF transmitter earthquake precursors influenced by a change in atmospheric electric field // 10th International Conference on Atmospheric Electricity, June 10-14, Osaka, Japan, Proceedings, 1996. P. 428-431.

140. Molchanov O.A. Fracturing as an underlying mechanism of seismo-electric signals //In:Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes. Ed. M. Hayakawa. Terra Scientific Publishing Company (TERRAPUB). Tokyo. 1999. P.349.

141. Molchanov, G. A., A.Yu. Schekotov, E. Fedorov , G.G: Belyaev, M. Solovieva and M. Hayakawa. Preseismic ULF effect and possible interpretation // Annals of Geophysics. 2004. V.47. №1. P.181-190.

142. Nestorov G.T. A possible ionoshperic presage of the Vrancha earthquake of March 4, 1977 // C.R. Acad. Bulg. Sci. 1979. V.33. P.443.

143. Nickolaenko A. P., Hayalcawa M., Sekiguchi M., Ando Y., Ohta R. Model modifications in Schumann resonance intensity caused by a localized; ionosphere disturbance over the earthquake epicentre//Ann: Geophys. 2006. V.24. P.567-575.

144. Nikiforova, N. N., and S. Michnowski: Atmospheric: electric field anomalies analysis during great Carpatiân:Earthquake at Polish Observatory S wider. // IUGG XXI General Assem. Abst., Boulder, Colo., 1995. VA11D-16.

145. Nygren T., Jalonen L., Oksman J., Turunen T. The;role of electric field and neutral wind direction in the formation of sporadic E-layers // J:: Atmos. Terr. Phys. 1984. V.46.N. 4. P. 373-381.

146. Ohta K., Watanabe N., Hayakawa M. Survey of anomalous Schumann resonance phenomena observed; in: Japan, in-possible association with earthquakes in Taiwan // Physics and'chemistry of the Earth. 2006. V.31. P.397-402.

147. Oike K., Ogawa T. Observation of electromagnetic radiation related with the occurrence of earthquakes // Annu. Rep:, Disaster Prevention Res. Inst., . Kyoto Univ. 1982. V. 25. P.89.

148. Ondoh, T. Anomalous sporadic-E layers observed-before M7.2 Hyogo-keni Nanbu earthquake; Terrestrial; gas emanation model. // Advances in Polar Upper . Atmosphere Research. 2003! V. 17, P. 96-108.

149. Park, C.G., Dejnakarintra, M. Penetration of thunder-cloud'electric field into the ionosphere and" magnetosphere. 1. Middle- and subauroral latitudes. // J. Geophys. Res. 1973.,V. 78., P. 6623-6633.

150. Parrot, M. and-Lefeuvre, F. Correlation between GEOS VLF emissions and earquakes // Ann.- Geophys. 1985. V.3. P.737 748.

151. Parrot, M. Statistical study of ELF/VLF emissions recorded by. a low-altitude satellite during seismic events // J. Geophys. Res. 1994. V. 99i P.23339-23347.

152. Pierce, E.T. Atmospheric electricity and earthquake prediction // Geophys. Res. Lett. 1976. V.3. P.T85 188:

153. Proctor D.E. VHF Radio Pictures of Cloud Flashes // J. Geophys.Res. 1981. V.86, №.C5, P.4041-4071.

154. Pruppacher, H. R. and J. D. Klett. Microphysics of cloud andi precipitation. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 1997. 954pp:

155. Pulinets S.A., Alekseev V.A., Legen'ka A.D., and Kliegai V.V. Radon and metallic aerosols emanation before strong earthquakes and their role in atmosphere and ionosphere modification // Adv. Space Res. 1997. V.20. P.2173 2176.

156. Pulinets S.A., Legen'ka A.D., Alekseev V.A. Pre-earthquakes effects and their possible mechanisms //In: Dusty and Dirty Plasmas, Noise and Chaos in Space and in the Laboratory. New York.: Plenum Publishing, 1994. P.545.

157. Ralchovsky C., Komarov L. Earth electric activity in, August- September 1986 and strong earthquake in Vrancha // Bulg. Geophys. J. 1988. V.14. P.78.

158. Ratcliffe J. A. Physics of the Upper Atmosphere. Academic Press. New York. 1960. P:392.

159. Reist, P. Aerosol Science and Technology. McGraw Hill, New York, 1993.203 P.

160. Rozhnoy A. A., Molchanov O.A., Solovieva M.S., et al. Possible seismo-ionosphere perturbations revealed by VLF signals collected, on ground and on a satellite // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2007, V.7. P.617-624.

161. Rozhnoy A. A., Solovieva M. S., Molchanov O. A., Hayakawa M., Maekawa S., Biagi P.F. Anomalies of LF signal during seismic activity in November-December2004 // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2005. V.5. P:657-660.

162. Rulenko, O. P. Operative precursors of earthquakes in the near-ground atmosphere electricity // Vulcanology and Seismology. 2000 V.4, P.57-68.

163. Ruzhin, Yu.y Nomicos G. Radio VHF precursors of earthquakes. // Nat. Hazards;'2007: V.,40^573-583,

164. Ruzhin; -Yu.Ya., Nomicos;, C., Vallianatos,, F., 1999* A^HF precursor generated in atmosphere before earthquake. Report .// 24-th General Assembly of EGS; Haague, .Geoptiysicalv-Res;, 1999* :ReportSE27-01i7P: 105:: • ••

165. Ruzhin, Yu.Ya., Nomicos, C., Vallianatos, F. High frequency seismoprccursor emissions. // Proc. 15th Wroclaw EMC Symposium, 2000. P. 512517. , v . '■■ . * . .

166. Schunk R.W., A: F. Nagy. Ionospheres:; Physics, Plasma Physics, And, Chemistry//Cambridge University Press. London. 2004; 628pp.

167. Serebryakova OiN., Bilichenko. Chmyrev V.M;, Parrot M., RauchJ.L., Lefeuvre F., Pokhotelov O.A. Electromagnetic ELF radiation from earthquake regions as-observed by low altitude satellites. // Gcophys. Res. Lett. 1992. V. 19. P.91-94. V

168. Sergeev I.Yu;,. Sorokin V.M;,, Yaschenko A.K. Electromagnetic Pulse Generation in the Lower Ionosphere.//In: Proceedings of XXVIIIlh General Assembly of URSI, New Delhi, India, October.23-29, 2005:

169. Smith D;, Adams N.G. Ionic recombination in-the stratosphere.// Geophys. Res. Lett. 1982. V. 9. P. 1085-1087.

170. Sorokin V. M., Chmyrev V. M., Isaev N. V., Yaschenko A. K. Earthquake Precursors in the Ionosphere: Recent Experimental and Theoretical: Results //1.ternational Workshop on Seismo Electromagnetics, Tokyo, 1997a. Abstracts. P. 82.

171. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., Isaev N.V., Yaschenko A.K. Earthquake Precursors in the Ionosphere: Recent Experimental and Theoretical Results // International Workshop on Seismo Electromagnetics, Tokyo, 1997b. Abstracts P. 82.

172. Sorokin V., Yaschenko A. Electrical Field Disturbances in the Earth -Ionosphere Layer. // 32nd Scientific Assembly of COSPAR, Abstracts, 12-19 July, Nagoya, Japan. 1998a. P.157.

173. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., Isaev N.V., 1998. A generation model of mall-scale geomagnetic field-aligned plasma inhomogeneities in the ionosphere. // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1998b.-V.60. P. 1331-1342.

174. Sorokin V., Yaschenko A. Electrical Field Disturbance in the Earth -Ionosphere Layer. // Adv. Space Res. 2000. V. 26. № 8. P. 1219-1223.

175. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., and Yaschenko A.K. Electrodynamic model of the lower atmosphere and the ionosphere coupling // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2001. V.63. N.16. P.1681-1691.

176. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., and Yaschenko A.K. Ionospheric generation mechanism of geomagnetic pulsations observed on the Earth's surface before earthquake // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2003. V.64. P.21-29.

177. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., Yaschenko A.K. Strong DC electric field in the ionosphere related to typhoons and earthquakes. // 35th COSPAR Scientific Assembly. Paris, France, 18 25 July 2004. Abstracts. Page number: C5.1/D4.1-0048-04.

178. Sorokin V., Yaschenko A., Chmyrev V., and Hayakawa M. Amplification mechanism of DC electric field in the mid-latitude ionosphere over seismically active faults. // Geophysical Research Abstracts 7, EGU General Assembly, Austria, Viena, 2005a. P.2777.

179. Sorokin V.M., and Pokhotelov O.A. Gyrotropic waves in the mid-latitude ionosphere. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005b. V.67. P.921-930:

180. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., Yaschenko A.K. Theoretical model of DC electric field formation in the ionosphere stimulated by seismic activity.// Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005c. V.67. P. 1259-1268.

181. Sorokin V.M., Isaev N.V., Yaschenko A.K, Chmyrev V.M., and Hayakawa M. Strong DC electric field formation in the low latitude ionosphere over typhoons. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005d. V. 67. P. 12691279.

182. Sorokin V.M., Yaschenko A.K., Chmyrev V.M., and Hayakawa Mi DC electric field amplification in the mid-latitude io-nosphere over seismically active faults. // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2005f. V.5. P. 661-666.

183. Sorokin V.M., Chmyrev V.M., and Yaschenko A.K. Possible DC electric field in the ionosphere related to seismicity. // Advances in Space Research: 2006a. V.37. P.666-670.

184. Sorokin V.M., Yaschenko A.K., and Hayakawa M. Formation mechanism of the lower ionosphere disturbances by the atmosphere electric current over a seismicregion. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2006b. V.68. P.1260-1268.

185. Sorokin V.M., Yaschenko A.K., Chmyrev V.M., Hayakawa M. DC electric field amplification in the mid-latitude ionosphere over seismically active faults. // Physics and Chemistry of the Earth. 2006c. V.31. P.447-453.

186. Sorokin V.M., Yaschenko A.K., Chmyrev V.M., Hayakawa M. DC electric field formation in the mid-latitude ionosphere over typhoon and earthquake regions. // Physics and Chemistry of the Earth. 2006d. V.31. P.454-461.

187. Sorokin V.M., Yaschenko A.K., Hayakawa M. A perturbation of DC electric field caused by light ion adhesion to aerosols during the growth in seismic-related atmospheric radioactivity // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2007. V.7. P.155-163.

188. Surkov V., Pilipenko V. The physics, of pre-seismic electromagnetic ULF signals // Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes. Ed. M. Hayakawa. Terra Scientific Publishing Company (TERRAPUB). Tokyo. 1999. P.357.

189. Swider W. Ionic mobility, mean mass, and conductivity in the middle atmosphere from near ground level to 70 lair// Radio Sci. 1988. V.23. №3. P.389-399.

190. Tate J., Daily W. Evidence of electro-seismic phenomena // Phys. Earth Planet. Inter. 1989. V.57. P. 1.

191. Taylor, W.L. A VHF Technique for Space-Time Mapping of Lightning Discharge Processesroio.// J. Geophys.Res. 1978. V.83. №.C7, P.3575-3583.

192. Tomko, A. A., A. J. Ferraro, H. S. Lee // J.Atmos.Terr.Phys. 19801 V. 42. P.275.

193. Tronin A.A. Satellite thermal survey application for earthquake prediction // In: Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes. Ed. M. Hayakawa. Terra Scientific Publishing Company (TERRAPUB). Tokyo. 1999. P.717.

194. Tronin A.A., Hayakawa M., and Molchanov O.A. Thermal IR satellite data application for earthquake research in Japan and China. // Journal of Geodynamics. 2002. V.33. P.519-534.

195. Tyutin A.A. Measurements of the atmosphere vertical electrical field lower 90 km with rockets. Moscow, Nauka, 1976.

196. Vallianatos, F. and K. Nomicos. Sesmogenic Radioemissions as Earthquake Precursors in Greece. // Phys.Chem.Earth. 1998. V. 23, №.9-10. P.953-957.

197. Varotsos, P. A review and analysis of electromagnetic precursory phenomena. // Acta Geophysica Polonica. 2001. V. 49, №.1. P. 1-42.

198. Virk H. S., Singh B. Radon recording of Uttarkashi earthquake // Geophys. Res. Lett. 1994. V.21. P.737.

199. Voinov, V.V., I.L.Gufeld, V.V.Kruglikov et al., Effects in the ionosphere and atmosphere before the Spitack earthquake. // News of USSR Academy, Fizika Zemli (in Russian). 1992. №.3, P.96-101.

200. Volland, H. Atmospheric Electrodynamics, Springer, Heidelberg, 1984. 205pp.

201. Warwick, J.W., C.O.Hayenga and J.W.Brosnahan, Interferometric Directions of Lightning Sources at 34 MHz.// J. Geophys.Res. 1979. V.84. №.C5. P.2457-2467.

202. Warwick, J.W., C.Stoker, and T.R.Maer Radioemijssion associated with rock fracture: possible aplication to the great Chillean earthquake of May 22,1960. // J. Geophys. Res. 1982. V.87, P.2851-2859.

203. Williams E.R. The Electrofication of Thunderstorms.//J. Geophys.Res. 1989. V.93. №.D6. P.992-993.

204. Wollcot J.M., Simons D.L., Lee D.D., Nelson R.A. Observations of an ionospheric perturbation arising from the Coalinga earthquake of March 2, 1983 // J. Geophys. Res. 1984. V.89. P.6835.

205. Young, J. M., Johnson, C.J., Holmes, J.C. Positive- ion composition of a* temperate latitude sporadic E-layers observed during a rocket flight. // J. Geophys. Res. 1967. V.72. P.342-348.

206. Zhao,Y. and F.Qian, Earthquake lights: a very' convincing evidence for energy transfer from* earth to air // Intern. Workshop on Seismo-Electromagnetic (Abstracts), NASD A,Tokyo, 1997. P. 242.

207. Zolotov O.V., Namgaladze A.A., Zakharenkova I.E., Shagimuratov I.I., Martynenko O.V. Simulations of the equatorial ionosphere to the seismic electricfield sources. // Proceedings of the 7th International Conference "Problems of

208. Geocosmos" St. Petersburg, Russia, 2008. P.492-496.