Распространение акустических волн в верхней атмосфере тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, доктор физико-математических наук Дробжева, Яна Викторовна

• Дробжева, Яна Викторовна
• доктор физико-математических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Дробжева, Яна Викторовна

Содержание

Введение

1 Теория распространения акустических волн в неоднородной атмосфере

1.1 Вывод нового уравнения и его решение, описывающие эволюцию формы и время распространения акустического импульса

в неоднородной атмосфере

1.2 Модель воздействия акустических волн на атмосферу и ионосферу

от точечного взрыва

1.3 Проверка работоспособности модели на основе экспериментального материала, полученного во время калибровочного взрыва

1.4 Методика определения мощности наземного химического

взрыва

1.5 Определение мощности взрыва на химическом комбинате в РНхЬогои§Ь

2 Пространственно-временные характеристики акустических и ионосферных возмущений от точечного взрыва

2.1 Пространственно-временные характеристики акустических

полей

2.2 Пространственно-временные характеристики возмущений электронной концентрации

2.3 Пространственно-временные характеристики возмущений доплеровского сдвига частоты

3 Модель распространения акустических волн в атмосфере и их воздействие на ионосферу от протяженного источника

3.1 Экспериментальная проверка формул, описывающих движение земной поверхности во время подземных ядерных взрывов и модель движения земной поверхности

3.2 Модель генерации и распространения акустических волн от подземного ядерного взрыва в атмосфере и их воздействие на

ионосферу

?

4 Проверка работоспособности модели на основе экспериментального

материала, полученного во время подземных ядерных взрывов

4.1 Определение мощности подземного ядерного взрыва, Советско-

Американский эксперимент

5 Модель распространения ударных и акустических волн от цилиндрического источника и их воздействие на ионосферу

5.1 Модель воздействия акустических волн в атмосфере от цилиндрического источника на атмосферу и ионосферу

5.2 Ударная волна, генерируемая полетом ракетоносителя, и

вызванное ею ионосферное возмущение

Заключение

Список использованных источников

Нормативные ссылки

ГОСТ 7.1-84 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила оформления.

ГОСТ 7.9-95 (ИС0214-76) Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования и правила.

ГОСТ 7.32-2001 Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления.

ГОСТ 8.417-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических величин.

/

Определения обозначения и сокращения

В диссертации применяют только стандартные термины. ^ - время прихода сейсмической волны от места взрыва до поверхности земли;

Н - глубина заложения заряда; г - эпицентральное расстояние; а - скорость сейсмической волны; у2- вертикальная скорость движения земной поверхности; С> - тинитротолуоловый эквивалент (ТНТ) в тоннах; Ш -время нарастания импульса; ts - время схлапывания импульса; и - длительность фазы сжатия; I. - длительность фазы разрежения;

Уотк- минимальное значение вертикальной компоненты массовой скорости, при котором наблюдаются откольные явления; ^(Х) - входной сигнал;

Гр(1:) - копия сигнала- ионосферный «портрет» взрыва; Т - конечный временной интервал; Кп- некоторый коэффициент;

f- частота радиозондирования ионосферы;

Ъ - высота точки отражения радиоволны;

ИТ- время мировое;

ЬТ - время местное;

Ар - индекс геомагнитной активности;

Р 10.7 - поток радиоизлучения Солнца;

ТНТ - тринитротолуол;

ПЯВ - подземный ядерный взрыв;

РН - ракетоноситель.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Распространение акустических волн в верхней атмосфере»

Введение

Актуальность. Околоземное космическое пространство является составной частью среды обитания человека и процессы, происходящие в нем, могут оказывать влияние на жизнедеятельность человека. В частности, магнитные бури оказывают воздействие на функционирование космических и наземных технологических систем, ионосфера контролирует распространение радиоволн. В свою очередь динамические процессы естественного и искусственного происхождения, развивающиеся на Земле и в нижней атмосфере, могут контролировать структуру и динамику явлений околоземного космического пространства. Многочисленные эксперименты показали, что ионосфера является чувствительным индикатором воздействия энергии от таких источников как землетрясения, вулканы, погодные фронты, наземные химические, высотные и подземные ядерные взрывы (ПЯВ), а также полеты ракетоносителей (РН) со сверхзвуковой скоростью. При этом спектр возмущений, вызываемый этими источниками весьма широкий: от акустических до гравитационных.

На сегодняшний день наименее изученным оказался вопрос переноса акустической энергии от этих источников в околоземное пространство, что, на наш взгляд, связано с недостаточным развитием теории распространения акустических волн в реальной атмосфере и ионосфере.

Исследования отклика ионосферы на атмосферные и подземные ядерные взрывы [1-13], а также наземные химические взрывы [11,14-43] проводились в основном ионограммным и доплеровским методами. Исследования критической частоты и профиля электронной концентрации F-слоя ионосферы с помощью ионограммного метода позволили обнаружить возмущения, генерируемые взрывом, с периодами больше 10 мин (из-за малой чувствительности этого метода). Более чувствительный доплеровский метод позволил зарегистрировать периоды возмущения от 30 с до 10 мин с наиболее выраженными колебаниями в диапазоне от 30 до 100 с на высотах 150-200 км, и эти возмущения распространялись со скоростями от 260 до 320 м/с. В целом, скорости распространения от источника и дисперсия скоростей, наблюдаемая на ионосферных высотах, хорошо совпадали с характеристиками инфразвуковых волн, наблюдаемых на Земле с помощью микробарографов. На основании этого было сделано предположение о тесной связи этих двух явлений. Кроме того, установлено, что возмущения распространяются вверх. В частности, одновременные записи

доплеровских частот при f= 4 и 5 Мгц (высоты отражения радиоволн 180 и 190 км) показали соответствующий временной сдвиг, что позволило получить фазовые скорости 600 м/с, при этом скорость звука на этих высотах составляла величину 700-750 м/с. Таким образом, было доказано, что акустические волны, распространяясь вверх через атмосферу с экспоненциально уменьшающейся плотностью, достигают высот ионосферы, вызывая в ней возмущения электронной концентрации.

Следует особо подчеркнуть, что в указанных работах проводилась в основном качественная интерпретация результатов. Исключением являются работы [15,44,45], в которых проведено сопоставление модельных расчетов с экспериментом для специального исследовательского наземного химического взрыва Mill Race. Уникальность данного взрыва состояла в том, что при его проведении велись одновременно измерения акустических возмущений с помощью датчиков давления, установленных на парашютах, в четырех точках в диапазоне высот от 8.2 до 9 км и возмущений доплеровского сдвига частоты в трех точках - от 151 до 263 км. В работе [15] изложены модельные расчеты акустических возмущений только для высот около 9 км и получено их достаточно хорошее согласие с экспериментом - ошибки расчетов составили единицы процентов. Для того же эксперимента авторы работ [44,45] провели моделирование только возмущений доплеровского сдвига частоты, при этом ошибки между моделью и экспериментом составили по длительности возмущения в среднем 40%, а по амплитуде - 20%. На наш взгляд ошибки расчетов обусловлены тем, что разработанная авторами модель ограничена приближением геометрической акустики и в качестве профиля атмосферы использовался профиль стандартной атмосферы, который значительно отличался от реального. Вместе с тем, авторами указанных работ не была представлена модель, которая могла бы быть протестирована одновременно в диапазоне высот от Земли до ионосферы.

В литературе имеется гораздо меньшее количество работ, посвященных описанию генерации и распространения акустических волн от подземного ядерного взрыва. В частности, до настоящего времени отсутствовали адекватные эксперименту модели, описывающие распространение акустических волн от подземного ядерного взрыва в реальной атмосфере от Земли до высот ионосферы и их воздействия на ионосферу.

В настоящее время также доказан факт существования возмущений ионосферы, вызванных полетом ракетоносителя (РН) со сверхзвуковой скоростью, на большом количестве экспериментальных данных, полученных, в частности, методом доплеровского радиозондирования ионосферы при вертикальном и наклонном распространении радиоволн KB - диапазона [4649]. Существующие модели распространения акустических волн от РН [49] также ограничены приближением линейной акустики, что вносит существенные погрешности при моделировании ионосферного возмущения.

Актуальность дальнейшего развития теории и создания адекватных эксперименту моделей связана в фундаментальном плане- с необходимостью исследования влияния акустической энергии на структуру и динамику атмосферы и ионосферы и в прикладном плане - с выделением искусственных возмущений на фоне регулярных возмущений естественного происхождения для идентификации источника и определения его мощности.

Особенно важно решение этой проблемы в связи с заключением Договора о всеобъемлющем запрещении испытаний ядерного оружия

(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty,1996r), так как одним из методов международного контроля взрывов инфразвуковой, который должен осуществляться с помощью глобальной международной сети наземных инфразвуковых станций. Для отработки методик обнаружения, идентификации и оценки мощности подземных ядерных взрывов этим методом также требуются адекватные эксперименту модели.

Несмотря на то, что достигнуты определенные успехи в решении задачи распространения инфразвука в атмосфере и определения местоположения различных источников с помощью наземных инфразвуковых данных [50-55], проблема идентификации источника остается нерешенной, например, инфразвуковые записи от взрывов болидов и высотных взрывов подобны [56].

Определение мощности взрыва ракетоносителя на различных высотах атмосферы на основе наземных инфразвуковых измерений позволит, в частности, определить количество выброшенного токсичного топлива в атмосферу, и тем самым оценить экологические последствия неудачных пусков РН.

Актуальной прикладной задачей на сегодняшний день является также решение проблемы влияния короткопериодных ионосферных возмущений, вызванных акустическими волнами, на функционирование активно развивающихся цифровых радиосистем KB и УКВ - диапазонов.

Таким образом, необходимость создания адекватных эксперименту моделей, описывающих распространение акустических волн в атмосфере от различных источников и их воздействия на ионосферу не вызывает сомнений. Вместе с тем, решение этой задачи невозможно без развития теории распространения акустических волн в реальной атмосфере.

Несмотря на большое количество работ, посвященных теории распространения акустических волн в атмосфере, до сих пор эта проблема оставалась не решенной из-за ее сложности, обусловленной следующими причинами:

акустическая волна, генерируемая, например, взрывами, имеет несинусоидальный характер: начальный акустический импульс имеет сложный вид и ограничен как в пространстве, так и во времени;

- при распространении акустического импульса до высот ионосферы он проходит расстояния, на которых свойства атмосферы сильно меняются, т.е. возникает необходимость учета неоднородности среды распространения. При этом для адекватного описания должны учитываться реальные параметры атмосферы;

- для адекватного описания процесса распространения акустических волн уравнение, описывающее этот процесс должно также учитывать нелинейные эффекта, поглощение и геометрическую расходимость волнового фронта. Учет только нелинейных эффектов само по себе является сложной задачей.

В ряде случаев при интерпретации результатов наблюдений ионосферных возмущений, обусловленных акустической энергией взрывов,

многие авторы [14,57-62] основываются на представлении, что первичным носителем акустической энергии является ударная волна, которая на некотором расстоянии от центра взрыва вырождается в акустическую волну и далее распространяется по законам звуковых волн, т.е. без учета нелинейных эффектов. Такой подход является вполне оправданным при расчете поражающего действия ударных волн или при расчете акустических полей на очень больших расстояниях от места взрыва. В последнем случае проводится линеаризация уравнений гидродинамики, что обосновывается малостью амплитуды рассматриваемых возмущений по сравнению с фоновыми характеристиками атмосферы. Однако не во всех случаях одного условия малости амплитуды волны оказывается достаточным, чтобы ограничиться областью применимости линейной теории [63,64]. В действительности, скорость распространения акустических возмущений, как это следует из точных решений уравнений гидродинамики [65], отличается от скорости звука на величину порядка амплитуды волны, что приводит к нелинейному искажению волны: точки профиля волны с большей амплитудой перемещаются с большей скоростью относительно точек профиля, в которых отклонение от невозмущенного состояния меньше.

Таким образом, линейная теория будет приводить к решениям близким к решениям точных уравнений в той области, в которой указанные искажения невелики. Существует также дополнительное ограничение применимости линейной теории, которое заключается в том, что время, в течение которого рассматривается движение звуковой волны, должно быть достаточно малым для «накопления» нелинейных эффектов.

В реальных условиях всегда присутствуют процессы, замедляющие развитие нелинейных эффектов, причем при определенных условиях влияние этих процессов может быть настолько сильным, что нелинейными эффектами можно пренебречь. В частности, в атмосфере замедляющими развитие нелинейных эффектов являются вязкость и теплопроводность. Убывание плотности энергии в волне может происходить также из-за геометрических условий распространения волны (в случае, например, цилиндрических или сферических расходящихся волн). К уменьшению влияния нелинейных эффектов приводит также дисперсия скорости звука. В простейшем случае бегущей волны, когда искажение формы профиля волны может быть интерпретировано как появление гармоник, дисперсия скорости приводит к тому, что фазовые соотношения для гармоник непрерывно меняются в процессе распространения волны, и, следовательно, меняются условия передачи энергии в более высокие гармоники. В условиях сильной дисперсии развитие нелинейных эффектов может свестись к минимуму. При распространении акустических волн в атмосфере дисперсионные явления пренебрежимо малы [65], и их можно не учитывать при расчетах. Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо определять условия применимости теории линейной или нелинейной акустики.

Развитие теории нелинейной акустики с учетом вязкости и теплопроводности связывают, в основном, с работами школы академика Р.В. Хохлова, Руденко О.В. и Солуяна С.И. [66-69]. Суть асимптотического метода Хохлова заключается в предположении медленности изменения формы профиля волны в сопровождающей ее движение системе координат на расстояниях порядка длины волны. Этот метод был применен к решению проблем нелинейной акустики: уравнение Бюргерса удалось получить из системы гидродинамических уравнений, учитывающих вязкость и теплопроводность среды, с учетом членов второго порядка малости [70]. Авторами этой работы было впервые описано распространение плоских волн конечной амплитуды в нелинейной диссипативной среде в виде уравнения Бюргерса, которое позволяет детально исследовать различные эффекты, возникающие при распространении волн в диссипативных средах с квадратичной нелинейностью. В работе [67] особо выделен круг задач, связанных с нелинейным распространением акустических пучков в диссипативных средах. Эта проблема представляет существенный интерес для акустики, поскольку система гидродинамических уравнений, описывающая этот процесс в случае волн конечной амплитуды, принципиально не может быть сведена к линейному уравнению. Присущие реальным средам вязкость и теплопроводность требуют учета поглощения энергии при распространении волн. В указанной работе был проведен анализ распространения акустических пучков в нелинейных диссипативных средах на основе численного интегрирования приближенного уравнения нелинейной акустики ограниченных пучков с периодическим граничным условием. Проведенные авторами расчеты показали, что при распространении звуковых пучков конечной амплитуды в вязкой теплопроводной среде форма волны искажается и в случае больших чисел Рейнольдса и больших значениях параметра, определяющего относительный вклад нелинейности и дифракции, волна становится квазиразрывной. При этом ширина фронта волны уменьшается с увеличением числа Рейнольдса. При распространении пучка также наблюдается асимметрия в искажении фазы сжатия и фазы разрежения.

Таким образом, система уравнений, описывающая динамику вязкой теплопроводящей жидкости, в общем случае является нелинейной. Общих методов точных решений нелинейных уравнений не существует, поэтому единственно возможными в такой ситуации остаются приближенные методы, базирующиеся на том или ином упрощении задачи. Среди всех возможных упрощений, наиболее распространенным является линеаризация уравнений. В акустике предполагается, что звуковые возмущения гидродинамических частиц обычно малы по сравнению с соответствующими величинами в невозмущенном состоянии и для малых возмущений уравнения оказываются линейными.

Следующей по сложности задачей является решение уравнений, в которых сохранены члены второго порядка малости. Подобные задачи уже

относятся к проблемам нелинейной акустики. Обычно большинство задач нелинейной акустики рассматривается именно во втором приближении по порядку величины возмущений, что естественно связано с чрезвычайными трудностями, возникающими при решении нелинейных задач. Однако и в такой упрощенной постановке задач нелинейной акустики нет единого подхода. Характерно, что почти любая работа в этой области начинается с вывода «своего» приближенного уравнения [71].

Итак, в работах [64, 66-68] заложены основы физических представлений в области теории нелинейной акустики. Вместе с тем, представленные решения получены для случая однородной атмосферы и требуют своего развития для случая неоднородной атмосферы. Так в работах [20, 72,73] описан ряд частных случаев для реальной атмосферы, однако, одномерность полученных решений не позволяет их использовать для случаев ограниченных во времени и пространстве звуковых пучков, как это имеет место, например, при подземных ядерных взрывах или землетрясениях. В работе [74] методом геометрической акустики выполнен численный анализ распространения акустической волны конечной амплитуды от точечного изотропного источника, находящегося на земной поверхности в стандартной атмосфере без учета поглощающих свойства атмосферы и ветра. Полученная пространственная структура поля от поверхности Земли до высот 120 км приведена без какого-либо сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными. В [43] для энергии взрыва 450 кг ТНТ расчеты изменений амплитуды и длины 1М-образного акустического импульса до высоты 130 км проведены без учета изменений скорости звука с высотой и расходимости волнового фронта. В [75] были оценены параметры взрывной волны на основе законов затухания ударных волн, которые справедливы на большом удалении от места взрыва. Начальная форма профиля возмущения в этой работе была аппроксимирована импульсом Гласстоуна [57], однако, как показали исследования [76], использование данной формы начального профиля возмущения явилось одной из причин плохого совпадения расчетных результатов с экспериментом. В работе [75] описана пространственная структура поля для высот 100-400 км, однако влияние поглощающих свойств атмосферы на акустический импульс было учтено лишь в первом приближении, а именно: рассматривалось распространение ]Ы-образного импульса до высот ионосферы без учета поглощения, а затем проводилось сглаживание его фронтов с помощью функции гиперболического тангенса. В данной работе также не представлены результаты сопоставления расчетов с экспериментом. В [44] найдено уравнение в рамках приближения линейной геометрической акустики, а затем проведено его обобщение на случай распространения акустических импульсов вдоль лучевого пути в движущейся, неоднородной и поглощающей среде с учетом нелинейных процессов. Эта работа является наиболее завершенной из всех описанных выше, однако недостатком решения полученного уравнения является то, что метод геометрической

акустики справедлив только в случае, когда размеры акустического импульса гораздо меньше характерного масштаба неоднородности. Для атмосферы этот масштаб равен высоте однородной атмосфере и составляет величину около 10 км. Учитывая, что вертикальные размеры акустического импульса на высотах более 100 км могут быть сравнимы, и быть больше этой величины, решения геометрической акустики в этом случае становятся не применимыми. В [77] для описания особенностей поведения пучков интенсивных пилообразных волн в плавно неоднородной нелинейной среде в качестве исходного уравнения использовалось уравнение типа Хохлова -Заболотской, полученное для описания слабо дифрагирующих нелинейных пучков в плавно-неоднородной среде. Затем авторами был сделан переход к приближению нелинейной геометрической акустики и в пределе коротких волн получена система двух уравнений, одно из которых описывает эволюцию произвольного исходного профиля волны и является обобщенным уравнением Бюргерса с тремя дополнительными членами, а другое уравнение описывает искривление лучей. Полученная система уравнений анализировалась для круглых в поперечном сечении пучков. Следует отметить, что в данной работе также не проводилось сопоставление расчетов с экспериментом. Несмотря на упрощения, проведенные в работе [77], дальнейшее решение системы этих уравнений в общем случае остается сложной задачей. Возникает необходимость дальнейших упрощений или применения процедуры численного приближения с решением проблемы устойчивости. На сложность решений для неоднородных сред и немногочисленность полученных конкретных результатов указывается и в обзорной работе по нелинейным пилообразным волнам [78].

Очевидно, что справедливость используемых решений и моделей может быть оценена только с помощью эксперимента. К сожалению, в большинстве опубликованных работ сопоставление с экспериментом не проводилось или представлялись лишь качественные оценки для ограниченного диапазона высот атмосферы. В частности, сопоставление теоретических и экспериментальных данных проводились зачастую раздельно в двух высотных областях. Первая область - вблизи поверхности Земли, где возможны измерения непосредственно характеристик акустического поля с помощью датчиков, установленных, например, на парашютах. Вторая область - область ионосферы, где с помощью доплеровского радиозондирования можно наблюдать реакцию ионосферы на акустическое воздействие. Оба типа экспериментов не являются массовыми и тем более редки случаи их одновременного проведения. В этом плане калибровочный эксперимент Mill Race [11,15] является уникальным. 16 сентября 1981 г. был проведен точечный наземный химический взрыв мощностью 500 т ТНТ, во время которого велись как акустические измерения на четырех парашютах (высоты около 10 км), так и доплеровское радиозондирование ионосферы на нескольких высотах. Впервые количественные сопоставления отклика ионосферы на акустический импульс с результатами модельных расчетов

приведены в работе [45] на основе теории [71]. Сопоставления для взрыва Mill Race проведены одновременно для высот 151, 221 и 262 км. Для высоты 151 км разница по длительности возмущения составила величину 30%, для двойного размаха амплитуды 11%; для высоты 221 км - 38% и 34%, соответственно, для высоты 262 км - 36% и 5% соответственно. Необходимо отметить, что при расчетах использовались характеристики стандартной атмосферы (1976 U.S. Standart Atmosphere), в то время как эксперимент Mill Race проводился в период высокой солнечной активности, т.е. параметры реальной атмосферы существенно отличались от средних и при учете реальных параметров атмосферы ошибка расчетов могла быть гораздо большей. Более того, в рассматриваемой работе в качестве начального использовался импульс Рида [79], использование которого, как показано в [76], также вносит серьезную ошибку. Кроме того, как указывалось выше, теория, заложенная в основу модели, была развита в приближении геометрической акустики. Проверить расчеты, представленные в [45], с учетом указанных замечаний является нетривиальной задачей, так как конечный результат в [44] представлен в виде дифференциального уравнения в частных производных. Для его решения, также как и для решения обобщенного уравнения Бюргерса [77], необходимы дальнейшие упрощения или использование аппроксимационных методов вычислительной математики с решением проблем устойчивости.

Приведенный обзор современного уровня разработки теории распространения акустических волн в атмосфере показывает, что эта теория требует не только своего развития, но и проверки ее работоспособности с помощью экспериментальных данных. Только сопоставление теории с экспериментом позволяет оценить достоверность теоретических результатов и возможность использования теории для дальнейших исследований.

Целью работы является развитие теории и создание адекватных моделей распространения акустических волн от источников различного типа (наземные химические и подземные ядерные взрывы, полеты ракетоносителей со сверхзвуковой скоростью) . через реальную (неоднородную) атмосферу и их воздействие на ионосферу.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- вывести уравнение и найти его решение для описания эволюции формы и времени распространения акустического импульса от источника для случая неоднородной атмосферы с учетом поглощения, нелинейных эффектов, геометрического расширения волнового фронта, реальных профилей атмосферы и ветра;

- разработать соответствующие теоретические и численные модели для описания распространения акустических волн от точечного, протяженного и цилиндрического источников и их воздействия на ионосферу;

- провести оценку адекватности моделей на основе сопоставления расчетов с экспериментом;

- выявить и исследовать пространственно-временные закономерности акустических и ионосферных возмущений, вызванных различными источниками;

- разработать методику определения мощности наземного химического и подземного ядерного взрывов для проверки возможности использования созданных моделей в прикладных целях.

Объектом исследования является перенос акустической энергии в реальной атмосфере и ионосфере от источников различного типа.

Предметом исследования является распространение акустических волн от точечного, протяженного и цилиндрического источников в неоднородной атмосфере и их воздействие на ионосферную плазму.

Методами исследования являются теоретическое и численное моделирование, сопоставление с экспериментом.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выведено новое дифференциальное уравнение и получено его решение, позволяющие адекватно эксперименту описывать распространение акустических волн через неоднородную атмосферу с учетом поглощения, геометрического расширения волнового фронта и нелинейной трансформации формы акустического импульса.

2. На основе нового уравнения созданы адекватные эксперименту модели распространения акустических волн в атмосфере и их воздействия на ионосферу для источников различного типа (наземный химический и подземный ядерный взрывы, движение ракетоносителя со сверхзвуковой скоростью).

3. Впервые создана адекватная эксперименту модель распространения акустических волн в атмосфере от подземного ядерного взрыва и их воздействие на ионосферу.

4. На основе модельных расчетов найдены пространственно-временные закономерности акустических и ионосферных возмущений, генерируемых источниками различного типа.

5. Предложена новая начальная форма акустического импульса, позволяющая по сравнению с другими формами точнее описывать экспериментальный материал.

6. Разработана методика определения мощности наземного химического и подземного ядерного взрывов и на конкретных примерах показана возможность ее использования в прикладных целях.

Достоверность результатов подтверждается тем, что новое уравнение, описывающее распространение акустических волн через неоднородную атмосферу с учетом поглощения, геометрического расширения волнового фронта и нелинейной трансформации формы акустического импульса, и разработанные модели протестированы на большом экспериментальном материале, в результате чего показано хорошее согласие между модельными расчетами и экспериментом. Кроме того, полученное уравнение в пренебрежении неоднородностью по вертикали переходит в известное уравнение типа Бюргерса.

Практическая ценность заключается в том, что впервые созданы методики определения мощности наземного химического и подземного ядерного взрывов по записям доплеровского сдвига частоты зондирующей ионосферу радиоволны. С помощью этих методик оценена мощность взрыва, произошедшего на химическом комбинате в Англии, что способствовало выявлению действительной причины взрыва. Полученные теоретические результаты могут быть использованы также для выделения и идентификации «сигналов» инфразвука от различных источников как с помощью записей доплеровского зондирования ионосферы, так и с помощью наземных инфразвуковых данных. В частности, разработанная адекватная эксперименту модель подземного ядерного взрыва, как источника инфразвука, является одной из немногих возможностей для отработки методов обнаружения и идентификации взрывов Мировой сетью инфразвуковых станций в условиях моратория на проведение ядерных испытаний.

Теоретическая значимость работы. Выведено новое дифференциальное уравнение и получено его решение в аналитическом виде, позволяющие описать эволюцию акустического импульса произвольной формы при его распространении в реальной неоднородной атмосфере с учетом поглощения, нелинейных эффектов и геометрического расширения волнового фронта. В отличие от теорий, развитых в приближении геометрической акустики, найденные решения позволяют рассчитывать параметры акустического импульса, когда его пространственные размеры соизмеримы или больше вертикальных масштабов изменения фоновых параметров атмосферы. Развиты модели распространения акустических волн в реальной атмосфере от точечного, протяженного и цилиндрического источников. Получено новое выражение для описания временной формы начального акустического импульса на границе перехода ударной волны в акустическую, которое, по сравнению с другими часто используемыми выражениями, удовлетворяет закону сохранения количества движения и благодаря этому позволяет лучше описывать эксперимент. Найден ряд закономерностей поведения пространственно-временных характеристик акустических и ионосферных возмущений для точечного, протяженного и цилиндрического источников.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Уравнение и его решение, описывающие распространение акустических волн в неоднородной атмосфере с учетом поглощения, нелинейных эффектов и геометрической расходимости волнового фронта, справедливые при произвольном соотношении между размерами акустического возмущения и высотой однородной атмосферы.

2. Модель распространения акустических волн в неоднородной атмосфере от точечного источника адекватно эксперименту описывающая эволюцию акустических волн в атмосфере, и их воздействие на ионосферу и доплеровский сдвиг частоты зондирующего ионосферу радиосигнала. Найденные закономерности пространственно-временных характеристик акустических и ионосферных возмущений, вызванных точечным источником.

3. Модель генерации и распространения акустических волн в неоднородной атмосфере от протяженного источника, адекватно эксперименту описывающая эволюцию акустических волн в атмосфере, и их воздействие на ионосферу и доплеровский сдвиг частоты зондирующего ионосферу радиосигнала. Найденные закономерности пространственно-временных характеристик акустических и ионосферных возмущений, вызванных протяженным источником.

4. Модель распространения ударных и акустических волн в атмосфере от цилиндрического источника, расположенного на высотах ионосферы, и их воздействие на ионосферу. Найденные закономерности форм акустических и ионосферных возмущений, вызванных полетом ракетоносителя со сверхзвуковой скоростью.

5. Методики определения мощности наземного химического и подземного ядерного взрывов, созданные на основе разработанных моделей распространения акустических волн в атмосфере и их воздействия на ионосферу и доплеровский сдвиг частоты зондирующей ионосферу радиоволны.

Диссертационная работа состоит из пяти разделов.

В первом разделе изложена теория распространения акустических волн в неоднородной атмосфере. Получено новое уравнение и его решение, описывающие эволюцию формы импульса и время распространения акустического импульса для случая неоднородной атмосферы с учетом поглощения, нелинейных эффектов, сферического расширения волнового фронта. Описана численная модель распространения -акустических волн от наземного химического взрыва (точечный источник) в атмосфере и их воздействия на ионосферу, созданная на основе развитой теории. Представлено сопоставление модельных расчетов с экспериментом и

показано, что модель адекватна эксперименту. Приводятся разработанная методика определения мощности наземного химического взрыва, проверка данной методики на калибровочном наземном химическом взрыве и результаты ее использования в прикладных целях.

Во втором разделе приведены результаты расчета пространственно-временных характеристик акустических и ионосферных возмущений, вызванных наземными химическими взрывами различной мощности. Описан ряд новых закономерностей, выявленных в результате исследования этих характеристик, позволивший получить полную картину пространственно-временных форм акустических и ионосферных возмущений от точечного источника акустической энергии.

В третьем разделе представлена модель распространения акустических волн от подземного ядерного взрыва (протяженный источник) в атмосфере и их воздействия на ионосферу и доплеровский сдвиг частоты. Дана экспериментальная проверка формул, описывающих движение земной поверхности во время подземных ядерных взрывов и модель движения земной поверхности во время ПЯВ.

В четвертом разделе изложены результаты сопоставления модельных расчетов и экспериментальных данных, полученных при доплеровском зондировании ионосферы, для подземных ядерных взрывов и показано, что модель адекватна эксперименту. Представлена методика определения мощности подземного ядерного взрыва по результатам доплеровского радиозондирования ионосферы.

В пятом разделе описаны модели воздействия ударных и акустических волн от ракетоносителя (цилиндрический источник) на атмосферу и ионосферу. Представлены результаты модельных расчетов форм акустических и ионосферных возмущений, обусловленных движением ракетоносителя со сверхзвуковой скоростью, и приведены количественные оценки величины этих возмущений.

Апробация работы

Основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались на следующих международных конференциях и семинарах: Семинар Ливерморской лаборатории им. Лоренца, США (1999, 1997); Fall Meeting AGU, San-Francisco, USA (1999,1997); Второй Международной конференции по проблемам нераспространения ядерного оружия, Курчатов, Казахстан (1998); 16th National Radio Science Conference, Cairo - Egypt (1999); Infrasound Workshop, Passau, Germany (2000); IAGA-2000 Workshop Lower atmospheric effects on the Ionosphere and Upper Atmosphere, Prague (2000); 26th General Assembly of EGS, France (2001);

Международной конференции:" XXI век- навстречу миру, свободному от ядерного оружия", Алматы, Казахстан (2001); International Conference: "Monitoring of Nuclear Tests and Their Consequences", Borovoe, Kazakhstan (2002, 2000); 24th Seismic Research Review, Ponte Vedra Beach, USA (2002); 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards, September, (2003), Ireland, семинар Института физики атмосферы, Москва, (2003), семинар Физикотехнического Института при Томском Государственном Университете, (2003).

Результаты работы, представленные автором, прошли также экспертизу при приемке НИР по следующим грантам, в которых автор являлся либо ответственным исполнителем, либо руководителем: Грант Министерства Науки и Академии Наук PK «Характеристики ударных волн от наземных источников в окружающем космическом пространстве» (1998-1999, руководитель); РЦНТП «Развитие атомной энергетики в Казахстане на 1999 -2003 годы» по хоздоговору с Национальным Ядерным Центром (Задание 05.02.03.Т «Разработка дистанционного ионосферного способа контроля за проведением ядерных испытаний» (1999-2003, ответственный исполнитель); NATO Science Programme Linkage Grant No SST.CLG 975300: "Working out of a Remote Ionospheric Method for Service of Detecting Underground Nuclear Explosions", (1999-2001, ответственный исполнитель); NATO Science Programme Linkage Grant No SA.SST.978353: "Detection of Explosion and Estimation of Yield of Explosion by Remote Ionospheric Method" (2001- 2003, ответственный исполнитель); Программа фундаментальных исследований Института ионосферы Министерства Образования и Науки Республики Казахстан «Динамические процессы и волновые возмещения в атмосфере Земли, их взаимодействие и влияние на ионосферу и условия распространения радиоволн» (1998-2002, ответственный исполнитель, руководитель раздела).

Личный вклад

Автором создана физическая и численная модели движения земной поверхности во время подземного ядерного взрыва и проведена ее проверка на экспериментальном материале; создана численная модель генерации акустического импульса, вызванного движением земной поверхности во время подземного ядерного взрыва, проведены модельные расчеты и их интерпретация; создана физическая и численная модель распространения акустической волны от цилиндрического источника и ее воздействия на ионосферу, проведены модельные расчеты и выявлен ряд новых физических закономерностей; создана модель распространения ударной волны в атмосфере, генерируемой ракетоносителем, и ее воздействия на ионосферу; проведены модельные расчеты акустических и ионосферных возмущений, вызванных наземным точечным химическим взрывом, и на их основе выявлен ряд новых физических закономерностей.

Автор принимал непосредственное участие (в соавторстве с д.ф.-м.н. Красновым В.М.) в выводе нового уравнения и получении его решения, описывающих распространение акустических волн в реальной атмосфере; в создании адекватной эксперименту модели распространения акустических волн от точечного источника в атмосфере и их воздействия на ионосферу; в создании адекватной эксперименту модели распространения акустических волн от подземного ядерного взрыва в атмосфере и их воздействия на ионосферу, а также в разработке методики определения мощности наземного химического и подземного ядерного взрывов по результатам доплеровского радиозондирования ионосферы.

Список литературы, опубликованной автором:

1. Drobzheva Ya., Krasnov V. The acoustic field in the atmosphere and ionosphere caused by a point explosion on the ground // J. Atmos. and Solar-Terr. Phys., 2003, Vol. 65, Issue 3, P. 369-377.

2. Krasnov V.M., Ya.,V. Drobzheva, J.E.S. Venart, Lastovica J. A re- analysis of the atmospheric and ionospheric effects of the Flixborogh explosion // J. Atmos. and Solar-Terr. Phys., 2003, Vol. 65, Issue 11-13, P. 1205-1212.

3. Дробжева Я.В., Краснов B.M., Суйменбаев Б.Т. Проблема прогнозирования места выпадения распыленных компонентов ракетного топлива при аварийной ситуации// Вестник КНУ им.Аль-Фараби, Алматы, 2003, №3,С.110-114.

4. Krasnov V., Drobzheva Ya., Venart J., Lastovica J. // The Flixborogh explosion - re- analysis. Proceeding 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards, September, 2003, Ireland, P. 1-6.

5. Krasnov V., Drobzheva Ya. Optimum filtration of acoustic pulses caused by underground nuclear and above ground chemical explosions// Proceedings of 24th Seismic Research Review, USA, 2002, P.793-798.

6. Дробжева Я.В. Акустические возмущения, генерируемые наземным химическим взрывом // Изв. HAH РК, 2003, №

7. Дробжева Я.В. Пространственно-временные характеристики возмущений электронной концентрации, вызванные наземным химическим взрывом// Изв. HAH РК, 2003, №4, С.84-88.

8. Дробжева Я.В. Акустические волны, генерируемые протяженным источником // Доклады НАН РК, 2003, №3, С. 18-23.

9. Дробжева Я.В. Методика оценки мощности наземного химического взрыва// Вестник МОН РК, 2003, №4, С. 38-41.

10. Дробжев ВИ., Дробжева Я.В., Краснов В.М. Воздействие ударной волны ракетоносителя «Протон» на ионосферу // Космические исследования в Казахстане, Алматы, 2002, С. 351-354.

11. Krasnov V., Drobzheva Ya., Venart J., Lastovica J. Flixborough Explosion Yield Evaluation with Ionospheric Method. Abstracts of International Conference

on the monitoring of nuclear nests and their consequences, Kazakhstan, 2002, P.55-56.

12. Drobzheva Ya., Krasnov V., Sokolova O. Noise from Supersonic Aircraft for Infrasonic Method. Abstracts of International Conference on the monitoring of nuclear nests and their consequences, Kazakhstan, 2002, P.56.

13. Дробжева Я.В., Краснов B.M., Соколова О.И. Особенности инфразвуковых и ионосферных возмущений при полете сверхзвуковых летательных аппаратов// Вестник НЯЦ РК,2002, Вып. 2,С.69-77.

14. Drobzheva Ya., Krasnov V. The spatial structure of the acoustic wave field generated in the atmosphere by a point explosion // Acoustical Physics, 2001, Vol. 47, № 5, P. 556-564.

15. Krasnov V., Drobzheva Ya. Influence of infrasonic waves on the ionosphere// Physics and Chemistry of the Earth, 2001, Part C, Vol. 26, № 6, P. 433-437.

16. Drobzheva Ya., Krasnov V. Acoustic and ionospheric disturbances from point acoustic source// Physics and Chemistry of the Earth, 2001, Part C, Vol. 26. № 6, P. 439-443.

17. Дробжева Я.В., Краснов B.M., Соколова О.И. Горизонтальные размеры ионосферных возмущений от подземных ядерных взрывов// Вестник НЯЦ РК,2001, Вып. 2,С.117-121.

18. Pancheva D., Drobzeva Ja., Lastovicka Ja. and Clark R. Variability in the maximum height of the ionosphere F-region. Abstract IAGA-IASPEI Joint Scientific Assembly,Vietnam, 2001.

19. Pancheva D., Mitchell N., Clark R., Drobjeva J., Lastovicka J. Variability in the maximum height of the ionospheric F2-layer over Millstone Hill (September 1998-March 2000); influence from below and above// Annales Geophysicae, 2002,Vol.20, № 11, P. 1807- 1819.

20. Краснов B.M., Дробжева Я.В. Оптимальная область радиозондирования ионосферы для обнаружения подземных ядерных взрывов: Тез. докл. Междунар. конф." XXI век- навстречу миру, свободному от ядерного оружия". - Алматы, 2001. - С.68.

21. Дробжева Я.В., Краснов В.М. Временные и пространственные масштабы ионосферных возмущений от взрывов. Тезисы, докл. Междунар. конф." XXI век- навстречу миру, свободному от ядерного оружия", Алматы, 2001 ,С.61.

22. Drobzheva Ya., Krasnov V. Acoustic and ionospheric disturbances from point acoustic source. Abstract. 26th General Assembly of EGS, France, 2001, Vol.3, P.1112.

23. Krasnov V., Drobzheva Ya. Field of point source in the atmosphere and ionosphere. Presentations of the Infrasound Workshop, Germany, 2000, P. 10, http://b3snl3.hannover.bgr.de/workshop/presentations.html.

24. Drobzheva Ya., Krasnov V. Results of measurements of infrasound and model calculations of the trajectories of the infrasound propagation at the distance about 740 km from two explosions. Presentations of the Infrasound Workshop, Germany, 2000, P. 10, http://b3snl3.hannover.bgr.de/workshop/presentations.html.

25. Краснов В.М., Дробжева Я.В. Контроль наземных химических и подземных ядерных взрывов радиозондированием ионосферы над местом взрыва// Вестник НЯЦ РК, 2000, Вып.2,С.86-94.

26. Krasnov V., Drobzheva Ya. Model of infrasonic wave influence on the ionosphere. Abstract. IAGA-2000 Workshop, Prague, 2000, P.8.

27. Drobzheva Ya., Krasnov V. Acoustic field of point source in the atmosphere and ionosphere// Abstract. IAGA-2000 Workshop, Prague, 2000, P.3.

28. Krasnov V., Drobzheva Ya. Model for calculation of infrasonic wave propagation characteristics in the atmosphere. Abstracts of International conference on the monitoring of nuclear tests and their consequences., Kazakhstan, 2000, P.30-31.

29. Drobzheva Ya., Krasnov V. Initial signature of an acoustic impulse and the model of its vertical-oblique propagation in the atmosphere (on the basis of the results of the Mill Race explosion)// Acoustical Physics (Россия), 1999, Vol.45, № 2, P.190-195.

30. Drobzheva Ya., Krasnov V., The model of acoustic disturbances in atmnosphere and ionosphere for mill race explosion// J.Physics and Chemistry of the Earth, 1999, Part B, Vol.24, Issue 8, P. 963-967.

31. Drobzheva Ya. The optimum conditions of radio sounding of ionosphere for detecting and monitoring of explosions// Proceedings of the 16th National Radio Science Conference, Cairo, 1999, P. 280-288.

32. Krasnov V., Drobzheva Ya. Acoustic field of point explosion in the atmosphere and ionosphere. Abstract Fall Meeting AGU, USA, 1999, P.F770.

1. Дробжева Я.В. Оптимальные условия радиозондирования ионосферы для обнаружения и контроля взрывов. Тезисы докл. Второй Междунар. конф. по проблемам нераспространения ядерного оружия, Казахстан, 1998, С. 44.

34. Краснов В.М., Дробжева Я.В. Начальная форма акустического импульса при взрыве Mill Race// Известия МН-АН РК, 1997 № 4, С. 24-30.

35. Дробжева Я.В., Краснов В.М. Итоги проекта "Масса" через 15 лет// Взрывное дело, 1997, № 3, С.34-39.

36. Drobzheva Ya., Krasnov V. Initial signature and vertical - oblique acoustic pulse propagation model in atmosphere. Abstract AGU, 1997, Vol.78, № 46,P. F130.

Автор глубоко признателен за творческое сотрудничество и консультации д.ф.-м.н. Краснову В.М.

Автор благодарит за моральную поддержку и терпение маму Людмилу Ильиничну и дочь Анастасию.

1 Теория распространения акустических волн в неоднородной атмосфере

Развитие теории нелинейной акустики с учетом вязкости и теплопроводности в бывшем СССР, в основном, связывают с работами школы академика Р.В. Хохлова [66-68]. Суть развитого им асимптотического метода решения уравнений заключается в предположении медленности изменения формы профиля в сопровождающей системе координат на расстояниях порядка длины волны. Этот метод вскоре был применен к проблемам нелинейной акустики. Систему гидродинамических уравнений, учитывающих вязкость и теплопроводность среды с учетом членов второго порядка малости, впервые удалось свести к уравнению Бюргерса [70]

д\ в дч Ь д2\ дх Со дх 2соР0 дх1 '

где V-скорость гидродинамических частиц (скорость, с которой колеблются

гидродинамические частицы);

х - координата;

с0-скорость звука;

р0- фоновая плотность;

г), С, - сдвиговая и объемная вязкость;

Х - коэффициент теплопроводности;

ср, су - теплоемкость при постоянном давлении и объеме; У = ср/су;

Г . .л

8 = (у + 1)/2, Ь = С + + Х

1 1

X

т = г--•.

с0

Авторами [70] впервые описано распространение плоских волн конечной амплитуды в нелинейной диссипативной среде и детально исследованы различные эффекты в однородной атмосфере. Предлагаемый подход свободен от ограничений на величину акустического числа Рейнольдса. При этом при упрощении исходной системы гидродинамических уравнений, сохраняются как нелинейные, так и диссипативные члены, соотношение между которыми в рамках получающегося одного укороченного уравнения может быть произвольным. Относительное влияние на процесс искажения волны охарактеризовано акустическим числом Рейнольдса, которое не

у„с1

отличается от общепринятого гидродинамического числа И. = , где ур -

v

скорость потока, с1 - характерный размер, у= т]/р0 - кинематическая вязкость. Однако, в качестве скорости взята амплитуда скорости смещения гидродинамических частиц, в качестве характерного размера- длина волны и, помимо сдвиговой вязкости, учитываются теплопроводность и объемная вязкость - вводится диссипативный коэффициент. При значениях акустического числа Рейнольдса много меньше единицы «вязкие» члены преобладают над нелинейными: большая диссипация приводит к поглощению волны раньше, чем успевают накопиться нелинейные эффекты. Напротив, при значениях акустического числа Рейнольдса много больше единицы преобладают нелинейные эффекты, и распространение волн по своему характеру близко к распространению волн в идеальной среде. Обычно большинство задач нелинейной акустики рассматривается именно во втором приближении по порядку величины возмущений, что естественно связано с чрезвычайными трудностями, возникающими при решении нелинейных задач. Однако и в такой упрощенной постановке задач нелинейной акустики в решениях нет единого подхода. Характерно, что почти каждая работа в этой области начинается с вывода «своего» приближенного уравнения [71].

Автором в соавторстве с В.М. Красновым было получено новое дифференциальное уравнение и его решение, описывающие эволюцию формы акустического импульса и время его распространения в неоднородной атмосфере с учетом поглощения, нелинейной трансформации формы акустического импульса и геометрической расходимости волнового фронта.

1.1 Вывод нового уравнения и его решение, описывающие эволюцию формы и время распространения акустического импульса в неоднородной атмосфере

В качестве исходных нами были приняты следующие уравнения гидродинамики [65]: уравнение непрерывности

^+сНуру = 0 (1)

дг ;

уравнение движения вязкой жидкости в приближении Навье - Стокса "Эу

+ ( у У)у

а ^ '

( гЛ

= ^гаёР + г)Ду + С+ ^гаёсНуу (2)

V 3/

и уравнение переноса тепла

pTg + vVsl = div(XVT) + Л fe + 2 + C(div (3)

\dt J 2\dxk dxj 3 dx}J

В этих уравнениях: Р- давление; Т - температура; б - энтропия;

х - пространственная координата; v - скорость гидродинамических частиц; р- плотность атмосферы; С, и т|- объемная и сдвиговая вязкости; X - коэффициент теплопроводности; 51к- единичный тензор; время.

Определим Р0, Ро, So как окружающие давление, плотность и энтропию единицы массы атмосферы, Р', р', s'- соответствующие величины акустического возмущения. Полагаем, также, что Р = Р0 + Р' р = р0+р' и

s = s0 + s' есть величины потока, и что Р'« Р0, р'«р0, s'«s0, a v«c.

В уравнении (3) первый член в правой части является линейным, а второй и третий квадратичными. Будем считать пространственные производные возмущений малыми величинами, такими, что вторым и третьим членами можно пренебречь по сравнению с первым. В результате линеаризованное уравнение переноса тепла для энтропии с учетом теплопроводности принимает вид

ids )

рТ —+ vVs Udiv(xVT) (4)

\dt J

Для дальнейшего преобразования (4) учтем, что энтропия претерпевает скачок третьего порядка малости по сравнению со скачком давления даже при переходе через ударный фронт волны [66]. Поэтому для определения выражений для энтропии и температуры воспользуемся приближением идеального газа, когда вязкость среды слабо влияет на распространение волны. Тогда энтропия и температура могут быть выражены через аналитическую функцию давления и плотности [65,80]

S = cv

. Р

In--н const

ру

(5)

тЛ

Г

Чср ~Су)

(6)

Подставляя (5) и (6) в (4) , получаем

ЭР

а

= уУР + РуУу = (у - 1)У(хУТ),

(7)

Будем считать все фоновые параметры атмосферы зависящими только от вертикальной координаты ъ. Такое предположение оправдано, поскольку характерный масштаб изменения фоновых параметров атмосферы по горизонтали составляет величины равные сотням километров, а масштаб изменения параметров акустической волны составляет десятки километров и меньше. Если положить, что давление есть функция плотности и энтропии такая, что Р = Р(р, э), то малые возмущения по сравнению с окружающими значениями могут быть разложены в ряд

Р' =

'ЭР^

\дРу

»4

Эр'

Р'2 +

8 .

Это дает возможность получить «уравнение состояния» для акустического возмущения в виде

Р=ср +—--Р -X

2Ро

'1 Р

с с

V у РУ

сИуу,

(8)

где с =

чФуз

(У - 1)С Ро

, X

Г1 1Л

с с

3 V V ^Р /

СИУУ :

Продифференцируем по I уравнение непрерывности (1), а на (2) подействуем оператором V. Затем из второго вычтем первое и скомбинируем результирующее уравнение с (6), (7) и (8). Пренебрегая членами малого порядка в итоге можно получить уравнение, описывающее распространение акустических волн в атмосфере [81]

1 Э2Р'

2

с (71

Л

з V

УЛу +

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Дробжева, Яна Викторовна

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Выведено новое дифференциальное уравнение и получено его решение в аналитическом виде, позволяющие описать эволюцию акустического импульса произвольной формы при его распространении в реальной неоднородной атмосфере, с учетом поглощения, нелинейных эффектов, геометрического расширения волнового фронта и др. В случае пренебрежения неоднородностью по вертикали, полученное решение переходит в известное для однородной атмосферы решение уравнения типа Бюргерса.

2. Получено новое выражение для описания временной формы начального акустического импульса от взрыва. Найденное выражение в отличие от обычно используемых выражений: Гласстоуна и Рида, -удовлетворяет закону сохранения количества движения и лучше соответствует эксперименту.

3. Разработана численная модель распространения акустических волн от точечного источника (размеры источника гораздо меньше длины излучаемой волны). Модель описывает комплекс последовательных физических процессов: распространение акустического импульса от Земли до высот ионосферы, его воздействие на ионосферную плазму и влияние, возникающих в результате этого ионосферных возмущений, на доплеровский сдвиг частоты зондирующего радиосигнала.

4. Доказана адекватность разработанной модели эксперименту на примере расчетов форм акустических импульсов и возмущений доплеровского сдвига частоты для калибровочного наземного химического взрыва Mill Race. Коэффициент корреляции между экспериментальными и расчетными «портретами» (записи акустических возмущений и возмущений доплеровского сдвига частоты) одновременно для восьми точек пространства (высоты от 8.6 км до 263 км) составил величины 0.85-0.98.

5. Разработана методика определения мощности наземного химического взрыва. Среднее значение мощности Mill Race взрыва, определенное по данной методике, составило 531 т ТНТ со стандартной ошибкой ±34 т. Реальная мощность калибровочного взрыва равнялась 500 т ТНТ. Разброс расчетных значений мощности взрыва составил ±6.4%.

6. Определена мощность взрыва на химическом комбинате в Англии (1974г.) с помощью записей доплеровского сдвига частоты, полученных во время взрыва. Мощность взрыва нами оценена как 14±2 т циклогексана, это совпало с расчетами, проведенными канадскими учеными на основе анализа разрушений заводских конструкций: от 10 до 16 т циклогексана. Полученные оценки мощности позволили уверенно определить причину аварии: взрыв циклогексана произошел в результате технологической ошибки.

7. Хорошее согласие модельных расчетов и эксперимента позволило выявить пространственно-временные закономерности акустических и ионосферных возмущений для точечного акустического источника:

- впервые показано, что скорость движения гидродинамических частиц под воздействием акустической волны достигает максимальной величины в области высоты 100-130 км; расположение этого максимума не зависит от начального угла выхода акустической волны и мощности взрыва;

- определены размеры акустических возмущений на разных высотах, вызванные взрывами различной мощности. Так, например, для взрыва мощностью 1т ТНТ диаметр возмущения составляет 400-450 км, для взрывов мощностью 100 и 500 т ТНТ диаметр составляет 480-520 км. Полученные результаты позволили определить оптимальные высоты и горизонтальные расстояния от источника для регистрации акустических возмущений и для получения наилучшего отношения сигнала к шуму;

- определен вид временной формы возмущения доплеровского сдвига частоты в зависимости от горизонтального расстояния точки отражения радиоволны от взрыва в северном и южном направлениях. Найдено, что характерная форма возмущения сохраняется для всех расстояний, амплитуда возмущения уменьшается с увеличением горизонтального расстояния, а значение временного интервала между характерными точками возмущения (положительными пиками) мало зависит от горизонтального местоположения области отражения радиолуча от места взрыва. Диаметр возмущенной области ионосферы составляет величину около 200 км, что дает возможность зарегистрировать ионосферные возмущения от взрывов с помощью дистанционного доплеровского радиозондирования;

130 найден возможный набор временных форм акустических и соответствующих ионосферных возмущений. Показано, что одни и те же формы акустического возмущения могут вызывать различные формы ионосферных возмущений в зависимости от угла между направлением геомагнитного поля и траекторией акустического луча на высоте формирования ионосферного возмущения;

- впервые показана возможность образования однополярных отрицательных ионосферных возмущений, вызванных воздействием Ы-образных акустических импульсов на ионосферу;

- получено, что пространственные формы акустического возмущения и соответствующие формы ионосферного возмущения для Е - области и Е-области ионосферы подобны. В отличие от Е-области, передний и задний фронты акустического и соответствующего ионосферного возмущения для Е-области - более гладкие из-за усиления процессов поглощения;

- найдены максимальные размеры ионосферных возмущений в зависимости от горизонтального расстояния и направления от места взрыва для различных мощностей и высот наблюдения. Показано, что ионосферные возмущения вытянуты с севера на юг, при этом максимум возмущения смещен в южном направлении от места взрыва. Горизонтальное расстояние от места взрыва, на котором располагается этот максимум, незначительно изменяется с высотой наблюдения и мощностью взрыва.

8. На основе нового уравнения и его решения разработана адекватная эксперименту физическая модель и соответствующий программный комплекс для расчета распространения акустических волн в атмосфере от протяженного источника (подземный ядерный взрыв) и их воздействие на ионосферу и доплеровский сдвиг частоты зондирующего радиосигнала.

9. Создана численная модель движения земной поверхности во время подземного ядерного взрыва и модель генерации акустического импульса.

10. Доказана адекватность разработанной модели эксперименту на примере расчетов форм возмущений доплеровского сдвига частоты для 9 подземных ядерных взрывов (общее количество использованных радиотрасс

- 13). Коэффициент корреляции между экспериментальными записями доплеровского сдвига частоты и расчетными «портретами» составил величины от 0.61 до 0.92. Таким образом, удалось впервые создать адекватную эксперименту модель воздействия подземного ядерного взрыва на ионосферу.

11. Найдено, что формы и величины отклика доплеровской частоты радиозондирующего сигнала для подземного ядерного взрыва для заданной высоты зондирования, практически, не зависят от длины используемой радиотрассы. Это говорит о том, что применение ионосферного метода контроля взрывов не имеет ограничения по дальности действия.

12. Разработана методика для оценки мощности подземного ядерного взрыва. Оценка мощности калибровочного Советско-Американского подземного ядерного взрыва, составила 113 кт ТНТ, в то время как официальная оценка мощности из литературных источников составляла: 20150 кт ТНТ; по данным Института Геофизических Исследований НЯЦ РК -108 кт ТНТ.

13. Впервые разработана методика расчета и определено соответствие по мощности излучения акустической энергии между точечным химическим и подземным ядерным взрывом. Ее использование позволяет по записям доплеровского сдвига частоты, полученным во время подземного ядерного взрыва, рассчитывать мощность эквивалентного химического взрыва, а затем, используя зависимость между мощностью эквивалентного химического взрыва и радиусом зоны откола при подземном ядерном взрыве, определить его мощность.

14. Получен важный для практики результат, а именно, акустическая энергия выхода при подземном ядерном взрыве слабо зависит от скорости распространения ударной волны в зоне разрушения, а, следовательно, и состава грунта, в котором был проведен взрыв.

15. На основе нового уравнения и его решения создана численная модель распространения акустической волны в атмосфере от цилиндрического источника и ее воздействие на ионосферу. Модель описывает распространение акустической волны вверх от движущейся со сверхзвуковой скоростью ракеты и ее воздействие на ионосферу. В результате модельных расчетов для высот местоположения ракеты выше 100 км найдено:

- для цилиндрического источника временная форма ионосферного возмущения повторяет временную форму акустического;

- амплитуда скорости движения гидродинамических частиц акустического импульса быстро затухает с расстоянием от источника и вызванное акустическим импульсом возмущение электронной концентрации составляет около ~ 1% от фонового значения уже на расстоянии 2 км от ракеты.

16. На основе известных теоретических и эмпирических зависимостей разработана численная модель распространения ударной волны от ракеты, движущейся со сверхзвуковой скоростью. Модель описывает распространение ударной волны вверх от ракеты, и ее воздействие на ионосферу. В результате модельных расчетов для высот местоположения ракеты выше 100 км впервые показано, что ударная волна может вызвать возмущение электронной концентрации, величина которого в 2.6 раза превышает фоновое и представляет собой «шнур» диаметром около 200-250 м вдоль траектории полета ракеты.

17. Полученное уравнение и его решение, в том числе позволило решить задачу пересечения нескольких импульсов при их распространении в неоднородной атмосфере. В частности, для случая двух последовательных взрывов разной мощности, проведены детальные расчеты картины распространения и эволюции двух импульсов: их раздельное распространение и эволюция каждого импульса, момент слияния и их дальнейшее распространение как единого импульса.

Важно отметить, что в условиях моратория на ядерные испытания разработанная модель генерации акустических импульсов при подземных ядерных и наземных химических взрывах, а также модель распространения акустических волн в атмосфере может послужить основой для проверки создаваемых автоматизированных методов обнаружения и идентификации сигналов с помощью международной сети инфразвуковых станций.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Дробжева, Яна Викторовна, 2003 год

Список использованных источников

1. Cummack С. and King G. Disturbances in the ionospheric F-region following the Johnston Island nuclear explosion // Natuer, 1959, Vol. 184, P.32-33.

2. Matsushita S. On artificial geomagnetic and ionospheric storms associated with high-altitude explosions // J. Geophys. Res., 1959, Vol.64, P.l 149-1161.

3. Dieminger W. and Kohl H. Effects of nuclear explosions on the ionosphere // Nature, 1962, Vol.193, P.963-964.

I. Bowman G. Some effects of nuclear explosion on the ionosphere // Austral. J.Phys., 1962, № 15, P. 405-419.

5. Obayashi T. Wide-spread, ionospheric disturbances due to nuclear explosions during October 1961 //Nature, 1962, Vol.196, P.24-27.

6. Beynon W. and Jones E. Ionospheric effects of nuclear explosions // Nature, 1962, Vol.196, № 4851, P.253-254.

7. Gardiner G. Effects of the nuclear explosion of October 30, 1961 // J. Atmosph. Terr. Phys., 1962, Vol. 24, P.990-993.

8. Намазов C.A., Новиков В.Д., Хмельницкий И.А. Доплеровское смещение частоты при ионосферном распространении радиоволн // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1975, № 4, С.473-500.

9. Baker D. and Davis К. Waves in ionosphere produced by nuclear explosions // J. Geophys. Res., 1968, Vol.73, № i, p.448-451.

10. Шаффер Д.Л., Краснов B.M. Дистанционный контроль ядерных взрывов при радиозондировании ионосферы над местом взрыва. Тезисы докл. II Междунар. конф. по нераспростр. ядерного оружия, Курчатов, 1998, С. 43.

II. Warshaw S., Dubois P. Ionospheric detection of explosion // Lawrence Livermore National Laboratory, Energy and Technology Review, 1983, May, Issue.

12. Blance E. Neutral temperature and electron density measurements in the low E region by vertical HF sounding in the presence of an acoustic wave// Geophysical Research Letters, 1982, Vol.9, № 4, P. 450-453.

13. Krasnov V.M., Remote monitoring of nuclear explosions during radio sounding of ionosphere over explosion site. Proceedings of the 16th National Radio Science Conference, Egypt, 1999.

1. Barry G.H. Griffiths L.J. and Taenzer J.C. HF radio measurements of high-altitude acoustic waves from a ground-level explosion // J. Geophys. Res., 1966, Vol. 71, № 17, P. 4173-4182.

15. Banister J. and Hereford W.V. Observed high-altitude pressure wave from an underground and surface explosion // J. Geophys. Res., 1991, Vol. 96, № D3, P. 5185-5193.

16. Альперович JI.C., Вугмейстер Б.О. Гохберг М.Б., Краснов B.M. и др. Об опыте моделирования магнитосферно-ионосферных эффектов при сейсмических явлениях // Доклады АН СССР, 1983, Т.269, № 3, С.573-578.

17. Дробжев В.И., Краснов В.М., Калиев М.З. и др. Реакция ионосферы на промышленный наземный взрыв. // Вестник АН Каз.ССР, 1982, № 8, С.64-67.

18. Дробжев В.И., Краснов В.М. Характеристики волновых возмущений ионосферы на средних широтах // Вестник АН Каз.ССР, 1980, № 6, С.26-33.

19. Daniels F., Bauer S. and Harris A. Vertically traveling shock waves in the ionosphere // J. Geophys. Res., 1960, Vol. 65, P. 1848-1850.

20. Нагорский П.М. О возмущениях электронной концентрации в ионосфере, вызываемых наземными взрывами // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С. 66-71.

21. Альперович JI.C., Гохберг М.Б., Дробжев В.И., и др. Проект МАССА-исследование магнитосферно-атмосферных связей при сейсмоакустических явлениях//Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С.5-8.

22. Альперович JI.C., Вугмейстер Б.О., Гохберг М.Б., Краснов В.М. и др. Ионосферные эффекты, скоррелированные с вариациями геомагнитного поля, наблюдавшиеся во время эксперимента МАССА // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, №11, С.83-87.

23. Кисилев В.Ф., Нагорский П.М., Таращук Ю.Е., Тимченко Н.И. Влияние промышленных взрывов на наклонное распространение KB радиоволн // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С.45-54.

24. Таран В.И., Подьячий Ю.И., Смирнов А.Н., Герштейн Л .Я. Возмущения ионосферы после наземного взрыва по наблюдениям методом некогерентного рассеяния // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, №11, С.75-79.

25. Альперович JI.C., Афраймович Э.Л., Вугмейстер Б.О., Краснов В.М. и др. Акустическая волна взрыва // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С.32-42.

26. Дробжев В.И., Калиев М.З., Краснов В.М. и др. Вариации амплитуды сигналов наклонного зондирования во время эксперимента МАССА // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С.61-65.

27. Алебастров В.А., Мальцев А.Т., Троицкий Б.В. Возмущения в ионосфере, вызываемые наземным взрывом // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли", 1985, № 11, С.55-60.

28. Алебастров В.А., Безрученко Л.И., Беленький М.И., Краснов В.М. Отклик ионосферы на возмущения, инициированные промышленным взрывом // Ионосферные исследования, 1986, № 39, С.61-68.

29. Pokhotelov O.A. Parrot V. Fedorov E.N. Response of the ionosphere to natural and man-made acoustic sources // Annales Geophysicae, 1995, Vol. 13, P. 11971210.

30. Абрамов B.A., Афраймович Э.Л., Варшавский И.И. и др. Наблюдения ионосферных эффектов наземного промышленного взрыва методами радиозондирования // Изв. АНСССР. Сер. "Физика Земли". 1985. № 11. С.99-103.

31. Альперович Л.С., Пономарев Е.А., Федорович Г.В. Моделируемые взрывом геофизические явления // Изв. АНСССР.Сер. "Физика Земли", 1985, №11, С.9-20.

32. Дробжев В.И., Краснов В.М., Куличков С.Н., Савельев B.JI. Распространение акустических волн в верхние слои атмосферы//Акустический журнал, 1988, Т.34, № 1, С. 191-192.

33. Pitteway M.L.F., Rickel D.G., Wright J.W. Modeling the ionospheric disturbances by an explosion on the ground // Ann. Geoph., 1985, Vol. 3, № 6, P. 695-704.

34. Jacobson A.R., Carlos R.C., Argo P.E., Rickel D.G. Radio wave diffraction during the passage of an acoustic shock through a sporadic E-layer // Radio Sci.,

1986, Vol. 21, P. 752-760.

1. Blance E. Vertical structure of ionization irregularities observed by HF vertical sounding in the lower E-region in the presence of an acoustic wave // Radio Sci.,

1987, Vol.22, № 3, P.425-432.

36. Афраймович Э.Л., Варшавский И.И., Калихман А.Д. и др. Ионосферные проявления наземных промышленных взрывов и их эффектов методами радиозондирования. Труды Всесоюзной конференции по взаимосвязи метеорологических явлений и процессов в околоземном космическом пространстве, Москва, 1987, С. 150-160.

37. Афраймович Э.Л., Беляев М.А., Лысак А.В., Удодов М.Ю. Экспериментальные исследования промышленных взрывов на наклонных трассах 33// Исследования по геомагнетизму и аэрономии Солнца, 1988, № 80, С.154-164.

38. Blanc Е. Interaction of an acoustic wave of artificial origin with the ionosphere as observed by vertically HF sounding at total reflections levels // Radio Sci., 1984, №. 9, P. 653-664.

39. Абрамов Б.А., Афраймович Э.Л., Варшавский И.И. и др. Наблюдение ионосферных эффектов наземного промышленного взрыва методами радиозондирования. Препринт No2-83. Сиб. ИЗ МИР АН, Иркутск, 1983, 13 с.

40. Куличков С.Н. Постоянство «акустического импульса» при дальнем распространении инфразвука в атмосфере// Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2002, Т.38, № 5, С.658-664.

41. Дробжев В.И., Железняков Е.В., Идрисов И.К., Краснов В.М. и др. Ионосферные проявления акустической волны над эпицентром промышленного взрыва // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1987, Т.30, № 12, С.1436-1441.

42. Таращук Ю.Е. Плазмо-акустическое ионосферное возмущение, обусловленное взрывами и землетрясениями. Тезисы докл. XVI всесоюз. конф., Харьков, 1990, 4.1, С.51.

43. Fitzgerald T.J. and Carlos R.C. Effects of 450-kg surface explosions on HF radio reflection from the E layer// Radio Science, 1997, Vol. 32, № 1, P. 169-180.

44. Warshaw S.I. On a finite amplitude txtension of geometric acousric in a moving, inhomogeneous atmosphere // Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-53055, USA, 1980, P. 20.

45. Warshaw S.I. Dubois P.F. Preliminary theoretical acoustic and RF sounding calculation for Mill Race // LLNL Report 550, USA, 1981, P. 20.

46. Краснов В., Дробжева Я. Отчет №0199РК00158. МОиН РК. Разработка дистанционного ионосферного способа контроля за проведением ядерных испытаний// Алматы, 2000, 112с.

47. Нагорский П.М. Анализ отклика КВ-радиосигнала на возмущения ионосферной плазмы, вызванные ударно-акустическими волнами// Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1999, Т. 13, С.36-44.

48. Нагорский П.М. Модификация F области ионосферы мощными импульсными источниками волн в нейтральном газе. Автореф. дис. докт. Томск, 1998,31с.

49. Jacobson A. R. and Carlos R. С. Observations of acoustic-gravity waves in the thermosphere following Space Shuttle ascents// J. Atmos. And Solar-Terr. Phys., 1994, Vol.56, № 4, P.525-528.

50. Hedlin M.A. Garces M. Bass H. Hayward C. Herrin G. Olson J. and Wilson C. Listening to the Secret Sounds of Earth's Atmosphere // EOS, 2002, 26 November.

51. Bedard A.J. and Georges T.M. Atmospheric Infrasound // Physics Today, 2000,March, P. 32-37.

52. Garces M. Hetzer C. Kent L. and Drob D. Source Location Algorithm Infrasonic Monitoring // Proceedings of 24th Seismic Research Review, USA, 2002, P. 755-765.

53. Whitaker R., ReVelle D. and Sandoval T. On Infrasound Detection and

• th

Location Strategies // Proceedings of 24 Seismic Research Review, USA, 2002, P. 830-835.

54. D'Spain G. Hedlin M. Orcutt J. Kuperman B. Groot-Hedlin C. Berger L. and Rovner G. Application of Physics-Based Underwater Acoustic Signal and Array-Processing Techniques to Infrasound Source Localization // Proceedings of 24th Seismic Research Review, USA, 2002, P. 735-744.

55. Kulichkov S.N., Bush G.A., Re Velle D.O., Whitaker R.W., Raspopov O.M. On so called „tropospheric" arrivals at the long distances from surface explosions//Presentations of the Infrasound Workshop, Germany, 2000, HYPERLINK http://b3snl3.hannover.bgr.de/workshop/presentations.html.

56. ReVelle D.O. Historical detection of Atmospheric Impacts by Large Bolides Using Acoustic-Gravity Waves, Near-Earth Objects // Annals of the New York Academy of Sciences, 1997, Vol. 822, P. 284-301.

57. Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере, Москва, 1978, 532 с.

58. Barry G.H. Griffiths L.J. and Taenzer J.С. HP radio measurements of high-altitude acoustic waves from a ground-level explosion // J. Geophys. Res., 1966, Vol. 71, № 17, P. 4173-4182.

59. Голицын Г.С., Чунчузов Е.П. Акустико-гравитационные волны в атмосфере // Полярные сияния и свечение ночного неба, 1975, № 23, С. 15-21.

60. Буш Г.А., Грачев А.И., Куличков С.Н. и др. Распространение инфразвуковых волн от экспериментального взрыва. Препринт ИФА АН СССР, Москва, 1982,35 с.

61. Коробейников В.П. Задачи теории точечного взрыва, Москва, 1986, 400 с.

62. Отчет ВНИИ оптико-физических измерений. О некоторых эффектах сильного взрыва (эксперимент МАССА)// Москва, 1982, 53 с.

63. Губкин К.Е. Нелинейная геометрическая акустика и ее приложение: Некоторые проблемы математики и механики, Новосибирск, 1961, С. 69-78.

64. Зарембо JI.K., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику, Москва, 1966, 519 с.

65. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика, Москва, 1986, 733с.

66.Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики, Москва, 1975, 287 с.

67. Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболотская Е.А. Нелинейная теория звуковых пучков, Москва, 1982, 174 с.

68. Васильева O.A., Карабутов A.A., Лапшин Е.А., Руденко О.В. Взаимодействие одномерных волн в средах без дисперсии, Москва, МГУ, 1983, 151 с.

69. Хохлов Р.В. Радиотехника и электроника, 1961, №6, С. 110-116.

70. Солуян С.И., Хохлов Р.В. Распространение акустических волн конечной амплитуды в диссипативной среде // Вестник МГУ. Сер. физика, астрономия, 1961, № 3, С. 52-61.

71. Кузнецов В.И. Уравнения нелинейной акустики // Акустический журнал, 1970, T. XVI, Вып. 4, С. 548-553.

72. Романова H.H. О вертикальном распространении коротких акустических волн в реальной атмосфере // Изв. АНСССР Сер. "Физика атмосферы и океана". 1970, Т. 6, № 2, С. 139-145.

73. Бронштэйн В.А. Распространение сферических и цилиндрических взрывных волн в неоднородной атмосфере с учетом противодавления // ПМТФ, 1972, № 3, С. 84-90.

74. Разин A.B. Фридман В.Е. Эффект "одномерности" при распространении нелинейной акустической волны от точечного источника в стандартной атмосфере // Акустический журнал, 1995, Т. 41, №2, С. 281-285.

75. Орлов В.В. Уралов A.M. Реакция ионосферы на слабый наземный взрыв // Изв. АН СССР. Сер. "Физика атмосферы и океана", 1984, Т. 20, № 6, С. 476484.

76. Drobzheva Ya., Krasnov V. Initial signature and vertical - oblique acoustic pulse propagation model in atmosphere. Abstract AGU, 1997, Vol.78, № 46, P. F130.

77. Руденко O.B. Сухорукова A.K. Нелинейные пилообразные волны в неоднородной среде // Акустический журнал, 1991, Т. 37, № 4, С. 753-759.

78. Руденко О.В. Нелинейные пилообразные волны // Успехи физических наук, 1995, Т. 165, № 9, С. 1011-1036.

79. Reed J.W. Atmospheric attenuation of explosion waves // J. Acoust. Soc. Amer., 1977," Vol.61, № 1, P. 39-47.

80. Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Статистическая физика, Москва, 1964.

81. Краснов В.М. Характеристики распространения слабых ударных волн в неоднородной атмосфере // Акустический журнал, 1993, Т. 39, С. 498-504.

82. Hedin A.E. Extension of the MSIS thermospheric model into the middle and lower atmosphere // J. Geophys. Res., 1991, A96, P. 1159-1172.

83. Hedin A.E. at all Empirical model for the upper, middle and lower atmosphere //J. Geophys. Res., 1996, Vol. 58, P. 1421-1447.

84. Bilitza D. International Reference Ionosphere. National Space Science Data Center, NSSDC/WDC-A-R&90-22, Green belt, Maryland, 1990.

1. Miles J.W. Decay of spherical blast waves // Phys. Fluids, 1967, Vol. 10, № 12, P. 2706-2708.

86. Drobzheva Ya.V. Krasnov V.M. Initial signature of an acoustic impulse and the model of its vertical-oblique propagation in the atmosphere (on the basis of results of Mill Race explosion) // Acoustical Physics, 1999, Vol. 45, № 2, P. 190195.

87. Forbes J.M. Garrett H.B. Theoretical studies of atmospheric tides // Rev. Geophys. Space Phys., 1979, № 17, P. 1951-1981.

88. Ивановский А. Репнев А. Швидковский E. Кинетическая теория верхней атмосферы, Ленинград, 1967.

89. Краснов В.М. Пеленицын Г.М. Рясков О.Е. Салихов Н.М. Модель отклика ионосферы на наземные промышленные взрывы // Вестник АН Каз.ССР, 1991, № 8, С. 44-49.

90. Drobzheva Ya. V. Krasnov V. М. The acoustic field in the atmosphere and ionosphere caused by a point explosion on the ground // J. Atmos. and Solar-Terr. Phys., 2003, Vol. 65, Issue 3, P. 369-377.

91. Krasnov V. M. Influence of ionospheric conductivity on parameters of a radio wave at a reflection point // Radio Science, 2002, Vol. 37, № 6, P. 11-1 to 11-5.

92. Davies K. Ionospheric radio waves, Blaisdell Publishing Company. A Divishion of Ginn and Company Waltham, Massachusetts - Toronto -London, 1969.

93. Fleming E.L. Chandra S. Burrage M.D. Skinner W.R. Hays P.B. Solheim B.H. Shepherd G.G. Climatological mean wind observations from the UARS high resolution Doppler imager and wind imaging interferometer; Cjmporison with current reference models // J. of Geophys. Research, 1996, Vol. 101, P. 10,45510,473.

94. Drobzheva Ya.V. Krasnov V.M. The spatial structure of the acoustic wave field generated in the atmosphere by a point explosion // Acoustical Physics, 2001, Vol. 47, № 5, P. 556-564.

95. Grover F.H. Infrasonic and seismic wave records from the Flixbourgh and St Bridget Explosions, AWRE, Aldermaston, AWRE Report No. 046/74, 1974.

96. Sadee C. Samuels D.E. and O'Brien T.P. The characteristics of the explosion at the Nypro (UK) Flixbourgh plant on 1st June 1974 //J. Occupational Accidents, 1976/1977, № 1, P. 203-235.

97. Venart J.E.S. Flixbourgh: a final resolution, Interflam'99, 8th International Fire Science and Engineering Conference, 1999, Vol. 1, P. 257-272.

98. Jones T.B. and Spracklen C.T. Ionospheric effects of the Flixbourgh explosion - // Nature, 1974, № 250, P. 719-721.

99. Fishburn В. Slagg N. and Lu P. Blast effect from a pancake shaped fuel dropair cloud detonation (theory and experiment) // J. Hazardous Materials, 1981, № 5, P. 65-75.

100. Краснов В., Дробжева Я. Отчет №0199РК00158. МОиН РК. Разработка дистанционного ионосферного способа контроля за проведением ядерных испытаний//Алматы, 1999, 76с.

101. Venart J. Е. S. and Tan D.M. Flixborough: twenty-five years after; the final resolution? / ICPVT-9, 9 th. Int. Conference on Pressure Vessel Technology. -Sydney, 2000, № 2, P. 525-539.

102. Krasnov V.M., Drobzheva Ya.V., Venart J., Lastovica J. Flixborough Explosion Yield Evaluation with Ionospheric Method. Abstracts of International Conference: "Monitoring of Nuclear Tests and Their Consequences", Kazakhstan, 2002, P.55-56.

103. Krasnov V., Drobzheva Ya. Optimum filtration of acoustic pulses caused by underground nuclear and above ground chemical explosions// Proceedings of 24th Seismic Research Review, USA, 2002, P.793-798.

1. Дробжева Я.В. Методика оценки мощности наземного химического взрыва // Вестник МОН РК, 2003, №4, С.38-41.

105. Pancheva D., Drobzeva Ja., Lastovicka Ja. and Clark R. Variability in the maximum height of the ionosphere F-region. Abstract IAGA-IASPEI Joint Scientific Assembly,Vietnam, 2001.

1. Pancheva D., Mitchell N., Clark R., Drobjeva J., Lastovicka J. Variability in the maximum height of the ionospheric F2-layer over Millstone Hill (September 1998-March 2000); influence from below and above// Annales Geophysicae, 2002,Vol.20, № 11, P. 1807 - 1819.

107. Drobzheva Ya., Krasnov V. Results of measurements of infrasound and model calculations of the trajectories of the infrasound propagation at the distance about 740 km from two explosions. Presentations of the Infrasound Workshop, Germany, 2000, P. 10, http://b3snl3.hannover.bgr.de/workshop/presentations.html.

108. Krasnov V., Drobzheva Ya. Model of infrasonic wave influence on the ionosphere. Abstract. IAGA-2000 Workshop, Prague, 2000, P.8.

109. Krasnov V., Drobzheva Ya. Model for calculation, of infrasonic wave propagation characteristics in the atmosphere. Abstracts of International conference on the monitoring of nuclear tests and their consequences, Kazakhstan, 2000, P.30-31.

1. Краснов B.M., Дробжева Я.В. Контроль наземных химических и подземных ядерных взрывов радиозондированием ионосферы над местом взрываЛ Вестник НЯЦ РК, 2000, Вып.2, С.86-94.

111. Дробжева Я.В. Оптимальные условия радиозондирования ионосферы для обнаружения и контроля взрывов. Тезисы, докл. Второй Междунар. конф. по проблемам нераспространения ядерного оружия, Казахстан, 1998, С. 44.

112. Краснов В.М., Дробжева Я.В. Начальная форма акустического импульса при взрыве Mill Race// Известия МН-АН РК, 1997 № 4, С. 24-30.

113. Дробжева Я.В., Краснов В.М. Итоги проекта "Масса" через 15 лет// Взрывное дело, 1997, № 3, С.34-39.

114. Drobzheva Ya. V., Krasnov V.M., The model of acoustic disturbances in atmnosphere and ionosphere for mill race explosion// J.Physics and Chemistry of the Earth, Part B, 1999, Vol.24, Issue 8, P. 963-967.

115. Krasnov V.M., Drobzheva Ya.V. Influence of infrasonic waves on the ionosphere// Physics and Chemistry of the Earth, Part C, 2001, Vol. 26, № 6, P. 433-437.

116. Drobzheva Ya.V., Krasnov V.M. Acoustic and Ionospheric Disturbances from point Acoustic Source// Physics and Chemistry of the Earth. Part C, 2001, Vol. 26, № 6, P. 439-443.

117. Krasnov V.M., Drobzheva Ya.V. Field of point source in the atmosphere and ionosphere. Presentations of the Infrasound Workshop, Germany, 2000, P. 10, http://b3 sn 13 .hannover.bgr.de/workshop/presentations.html.

118. The optimum conditions of radio sounding of ionosphere for detecting and monitoring of explosions: Proceedings of the 16th National Radio Science Conference, Egypt, 1999, P. 280-288.

119. Drobzheva Ya., Krasnov V. Acoustic field of point source in the atmosphere and ionosphere//Abstract. IAGA-2000 Workshop, Prague, 2000, P.3.

1. Дробжева Я.В. Акустические возмущения, генерируемые наземным химическим взрывом // Изв. HAH РК, сер. физ.-мат., 2003, №4, С.63-67.

121. Дробжева Я.В. Пространственно-временные характеристики возмущений электронной концентрации, вызванные наземным химическим взрывом// Изв. HAH РК, сер. физ.-мат., 2003, № 4, С.84-88.

122. Дробжева Я.В., Краснов В.М. Временные и пространственные масштабы ионосферных возмущений от взрывов. Тезисы, докл. Междунар. конф." XXI век- навстречу миру, свободному от ядерного оружия", Алматы, 2001,С.61.

123. Krasnov V.M., Ya.,V. Drobzheva, J.E.S. Venart, Lastovica J. A re- analysis of the atmospheric and ionospheric effects of the Flixborogh explosion // J. Atmos. and Solar-Terr. Phys., 2003, Vol. 65, Issue 11-13, P.1205-1212.

124. Krasnov V., Drobzheva Ya., Venart J., Lastovica J.The Flixborogh explosion - re- analysis. Proceeding 4th International Seminar on Fire and Explosion Hazards, September, 2003, Ireland, P. 1-6.

125. Pokhotelov O.A. Pilipenko V.A. Fedorov E.N. Stenflo L. and Shukla P.K. Induced electromagnetic turbulencee in the ionosphere and the magnetosphere // Phys. Scr., 1994, №50, P. 600-605.

126. Stump B.W. Constraints on explosive sources with spall from near source waveforms // Bull. Seismol. Soc. Amer., 1985, Vol. 75, № 2, P. 361-337.

127. Бригадин И.В. Лойко B.H. Рудницкий И.А. Сорокина Е.В. Параметры движения дневной поверхности грунта в зоне откольных явлений. Материалы Межведомственной научной конференции, Москва, 1990, С. 3046.

128. Пономарев Е.А. Ерущенков А.И. Уралов A.M. Руденко Г.В. Отчет «Тошма-КН-И» // Сибирский Институт Земного Магнетизма, Ионосферы и Распространения Радиоволн, 1989.

129. Синяев А .Я. Горабачева JI.H. Кальц А. Л. и др. «Тошма-КН-С» Институт Сейсмологии Академии Наук Каз.ССР, 1990.

130. Бендат Дж. Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных, Москва, 1989, 501 с.

131. Дробжева Я.В., Краснов В.М., Соколова О.И. Горизонтальные размеры ионосферных возмущений от подземных ядерных взрывов// Вестник НЯЦ РК, 2001, Вып. 2, С.117-121.

132. Дробжева Я.В. Акустические волны, генерируемые протяженным источником // Доклады HAH РК, 2003, №3, С. 18-23.

133. Краснов В.М., Дробжева Я.В. Оптимальная область радиозондирования ионосферы для обнаружения подземных ядерных взрывов. Тезисы, докл. Междунар. конф." XXI век- навстречу миру, свободному от ядерного оружия", Алматы, 2001, С.68.

134. Салихов Н.М. Отклик ионосферы на акустические источники возмущений естественного и искусственного происхождения. Автореф. дис. канд., Томск, 1985, 17с.

135. Карлов В.Д., Козлов С.И., Ткачев Г.Н. Крупномасштабные возмущения в ионосфере, возникающие при полете ракеты с работающим двигателем//Космические исследования, 1980, Т. 18, С.266-277.

136. Mendillo М. The effects of rocket launches of the ionosphere// Adv. Space Res., 1981, Vol.1, P. 275-290.

137. Mendillo M. Modification of the ionosphere by large space vehicles// Adv. Space Res., 1982, Vol.2, P.150-159.

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

139. Calaise Е., Minster J.В. GPS detection of ionospheric perturbations following a Space Shuttle ascent// Geophys. Res. Lett., 1996, Vol.23, P. 1897-1900.

140. Noble S.T. A large-amplitude traveling ionospheric disturbance exited by the Space Shuttle during launch// J. Atmos. and Solar-Terr. Phys, 1997, Vol.59, P. 829-834.

1. Плотников A.B. Детектирование с помощью GPS - решеток ударно-акустических волн, генерируемых при запусках ракет, землетрясениях и взрывах. Автореф. дис. канд., Иркутск, 2001.

142. Цикулин М.А. Ударные волны при движении в атмосфере крупных метеоритных тел, Москва, 1969, 47с.

143. R.M. Gallet. Proc.IRE, 1955, Vol. 43, P. 1240-1252.

144. Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землей. Сб. науч. тр./Перев. с англ., Москва, Воениздат, 1974.

145. Бриш А.А., Тарасов М.С., Цукерман В.А. Электропроводность диэлектриков в сильных ударных волнах// ЖЭТФ, 1959, Т.37, Вып. 6, С.22-25.

146. Дробжева Я.В., Краснов В.М., Соколова О.И. Особенности инфразвуковых и ионосферных возмущений при полете сверхзвуковых летательных аппаратов// Вестник НЯЦ РК, 2002, Вып.2, С.69-76.

147. Дробжев В.И., Дробжева Я.В., Краснов В.М. Воздействие ударной волны ракетоносителя «Протон» на ионосферу//Космические исследования в Казахстане. Алматы, 2002, С. 351-354.

148. Drobzheva Ya., Krasnov V., Sokolova О. Noise from supersonic aircraft for infrasonic method. Abstracts of International Conference on the monitoring of nuclear nests and their consequences, Kazakhstan, 2002, P.56.