научная статья по теме КОРРЕКТИРОВКА ДАННЫХ МИРОВОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ НЕЙТРОННЫХ МОНИТОРОВ Геофизика

Текст научной статьи на тему «КОРРЕКТИРОВКА ДАННЫХ МИРОВОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ НЕЙТРОННЫХ МОНИТОРОВ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 3, с. 327-331

КОРРЕКТИРОВКА ДАННЫХ МИРОВОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ НЕЙТРОННЫХ

Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск e-mail: dvornikov@is7f.irk.ru; sdobnov@iszf.irk.ru Поступила в редакцию 04.06.2007 г. После доработки 13.09.2007 г.

Предложен метод корректировки данных отдельных нейтронных мониторов мировой сети станций космических лучей, характеризуемых наличием аппаратурного дрейфа и спорадическими аппаратурными вариациями. Корректировка осуществляется с использованием метода спектрографической глобальной съемки. Предлагаемый метод позволяет производить корректировку непосредственно в процессе обработки данных мировой сети станций и может быть применен как при изучении долговременных вариаций интенсивности космических лучей, так и при работе в режиме реального времени.

Наземный мониторинг временных вариаций интенсивности космических лучей (КД) нейтронными мониторами на мировой сети станций проводится с середины прошлого века по настоящее время. За этот период накоплен уникальный материал, позволяющий исследовать как долговременные вариации интенсивности КЛ, так и многочисленные спорадические явления. В последние годы, с появлением Интернета, возможности использования данных наземных наблюдений на мировой сети станций существенно расширились. Сеть Интернет позволяет, наряду с данными локальных детекторов, оперативно собирать и обрабатывать данные станций КЛ, распределенных по всему земному шару. В настоящий момент в режиме реального времени функционируют около 20 нейтронных мониторов. Можно надеяться, что в дальнейшем при увеличении количества станций, работающих в данном режиме, появится возможность оперативного мониторинга вариаций жесткостного спектра и анизотропии релятивистских КЛ, а также изменений планетарной системы жесткостей геомагнитного обрезания за каждый час наблюдений. Таким образом, можно будет использовать наземные наблюдения КЛ не только в научных исследованиях, но и для решения практических задач по мониторингу и прогнозу космической погоды, что предъявляет определенные требования к качеству данных этих наблюдений.

Мировая сеть станций КЛ оснащена стандартными нейтронными мониторами. Но из-за того, что данные установки не калиброваны, находятся на различных уровнях в атмосфере Земли и в раз-

личных помещениях с разной толщиной перекрытий, в различных климатических условиях и т.д., обычно используются не абсолютные интенсивности КЛ, зарегистрированные на станциях, а данные их относительных изменений. Как правило, для анализа используются вариации интенсивности КЛ, рассчитанные относительно некоторого выбранного (базового) уровня. Однако это не устраняет всех причин, по которым данные не могут быть использованы в полном объеме, из-за наличия аппаратурных вариаций (дрейфов), обусловленных изменением свойств датчиков и нестабильностью работы элементов электронного тракта. Кроме того, имеется еще ряд дестабилизирующих факторов, являющихся источником ложных вариаций интенсивности КЛ. К таким факторам, например, можно отнести использование постоянного барометрического коэффициента при корректировке данных на барометрический эффект, хотя он зависит от вариаций энергетического спектра первичных КЛ [Дорман, 1972; Дворников и Сдобнов, 1999], наличия снега на крышах зданий станций и т.д.

Вопросы качества данных станций КЛ обсуждались в работах [Белов и др., 1988; Белов и др., 1993; Белов и др., 2007]. В частности, в работе [Белов и др., 2007] оценивается долговременная стабильность работы нейтронных мониторов мировой сети станций КЛ с использованием двух независимых методов — модельного метода (на базе варианта метода глобальной съемки, адаптированного для изучения долговременных вариаций) и метода отношений. Приводятся их достоинства и недостатки, обсуждаются трудности корректировки данных, связанные с аппаратурными дрейфами.

В предлагаемой работе излагается метод корректировки данных наземных наблюдений КЛ на мировой сети станций с использованием метода спектрографической глобальной схемки (СГС) [Dvornikov et al., 1983; Dvornikov and Sdobnov, 1997]. Метод позволяет производить корректировку данных непосредственно в процессе их обработки и может быть применен как при изучении долговременных вариаций интенсивности КЛ, так и при работе в режиме реального времени.

2. МЕТОДИКА И ДАННЫЕ

Эффективность модельного подхода при решении задач корректировки данных в значительной степени определяется адекватностью модели, используемой при его разработке. При разработке метода СГС использовались различные предположения о виде функции распределения КЛ в межпланетном пространстве с целью выбора выражения, наилучшим образом удовлетворяющего наблюдаемым распределениям интенсивности вторичных КЛ по земному шару даже в периоды экстремальных событий. В качестве еще одного критерия адекватности модели использовался сравнительный анализ информации об электромагнитных условиях в межпланетном и околоземном пространствах, получаемой по эффектам в КЛ (в рамках данной модели), с фактически наблюдаемыми условиями.

В результате проведенных исследований в основу метода СГС заложено предположение о том, что вариации интенсивности КЛ за пределами магнитосферы описываются следующим образом:

где Рп(и), Pn(v) — полиномы Лежандра.

ентацию вектора Vn±; из условия ортогональности векторов V и B х Vn±, угол £,0 определяется выражением

£,0 = arctg[-(cosy0cosФ0 + siny0sinФ0)cosX0]. (4)

Жесткостные спектры изотропной составляющей и анизотропии аппроксимировались рядами по обратным степеням жесткости частиц. При этих предположениях распределение величин вариаций интенсивности вторичных КЛ по земному шару описывается следующей системой нелинейных алгебраических уравнений:

R ^ k = 1 n = 1 k = 1

И = cos © = sin X sin X0 + cos X cos X0cos (y - y0),

где © — угол между вектором скорости частицы V и вектором межпланетного магнитного поля B (ММП) (питч-угол); углы y0 и X0 характеризуют ориентацию вектора ММП в геоцентрической эклиптической системе координат, а углы y и X определяют направление движения частицы за пределами магнитосферы.

v = cosФ = sinXsin£,о + cosXcos£,0cos(y - Ф0),

где Ф — угол между V и B х Vn±; Vn± — перпендикулярная вектору ММП составляющая градиента плотности КЛ, а углы £,0 и Ф0 характеризуют ори-

Здесь —с (Н1) — величины вариаций интегрально-

го потока вторичных частиц типа I (относительно

некоторого фонового уровня I-), наблюдаемых в географическом пункте с на уровне Н1 в атмосфере Земли; Яс — эффективная жесткость геомагнитного обрезания; (Я, к) — функция связи между первичными и вторичными вариациями КЛ. В уравнениях (2)—(4) вместо переменных у, X должны быть использованы асимптотические углы прихода частиц в данный пункт ус(Я), Хс(Я). Зависимость АЯс от пороговой жесткости аппроксими-

руется выражением АЯс(Яс) = (Ь1Яс + Ь2 Яс) е с. Задача сводится к отысканию неизвестных параметров а01, ай2, ат, Ьъ ¿2, сп, си, ¿21, с22, йи, Уо, Х0, £,0, Ф0, при которых выражение (5) наилучшим образом описывает распределение вариаций интенсивности вторичных КЛ по земному шару в любой анализируемый момент времени.

На первом этапе решения системы (5) каждому уравнению присваивается вес, равный единице. После решения системы уравнений (5) для текущего часа рассчитывается среднеквадратичное отклонение а по всей выборке данных. Затем анализируются невязки для каждой станции в рассматриваемый момент времени, и если модуль невязки какой-либо станции превышает 2а, этой станции присваивается вес, равный нулю (т.е. данные этой станции выбрасываются из расчетов), и система уравнений решается заново. Эта процедура повторяется до тех пор, пока не оста-

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎