Кореляційний анализ характеристик нічного поширення ННЧ – ДНЧ атмосфериків

Анотація

Твік-атмосферики (твіки), поряд з радіопросвічуванням хвилями ДНЧ-радіостанцій, використовуються для вивчення нижньої іоносфери. Електромагнітне імпульсне випромінювання, що збуджується грозовими розрядами, має максимальну спектральну гущину в діапазоні наднизьких частот (ННЧ, 300...3000 Гц) та дуже низьких частот (ДНЧ, 3...30 кГц). Порожнина Земля – іоносфера служить хвилеводом для електромагнітних хвиль у діапазонах таких частот. На спектрограмі твіка початкова частина є лінійно поляризованим широкосмуговим сигналом, потім спостерігається ряд окремих гармонік, а їх миттєві частоти зменшуються, асимптотично наближаючись приблизно до кратних частот відсікання хвилеводу. Однопозиційний метод локації блискавок та оцінки висот відбиття ННЧ-хвиль у нижній іоносфері за сигналами твиків було введено в обчислювальний алгоритм. На ансамблі записів твік-атмосфериків виділено кластери з приблизно однаковими азимутами та відстанями до джерел, отримані в ту ж ніч. Дані були накопичені на Українській Антарктичній Станції «Академік Вернадський» у 2019 році. Розміщення прийомного комплексу в межах полярного регіону дає можливість реєструвати джерела твіків з двох планетарних грозових центрів з географічними азимутами в місці прийому від –60° до 130°. Результати обробки цих даних були використані шляхом вивчення кореляційної матриці та часткових коефіцієнтів кореляції для виявлення причинно-наслідкових зв'язків між трьома основними параметрами твіка, якими були середній азимут твіка відносно магнітного меридіана, середня дистанція до центру кластера джерел твіка (блискавок) та середня кількість гармонік твіка. Такий кореляційний аналіз було проведено також для двох груп з дистанціями до джерел 2,2...7,5 Мм і 7,6...9,5 Мм, на які для поглибленого вивчення було розділено вибірку. Продемонстровано, що частковий коефіцієнт кореляції між кількістю гармонік твіків та відмінністю магнітних азимутів від напрямку на магнітний схід дорівнює 0,624 для повного діапазону дистанцій, 0,696 для твіків з віддаленими джерелами та 0,595 у широкому діапазоні середних відстаней 2,2...7,5 Мм, що у всіх віпадках відповідає рівню значущості 0,1%, тобто дуже значущому. Показано, що кореляція дистанції до джерела твіка та його спектра в діапазоні 2...7,5 Мм за величиною приблизно порівнює або перевершує кореляцію магнітного азимуту твіка та його спектра. Усунення маскуючого ефекту від впливу дистанції шляхом знаходження часткових коефіцієнтів кореляції дозволило виявити, як спектри твіків залежать від магнітного азимуту, якщо твік поширюється в області поза геомагнітним екватором. Таким чином, у спектрах твік-атмосфериків виявлено ефект невзаємності поширення ННЧ – ДНЧ хвиль щодо магнітного меридіана у напрямах схід – захід та захід – схід, що призводить до збільшення ймовірності виявлення твиків з вищими гармоніками, якщо напрями їхнього приходу близькі до геомагнітного сходу. Показано також, що цей ефект невзаємності внаслідок підвищеного згасання ННЧ – ДНЧ випромінювання при поширенні із заходу та ослабленого згасання при поширенні зі сходу призводить до дуже значущої кореляції (з ймовірністю більш ніж 99,9%) між величиною магнітних азимутів твиків та довжин їхнього шляху до приймальної станції.