Разработан и всесторонне протестирован комплекс программ для подстройки магнитосферной модели по данным измерений 5 и более магнитосферных спутников, для обеспечения оптимального проектирования между магнитосферой и ионосферой и совместного использования данных измерений разных спутников и наземных систем при исследовании магнитосферных процессов.
Усовершенствован метод параксиальной аппроксимации в анизотропной среде на основе комбинации данных отраженных волн на небольших удалениях и данных рефрагированных волн на больших удалениях.
Разработан метод восстановления параметров сейсмической среды по комплексу кинематических параметров отраженных и рефрагированных волн. Выполнено восстановление сейсмических параметров по данным, полученным на профиле, проходящим над одним из газовых месторождений Западной Сибири. Проведено сравнение результатов восстановления со скоростной моделью, построенной в производственной организации с учетом различного рода априорных данных.
Проанализированы мультифрактальные свойства сейсмического шума на станции Палеохора (о.Крит) и их вариации в период подготовки крупного землетрясения и после него. Предложена математическая модель сейсмического шума, базирующаяся на модели случайного мультипликативного каскада.
Создана база климатических, атмосферных, солнечных, геомагнитных данных и данных по вулканической активности за период с начала регулярных климатических наблюдений. Установлено, что в 30-х годах 20-го века изменился сценарий динамического поведения климатической системы Земли. Установлены новые закономерности взаимодействия галактических космических лучей и солнечных космических лучей с аэрозольной компонентой атмосферы Земли.
Проведено исследование асимметрии пятнообразования между северным и южным полушариями Солнца в рамках теории синхронизации. Выделена фазовая составляющая асимметрии, определены масштабы, на которых синхронизация является существенной, определены характеристические масштабы фазовых рассогласований, оценена их значимость, проведено сравнение полученных результатов с другими мерами асимметрии
Предложен сценарий развития пятнообразования в 4-м цикле, согласно которому затянувшаяся ветвь спада может являться следствием высокой фазовой асимметрии в начале цикла.
Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики:
Измерения газового состава атмосферы в дневное время и в течение сумерек проводятся с помощью автоматического спектрального комплекса. Погрешности спектроскопических наземных измерений ОС метана и угарного газа для среднедневных значений составляют 1-3% и 1-4%. Созданные и построенные базы данных термодинамического, газового и аэрозольного состояния атмосферы скомпилированы на основе анализа большого объема современных результатов прямых и дистанционных измерений атмосферных параметров. Базы спектроскопических характеристик атмосферных газов основаны на экспериментальных лабораторных измерениях и сопоставлениях с результатами натурных спектроскопических измерений. Использованы современные данные по характеристикам атмосферной неоднородности показателя преломления атмосферы и параметры реальных спутниковых приборов. Новые данные о состоянии атмосферы получены на основе комплексного использования спутниковых и различных наземных измерений. Анализ полученных измерений осуществлялся с помощью привлечения современных численных моделей атмосферы. Метод многоступенчатой параксиальной аппроксимации и модифицированный изображающий принцип являются развитием подходов к решению прямых задач в параксиальном приближении и методов построения изображения среды с использованием миграционных преобразований. Метод, использующий для восстановления параметров Томсена сейсмической среды кинематические характеристики продольных отраженных и рефрагированных волн является развитием подходов определения параметров анизотропной сейсмической среды по поверхностным сейсмическим наблюдениям.
Результаты исследований, созданные алгоритмы и программное обеспечение переданы для внедрения в ряд научных учреждений (Центр Келдыша, ГГО, ИФА РАН, НИЦ «Планета», Гос. НИЦ ИПР). Усовершенствованный автоматический спектральный комплекс введен в эксплуатацию и используется для регулярного мониторинга газового состава атмосферы, а также для валидации спутниковых измерений озона и двуокиси азота в рамках международных программ, выполняемых СПбГУ с различными организациями Европейского Космического Агентства (ЕКА). Данные измерений ОС метана и угарного газа поставляются в международный банк данных по характеристикам газового состава атмосферы (Норвежский институт атмосферы (NILU)). Метод подстройки магнитосферных моделей принят в качестве рабочего инструмента международного проекта THEMIS и будет интенсивно использоваться для получения динамической магнитной конфигурации при планировании и научных исследованиях в проекте THEMIS начиная с февраля 2008 г. Разработана практика по Солнечной физике на базе Кисловодской горной станции ГАО для студентов кафедры физики Земли Физического факультета СПбГУ.
Рекомендации по внедрению:
Рекомендуется передать результаты исследований атмосферы Земли в рамках проекта «Геокосмос» в различные учреждения РАН и Гидрометеослужбы (Росгидромет, Минобороны, МЧС, экологические службы, службы территориального управления) для пополнения баз климатологической информации о газовом составе атмосферы, повышения точности дистанционного зондирования параметров атмосферы. Данные мониторинга содержания озона, двуокиси азота, парниковых газов рекомендуется использовать для проверки моделей тропосферной химии, совершенствованию численных моделей атмосферы, анализа загрязнений в северо-западном регионе России.
Метод звездной оккультации может быть использован для значительного увеличения числа измерений газового состава атмосферы со спутников.
Полученные новые данные по физическим характеристикам атмосферы (температура, содержание парниковых газов) могут быть использованы в Российском отчете по динамике изменения климата земли и трендах парниковых газов.
Область применения:
Космический мониторинг содержания озона, парниковых газов и характеристик атмосферного аэрозоля. Формулировка ТЗ на новую спутниковую аппаратуру. Анализ пространственно-временных вариаций параметров неравновесного состояния средней атмосферы и содержания парниковых газов. Математическое моделирование и программное обеспечение интерпретации спутниковых измерений. Исследования и прогнозирование изменений климата Земли. Прогноз землетрясений.
Результаты могут быть использованы при построении моделей климата, численного прогноза погоды и общей циркуляции атмосферы, в фундаментальных исследованиях региональных и глобальных изменений климата Земли, для валидации спутниковых измерений климатически активных атмосферных газов, совершенствования современных численных моделей атмосферы, анализа трансграничного переноса атмосферных газов. Предполагается расширить использование разработанных методик и ПМО по мере развития и совершенствования российской сети мониторинга параметров атмосферы.
Принципы, заложенные в основу полученной модели тепловой структуры термосфер земной группы, могут быть распространены на термосферы планет-гигантов, включая внесолнечные планеты. Разработанная модель позволяет получить представление о температурной структуре термосферы Земли как в прошлом, когда содержание CO2 в атмосфере отличалось от современного, так и в будущем ввиду его антропогенного роста.
Результаты исследования переноса излучения в молекулярных полосах могут найти применение в области разработки дистанционных методов зондирования параметров оптических свойств аэрозолей.
Разработанный алгоритм восстановления параметров пересоединения по спутниковым данным и методы контроля состояния магнитосферы и процессов магнитного пересоединения в магнитосферном токовом слое найдут применение в физике космической плазмы, задачах прогноза космической погоды, состояния околоземного космического пространства.
Результаты восстановления параметров Томсена сейсмической среды по кинематическим данным отраженных и рефрагированных волн могут быть использованы в сейсморазведке при построении модели среды по данным сейсмического эксперимента.
Результаты исследования асимметрии солнечной активности могут использоваться для моделирования асимметрии в преддверии других гранд-минимумов солнечной активности, построения динамо-моделей и прогноза солнечной активности. Данный подход возможно использовать для анализа других сложных систем и процессов в них, таких как, например, магнитосферные и климатические процессы, если имеет место слабое взаимодействие двух автоколебательных систем.
Экономическая эффективность или значимость работы:
Значимость результатов, полученных в ходе работы над проектом, очень высока и обусловлена в первую очередь необходимостью создания адекватных моделей прогноза погоды и современных изменений климата, осуществления на их основе прогнозов изменения климата в России, оценки эффективности принимаемых международных усилий по ограничению антропогенного влияния на газовый и аэрозольный состав атмосферы (Монреальский протокол, Киотское соглашение), анализа газовых загрязнений в северо-западном регионе России, подготовки материалов для очередного Национального сообщения Российской Федерации (Межведомственная комиссия РФ по проблемам изменения климата). Разработанное программное обеспечение может использоваться в новой космической аппаратуре для глобального мониторинга параметров атмосферы на российских метеоспутниках «Метеор-3М».