Методы математической обработки первичных спутниковых данных, используемые для одновременного анализа электромагнитных неоднородностей в различных геосферах Земли

Для дистанционного зондирования электромагнитных неоднородностей, прослеживаемых одновременно в нескольких физических оболочках Земли (ионосфера, атмосфера, литосфера) используются все ортогональные компоненты векторного электромагнитного поля (ЭМП) (Х-северная, Y-восточная, Z-вертикальная, H-горизонтальная, B-модуль вектора индукции полного ЭМ поля), измеренного на низкоорбитальных (на средней высоте h = 400 км) искусственных спутниках Земли «MAGSAT», «CHAMP». Комплекс нескольких последовательно используемых методов математической обработки спутниковых электромагнитных данных (СИНТ-СГА, МИМЭТ, МЕОС, МПВДМ, МВАЭП, МРОЗЭП) достаточно хорошо себя зарекомендовал при одновременном анализе влияния различных электромагнитных процессов, происходящих в одной из геосфер или в нескольких геосферах сразу. Для одновременного дистанционного зондирования электромагнитных неоднородностей в различных геосферах, таких как ионосфера, атмосфера, литосфера, автором последовательно использовались различные математические методы. Рассмотрим подробнее каждую из этих программ математической обработки спутниковых данных.
1)Сферический гармонический анализ (СИНТ-СГА) электромагнитного поля, измеренного на спутнике. Для математической обработки спутниковых измерений, на самом первом этапе из измеренного поля вдоль каждого витка ИСЗ были исключены значения главного электромагнитного поля Земли, которые были рассчитаны с помощью сферического гармонического разложения ЭМ поля до тринадцати гармоник по степени и порядку (n = m = 13), по модели MGST-4/81.
2)Метод исключения магнитосферного электромагнитного тренда (МИМЭТ) из спутниковых измерений компонент электромагнитного поля. Чтобы исключить магнитосферную часть из измеренного на спутнике электромагнитного поля было использовано аналитическое выражение, описывающее эту магнитосферную составляющую вдоль каждого витка спутника [1].
dX = - [E10 + (R/r)**3 * I10] * sin Q,
dZ= - [E10 - 2*(R/r)**3 * I10] * cos Q,
где E10 и I10 – определяют соответственно внешнюю и внутреннюю части электромагнитного потенциала и находятся методом наименьших квадратов; Q - коширота значений электромагнитного поля вдоль витка ИСЗ; R - радиус Земли; r - расстояние от центра Земли до точки измерения ЭМ поля на ИСЗ.
3)Метод естественных ортогональных составляющих (МЕОС) [1], используется как метод отбраковки витков ИСЗ, с некондиционными данными (при нарушении ортогональности измеряемых составляющих ЭМ поля), возникающими при внезапном развитии, фиксируемых в ионосфере кратковременных (около 60-120 минут) суббуревых процессов, которые не могут оперативно предсказываться существующими системами прогноза, особенно в пределах 2/3 территории Земли, в ионосфере, над ее поверхностью (т.е. над океаническими регионами).
Значения наблюденного электромагнитного поля записывают следующим образом
Нij = Sk=1 Тki - Хkj + eij (1)
где j – является номером строки матрицы цифровых данных, i – является номером колонки матрицы цифровых данных, Т – является временной функцией, а Х – является базовой функцией для которой выполняются условия ортогональности:
Sum j =1 Xkj - Xij = {1, если k=1 или 0, если k не равно 1 (2)
из (2) следует, что
Sum Тkj - Тij = {l1 , если k=1 или 0, если k не равно 1 (3)
Предполагая, что среднеквадратическая ошибка аппроксимации Н функции должна быть минимальной:
Sum i Sum j [H - Sum k (Т kj - X kj)]**2 = min (4)
получаем: Тkj = [Sj (H ij - X kj) ] / [ Sum j (X kj**2 )] (5)
4)Метод пространственно-временной дифференциальной магнитометрии (МПВДМ) [2], позволяющий выделить глобальные электромагнитные границы разных температурных зон верхней атмосферы, где летает космический аппарат (зона электромагнитного экватора – от +10 до +15; субтропические электромагнитные зоны – +15 до +45 и от +10 до -20; среднеширотные электромагнитные зоны - от -20 до -50 и от +45 до +75; авроральные электромагнитные зоны – от +75 и от -50), фиксируемых в ионосфере Земли, вызывающих широтно-зональную систему ветров в верхней атмосфере. Результаты применения метода пространственно-временной дифференциальной магнитометрии (МПВДМ) [2], показывают выделение этих глобальных электромагнитных границ разных температурных зон верхней атмосферы (ионосферы).
5). Метод вейвлет - анализа электромагнитного поля (МВАЭП). Приведем пример использования математического метода обратного вейвлет-преобразования (модификация МХАТ) для разложения ЭМ поля на части, обусловленные разными пространственными составляющими поля: магнитосферная составляющая, литосферная составляющая, ионосферная составляющая [3].
6)Метод решения обратной задачи электромагнитного потенциала (МРОЗЭП) [4]. Приведем некоторые примеры использования компьютерных программ, основанных на методах решения обратной задачи электромагнитного потенциала. Рассмотрим некоторые полученные примеры электромагнитных неоднородностей, которые возникают в результате дегазации пород литосферы сначала в нижних слоях атмосферы при проведении искусственного мощного взрыва или в процессе развития глубокофокусного землетрясения в литосфере.

Выводы.
1.Предложена система методов последовательной математической обработки спутниковых данных, для выделения электромагнитных неоднородностей прослеживаемых одновременно сразу в нескольких геосферах (ионосфере, атмосфере, литосфере).
2.Показано, что метод обратного вейвлет-преобразования электромагнитного поля позволяет разделить его на составляющие, обусловленные источниками, расположенными в разных геосферах (магнитосфера, ионосфера, литосфера).