Развитие математических методов интеллектуального анализа данных геофизического мониторинга для изучения электромагнитных параметров Земли и околоземного пространства

Приведены примеры использования базы данных советских/российских арктических магнитных станций (с 1983 г. по настоящее время) для изучения иррегулярных возмущений и волн диапазона Рс5/Pi3, а также уединенных магнитных импульсов. Для оценки наиболее подверженных геомагнитной опасности регионов создана карта пространственного распределения усредненной проводимости верхнего слоя земной коры. По данным спутников Swarm исследованы пространственные распределения спектральных параметров естественных электромагнитных шумов диапазона 3-12 Гц в F-слое ионосферы. На широтах полярной шапки и каспа обнаружен максимум в вероятности появления и энергии колебаний. По данным двух спутников установлено, что наблюдаемые сигналы представляют собой волновые пакеты длительностью 5-10 периодов, наблюдаемые с малой задержкой на спутниках, разнесенных на расстояние 40-160 км. Предположительно, зарегистрированные колебания связаны с протонно-циклотронными волнами в районе границы между замкнутыми и открытыми силовыми линиями. Исследована возможность получения оперативного K-индекса геомагнитной активности с использованием аппарата дискретного математического анализа (ДМА). Выделение суточной вариации Sq по магнитограммам осуществляется путем определения наиболее спокойных интервалов суток по пороговым значениям меры аномальности (МА). Связность интервалов возмущенного и спокойного поля достигается с помощью использования алгоритма кластеризации аномальных интервалов. Применение МА позволило более точно локализовать области геомагнитной активности при расчете Sq. Исследовалось влияние спорадических изменений магнитного поля во время геомагнитных бурь на ключевые параметры траектории бурения скважины при навигации по геомагнитному полю. Оценивались закономерности отклонений параметров Было показано, что на высоких географических широтах влияние на геометрические параметры ствола скважины становится критическим и приводит к их недопустимому отклонению. За отчетный период ДМА развивался по четырем направлениям. Первое направление связано с развитием DPS-кластеризации. Полученная итерационная схема использования алгоритма DPS оказалась эффективнее обычной и нашла свое применение в анализе сейсмических каталогов. Второе направление связано с продолжением морфологического анализа записей на базе нечеткой логики. Новые результаты стали существенным продвижением и нашли свое применение в анализе магнитных бурь. Третье и четвертое направления (дискретные дифференциальные уравнения и дискретный векторный анализ) были заложены в этом году. Сделаны первые успешные шаги. Также объектом исследования являлся новый алгоритм пространственно-временной интерполяции рядов данных, распределённых на сфере (динамической интерполяции). В рамках изучения динамики главного магнитного поля Земли (МПЗ) исследования велись по двум направлениям. Во-первых, по историческим скалярным наблюдениям МПЗ, которые осуществлялись спутниками Космос-49 и Космос-321 в 1964 и 1970 гг. была построена усовершенствованная модель векового хода МПЗ за соответствующие эпохи. Кроме того, по высокоточным данным обсерваторий ГЦ РАН («Санкт-Петербург» и «Климовская») за период 2015–2022 гг. были выделены два джерка 2017 и 2020 гг., которые продолжают трехлетнюю квазипериодичность, наблюдаемую с начала изучения быстрых вариаций главного МПЗ. Полученный результат подтверждает гипотезу о волновой природе стоящих за ними процессов в жидком ядре. Ранее нами были рассмотрены негауссовы формы гистограмм набора величин, в качестве которых использовались невязки в геомагнитных данных. Мы показали на качественном уровне, что негауссовость, скорее всего, является результатом смешивания нескольких гауссовских распределений. В этом году мы показали, что существует количественное описание, которое можно использовать в достаточно общих ситуациях. Соответствующие вычисления проводились на данных магнитных наблюдений, полученных спутниками Swarm, и их невязках по отношению к модели главного МПЗ. В рамках развития аппаратно-программного комплекса (АПК) МАГНУС (Мониторинг и Анализ Геомагнитных аНомалий в Унифицированной Среде) создана система оповещений о геомагнитных бурях на основе индикаторов геомагнитной активности. Она должна заменить существующую в рамках АПК систему оповещений, которая использует фиксированные значения разброса значений компонент МПЗ.