Теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитных и механических волновых процессов во внешних и внутренних геосферах

Общей целью является развитие фундаментальных основ методов физико-математическое моделирования и экспериментального исследования волновых процессов в плазменной, воздушной и твердой оболочках планеты с обнаружением новых закономерностей, отражающих функционирование Земли как целостного объекта и позволяющих совершенствовать методологические основы прогнозирования высокоэнергичных природных событий. С этой целью связано изучение пространственных и временных особенностей зарождения и развития возмущений в геосферах, обусловленных подготовкой и реализаций землетрясений, распространением цунами, циклонов, а также эволюцией экстремальных явлений космической погоды и последующее использование полученных результатов для развития модели литосферно-ионосферной связи и методов прогнозирования природных катастроф. Одно из направлений исследования нацелено на изучение высокоширотных возмущений электромагнитного поля, наблюдаемых на земной поверхности, как результата развития магнитной бури, вызванной возмущениями на Солнце и передачей энергии в системе «солнечный ветер - магнитосфера – ионосфера. Эта информация необходима для создания и развития модели солнечно-земных связей, позволяющей прогнозировать жизненно важные проявления солнечной активности. Здесь же подразумевается изучение влияния тонких деталей функции распределения плазмы на развитие и эволюцию плазменной турбулентности в различных частях магнитосферы Земли. Результат будет иметь значение для создания и развития моделей структур околоземной плазмы. Еще одно направление нацелено на прогнозирование природных катастроф на основе выявления комплекса признаков возможного развития неустойчивостей и прогнозных проявлений в режиме природных процессов в литосфере и во внешних геосферах; разработка математических алгоритмов робастного выделения неустойчивостей и прогнозных признаков на фоне сильного шума. Кроме того, цель предлагаемых исследований состоит в выявлении областей концентрации напряжений/деформаций в сейсмически активных регионах, потенциально связанных с зонами повышенной сейсмической опасности, а также в выявлении характерных паттернов, указывающих на развитие процессов подготовки сильных сейсмических событий (на основе ретроспективного анализа напряженно-деформированного состояния в период, предшествовавший крупным землетрясениям в рассматриваемых регионах). Сюда же относится проведение исследования латеральных неоднородностей структуры поля поглощения S-волн методом короткопериодной коды в сейсмоактивных районах, отмеченных в последние годы знаковыми сейсмическими событиями, и выявить их связь с тектоникой и сейсмичностью. Актуальность темы обусловлена необходимостью решения фундаментальных проблем, связанных с причинами и механизмами генерации геоэлектромагнитных и гидродинамических волн, их определяющей ролью во взаимодействии геосфер, информативностью этих волн для диагностики окружающей среды и исключительной важностью в солнечно-земной физике. Значимость изучения реакции внешних и внутренних оболочек Земли на крупные сейсмические и иные события обусловлена возможностью использования полученной информации для решения задач космической погоды, построения системы мониторинга и прогноза опасных природных и техногенных явлений, происходящих как на поверхности Земли (взрывы, цунами), так и в ее недрах (землетрясения, вулканическая активность и др.). Описание задач, предлагаемых к решению: 1) Экспериментальные исследования взаимодействия литосферы, гидросферы, атмосферы и ионосферы во время активизации высокоэнергичных природных явлений (землетрясения, цунами, циклоны), что позволит развить модели их генезиса. 2) Изучение характеристик и пространственно-временной динамики высокоширотных геомагнитных возмущение во время магнитных бурь и их зависимости от параметров солнечного ветра и компонент межпланетного магнитного поля (ММП), что позволит получить информацию, необходимую для создания и развития модели солнечно-земных связей. 3) Изучение космической погоды и особенностей проявления мощных коронарных выбросов Солнца, их структуры и влияния на магнитосферу и ионосферу Земли (магнитные бури, структура ионосферных неоднородностей и проч.). 4) Вывод формул для парциальных пондеромоторных сил; формулировка системы уравнений амбиполярной диффузии; аналитическое исследование уравнений статического равновесия плазмы; вывод уравнений стационарного сверхзвукового потока полярного ветра при наличии в потоке волн Альвена; анализ силы Абрахама при воздействии на плазму импульсных электромагнитных полей с целью выявления пространственного распределения ионов с различным отношением заряда к массе в магнитосфере Земли. Особое внимание будет уделено обоснованию оригинальной идеи о немонотонном распределении ионов кислорода. Результат исследования будет иметь общепознавательное значение и может быть использован при планировании масс-спектрометрических измерений на искусственных спутниках Земли. 5) Теоретическое исследование гидродинамической неустойчивости верхнетропосферных струйных течений в рамках поверхностной квазигеострофической модели; решение задач гидродинамической устойчивости осесимметричных атмосферных вихрей с учетом влияния на устойчивость экмановского придонного трения; разработка механизма генерации волн начальными вихревыми возмущениями в сдвиговых атмосферных и океанических течениях. 6) Исследование нестационарностей, характера кластеризации и признаков опасного роста неустойчивостей природных процессов (на примере различия фонового сейсмического режима от Пуассоновского процесса и кластеризации независимых событий и развития каскадов активизации чреватых возникновением сильного землетрясения). 7) Исследование сейсмоионосферных связей и предвестников землетрясений во внешних геосферах с учетом различия физических механизмов разноглубинных землетрясений. 8) Построение достаточно подробных геомеханических моделей регионального масштаба, отражающей разломно-блоковое строение и основные закономерности современной тектоники рассматриваемой территории, и обеспечивающей возможность изучения процессов перераспределения напряженного состояния и выделения зон аккумуляции напряжений с целью мониторинга и прогноза сильных сейсмических событий.