Презентация Научно-исследовательской лаборатории

Лаборатория физики
солнечно-земных связей
http://spacelab.mininuniver.ru
Руководитель – доктор физико-математических наук, профессор
Бархатов Николай Александрович
создана в 2004 г.
История создания Лаборатории
Научно-исследовательская лаборатория «Физики солнечно-земных связей» создана в
2004 году на основании Решения Ученого совета ФГБОУ ВПО «Нижегородский
государственный педагогический университет имени Козьмы Минина».
Лаборатория «Физики солнечно-земных связей» до 2014 года работала
на общественных началах в рамках научных и образовательных
программ Российской академии наук и Министерства образования и
науки РФ. В течение этого времени исследования лаборатории
поддерживались научными грантами РФФИ, INTAS и Министерства
образования и науки РФ в рамках ведомственных программ
Собственные «Фундаментальные исследования высшей школы в области
естественных и гуманитарных наук» и «Развитие научного потенциала
средства
высшей школы».
В 2014 году лаборатория получила Госзадание Министерства Образования и Науки
«Фундаментальные закономерности влияния солнечной активности на магнитосферноионосферные электромагнитные и плазменные процессы»
Гранты фондов
(РГНФ, РФФИ)
2
Цель, задачи, основные направления
деятельности Лаборатории
Цель исследований:
Установление фундаментальных закономерностей влияния солнечной активности на
магнитосферно-ионосферные электромагнитные и плазменные процессы.
Основные задачи исследований:
1. Выяснение природы геомагнитных и плазменных возмущений в околоземном
пространстве вызванных проявлениями солнечной активности и высокоэнергичными
геофизическими явлениями.
2. Оценка уровня их негативного воздействия на работу коммуникаций наземного и
космического базирования, а также спутниковых систем позиционирования.
3. Создание систем прогноза и восстановления геофизических параметров, в том числе и
Собственные
методами
искусственного интеллекта.
средствадеятельности:
Направления
1. Физические явления в магнитных облаках солнечного ветра приводящие к наиболее
высокоинтенсивным геомагнитным бурям и высокоширотным суббурям
2. Фундаментальные закономерности причинно-следственной связи долгопериодных
вариаций геомагнитного поля с предвспышечным повышением уровня электромагнитной
возмущенности в УФ, рентгеновском и МГД диапазонах.
3. Ионосферная и геомагнитная возмущенности, обусловленные
Гранты фондов
магнитогравитационными волнами, вызываемыми высокоэнергичными
геофизическими
(РГНФ, РФФИ)
3
событиями.
Наши объекты исследований:
Магнитное облако (A) солнечного ветра - вызывает интенсивную геомагнитную бурю (B) и всю
последовательность полярных событий (суббурю) (C) – магнитные возмущения, высыпания
энергичных частиц, полярные сияния.
Интенсивная солнечная вспышка (D) – рентгеновским излучением меняет параметры земных
атмосферных слоев (E).
Высокоэнергичные геофизические события естественного (землетрясения, метеорные тела, токовые
системы) и искусственного происхождения – волновым способом воздействуют на состояние
ионосферы (E) и геомагнитного поля (F).
Корона, солнечный ветер
F
C
A
D
E
B
Околоземное пространство, магнитосфера Земли
Влияние солнечной активности на технические средства:
Коллектив Лаборатории
Бархатов Николай Александрович –
доктор физико-математических наук,
профессор - руководитель лаборатории
Левитин Анатолий Ефимович –
доктор физико-математических наук,
главный научный сотрудник ИЗМИР РАН
Григорьев Геннадий Иванович –
кандидат физико-математических наук,
ведущий научный сотрудник ФГНУ НИРФИ
Ревунов Сергей Евгеньевич –
кандидат физико-математических наук,
доцент
Собственные
Бархатова
Оксана Михайловна –
средства
кандидат
физико-математических наук,
доцент ННГАСУ
Ревунова Елена Алексеевна –
кандидат физико-математических наук,
старший преподаватель ННГАСУ
Шадруков Дмитрий Владимирович –
научный сотрудник
Косолапова Наталия Валентиновна –
аспирант
Виноградов Александр Борисович –
аспирант
Гранты фондов
(РГНФ, РФФИ)
6
Место научно-исследовательской деятельности
Лаборатории в образовательных программах ВУЗа
Достижения лаборатории отражены в учебном процессе при разработке следующих
курсов физики:
«Теоретическая физика — Электродинамика»,
«Электрорадиотехника», «Гидродинамика и магнитная гидродинамика»,
«Волновые явления в космической плазме»,
«Солнечно-земная физика»,
«Искусственные нейронные сети»
Аспирантура по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Защищенные кандидатские диссертации по физико-математической специальности:
Сахаров Сергей Юрьевич, Кандидатская диссертация: «Исследование элементов магнитосферной активности
методами компьютерного моделирования» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Собственные
Королев Алексей Викторович, Кандидатская диссертация: «Исследование количественной связи элементов
средства
солнечной
активности с магнитосферной возмущенностью» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и
гидросферы»
Жулина Елена Геннадьевна, Кандидатская диссертация: «Геомагнитная активность, связанная с солнечными
корональными выбросами вещества» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Ревунов Сергей Евгеньевич, Кандидатская диссертация: «Крупномасштабные явления в солнечном ветре и
магнитосферно-ионосферная активность» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Бархатова Оксана Михайловна, Кандидатская диссертация: «Исследование ионосферно-магнитосферных токовых
систем и их воздействия на ионосферные процессы в периоды геомагнитных возмущений» по специальности 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Гранты фондов
Ревунова Елена Алексеевна, Кандидатская диссертация: «Связь буревой геомагнитной
активности с
(РГНФ, РФФИ)
характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли» по специальности
7
25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы»
Участие студентов в работе Лаборатории
Лауреаты стипендии им. академика Г.А. Разуваева Нижегородской области:
Сахаров Сергей Юрьевич
Ревунов Сергей Евгеньевич
Бархатова Оксана Михайловна
Защищенные магистерские диссертации:
Емельянов Н.: «Методика моделирования пространственно-временной волновой динамики в космической плазме»
Зырянова М.: «Изучение гелиосферной бури методом моделирования студентами физических специальностей».
Бархатова О.: «Искусственные нейронные сети для прогнозирования космической погоды»
Дудкина И.: «Изучение проявления солнечной активности в геомагнитных возмущениях в рамках факультативного
курса «Солнечно-Земная физика»
Ревунов С.: Изучение солнечно-земных связей при прогнозировании ионосферных параметров в рамках
факультативного курса «Искусственные нейронные сети в геофизических приложениях»
Собственные
Улыбина
Р.: «Прогнозирование ионосферных параметров в высоких широтах»
Калинина
Е.: «Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности»
средства
Глузман Р.: «Ревизия индекса глобальной геомагнитной активности Кр»
Гурьяшкина А.: «Поиск и определение параметров магнитных облаков солнечного ветра»
Мочалова Е.: «Вечерний выступ плазмосферы как причина асимметрии в кольцевом токе»
Панчук А.: «Геомагнитная эффективность магнитного облака в зависимости от траектории прохождения через него
магнитосферы Земли»
Ежегодное участие студентов в работе конференции «Молодых ученых Нижегородской
Гранты фондов
области».
(РГНФ, РФФИ)
Регулярное участие студентов в работе «Ежегодной конференции
по Радиофизике» в
8
Нижегородском государственном университете.
Партнеры Лаборатории
Институт Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн
им. Н.В. Пушкова (ИЗМИРАН), РАН, Москва
Институт Космических исследований (ИКИ РАН), РАН, Москва
Полярный геофизический институт (ПГИ КФ РАН), РАН, Апатиты
Научно-исследовательский радиофизический институт (НИРФИ),
Собственные
МОиН
РФ, Нижний Новгород
средства
Институт Прикладной физики (ИПФ РАН), РАН, Нижний Новгород
Гранты фондов
(РГНФ, РФФИ)
9
Основные результаты деятельности
Лаборатории
Исследования лаборатории поддерживаются
федеральными научными грантами (РФФИ),
международной ассоциацией INTAS и Министерством
образования и науки РФ.
Достижения лаборатории отражены в учебнообразовательном процессе при разработке курсов
физики, а так же при подготовке кадров высшей
квалификации.
Исследования в лаборатории осуществляются с
привлечением студентов, магистров и аспирантов вуза.
Основные результаты деятельности
Лаборатории
Лаборатория является лидером
по количеству публикаций,
представленных в
высокорейтинговых журналах,
включенных в зарубежные БД
цитируемости (Web of Science и
Scopus). По результатам своей
работы научным коллективом
опубликовано более 300 научных
статей, монографий и учебных
пособий.
Основные результаты деятельности
Лаборатории
1. Разработаны нейросетевые принципы долгосрочного прогнозирования индексов солнечной активности. Они позволяют выполнять
прогнозирование среднегодовых чисел Вольфа и среднемесячных значений потока излучения Солнца с эффективностью
прогнозирования свыше 90%.
2. Определены диапазоны значений параметров магнитных облаков солнечного ветра, определяющие интенсивность геомагнитных
бурь, которые они могут генерировать при взаимодействии с магнитосферой Земли.
3. Разработан алгоритм определения параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры
межпланетной среды, а также метод краткосрочного прогноза интенсивности ожидаемой магнитной бури на основе измерений
компонент межпланетного магнитного поля на начальном этапе прохождения магнитосферы через облако.
4. Создана методика комплексной классификации глобальных геомагнитных возмущений, основанная на их причинно-следственных
связей с проявлениями солнечной активности в солнечном ветре.
5. Разработана методика часового прогноза динамики индекса глобальной геомагнитной активности Dst с качеством 85% по
параметрам околоземной плазмы и межпланетного магнитного поля, получаемым в режиме "on line" с патрульных космических
аппаратов находящихся в солнечном ветре перед земной ударной волной.
6. Создана методика восстановления записей возмущений горизонтальной составляющей геомагнитного поля на выбранной
магнитной станции по данным других магнитных станций расположенных вблизи геомагнитного экватора с объективной оценкой
качества в 95%.
7. Создана
методика коррекции современных индексов интенсивности авроральных электроструй, определяемых по данным
Собственные
меньшего числа магнитных обсерваторий, чем были получены классические индекса АЕ.
средства
8. Предложена и разработана классификационная нейросетевая методика определения пространственного положения полярной
шапки, аврорального овала и субавроральной зоны высокоширотного пространства по геомагнитным данным меридиональной
цепочки магнитных станций.
9. Разработан алгоритм прогнозирования критической частоты ионосферного слоя F2 и максимально наблюдаемой частоты (МНЧ) для
ионосферной КВ радиосвязи с учетом с геоэффективных явлений в космическом пространстве и уровня геомагнитной активности.
10. Продемонстрирована возможность использования наблюдений за магнитогравитационной возмущенностью в земной ионосфере
для прогноза высоэнергичных геофизических явлений, включая цунами и землетрясения.
Публикации в научных журналах:
Известия РАН (физическая серия), "Известия ВУЗов - Радиофизика", "Геомагнетизм и аэрономия",
«Космические
исследования»,
Гранты
фондов
"Магнитосферные исследования", "Магнитная гидродинамика", «Солнечно-земная физика», "Radiophysics and Quantum Electronics",
(РГНФ, РФФИ)
"Annales Geophysicae", "Advances in Space Research".
Монографии:
12
«Введение в солнечно-земную физику» (2009) и «Искусственные нейронные сети в задачах солнечно-земной физики» (2010).
Стратегия развития Лаборатории
Возможности развития лаборатории связаны с увеличением числа штатных сотрудников
и финансирования научных исследований.
1. Участие в научных проектах поддерживаемых грантами РФФИ, INTAS и Министерства
образования и науки РФ в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей
школы».
2. Расширение научного сотрудничества с организациями имеющими отношение к
Исследованию и освоению Арктики с прикладными целями: прогноз геофизической
возмущенности в высокоширотных областях.
3. Собственные
Поиск организаций нуждающихся прогнозе высокоэнергичных геофизических явлений
(геомагнитных
бурь, цунами, землетрясения) для научно-прикладного сотрудничества.
средства
4. Поиск организаций нуждающихся в оценке уровня негативного воздействия на работу
коммуникаций наземного и космического базирования: нарушение КВ радиосвязи и
радиолокации, снижение точности спутниковых систем позиционирования, сбои в
работе линий электропередач, увеличение корродирования трубопроводов.
5. Интенсификация научно-популярной и организационной деятельности для
привлечения выпускников школ и студентов университета к выполнению научной
Гранты фондов
работы в рамках направлений деятельности Лаборатории.
(РГНФ, РФФИ)
6. Обновление материально-технической базы Лаборатории.
13
Благодарим за внимание!