автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.01, диссертация на тему:Исследование высотной структуры и динамики преобладающих ветров нижней термосферы по радиометеорным измерениям

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

..........На правах рукописи

Бердунов Николаи Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОТНОЙ СТРУКТУРЫ И ДИНАМИКИ ПРЕОБЛАДАЮЩИХ ВЕТРОВ НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЫ ПО РАДИОМЕТЕОРНЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ

05.12.01 - Теоретические основы радиотехники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ - 1997

Работа выполнена в Казанском государственном университете

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, в.н.< Фахрутдинова А.Н. доктор физико-математических наук, профессор Минуллин Р.Г. кандидат физико-математических наук, доце Колчев A.A. Северо-Восточный Комплексный НИИ Дальневосточного отделен РАН

gjQ Защита диссертации состоится ¿лнлл-я 1997г. в ч

в ауд. физического факультета на заседании специализированш совета Д053.29.05 по специальности 05.12.01. - теоретические осно радиотехники в Казанском государственном университете

Адрес: 420008, Казань, ул.Кремлевская, 18

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университет)

Автореферат разослан " Ь / " ^М а. >Я_1997 Г-

Ученый секретарь специализированного совета^ канд. тех. наук ( —^Бухмин B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Практическая необходимость разработки современных радиотехнических систем связи и прогноза распространения радиоволн требуют более детальных знаний о динамике верхней атмосферы. Одной из насущных проблем является изучение взаимосвязи между термодинамическими процессами верхней атмосферы и параметрами ионосферы. Так, подтверждение и развитие существующей концепции метеорологического контроля неоднородной структуры нижней ионосферы требует более детального изучения термодинамических процессов верхней атмосферы, а так же их связи с вариациями гелио-геомагнитных параметров. Решение этих задач неразрывно связано с проблемой построения глобальных динамических моделей и изучения климата верхней атмосферы. Существующие модели основываются на эмпирических данных и, как правило, не учитывают факторы, влияющие на долгопериодные изменения термодинамических параметров атмосферы, механизм которых на сегодняшний день до конца не определен. В связи с этим необходимо, используя накопленный материал, определить глобальные и региональные особенности циркуляции, а так же динамику высотной структуры верхней атмосферы с целью обобщения на основе существующих моделей, дополняя эти модели новыми факторами.

Имеющиеся на сегодняшний день ряды длительных наблюдений преобладающего ветра высот мезосферы-нижней термосферы с измерением высот, полученные с использованием метеорных, MST и MF радаров, позволяют проводить исследование высотно-широтного распределения ветрового режима в области нижней и средней атмосферы. Однако специфика рядов наблюдений состоит в том, что они, во-первых, имеют разрывы в рядах измерений, во-вторых, поведение измеряемых параметров носит, как правило, нестационарный характер. Вторая особенность определяется как собственной изменчивостью циркуляции верхней атмосферы, так и влиянием изменений солнечного излучения и магнитного поля Земли. Таким образом, становится насущной задача определения параметров циркуляции по интервалам наблюдений конечной длины как непрерывным, так и разрывным. Для ее решения необходимо использование современных статистико-

вероятностных подходов к оцениванию и моделированию временных рядов. Одним из таких подходов является спектральное оценивание.

Спектральное оценивание вот уже в течение нескольких десятилетий относится к числу традиционных областей исследования. Появление цифровых (дискретных) алгоритмов оценивания быстрого преобразования Фурье значительно расширило роль спектрального оценивания и превратило его из средства узкоспециализированных научных исследований в средство решения многих практических задач. Практика применения методов спектрального оценивания с использованием конечных наборов данных в значительной мере основывается на результатах экспериментов и обычно требует использования тех или иных конкретных компромиссов. К сожалению, имеется очень ограниченное число статистических моделей, пригодных для нужд практики, поскольку большинство подходов в статистическом анализе основываются на использовании асимптотических свойств данных, то есть они применимы только в случае неограниченного ряда данных. С другой стороны, достаточно бурное развитие прикладных методов математической статистики и теории вероятности привело к появлению целого ряда методов оценивания, которые, используя стохастическое модельное представление временного ряда, позволяют получить более точные оценки по интервалам наблюдений конечной длины, по сравнению с классическими методами спектрального оценивания. Такими методами являются параметрические методы спектрального оценивания, наиболее известные из них: метод скользящего среднего, авторегрессии, авторегрессии и скользящего среднего, авторегрессии и проинтегрированного среднего, метод максимума энтропии.

Использование указанных выше подходов к оцениванию временных рядов позволит исследовать детальную картину высотно-временных вариаций преобладающих движений верхней атмосферы с целью развития существующих эмпирических моделей верхней мезосферы-нижней термосферы.

Целью диссертационной работы является: 1. Обоснование и сравнение статистических методов анализа применительно к экспериментальным временным рядам, полученным радиофизическими методами, с целью получения

достоверных оценок динамических параметров верхней атмосферы по коротким интервалам наблюдений.

2. Исследование высотной структуры долгопериодных вариаций преобладающей зональной и меридиональной циркуляции и ее зависимости от изменения солнечной активности в пределах 11-летнего цикла (1986-95 гг.).

3. Исследование высотной структуры межсуточных вариаций преобладающего ветра с временными масштабами, соответствующими планетарным волнам, по коротким рядам измерений, а так же построение моделей краткосрочного прогнозирования на основе авторегрессионной модели временного ряда.

Научная новизна состоит в следующем:

1. По методу максимума правдоподобия получены оценки дисперсии и математического ожидания параметров модели циклических компонент для случая, когда интервал наблюдения сравним с периодом оцениваемых составляющих.

2. На основе анализа многолетних радиометеорных ветровых измерений установлена взаимосвязь долгопериодных изменений преобладающей зональной циркуляции с изменением солнечной активности в пределах 11-летнего солнечного цикла; получены оценки коэффициента солнечной зависимости для высотной структуры годовых, полугодовых и среднегодовых вариаций зонального ветра.

3. Обоснован и апробирован авторегрессионный метод оценивания спектрального распределения межсуточных вариаций преобладающего ветра, позволяющий оценивать спектральное распределение по коротким интервалам наблюдений.

4. Обоснован и апробирован метод построения прогностических моделей динамики ветрового режима для краткосрочного прогнозирования межсуточных вариаций и определения моментов изменения параметров циркуляции.

Практическая ценность настоящей работы состоит в

следующем:

• Оценки коэффициентов солнечной зависимости долгопериодных изменений ветрового режима зональной циркуляции могут быть использованы при развитии глобальных моделей циркуляции с учетом солнечных факторов;

• Полученные зависимости оценок математического ожидании, дисперсии амплитуды и фазы циклических компонент оз интервала наблюдения и фазы исследуемого сигнала важны для планирования радпометеорных измерений и позволяют сделать рекомендации по выбору интервала наблюдения и метода оптимальной обработки.

На защиту выносятся:

1. Предложенные модели циклических компонент и авторегрессии для моделирования и прогнозирования поведения преобладающей циркуляции, а также оценки дисперсии и математического ожидания параметров указанных моделей;

2. Оценки связи долгопериодных вариаций годовой, полугодовой и постоянной составляющей ветрового режима и изменения солнечной активности, подтверждающие солнечное влияние на преобладающую циркуляцию в пределах 11-летнего цикла;

3. Оценки высотного распределения интенсивности межсуточных вариаций, полученные с помощью авторегрессионного метода для коротких интервалов наблюдений; результаты краткосрочного прогнозирования межсуточных вариаций с временными масштабами, соответствующими планетарным волнам, наблюдаемых в измерениях скорости ветра.

Достоверность полученных результатов подтверждена статистикой многолетних радиометеорных наблюдений циркуляции верхней мезосферы-нижней термосферы, а так же методически обоснованной обработкой результатов измерений. Методические рекомендации по применению представленных моделей основываются на статистико-вероятностном подходе к анализу временных рядов с учетом особенностей, накладываемых исследуемыми процессами.

Личный вклад автора:

Предложена модель связи долгопериодных вариаций преобладающей циркуляции с изменением солнечной активности;

Разработана методика и программное обеспечение, позволяющее оценивать спектральную плотность изучаемых рядов с помощью классических и авторегрессионных методов;

Разработана методика и программное обеспечение краткосрочного прогнозирования значений преобладающего ветра;

Разработана методика оценивания амплитуды и фазы, а так

же их математического ожидания и дисперсии для модели циклических компонент для коротких интервалов наблюдений.

Апробация работы и публикации. Диссертационная работа является плановой, утверждена Ученым советом Казанского Государственного Университета и выполнена в соответствии с планами исследований, проводимых в Проблемной Радиофизической Лаборатории Казанского Государственного Университета по темам: бюджетного финансирования - "Исследование физики атмосферы и солнечно-атмосферных связей радиофизическими методами", Российских грантов РФФИ, Международного фонда Сороса и РФФИ-ШТАБ.

Основные результаты диссертации изложены в 12 работах и докладывались на Международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" ( Томск, 1996 ); на 31-й Научной Ассамблеи "СОБРАН" (Англия, Бирмингем 1996 ); на Международной конференции "Метеорные частицы в атмосфере Земли" (Харьков, 1996 ), а так же на научных конференциях Казанского государственного университета.

Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются в программе подготовки магистров, а так же при выполнении курсовых и дипломных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения, содержит 132 страницы, в том числе 34 рисунка, 4 таблицы. Библиография - 102 названия.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования высотной структуры термодинамических процессов верхней атмосферы, перспективность использования для этих целей радиометеорных измерений с разрешением высот. Дано описание цели работы, ее научной новизны и практической ценности. Формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор методов анализа, моделирования и прогнозирования временных рядов по интервалам наблюдений, длительность которых сравнима с периодом оцениваемых составляющих. Показаны методические аспекты

используемых методов для анализа измерений скорости ветра верхней мезосферы-нижней термосферы.

Предложены и апробированы два подхода к оцениванию параметров преобладающего ветра по коротким рядам измерений. Для оценивания детерминированных компонент, таких как годовая и полугодовая составляющие, предложена модель циклических компонент. Для оценивания межсуточных вариаций параметров атмосферы предложено использование стохастического подхода на основе модели авторегрессии.

По методу максимума правдоподобия для модели циклических компонент получены уравнения оценивания амплитуды и фазы для случая, когда интервал наблюдения сравним с периодом оцениваемых составляющих. Сделанные оценки математического ожидания и дисперсии параметров амплитуды и фазы для модели детерминированных гармонических компонент свидетельствуют об их зависимости от длительности интервала наблюдения, отношения сигнал/шум и фазы исследуемой периодичности. Так, если интервал наблюдения составляет 1/2 от периода оцениваемой компоненты и отношение сигнал/шум равно 1, то получаемая погрешность оценки амплитуды сравнима с истинным значением.

Рассмотрены различия в использовании модели циклических компонент для периодов наблюдений, кратных и не кратных периодам оцениваемых периодичностей для оценивания методом максимума правдоподобия и методом наименьших квадратов. Проведенное численное моделирование и сравнение с оцениванием по методу наименьших квадратов показало, что оценки, полученные методом максимума правдоподобия, имеют меньшее смещение и дисперсию для случая, когда интервал наблюдения не кратен периоду оцениваемых составляющих.

На примере модели авторегрессии первого и второго порядка, показано, что она полностью описывает исследуемый сигнал, состоящий из суммы комплексных экспонент и белого шума. Показана взаимосвязь коэффициентов авторегрессионной модели и распределения спектральной плотности оцениваемого временного ряда. Проведенное сравнение оценок спектральной плотности мощности, полученных с помощью дискретного преобразования Фурье и авторегрессии, свидетельствует о преимуществах авторегрессионного оценивания в случае, когда интервал

наблюдения сравним с периодом оцениваемых, составляющих. Рассмотрены вопросы применения авторегрессионных моделей для построения краткосрочных прогнозов преобладающего ветра и сделаны выводы о применимости авторегрессионного метода для случая, когда ряд измерений может быть представлен суммой комплексных экспонент и число этих составляющих много меньше отсчетов ряда.

Сравнение погрешности оценок параметров межсуточных вариаций, при использовании модели циклических компонент и авторегрессионной модели, свидетельствует о том, что в случае, когда период оцениваемого сигнала неизвестен, использование авторегрессионного оценивания приводит к меньшим погрешностям оценок амплитуды гармонических составляющих.

Таким образом, можно утверждать, что использование представленных методов для оценивания параметров циркуляции атмосферы по конечным интервалам радиометеорных измерений позволит получить детальную картину высотной структуры, а так же динамику преобладающих движений с различными временными масштабами от нескольких суток до нескольких лет.

Во второй главе дан обзор современного состояния исследований долгопериодных вариаций, наблюдаемых в измерениях скорости ветра верхней атмосферы, и определения влияния вариаций солнечной активности в пределах 11-летнего цикла. Необходимо отметить, что высотная структура годовых и полугодовых вариаций ветрового режима претерпевает значительные изменения в исследуемой области высот 80-110 км, вследствие этого представляет значительный интерес исследование динамики циркуляции и ее зависимость от изменения гелио-геомагнитных процессов.

Основными проблемами исследования долгопериодных вариаций является разрывность рядов измерений и зашумленность данных, что затрудняет исследование высотной структуры и динамики верхней атмосферы, вследствие чего исследователи, как правило, используют усредненные параметры верхней атмосферы. В результате этого получаемые оценки не характеризуют те термодинамические процессы, которые приводят к проявлению долгопериодных изменений высотной структуры верхней атмосферы.

Год Год Год

Рис. 1. Высотные вариации интенсивности годовой (а) и полугодовой (б) составляющих и среднегодовых значений (в) преобладающего зонального ветра за период 1986-95 г .

Высота Высота (км)

Рис. 2. Значения коэффициента солнечной зависимости а(1г) интенсивности годовой (а), полугодовой (б) составляющих и среднегодовых значений (в) преобладающего зонального ветра для высотного интервала 80-110 км.

На радиополигоне Казанского государственного /ниверситета (56К, 49Е) с 1978 г. методом радиолокации метеорных ;ледов проводились регулярные наблюдения ветрового режима зерхней мезосферы-нижней термосферы, а с 1986 г. по 1995 г. ветровые наблюдения выполнены с измерением высот. Специфика радиометеорных измерений такова, что ряды измерений имеют разрывы, обусловленные как запланированными пропусками в наблюдениях, так и пропусками, связанными с внутрисугочными и сезонными изменениями статистической обеспеченности измерений. Результаты экспериментальных исследований указывают на зависимость уровня радиопомех от изменения солнечной активности, что приводит к дополнительным разрывам в рядах измерений в периоды максимума солнечной активности. В таких условиях анализ высотной структуры динамических процессов мезосферы-нижней термосферы требует использования методически обоснованного подхода к оцениванию высотной структуры годовых и полугодовых вариаций и ее изменений за период 1986-95 гг.

По результатам оценивания математического ожидания и дисперсии параметров модели циклических компонент сделаны выводы относительно состоятельности оценивания амплитуд и фаз годовых и полугодовых вариаций преобладающего ветра по имеющимся интервалам радиометеорных измерений скорости ветра в интервале высот 80-110 км, проводимых на радиополигоне Казанского Университета в период 1986-95 гг.

Для исследуемого периода наблюдений рассчитаны значения амплитуд годовой, полугодовой и постоянной составляющей (рис.1), для меридиональной и зональной компоненты преобладающего ветра в высотном интервале 80-110 км с шагом по высоте 3 км.

Полученная картина долгопериодных изменений высотной структуры преобладающей зональной циркуляции в период изменения солнечной активности в пределах 11-летнего солнечного цикла свидетельствует о наличии выраженного солнечного контроля зональной циркуляции. Проведенный анализ данных измерений в Саскатуне (52К,107\У) в годы минимума (1985-86 гг.) и максимума (1990-91 гг.) солнечной активности свидетельствует об общих закономерностях в проявлении эффектов солнечного контроля для пунктов, сильно разнесенных по долготе. Анализ измерений меридионального ветра как в Казани, так и в Саскатуне указывает

на слабую изменчивость меридиональной циркуляции в период 11 летнего солнечного цикла. Изменения годовых вариаций по дайны* Казани и Саскатуна имеют положительную корреляцию < изменением солнечной активности на высотах выше 90 км, ; полугодовые - на высотах 80-90 км. Полученные результать проявления эффектов солнечного контроля во внутригодовы? вариациях зональной циркуляции на высотах мезосферы-нижне! термосферы подтверждаются результатами ракетных измерений i области высот 40-60 км, приведенные в работе Hant В.G ("Middlt atmosphere response to solar and tropospheric forcing" STEP: Majoi scientific problems, 1988). Так для полугодовых колебании зонального ветра было получено значительное уменьшение интенсивности в годы минимума солнечной активности (1961-66 гг., 1971-76 гг.) и увеличение в годы максимума (1967-70 гг.). Отмечено, так же, что эти проявления наиболее выражены в средних широтах. Таким образом, проведенные исследования по радиометеорным измерениям и выполненное сравнение с результатами измерений с помощью MST радара и ракетным наблюдениям позволяют сделать вывод о солнечном контроле межгодовых изменении среднегодовых, годовых и полугодовых вариаций зональной циркуляции в средних широтах в области высот мезосферы-нижней термосферы.

По экспериментальным данным, используя уравнение линейной регрессии, были определены коэффициенты зависимости годовой, полугодовой и постоянной составляющей преобладающего ветра от солнечной активности и их высотная зависимость (рис.2). Регрессионное уравнение определено как

Ailh, i) = A-0'(h) ■ [1 4- Ui(h) ■ W(t)] . = од 2

где А0!°' (h), Л/°! (h), А2'0> (h), — значение среднегодовой величины, амплитуд годовой и полугодовой волны на высоте h в период минимума солнечной активности, соответственно; W — нормированные значения чисел Вольфа с диапазоном изменения от 0 до 1. Коэффициент солнечной зависимости a¡(hj может принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от положительной или отрицательной корреляции изменении i-ой компоненты с изменением солнечной активности за период наблюдения.

Полученная высотная зависимость коэффициентов а,(И) позволяет разделить исследуемую область высот 80-110 км на две подобласти, 80-100 км и 100-110 км, отличающиеся по характеру солнечного влияния, что позволяет указать на различный характер солнечного влияния на ветровой режим зональной циркуляции высот верхней мезосферы и в области турбопаузы. Сделанные оценки изменений суммарной интенсивности годовой, полугодовой и постоянной составляющей обнаруживают стабильность в пределах 30 % в течение всего периода наблюдений 1986-95 гг. Этот факт свидетельствует о том, что при изменении солнечной активности происходит перераспределение суммарной интенсивности между указанными составляющими.

По результатам сделанных оценок предложено уравнение зависимости интенсивности годовых, полугодовых вариаций и среднегодовых значений от состояния солнечной активности

и(и Л) = АГ(Ь)■ [1 + ссв(Н)-Ж (/)] + £ А,<°>(Л)•[! + «,(*)'-^(0]'

1=1

где индекс У =1,2 соответствует годовой и полугодовой составляющим преобладающего зонального ветра Щг,И).

Уравнение описывает долговременные изменения высотной структуры преобладающего зонального ветра и позволяет прогнозировать реакцию верхней мезосферы-нижней термосферы на изменение солнечной активности в пределах 11-летнего цикла.

Предложена интерпретация такого проявления вариаций годовой, полугодовой составляющей и среднегодовой интенсивности зональной циркуляции в рамках модели взаимосвязанных колебаний. Рассмотрена возможность перехода к модели, описывающей широтные вариации зональной циркуляции, проявление которых связано с изменением солнечной активности.

Показано возможное проявление квази-двухлетних вариаций преобладающего ветра в периоды, соответствующие нисходящей и восходящей ветви 11-летнего солнечного цикла.

В третьей главе рассмотрены вопросы анализа межсуточных вариаций циркуляции атмосферы, наблюдаемых в рядах измерений скорости ветра и температуры, а так же в индексах солнечной и геомагнитной активности. Анализ вариаций преобладающего ветра с масштабами планетарных волн и исследование их влияния на

2тг Т,

1 + Ф/

термодинамические процессы верхней атмосферы затруднен сильной изменчивостью спектрального распределения волновых возмущений. Учитывая нестационарный характер поведения измеряемых параметров верхней атмосферы, необходимо использовать методы оценивания вариаций преобладающего ветра по интервалам наблюдений, сравнимым с периодами оцениваемых составляющих. Для оценивания спектрального распределения межсуточных вариаций по коротким интервалам наблюдений предложено использование авторегрессионной модели.

Анализировались данные радиометеорных измерений скорости ветра в Казани и Обнинске (55И, 38Е) в период координированных наблюдений по международной программе глобальных исследований атмосферы СШ8ТА/МАН1181, а так же данные температуры в области тропопаузы и индексы солнечной н геомагнитной активности за интервал октябрь-декабрь 1994 г..

С целью определения динамики межсуточных вариаций были получены спектральные распределения для каждого месяца указанного интервала наблюдения. Полученные высотные профили спектрального распределения межсуточных вариаций зонального ветра позволяют анализировать временные изменения высотной структуры, а так же выявить в высотном диапазоне 80-110 км тонкие эффекты высотного перераспределения мощности возмущений с временными масштабами, соответствующими планетарным волнам.

Показана эффективность использования метода авторегрессионного оценивания для построения краткосрочного прогноза преобладающего ветра по интервалам наблюдений в пределах одного месяца, что важно для исследования динамики преобладающего ветра. По интервалу наблюдений октябрь 1994 г. выполнен прогноз значений преобладающего ветра для высотного интервала 80-110 км с шагом по высоте Зкм. По результатам высотно-корреляционного анализа сделаны выводы о применимости авторегрессионного метода краткосрочного прогнозирования межсуточных вариаций ветрового режима на основе авторегрессионных моделей при условии стационарного характера поведения преобладающей циркуляции в интервале прогноза.

В заключении приводятся основные результаты выполненных исследований.

Выполненные в работе методические разработки позволили провести исследование многолетних экспериментальных рядов радиометеорных наблюдений и обнаружить тонкие высотные эффекты в поведении межсуточных, полугодовых и годовых вариаций преобладающего ветра высот верхней мезосферы-нижней термосферы, а так же определить связь между проявлением долгопериодных изменений зональной циркуляции и вариациями солнечного излучения в пределах 11-летнего цикла.

1. Методические результаты нсследов аннй:

- В результате решения задачи оценивания детерминированных составляющих (годовая, полугодовая компоненты) по коротким интервалам наблюдений с помощью модели циклических компонент получены зависимости дисперсии оценки амплитуды и фазы оцениваемых периодично стей от длительности периода анализируемого ряда, отношения сигнал/шум и начальной фазы наблюдения. Это позволило получить ограничение на длину интервала наблюдения и отношение сигнал/шум, при которых величины смещения, дисперсии оценок и величины оцениваемых параметров становятся соизмеримыми.

- Показано, что для оценивания интенсивности межсуточных вариаций, период которых неизвестен, использование авторегресснонной модели, по сравнению с классическими методами спектрального оценивания, имеет ряд преимуществ. Основным из них является то, что авторегрессионный метод на коротких интервалах наблюдений, сравнимых с периодом колебаний, позволяет получить оценки мощности основных периодичностей, имеющие более высокое разрешение по частоте.

Обосновано использование авторегрессионных моделей краткосрочного прогнозирования для оценивания интервалов стабильности межсуточных вариаций волновых возмущений.

2. Результаты проведенного анализа высотной структуры вариаций преобладающей циркуляции среднеширотной верхней мезосферы-нижней термосферы:

проведенные исследования по радиометеорным измерениям и выполненное сравнение с результатами наблюдений с помощью MST радара и ракетных измерений позволили выявить эффекты солнечного контроля межгодовых изменений среднегодовых, годовых и полугодовых вариаций зональной циркуляции в

средних широтах в области высот мезосферы-нижней термосферы.

- Внутри исследуемой области 80-110 км выделены интервалы высот 80100 км и 100-110 км, на которых обнаружен различный характер влияния солнечной активности. На высотах 80-100 км выявлены линейные изменения значений коэффициента солнечной зависимости от высоты, в области высот 100-110 км отмечено уменьшение солнечного влияния.

- Обнаружена стабильность среднегодовой интенсивности во всем высотном интервале в пределах 30 % за период 11-летнего солнечного цикла.

- Предложена модель высотной зависимости солнечного контроля атмосферы на высотах 80-110 км, использование которой позволило выявить перераспределение интенсивности зональной циркуляции между годовой, полугодовой и среднегодовой составляющими.

- Получены оценки вариаций высотного распределения годовой и полугодовой составляющей меридиональной циркуляции в период 1986-95 гг. Установлено слабое влияние 11-летних колебаний солнечного излучения на меридиональную циркуляцию.

- С использованием авторегрессионного метода спектрального оценивания по данным синхронных радиометеорных наблюдений в Казани, в высотном диапазоне 80-110 км, и Обнинске, в среднем по метеорной зоне, а так же данным метеорологических измерений температуры в области тропопаузы выделены основные периодичности с масштабами от 4 до 30 сут.

Выявлено, что в высотном распределении спектральной мощности для волновых возмущений с периодами 20-30, 10-16, 7-8, 5 сут., на которые приходится основная мощность, наблюдается смещение по частоте, более выраженное осенью по сравнению с зимой в интервале высот 80110 км.

По результатам спектрального и высотно-корреляционного анализа получено более быстрое изменение высотной структуры межсуточных вариаций с высотой зимой по сравнению с осенью. Показана эффективность использовашш авторегрессионной модели для оценивания интервалов стабильности межсуточных вариаций преобладающего ветра для различных сезонов года, а так же краткосрочного прогнозирования будущих значений измеряемых параметров при заданной стабильности временных вариаций.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Fahrutdinova A.N., Berdunov N.V. Helioeffects in variation of lower thermosphere's prevaling circulation //Proceeding of Eight International Simposium on Solar Terrestrial Physics. Sendai, Japan, June 5-10, 1994, p.215

2. Fahrutdinova, V.V Gurianov, Berdunov N.V., Yasnitsky D.S. Correlation of the thermodinamical processes in the lower and middle atmosphere.

J. Environmental radioecology and applied ecology, Vol.1, p.31-39, 1997

3. Fahrutdinova A.N., Ganin V.A., Berdunov N.V., Ishmuratov R.A., Hutorova O.G. Long-term variations of circulation in mid-latitude upper mesosphere-lower thermosphere // 31st Scientific Assembly of COSPAR 1421 July, 1996

4. Бердунов H.B., Фахрутдинова A.H. Влияние солнечной радиации на долговременные изменен™ преобладающего зонального ветра среднеширотной верхней мезосферы-нижней термосферы // Междунар.симп. "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" 18-21 июня 1996г. Томск, С.13-14

5. Berdunov N.V., Nugmanov I.S. "Analysis of non-stationarity and forecasting of variations of lower thermosphere prevailing circulation" // Annales Geophysicae, Supplement III to Volume 14, Part II, 1996

6. Berdunov N.V., Fahrutdinova A.N., Nugmanov I.S. "Effects of helio radiation in long duration variations of lower thermosphere prevailing circulation" // Annales Geophysicae, Supplement JII to Volume 14, Part III, 1996

7. Fahrutdinova A.N., Berdunov N.V. "Helioeffects in variation of lower thermosphere prevailing circulation" XX Genereral Assembly of European Geophysical Society. Abstracts. Hamburg, Germany, April 3-7. - 1995. -p. 134

8. Фахрутдинова A.H., Бердунов H.B., Исследование солнечного контроля преобладающего ветра среднеширотной верхней мезосферы-нижней термосферы// Международная конференция "Метеорные частицы в атмосфере Земли" 6-9 октября 1996 г., Информационный бюллетень, Украинская Астрономическая Ассоциация, N 9, 22-23, Наукова Думка: Киев, 1996

9. Fahrutdinova A.N., Berdunov N.V. Helioeffects in variation of lower thermosphere's prevaling circulation //Abstracts of Eight International

Simposium on Solar Terrestrial Physics. Sendai, Japan, June 5-10, 1994, p.177

10. Berdunov N.V., Nugmanov I.S. Analysis and forecasting of short-term variations of wind velocity by autoregressive model. // The 22nd General Assembly of European Geophysical Society, Vienna 21-25 April 1997, J. Annales Geopliysicae, Supplement of V. 15, p. C554, 1997

11. Бердунов H.B., Фахрутдинова A.H., Нугманов И.С. Долговременные изменения преобладающего ветра верхней атмосферы и связь с солнечной активностью // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, (принята к печати)

12. Fahrutdinova A.N., Ganin V.A., Berdunov N.V., Ishmuratov R.A., Hutorova O.G. Long-term variations of circulation in mid-latitude upper mesosphere-lower thermosphere // Advances in Space Reseach (принята к печати)