Реферат по темі магістерської роботи "Система інформаційної підтримки моніторингу сонячної активності та пов'язаних з нею геофізичних параметрів"

Введення 1. Актуальність моніторингу метеоданих на прикладі сонячної активності 1.1. Мета роботи і наукова новизна 1.2. Задачі роботи 1.3. Плановані практичні результати 2. Розробка мобільного додатку 3. Висновок 4. Література Введення Наука давно довела неспроможність багатьох припущень древніх, але факт сильної залежності земного життя від Сонця виявився безперечним. Більше того, було встановлено, що навіть незначні зміни стану Сонця, не пов'язані з його глобальною еволюцією, роблять вплив на Землю в цілому і на життя її мешканців зокрема. Тому Сонце знаходиться під постійним наглядом астрономів. Сонячна активність опосередковано впливає на психологічний і фізичний стан людини. І хоча багато аспектів цього зв'язку ще не до кінця ясні, очевидно: різні прояви сонячної активності, наприклад, магнітні бурі, дають поштовх, що виводить ослаблений організм із стану рівноваги, що може привести до тяжких наслідків [6]. У зв'язку з цим актуальними задачами є встановлення і аналіз зв'язку сонячної активності з метеорологічними характеристиками (атмосферним тиском і температурою повітря) в період максимуму поточного циклу сонячної активності і аналіз існуючих даних, що характеризують сонячну активність: геомагнітного Ap- індексу; кількісних і якісних параметрів великих сонячних спалахів, спостережуваних в оптичній і рентгенівській областях спектру. 1. Актуальність моніторингу метеоданих на прикладі сонячної активності Найцікавішими для нас жителів планети Земля являються ті процеси і явища, які викликають обурення навколоземного космічного простору, - магнітні бурі, протонні події, коли до Землі приходить потік заряджених часток високої енергії, і іоносферні бурі [3]. Основними агентами що викликають ці обурення являються:

• корональні викиди маси, які є наслідком активних процесів в сонячних геоефективних спалахах і викидах сонячних волокон;
• високошвидкісні потоки сонячної плазми, що йдуть за ударною хвилею від сонячних спалахів і викидів волокон або що витікають з областей з відкритою конфігурацією магнітного поля (корональних дір) [7].

Для аналізу і статистичної обробки початкових даних використовувалися наступні методи:

1. Метод кореляції.
2. Метод накладених епох.
3. Статистична обробка результатів.
4. Інтерполяція функції двох змінних бікубичними многочленами по методу Х. Акима.
5. Зображення функції двох змінних методом паралельних перерізів.

Одним з авторів раніше була розроблена програма на алгоритмічній мові FORTRAN, яка застосовувалася для інтерполяції функції двох змінних бікубичними многочленами по методу Х. Акима і побудови цієї функції безпосередньо на екрані монітора або принтері [1]. Проведений аналіз і статистична обробка показали, що на третю-четверту добу після проходження групи сонячних плям через центральний меридіан диска Сонця спостерігається максимальне пониження атмосферного тиску. У випадку з температурою повітря не спостерігається чіткої залежності зміни температури з проходженням групи сонячних плям. Фізичним механізмом, що пояснює залежність атмосферного тиску від проходження груп сонячних плям, може бути зміна фізичних параметрів міжпланетної сфери, пов'язана зі збільшенням щільності і швидкості сонячного вітру. Зменшення тиску на третю-четверту добу після проходження груп сонячних плям можна пояснити дією сонячного вітру на магнітосферу Землі. Була проведена оцінка швидкості поширення обурення від Сонця зі зміною атмосферного тиску. Для цього було враховано, що сонячний вітер рухається уздовж магнітно-силових ліній міжпланетного магнітного поля, що утворюють секторну структуру. Якщо врахувати, що три доби містять 259200 секунд(t), а відстань уздовж магнітно-силових ліній міжпланетного магнітного поля дорівнює 149600000 км (S - відстань від Землі до Сонця), тоді швидкість сонячного вітру V = S/t = 600 км/с. Ця величина перевищує середню швидкість сонячного вітру на орбіті Землі в 1.2 разу (середня швидкість сонячного вітру на орбіті Землі V = 500 км/с). Таким чином, зменшення тиску на третю добу після проходження груп сонячних плям через центральний меридіан диска Сонця можна пояснити дією сонячного вітру на магнітосферу Землі. Під час максимуму сонячної активності спостерігається зменшення атмосферного тиску після проходження групи плям. Запізнювання реакції атмосферного тиску на проходження груп плям узгоджується з часом поширення сонячного вітру до орбіти Землі. Отримані результати дають можливість прогнозування різкого коливання тиску на основі спостереження сонячних плям. Прогнозування і дослідження атмосферного тиску дають можливість передбачати циклони, бурі і шквали, що представляє великий інтерес для метеорологів і служби погоди. Окрім цього вплив метеорологічних умов відбивається на діяльності організму людини. Основна умова в погоді, що впливає на людину і його мозкову діяльність, полягає в значному порушенні рівноваги [4]. Вплив погоди виражається тим сильніше, чим різкіше і раптовіше її зміна. Циклони, їх виникнення, особливо наближення до місця спостереження і знаходження в зоні циклону треба визнати майже для усіх людей умовами несприятливими, так вони діють погіршуючим і розслабляючим чином, що дає привід і поштовх для прояву дуже важких явищ і наслідків [5]. Проведене дослідження показало наявність статистично значимого пониження атмосферного тиску, пов'язане з проходженням великих груп сонячних плям через центральний меридіан видимого диска Сонця. Проте різких понижень тисків було значно більше. Був проведений аналіз відповідності моментів пониження атмосферного тиску з подіями, пов'язаними з сонячними спалахами. Впродовж досліджуваного періоду відмічені 56 мінімумів тиску. З них 42 події відповідають моментам зміни знаку полярності міжпланетного магнітного поля. Зв'язок із спалахами на Сонці досить складний і неоднозначний. Тільки у 20 випадках з 69 вдалося зіставити мінімуми тиску із спалахами на Сонці. Застосування методу накладених епох [8], де за реперний день бралася дата проходження групи плям через центральний меридіан, дозволило виділити значущість балу рентгенівських спалахів відносно цього моменту. Для слабких спалахів не спостерігається зв'язку з моментом проходження групи плям через центральний меридіан (рис.1). Для спалахів середньої потужності спостерігаються максимуми частоти спалахів за 4 дні до проходження групи через центральний меридіан (рис.2). Через один і три дні після проходження також спостерігалося збільшення кількості спалахів. В деякій мірі цим можна пояснити пониження атмосферного тиску після проходження великих груп плям через центральний меридіан. Проте при цьому слід визнати значущість електромагнітного каналу дії сонячної активності на атмосферу Землі за рахунок ультрафіолетового випромінювання і м'якого рентгена. Графік відносної кількості оптичних спалахів відносно реперного дня значною мірою підтверджує цей висновок(рис.3). Спалахи концентруються з максимумами за три дні до реперного, в день проходження групи через центральний меридіан і через 3-4 дні після цього моменту. Тим самим вдається пояснити наявність максимуму геомагнітної обуреності (Ар-індекс - кількісні і якісні параметри великих і геоефективних сонячних спалахів, спостережуваних в оптичній і рентгенівській областях спектру), який наступає на 3-5 дні пізніше за момент проходження великих груп сонячних плям через центральний меридіан диска Сонця (рис.4). Спостерігається відповідність між найбільшою обуреністю геомагнітного поля Землі (максимумом середнього Ap- індексу на рис.4) і мінімальним значенням тиску.

Рисунок 1 Графік зв'язку спалахів слабкої потужності з моментом проходження групи плям через центральний меридіан видимого диска Сонця	Рисунок 2 Графік зв'язку спалахів середньої потужності з моментом проходження групи плям через центральний меридіан видимого диска Сонця	Рисунок 3 Графік відносної кількості оптичних спалахів відносно реперного дня	Рисунок 4 Графік збуреності геомагнітного поля Землі(АР-индекса)

Рисунок 5 – Покрокова побудова графіка збуреності геомагнітного поля Землі
1.1. Мета роботи і наукова новизна Метою роботи є аналіз і вибір методів моніторингу інформації, сонячної активності, оцінка впливу окремих параметрів на геофизичні процеси, і розробка додатка, який реалізує систему інформаційної підтримки цих функцій для різних платформ програмування. 1.2. Задачі роботи Для досягнення поставленої мети в процесі досліджень необхідно:

1. Огляд проблеми аналізу методів моніторингу інформації і сонячної активності.
2. Аналіз впливу окремих параметрів на геофизичні процеси.
3. Аналіз властивостей різних мов програмування і вибір з точки зору їх властивостей, визначення лідерів в різних категоріях: десктоп, он-лайн, мобільний додаток.
4. Розробка програм побудови графіків сонячної активності для кожної з платформ на вибраній МП.
5. Аналіз методів моніторингу інформації у базах даних великої розмірності.
6. Розробка мобільного застосування, яке реалізує систему інформаційної підтримки моніторингу сонячної активності.

1.3. Плановані практичні результати Подальший напрям нашої наукової роботи пов'язаний з підключенням програмного пакету solar activity, що надається фірмою 3tier [14], а також доповнення додатка графіками залежності атмосферного тиску від сонячної активності [15]. 2. Розробка мобільного додатку Для реалізації мобільного моніторингу сонячної активності, був розроблений мобільний додаток під платформу Android, названий SolarInfo. Цей додаток виконує функції накопичення і аналізу даних про метеоумови з прив'язкою до конкретного тимчасового періоду. Структуру додатка можна розділити на п'ять основних частин, у відповідності яким створені пакети додатка:

1. com.skychyn – основний пакет, що включає класи-активіти основного екрану і екрану налаштувань.
2. com.skychyn.database – що включає класи для роботи з базами даних.
3. com.skychyn.webdata – відповідаючий за класи для роботи з сокетами.
4. com.skychyn.xml – що містить класи для парсінга і аналізу XML даних.
5. com.skychyn.draw – класи, що відповідають за побудову графіків накопичених даних.

Додаток працює таким чином. При старті користувачеві надається можливість працювати з головним вікном додатка(рис. 6). На цьому вікні розташовані кнопки переходу до вікна налаштувань додатка, кнопка, що запускає механізм оновлення бази даних відомостями з Інтернет, а також перехід до вікна побудови графіків (рис. 6 - 1,2,3). Крім того, є поле, що відображає вміст бази даних на даний момент часу (рис. 6 - 4).

Рисунок 6 Головний екран додатка.	Рисунок 7 Екран налаштувань додатка.	Рисунок 8 Екран побудови графічної інформації.

Екран налаштувань додатка дозволяє виконати наладку мережевого підключення до джерела даних про метеоумови. На цьому екрані розташовані наступні елементи управління. Чекбокс використання проксі-сервера (рис. 7 - 1). У разі активності цього елементу управління активізуються поля адреси і порту проксі-сервера (рис. 7 - 2). Також є присутнім поле введення URL- адреси джерела даних у форматі XML (рис. 7 - 3). По натисненню на кнопку (рис. 7 - 4) виконується збереження зроблених змін і повернення до головного вікна додатка. Екран графічного відображення інформації (рис. 8) дозволяє представити накопичені у базі даних зведення у вигляді графіку, що дозволить наочно проаналізувати можливі залежності метеорологічних свідчень. 3. Висновок В результаті вивчення зміни метеорологічних параметрів і їх зв'язку з подіями на Сонці було встановлено, що дія сонячної активності на синоптичні події в приземному шарі атмосфери носить складний характер. Простежується різке падіння тиску на 15-25 мм рт. ст., яке можна зіставити зі змінами "космічної погоди" в околиці Землі. Один з каналів дії пов'язаний як зі зміною швидкості і щільності потоків сонячного вітру, оточуючого магнітосферу, так і з потоками сонячних космічних променів під час розвитку потужних протонних спалахів на Сонці. Другий канал реалізується при безпосередній дії м'якого рентгенівського і ультрафіолетового випромінювань, потоки яких збільшуються при підвищенні активності Сонця. Аналіз даних підтверджує наявність обох каналів, що впливають на земну атмосферу. За відсутності активності зміна полярності міжпланетного магнітного поля стає переважаючим чинником для прогнозу різких змін атмосферного тиску. Отже, прогнозування змін метеорологічних параметрів по проходженню великих груп сонячних плям через центральний меридіан можна вважати обґрунтованим. Саме такі групи, що розвиваються, мають складну структуру магнітного поля, є джерелами рентгенівських і протонних спалахів. Їх розташування поблизу видимого центру диска створює умови найбільшої геоэффективності. Згідно з сучасними уявленнями енергії [6], яку несе сонячний вітер, ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання, досить, щоб в тропосфері Землі почався розвиток циклонів і інших процесів, що призводять до зміни погоди. Застосування розробленого програмного додатку дозволило проводити дослідження метеорологічних даних, знаходячись далеко від комп'ютера, що може бути корисно при польових дослідженнях сонячної активності. 4. Література 1. Панченко О.О. Влияние солнечной активности на синоптические события начала XXI века: анализ данных для г. Донецка// В книге: «Тези доповідей XV ліцейської науково-практичної конференції». – Донецьк: ДонНУ, 2006. – С.16-17. 2. Панченко О.О. Солнечная активность и метеорологические процессы начала третьего тысячелетия: анализ данных для г. Донецка // В книге: «Физика и научно-технический прогресс. Тезисы докладов межвузовской студенческой конференции». – Донецк: ДонНТУ, 2007. – С.89. 3. Akima H. A new method of interpolation and smooth curve fitting based on local procedures. – ACM, 1970, V.17, № 4, p.589-602. 4. Витинский Ю.И. Солнечная активность. – М.: Наука, 1983. – С.192. 5. Владимирский Б.М., Темурьянц Н.А., Мартынюк В.С. Космическая погода и жизнь. – Фрязино: Век 2, 2004. – С.224. 6. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. – М.: Наука, 1981. – С.144. 7. Чемберлен Дж. Теория планетных атмосфер. – М.: Мир, 1981. – С.352. 8. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. – М.: Мысль, 1976. – С.367. 9. Анориенко А.Я. Нооритмы. – Д.: УНИТЕХ, 2009. – С.372. 10. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. - М.: Наука, 1970. – С.104. 11. Уиттен Р., Попофф Дж. Основы аэрономии. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1977. – С.227. 12. Научно-исследовательская лаборатория физики Солнечно-Земных связей при Нижегородском государственном педагогическом университете [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ежедневно / http://spacelabnnov.110mb.com 13. Обсерватория соединяющего [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ежедневно / http://wwint.alfamoon.com/observ/index.php 14. 3TIER [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ежедневно / http://www.3tier.com/en/package_detail/solar-prospecting-tools/ 15. Solar CS API Documentation [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ежедневно / http://www.aiso.net/