Tiến Sĩ Nghiên cứu dòng điện xích đạo (EEJ) từ số liệu vệ sinh CHAMP và từ số liệu mặt đấy ở khu vực Việt Na

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NĂM 2015
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của luận án 2
2. Mục tiêu của luận án 2
3. Nhiệm vụ của luận án 2
4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2
5. Những luận điểm bảo vệ 3
6. Những điểm mới của luận án 3
7. Cơ sở tài liệu và phương pháp nghiên cứu 3
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4
9. Cấu trúc của luận án 4
10. Kết quả liên quan đến luận án đã được công bố 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU DÒNG ĐIỆN XÍCH ĐẠO,
TỪ TRƯỜNG BÌNH THƯỜNG VÀ SỐ LIỆU NGHIÊN CỨU 6
1.1 Một số kết quả nghiên cứu về EEJ ở trong và ngoài nước 7
1.1.1 Một số kết quả nghiên cứu EEJ trên thế giới 8
1.1.2 Một số kết quả nghiên cứu EEJ tại Việt Nam 16
1.1.3 Một số mô hình biểu diễn EEJ 19
1.2 Về nghiên cứu TTBT cho khu vực Việt Nam và lân cận 20
1.2.1 Một số mô hình TTBT cho khu vực Việt Nam và lân cận 20
1.2.2 Sử dụng phương pháp SCHA để tính TTBT cho một khu vực 23
1.3 Số liệu phục vụ nghiên cứu 26
1.3.1 Quan sát trường từ bằng các vệ tinh 26
1.3.2 Vệ tinh CHAMP 29
1.3.2.1 Mục đích và nhiệm vụ của vệ tinh CHAMP 29
1.3.2.2 Các thông số chính c
ủa vệ tinh CHAMP 30 1.3.2.3 Từ kế đo ba thành phần trường từ 31
1.3.2.4 Từ kế đo trường từ tổng 32
1.3.3 Số liệu trường từ trên vệ tinh CHAMP 33
1.3.4 Số liệu trường từ tại các đài địa từ 37
Kết luận chương 1 39
CHƯƠNG 2: SỰ HÌNH THÀNH DÒNG ĐIỆN XÍCH ĐẠO VÀ PHƯƠNG
PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỀU HÒA CHỎM CẦU 41
2.1 Độ dẫn tầng điện ly và sự hình thành dòng
điện xích đạo 41
2.1.1 Độ dẫn tầng điện ly vùng vĩ độ thấp và trung bình 41
2.1.2 Sự hình thành dòng điện xích đạo 45
2.2 Mô hình thực nghiệm về dòng điện xích đạo 48
2.2.1 Mô hình EEJ của Fambitakoye 48
2.2.2 Mô hình 3EM 51
2.2.2.1 Hàm biến thiên theo vĩ độ của EEJ - hàm j(x) 52
2.2.2.2 Hàm biến thiên theo thời gian của EEJ - hàm G(t) 54
2.2.2.3 Biến thiên theo kinh độ của EEJ 56
2.2.2.4 Hàm biến thiên theo kinh độ, vĩ độ và thời gian
của EEJ- hàm j(x,λ,t) 57
2.2.3 Tính các thành phần của trường từ do EEJ gây ra 57
2.3 Phương pháp phân tích đi
ều hòa chỏm cầu – SCHA 59
2.3.1 Khai triển đa thức Legendre 61
2.3.2 Tính các thành phần của trường từ 63
2.3.3 Phương pháp nghịch đảo số liệu 65
Kết luận chương 2 66
CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XÍCH ĐẠO TỪ SỐ LIỆU VỆ TINH CHAMP
VÀ TỪ CÁC ĐÀI ĐỊA TỪ 67
3.1 Phương pháp tách trường từ do EEJ gây ra từ số liệu vệ tinh CHAMP 67
3.1.1 Lựa chọn số liệu vệ tinh CHAMP 68
3.1.2 Tách tr
ường từ chính và lọc nhiễu 69
3.1.3 Tách phần trường từ do EEJ gây ra từ phần trường dư 72 3.2 Kết quả tính trường từ do EEJ gây ra tính từ số liệu CHAMP 82
3.2.1 Biên độ trường từ do EEJ gây ra 82
3.2.2 Mật độ dòng điện tại tâm của EEJ 86
3.2.3 Phân bố vị trí tâm của EEJ tại các kinh tuyến khác nhau 89
3.3 So sánh với mật độ dòng EEJ tính từ số liệu đài địa từ 90
3.3.1 Tính trường từ do EEJ gây ra từ số liệu đài địa từ 90
3.3.2 Mật độ dòng điện tại tâm của EEJ tính từ số liệ
u đài địa từ 94
3.3.3 So sánh mật độ dòng EEJ tính từ số liệu CHAMP và đài địa từ 95
3.4 Biến thiên theo mùa của EEJ 98
3.5 Biến thiên theo hoạt động Mặt Trời của EEJ 102
3.6 Mô hình hóa EEJ từ số liệu vệ tinh CHAMP 104
3.6.1 Mô hình hóa các thành phần trường từ do EEJ gây ra 104
3.6.2 So sánh kết quả tính mô hình và số liệu thu được từ CHAMP 109
Kết luận chương 3 111
CHƯƠNG 4: TRƯỜNG TỪ BÌNH THƯỜNG KHU VỰC VIỆT NAM
VÀ LÂN CẬN TỪ SỐ LIỆU VỆ TINH CHAMP 114
4.1 Kết quả tính TTBT cho khu vực Việt Nam và lân cận 115
4.1.1 Lựa chọn số liệu CHAMP và tiền xử lý 115
4.1.2 TTBT cho khu vực Việt Nam và lân cận 117
4.1.3 So sánh với trường từ chính tính từ mô hình IGRF 127
4.2 Đánh giá sai số xác định TTBT 127
4.3 Dị thường từ khu vực Việt Nam và lân cận 129
Kết luận chương 4 133
KẾT LUẬN 135
KIẾN NGHỊ 137
Tài liệu tham khảo 138
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án:
Trường từ do EEJ gây ra chỉ chiếm một phần nhỏ trong số liệu ghi được
nhưng nó gây ra những biến thiên khá lớn, nhất là tại vùng tại vùng có vĩ độ thấp và
trung bình như tại Việt Nam biến thiên của nó có thể lên đến hàng trăm nT. Hơn nữa,
trước đây các nghiên cứu về EEJ chủ yếu sử dụng số liệ
u thu được tại các đài địa từ,
sau này đã có hàng chục vệ tinh đo đạc trường từ được phóng lên quỹ đạo cho phép
chúng ta nghiên cứu về EEJ rất chi tiết trên quy mô toàn cầu nhưng lại hầu như chưa
được sử dụng ở Việt Nam.
Đặc biệt, trong nghiên cứu [37] của Doumouya đã sử dụng số liệu trường từ
thu được trên vệ tinh CHAMP vào tháng 8, 9 năm 2001, để nghiên cứu sự phân bố
mật độ dòng EEJ trên toàn cầu và nhận thấy tại kinh tuyến qua Việt Nam, EEJ đạt



giá trị lớn nhất so với các vùng kinh tuyến khác. Tuy nhiên, nghiên cứu này còn có
hạn chế là chuỗi số liệu còn quá ngắn nên nhiều vùng kinh tuyến đã không có số liệu,
hơn nữa năm 2001 là năm Mặt Trời hoạt động mạnh nhất trong chu kỳ của nó, do
vậy việc tách phần trường từ do EEJ gây ra từ số liệu thu được gặp nhi
ều khó khăn.
Chính vì vậy, luận án này sẽ sử dụng số liệu trường từ thu được trên vệ tinh
CHAMP cùng với số liệu các đài địa từ trong vòng sáu năm để khẳng định sự xuất
hiện dị thường xích đạo tại kinh tuyến qua Việt Nam cũng như nghiên cứu một số
đặc trưng cơ bản của hệ dòng EEJ.
Trong quá trình sử dụng số liệu CHAMP vào thời gian ban ngày để
tách phần trường từ do EEJ gây ra, chúng tôi nhận thấy rằng hoàn toàn có thể sử dụng chuỗi số
liệu này vào thời gian ban đêm để tính trường từ bình thường (TTBT) cho khu vực
Việt Nam và lân cận. Điều này cũng xuất phát từ nhu cầu cấp thiết thực tế là từ năm
2003 đến nay, tại Việt Nam chưa tiến hành xây dựng bất kỳ một bản đồ TTBT nào.
Do đó trong luận án này, ngoài sử dụng số liệu CHAMP và số liệu tại các đài
địa từ để nghiên cứu về EEJ còn sử dụng số liệu CHAMP và phương pháp phân tích
điều hòa chỏm cầu để nghiên cứu về TTBT cho khu vực Việt Nam và lân cận với
tên là: “Nghiên cứu dòng điện xích đạo (EEJ) từ số liệu vệ tinh CHAMP và từ số liệu mặt đất ở khu vực Việt Nam và các vùng lân cận”.
2. Mục tiêu của luận án:
- Sử dụng chuỗi số liệu trường từ thu được trên vệ tinh CHAMP cũng như số
liệu tại đài địa từ để nghiên cứu về các đặc trưng EEJ, có sự so sánh kết quả tính
EEJ từ số liệu vệ tinh CHAMP và từ số liệu của các đài địa từ.
- Xây dựng mô hình lý thuyết về EEJ để biểu diễn sự biến đổi của nó theo kinh
tuyến, vĩ tuyến và thời gian.
- Nghiên cứu và áp dụng phương pháp phân tích điều hòa chỏm cầu để tính
trường từ bình thường và dị thường từ cho khu vực Việt Nam và lân.
3. Nhiệm vụ của luận án:
- Thu thập và xử lý toàn bộ 6 năm số liệu (từ 2002-2007) trường từ thu được
trên vệ tinh CHAMP và số liệu tại các đài địa từ tại khu vực xích đạo từ tại Việt
Nam cũng như trên thế giới.
- Tìm hiểu thuật toán tách phần trường từ do EEJ gây ra từ số liệu thu được
trên vệ tinh CHAMP. Xác định các thông số chính và nghiên cứu sự biến đổi của
EEJ theo không gian và thời gian. So sánh EEJ tính từ số liệu vệ tinh CHAMP với
số liệu tại các đài địa từ trong cùng một khoảng thời gian.
- Xây dựng mô hình lý thuyết biểu diễn sự biến đổi của EEJ theo thời gian,
trong không gian trên toàn cầu.
- Nghiên cứu phương pháp phân tích điều hòa chỏm cầu để mô hình hóa
TTBT cho một quốc gia hay một khu vực.
- Xây dựng mô hình TTBT và dị thường từ cho khu vực Việt Nam và lân cận
bằng phương pháp phân tich điều hòa chỏm cầu từ số liệu của CHAMP.