скачать книгу бесплатно
ОФ_Сум_У // Объемы финансирования ТПГГ: ИТОГО – утверждено на год // тыс. руб.
ОФ_Сум_И // Объемы финансирования ТПГГ: ИТОГО – исполнено // тыс. руб.
ОФ_НацОМ // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – ОМС // тыс. руб.
ОФ_НацКЗ // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – КЗ // тыс. руб.
ОФ_НацФС // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того Нац. проекты – ФСС // тыс. руб.
ОФ_Пла_У // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того – Платные услуги – утверждено на год // тыс. руб.
ОФ_Пла_И // Объемы финансирования ТПГГ: кроме того – Платные услуги – исполнено // тыс. руб.
Сум_Плат // Сумма всех платных услуг // тыс. руб.
1ж_сумпл // Денежная сумма: всего платных услуг на душу населения // руб.
1ж_медпл // Денежная сумма: в т. ч. медицинских платных услуг на душу населения // руб.
см_алк_опьян // Количество случаев насильственной смерти в состоянии алкогольного опьянения // случаи
см_алк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений алкоголем // случаи
см_нарк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений наркотиками // случаи
см_алк-нарк_отравл // Количество случаев смерти от острых отравлений алкоголем и наркотиками // случаев
туб_см // Смертность населения от туберкулеза // Случаев на 100 тыс. чел. населения
Предисловие
Проблема исследования функционального состояния организма и его многопараметрическое моделирование при воздействии гелиогеокосмических факторов на основе современных информационных технологий, многомерного статистического анализа и медицинских информационных систем (МИС) является одной из актуальных в современной клинической медицине и физиологии. Этот вопрос приобретает большую значимость в исследовании адаптивных, приспособительных механизмов различных функциональных систем: лейкоцитарной, биохимической, электролитной, а также функций нервной системы, высшей нервной деятельности, больничной летальности, смертности от различных причин – их динамических взаимоотношений и соотношений с параметрами космических излучений, показателей электромагнитной активности Солнца, геоманитного поля, ионосферных, метеорологических и гравитационных данных, играющих роль первичных многофакторных водителей биоритмов и датчиков времени для систем организма.
Актуальность излагаемой проблемы заключается в том, что физиологические, биохимические, гематологические параметры, высшая нервная деятельность человека и поведенческие закономерности животных подвержены значительным вариациям во времени. Явления такого порядка обнаруживаются в отношении электрофизиологических показателей головного мозга, двигательной активности, работоспособности, психического статуса здоровых людей, операторов, спортсменов и вообще специалистов самого различного профиля. Выяснение причинной обусловленности таких явлений часто связывают с биоритмологическими закономерностями, фотопериодизмом организма. Но эти факторы, как выяснилось, не полностью объясняют вариативность экспериментальных данных. В настоящей работе обосновывается важность изучения вариаций медико-биологических показателей во взаимосвязи с многолетними долговременными флуктуациями сверхвысокочастотной компоненты солнечного радиоизлучения, отклонениями вектора геомагнитного поля, изменениями интенсивности космических излучений и связанными с этими явлениями сложными электромагнитными и акустическими процессами ионосферы Земли. Вопрос о влиянии огромного тысячекилометрового ионного слоя, опоясывающего планету, на параметры и функции человеческого организма изучен совершенно недостаточно. В этом смысле работа актуальна и является пионерской. Несмотря на многочисленные публикации, посвященные исследованию воздействия на живые объекты и единичные его показатели отдельных электромагнитных, акустических параметров и частот в экспериментальных условиях, трудов, где бы изучался широкой комплекс вышеперечисленных естественных факторов, также довольно мало. Здесь приводится попытка приблизить решение этой актуальной проблемы, для чего применяются методы многомерной статистики, обосновать и представить синергетическую концепцию долговременных, многолетних вариаций систем организма человека параллельно с динамикой космических и солнечных излучений, ионосферных процессов и изменениями геомагнитного поля.
Оценкой функционального состояния организма занимались многие исследователи, предлагавшие различные показатели: физиологические, медицинские, единичные, комплексные, временные и так далее. И несмотря на продолжительный период изучения этой проблемы, до настоящего времени осталось много нерешенных вопросов. Цель данной работы – изучить отклик функциональных систем организма человека на возмущающие космогеофизические факторы. Для этого авторы изучали функциональное состояние мозга, его отдельных сенсорных систем в ответ на разнообразные – одиночные и комбинированные – стимулы космогеофизических факторов на основе регистрации зрительных вызванных потенциалов, концентраций ионов, ферментов и биохимических параметров крови, количества лейкоцитов, эритроцитов, вариаций массы тела и удельной плотности мочи, параметров сердечно-сосудистой и дыхательной систем, показателей психического статуса людей.
Сегодня существует большое количество концепций и частных точек зрения относительно механизмов воздействия внешних гелиогеофизических, космических и метеофакторов на отдельные параметры биосферы и живых организмов. Однако большая часть таких результатов получена в исследованиях отдельных параметров животных и человека. Очень мало работ по динамическому моделированию этих параметров и практически совсем нет трудов с применением обобщенных системных оценок функционального состояния, тем более в динамике, сравнимой по временным масштабам с многолетними вариациями космических и солнечных излучений и флуктуациями ионосферы Земли. В настоящей работе поставлена цель: разработать концепцию многолетних и сезонных динамических адаптационных механизмов и функционального состояния таких важных систем организма, как лейкоциты крови, электролитный баланс, биохимические процессы, показатели метаболизма и экскреции человека в зависимости от динамических вариаций, комбинаций и сочетаний глобальных космогелиогеофизических факторов. Решение вытекающих из цели работы и конкретных поставленных задач осуществлено на большом статистическом материале, собранном от здоровых людей и психически больных (реактивные состояния, маниакально-депрессивный психоз, неврозы) без соматической патологии. В качестве методического приема использованы многопараметрическая одновременная динамическая оценка нескольких систем организма этих больных и теоретическое обоснование корректности выбора этой категории людей. Предлагаемые системные методы позволяют оценить широкий спектр интегративных динамических механизмов управления в организме, что позволяет решить поставленные задачи с учетом индивидуально-типологических особенностей отдельного индивидуума. Кроме того, собрано и организовано в базы данных (Paradox) огромное количество данных о внешних космогелиогеофизических факторах – десятки тысяч измерений в динамике, произведенных на современном верифицированном геофизическом оборудовании ряда институтов и лабораторий Российской академии наук. Космогелиогеофизические параметры были «приклеены» к медицинским, физиологическим и психологическим исследованиям на основе времени и даты исследования. Этот принцип может быть положен в основу соответствующего подраздела МИС. Предложена квалифицированная статистическая обработка материала с целью поиска множественных корреляционных связей и соотношений с исследуемыми биопараметрами организма.
Доказано существование значимых корреляций между авторегрессионными параметрами зрительных вызванных потенциалов и ионосферными процессами Земли, что подтверждает их коррегирующее воздействие на процессы переработки информации головным мозгом. Это авторами показано впервые. Объясняется это явление с позиций суперпозиционных воздействий модулированных СВЧ-составляющей солнечных излучений, радиоизлучений ионосферы и 8-герцового ионосферного волновода. Большой теоретический интерес представляют данные о характере реагирования и синергизме реакций системы лейкоцитов, ионного, биохимического состава и активности ферментов крови с ионосферными и космогеофизическими процессами. Изложены пути и подходы к интегральной оценке функционального состояния любых других систем организма, при изучении которых используются различного рода ритмограммы и динамические наблюдения за многопараметрическими биологическими системами, в том числе при воздействии космогеофизических факторов.
Заслуживает особого внимания обоснование актуальности и разрабатываемая концепция работы по исследованию новой области знаний – физиологической синергетики и биоритмологической обусловленности вариаций изученных физиологических параметров с флуктуациями космогеофизических процессов.
В главе 1 «Биотропность космогелиогеофизических факторов» последовательно излагаются литературные данные о роли космических лучей в качестве водителей ритмов, дана краткая характеристика деятельности Солнца, основных параметров ионосферы, сопряженных с ними факторов, характеристика геомагнитного поля, ритмозадающие свойства космогеофизических факторов.
В главе 2 «Биоритмы и ритмы геокосмоса» изложены основные ритмозадающие свойства космогеофизических факторов, механизмы биоритмологических закономерностей, спектрально-частотные особенности биопроцессов и космогеофизических факторов.
В главе 3 «Системно-статистический подход к исследованию биоритмов и ритмов внешней среды» приведены основные представления о системном подходе к исследованию биологических объектов и внешней среды, вопросы оптимизации моделирования биосистем, расширенное толкование понятия функционального состояния как обобщения системного подхода в физиологии. Описываются примененные системно-статистические оптимизационные методы, применяемые к многопараметрическим физиологическим процессам: критериальные функции и функционалы биосистем, множественные корреляции. Обоснование корректности поиска статистических связей, приводимое во 2-й главе, позволяет говорить о возможности глобального системного подхода к исследованию биосферы.
Подкрепление последнего положения развивается в главе 4 «Механизмы воздействия космогелиогеофизических факторов на системы организма», в которой описываются некоторые механизмы влияния космогеофизических факторов на биофизические и биохимические системы, ядерно-магнитного резонанса, некоторые закономерности воздействия космических излучений, электромагнитных и акустических полей на биосистемы, биотропные эффекты ионосферы.
В главах с 5-й по 9-ю изложены конкретные результаты исследований; эти главы посвящены непосредственно изучению флуктуаций электролитного состава крови (глава 5), биохимических показателей (глава 6), ферментов (глава 6), массы тела (глава 6), удельной плотности мочи (глава 6), гемограммы (глава 7), сердечно-сосудистой и дыхательной систем (глава 8), зрительных вызванных потенциалов и психического состояния людей (глава 9). Показано, что эти системы откликаются на ионосферные воздействия, включая модулированные космогелиогеофизические и СВЧ-составляющие Солнца.
Глава 5 «Многолетние ритмы электролитного баланса крови» содержит конкретные результаты изучения корреляционных соотношений электролитного баланса с космогеофизическими факторами. Показаны противофазные соотношения «внутренних» корреляций (функционала) электролитов крови с критической частотой электронного слоя ионосферы Земли. Получено, что временные спектры и периоды космогеофизических факторов и электролитного состава крови имеют одинаковые гармоники и динамика ионного состава поддается аргументированному прогнозированию на основе временного многолетнего и сезонного исследования статистических связей с ионосферными параметрами. Приводятся возможные механизмы возмущения электролитного баланса крови при воздействии космогеофизических факторов.
В 6-й главе «Сопоставление многолетних ритмов биохимических параметров и показателей метаболизма человека с вариациями космогеофизических данных» изложены вопросы, посвященные результатам многолетних исследований синергетики ферментной и смешанной биохимической систем с геокосмическими параметрами. Предварительно приводятся краткая функциональная характеристика и обоснование конкретных исследованных ферментных групп и биохимических параметров, включая удельную плотность мочи и изменения массы тела психически больных как отражение метаболических процессов организма. Предложены механизмы воздействия физических внешних факторов на многолетние вариации биохимических показателей и ферментной активности. На основании убедительных статистических результатов сделаны выводы о существовании примерно 11-летней периодичности системных постепенных изменений (сдвигов) биохимических параметров организма, совпадающих с минимумами активности Солнца и максимумами интенсивности нейтронной компоненты космических излучений. Закономерны выводы о синергетических регуляторных сдвигах биохимического статуса. Авторы показали, что вариации массы тела, рассматриваемые в качестве отражения обменно-метаболических процессов, обнаруживают значимую статистическую связь с совокупностью космогеофизических факторов. Удельная плотность мочи также обнаруживает примерно 11-летние значимые множественные корреляции с солнечной активностью и геомагнитным полем. В середине этого цикла выявлены достоверные корреляции с ионосферными процессами.
Закономерности ответных системных реакций гематологичес-ких параметров организма на геокосмические воздействия представлены в 7-й главе «Причинная обусловленность многолетних и сезонных ритмов клеточных элементов системы крови». Это большая глава с изложением фактологического материала. Здесь приведен обширный статистический табличный материал. Основные выводы главы заключаются в том, что суммарные корреляционные оценки лейкограммы (функционал и критериальная функция) адекватно описывают функциональные изменения системы лейкоцитов крови. Система лейкоцитов и эритроциты способны откликаться на вариации ионосферных параметров, геомагнитного поля и солнечно-космических излучений и их динамика может аргументированно прогнозироваться на основании выявленных одинаковых спектрально-временных гармоник и периодов.
Выводы 8-й главы «Реакции сердечной деятельности и дыхательной системы на космогеофизические воздействия» кратко сводятся к положению о том, что параметры дыхательной и сердечно-сосудистой систем обнаруживают статистически значимые корреляции с ионосферными процессами Земли.
Глава 9 «Вариации показателей нервной системы и психического состояния людей при изменении солнечно-космических и ионосферных параметров» посвящена исследованию воздействия ионосферных процессов на центральную нервную систему и комплекса космогелиогеофизических факторов на показатели психологического тестирования (тест СМИЛ) молодых людей. Описываются современные статистические методы обработки нейрофизиологических процессов и их физиологическая интерпретация. Много внимания уделяется описанию авторегрессионного моделирования и анализа вызванных потенциалов методом раскраски графа и анализу биоритмических закономерностей психических процессов людей. Показано, что ионосферные параметры оказывают влияние на процессы переработки информации мозгом. Отдельные зоны мозга, откликающиеся на такие воздействия, не выявлены. Одним из механизмов подобных влияний предполагается 8-герцовый несущий ионосферный волновод в комбинации с килогерцовыми ионосферными частотами и СВЧ-диапазоном Солнца.
В Главе 10 «Больничная летальность и смертность» изучены вопросы больничной летальности Санкт-Петербурга, смертности по основным причинам в Ленинградской области в зависимости от колебаний комплекса космогелиогеофизических, метеорологических и гравитационных параметров. Проведены исследования статистических связей смертности в Ленинградской области с территориальной программой госгарантий и погодными факторами по поручению Председателя комитета по здравоохранению Ленинградской области на аппаратном совещании от 07.02.2011 № 5–3/11-9 п. 9: «Провести анализ зависимости показателей смертности по основным причинам в МО ЛО от социально-экономических и медико-социальных факторов за 2008–2010 годы».
Глава 11 «Медицинские информационные системы» посвящена некоторым вопросам развития и внедрения МИС в мире и России и связанным с этим задачам.
В «Заключении» дано общее обсуждение работы, рассматриваются проблема комплексного воздействия всех геокосмических факторов на функциональное состояние организма и психический статус людей и проблемы отражения этих вопросов в МИС.
Результаты исследований были ранее опубликованы в следующих основных работах и монографиях:
– Лушнов М. С., Максимов Г. К., Кобрин В. П. Состояние некоторых систем организма и ионосфера: Монография. – СПб: СПбГТУ, 1996. – 151 с.;
– Лушнов М. С., Кидалов В. Н., Хадарцев А. А., Еськов В. М. Влияние ритмов геокосмоса на функциональное состояние организма и систему крови: Монография. / Под ред. А. А. Хадарцева. – Санкт-Петербург – Тула: ООО РИФ «Инфра», 2007. – 188 с. (авторы получили диплом (рис. П. 1), монография стала лауреатом конкурса на лучшую научную книгу 2007 г., проводимого Фондом развития отечественного образования);
– Лушнов М. С., Липовицкая И. Н., Лушнов А. М., Головина Е. Г., Щербук А. Ю., Куликов В. Д., Гливинская О. А., Донсков В. В. Раздел 4. Больничная летальность / Рождаемость и смертность населения Санкт-Петербурга. Обзор медико-демографических показателей. – СПб.: 2010. – С. 121–189;
– Лушнов М. С. Отчет по гранту № 03-06-00220а Российского гуманитарного научного фонда «Исследование изменений физиологических и психологических показателей человека в зависимости от динамики космогеофизических факторов» // СПб: ИЭФБ им. И. М. Сеченова, – 2005. – 27 с.
– экспертная работа, проведенная в интересах Законодательного собрания Санкт-Петербурга: Отчет об экспертной работе «Анализ медицинских информационных систем для подготовки экспертного заключения о целесообразности разработки проекта закона Санкт-Петербурга «Об электронном медицинском паспорте жителя Санкт-Петербурга», выполнена по договору подряда № V / 1 РНК № 050000802998 от 11.11.2008 г., – СПб: ЗАКС, 2008. – 159 с., исполнитель д. м. н. М. С. Лушнов;
– исследовательские работы, проведенные при поддержке Российского государственного гуманитарного научного фонда в 2003–2005 гг.: грант номер 03-06-00220а, руководитель проекта д. м. н. М. С. Лушнов, соисполнитель проекта А. М. Лушнов.
Сведения об авторах
Лушнов Арсений Михайлович (родился 4.08.1980 в семье военнослужащего, убит 27.08.2011 г. у порога своего дома). Получил высшее образование, врач-педиатр, Санкт-Петербургская государственная педиатрическая академия (годы обучения 1997–2003). Активно интересовался научными исследованиями – биометеорологией и космобиологическими исследованиями, в студенческие годы и после окончания вуза работал в научных учреждениях – в Институте физиологии им. И. П. Павлова РАН, преподавал в Российском государственном гидрометеорологическом университете. С сентября 2003 г. по август 2005 г. обучался в клинической ординатуре кафедры реабилитации и спортивной медицины СПбМАПО, с сентября 2005 года по сентябрь 2007 года работал медицинским представителем в ООО «Галена Фарма» (в дальнейшем переименована – TEVA), с февраля 2008 г. по 27.08.2011 г. – медицинским представителем в российско-немецком ООО «БИОНОРИКА». Активно работал над кандидатской диссертацией (главы 10 и 11 в большой степени подготовил он), имел научные публикации. Владел английским языком.
Лушнов Михаил Степанович, 1956 года рождения, окончил III факультет Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова в 1979 г., математико-механический факультет Ленинградского государственного университета им. А. А. Жданова в 1983 г. Доктор медицинских наук с 1998 г. Являлся руководителем, затем заместителем руководителя по статистике и аналитической работе Санкт-Петербургского государственного медицинского информационно-аналитического центра Комитета по здравоохранению Санкт-Петербурга с 2005 г. по 2011 г. С 2011 г. – руководитель Государственного казенного учреждения здравоохранения «Медицинский информационно-аналитический центр» Ленинградской области.
Рис. П. 1. Диплом Фонда развития отечественного образования
Глава 1
Биотропность космогелиогеофизических факторов
В настоящее время в научной литературе обращается внимание в основном на влияние вторичных метеотропных факторов, тогда как влияние космических излучений и ионосферных факторов описано недостаточно и с позиций одномерных статистик, что не позволяет описывать физиологические процессы в полном и достаточном объеме, поскольку такое описание должно учитывать совокупность множественных взаимоотношений элементов биосистемы. Согласно исследованиям многих авторов на биосферу действуют в основном короткопериодические колебания, сверхнизкочастотные электромагнитные поля, ионосферные инфразвуковые колебания, радиоактивность, положительные радиоионы, ультрафиолетовые и космические лучи (Владимирский Б. М., 1980; 1982; Кобрин М. М., 1982), метеофакторы (Мустель Э. Р., 1971; Витинский Ю. И. с соавт., 1976; Алексеев В. П., 1979а) с разнонаправленными биоэффектами.
Имеется большое количество сведений цикличности внешних воздействий на живую природу (Похмельных Л. А., 1992а; 1992б). Однако их механизмы полностью не раскрыты. Это свидетельствует о сложности и комбинировании воздействий на живые системы.
1.1. Космические лучи – водители ритмов
КЛ и вторичные частицы, образовавшиеся в атмосфере, имеют большую проникающую способность. Так, нейтроны и протоны КЛ способны влиять на метаболические молекулярные процессы, причем эволюция и мутагенные процессы связываются с ними (Дружинин И. П. с соавт., 1974). Перемена знака ММП ведет к изменениям электрических токов и полей магнитосферы Земли. Момент перемены знака МП Солнца является наиболее благоприятным условием для проникновения КЛ к земной поверхности.
Другие колебания КЛ и вторичных лучей имеют различную периодичность (сутки, 27-дневные и прочие), анизотропию и амлитуды, изменяющиеся от долей процента до 25 %. Амплитуды геомагнитного поля при этом тоже изменяются от десятых долей до 10 %. В настоящее время известна циклическая изменчивость внешних воздействий на Землю: во временном масштабе часов и суток – геомагнитные возмущения, вариации интенсивности КЛ (Чарахьян А. Н. с соавт., 1980; Уилкокс Дж. М., 1982), солнечных излучений в различных интервалах частот (Тимоти Г., 1980), в периоде солнечных циклов – вариации погодных условий на континентах (Митчел Дж. М. мл. с соавт., 1982), в масштабе сотен лет – вариации средних температур на континентах, коррелирующие с изменением амплитуд процесса пятнообразования на Солнце, в масштабе от сотен лет до десятков тысяч – изменение геомагнитного диполя (Creer K. M., 1977), в масштабе от тысяч до миллионов лет – нерегулярные многократные изменения полярности геомагнитного диполя (Кокс А. с соавт., 1968).
Основные соотношения электростатики экранирования поля материей и складывающиеся на ее основе связи во взаимоотношениях Космоса, Солнца, Земли существенно влияют на живую природу. В нашу эпоху земной шар находится в неравновесном состоянии, разряжается, теряя заряд через ток проводимости атмосферы. Скорость ослабления магнитного момента составляет 5–8 % каждые 100 лет (Яновский Б. М., 1953; Nagata T., 1965). Атмосферный ток составляет 2000–3300 А. В масштабе 1000 лет Земля в среднем находится в электростатическом равновесии с космической средой. Наша эпоха уникальна в смысле перехода через нуль магнитного момента Земли. В последующее время (сотни лет) ожидается восстановление равновесия с космической средой. Аналогичные условия наша планета претерпевала около 2000 лет назад.
Проблемы космических лучей (КЛ) важно изучать не только с астрофизических позиций, исследуя при этом сложность процессов их взаимодействия с веществом и движущимися магнитными космическими полями, но и для медико-биологических потребностей, принимая во внимание воздействие их на живую материю (Дорман Л. И., 1988).
В литературе приводятся сведения по звездной анизотропии и долговременным вариациям КЛ в широком интервале энергий от десятков МэВ до 10
эВ. Существует сложный процесс модуляции галактических КЛ в гелиосфере: конвекционный перенос, анизотропная диффузия, переполюсовки общего магнитного поля (МП) Солнца, дрейфовые эффекты, нелинейные взаимодействия КЛ с солнечным ветром, пересоединение силовых линий межзвездного МП с галактическим полем на границе гелиосферы. В КЛ присутствуют античастицы (позитроны, мезоны, гипероны), выделяющие при взаимодействии с веществом огромную энергию и электромагнитные излучения. Их классифицируют по составу и спектру. Существует определенная взаимосвязанность их состава, спектра и анизотропии. К КЛ внесолнечного происхождения относят протонно-ядерный компонент КЛ (протоны, ?-частицы, ядра с атомарной массой большей массы гелия, антипротоны и антиядра), электронно-позитронный компонент КЛ, ?-кванты, группу частиц – монополи, кварки, фотино и другие (Дорман Л. И., 1988).
Существует классификация КЛ (5 интервалов) по энергиям в широких диапазонах от 0,01 МэВ/нуклон до 10
эВ. Границы между ними часто довольно условны. Они отличаются по химическому составу энергетического спектра и характеру временных вариаций. Относительная роль 5-го интервала состоит в том, что КЛ малой энергии модулируются хромосферными вспышками спокойного Солнца, магнитосферами Юпитера и Сатурна, переходным слоем между солнечным ветром и галактическим МП. Энергетический спектр, состав и звездная анизотропия КЛ взаимосвязаны. Плотность энергии галактических КЛ вблизи Земли подвержена вариациям от 0,78 эВ/см
в период максимума до 0,98 эВ/см
в период минимума активности Солнца, то есть при ослаблении деятельности Солнца увеличивается значение КЛ, и наоборот, при усилении солнечной активности энергия КЛ уменьшается (Дорман Л. И., 1978). Энергия КЛ значительно больше энергии солнечного ветра, но само количество КЛ намного меньше потока солнечного ветра. Спектр и диапазон КЛ поражает воображение – он простирается от 104 эВ/нуклон до 3 ? 10
эВ, то есть составляет 16 порядков.
Область умеренных энергий КЛ подвержена межпланетной модуляции. Важнейшие факторы, определяющие такую модуляцию галактических КЛ, следующие: скорость солнечного ветра, диффузия КЛ, характер изменения солнечного ветра и КЛ в течение 11-летнего цикла солнечной активности, размер и форма гелиосферы, общее МП Солнца, переполюсовки МП Солнца с 22-летним циклом и распространение КЛ в гелиосфере. Спектр КЛ в области высоких и сверхвысоких энергий определяется методами подземных и наземных наблюдений мюонов и ?-квантов, измерения на искусственных спутниках Земли, регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ). Регистрация ШАЛ основана на регистрации и изучении мезонно-ядерного и электромагнитного каскадов в атмосфере, производимых частицами КЛ с энергиями до и около 10
эВ. Изучают одновременно потоки электронов, мюонов и адронов. Амплитуды вариаций вторичных частиц ШАЛ на уровне моря достигают 20 % для ?-мезонов и 30 % для нейтронов. Метеофакторы, такие как атмосферные температура и давление, влияют на количественные параметры потоков элементарных частиц в ШАЛ: колебание температуры в 1 градус влечет изменение ?-мезонов на 0,1–0,2 %, а давления на 100 Па – нейтронов на 0,7 %. По литературным данным, средняя частота малых ШАЛ составляет 45 000 в час, то есть около 12,5 герц. По данным непрерывной регистрации частоты ШАЛ были найдены 1-я и 2-я гармоники суточной вариации КЛ высокой энергии, достигающие максимума соответственно через 8,8 ± 1,3 час и 2,2 ± 0,4 час (Мирошниченко Л. И., 1981). Резкие изменения метеоэлементов сопровождаются изменениями атмосферного электричества и проникающей способности ?– и ?-мезонов, протонов и других частиц (Ассман Д., 1966; Мирошниченко Л. И., 1984).
В обзоре «Космические данные» Институтом земного магнетизма и распространения радиоволн Российской академии наук опубликованы данные о вариациях интенсивности нейтронной компоненты космических лучей, регистрируемой на сети станций России нейтронными супермониторами типа NM-64. Данные нейтронной компоненты представляются в виде таблиц среднесуточных значений. Все параметры приведены к постоянному барометрическому давлению. В работе использованы данные нейтронной компоненты для района г. Москвы на высоте 220 м над уровнем моря. В табличном материале настоящей работы обозначение КЛ
означает именно эту нейтронную компоненту космических исследований.
С января 1972 г. в обзорах «Космические данные» публиковались сведения об интенсивности КЛ в переходном максимуме в стратосфере. В работе использованы также результаты измерений интенсивности космических лучей в максимуме переходной кривой в стратосфере в районе г. Мурманска, населенном пункте, наиболее близком по широте и долготе к г. С.-Петербургу. Использовано два параметра N
– значение глобальной интенсивности космических лучей (ГИКЛ), измеренной в 1/(см
.с) и N
– значение вертикальной составляющей интенсивности космических лучей (ВСИКЛ), измеренной в 1/(см
.с. стер). Эти измерения проводятся при помощи радиозондов космических лучей РК-1 и РК-3 (Космические данные. …, 1977–1988). В табличном материале обозначение КЛ означает все 3 исследованных параметра: нейтронная компонента КЛ
, ГИКЛ и ВСИКЛ.
1.2. Краткая характеристика деятельности Солнца
Астрономы отслеживают солнечные циклы начиная с 1755 г. Таким образом, наблюдениям за динамикой Солнца уже примерно 250 лет. Двадцать третий по счету 11-летний солнечный цикл достиг своего максимума в начале 2000-х годов. Так как обычно солнечная активность спадает медленнее, чем нарастает, вероятность возникновения сильных магнитных бурь и связанных с ними земных «фейерверков» высока в течение нескольких лет – примерно до 2005 года (Karl T., Thurber Ir. Солнечный ветер и магнитосфера земли. http://www.bezumnoe.ru/journal/MEMFIS/comments4518.html).
Считается, что за пятнообразовательный процесс на Солнце ответственны циркуляции солнечного вещества и дифференциальное вращение солнечных слоев, в особенности приливообразующая сила планет, а также перераспределение углового момента всей солнечной системы между планетами-гигантами и Солнцем и галактические магнитные поля. Возможно, что максимумы солнечной активности зависят от движения солнечной системы в Галактике, а также от электродвижущей силы Юпитера, имеющего наибольшую массу и МП. Галактические факторы через солнечную активность влияют на земные процессы (Дружинин И. П. с соавт., 1974; Прудников И. М. с соавт., 1996). Возвратные потоки Солнца имеют максимум на точках перегиба, ближе к точке минимума солнечной активности. Этот факт важен при сопоставлении геофизических явлений с солнечной активностью (Оль А. И., 1971).
В районе максимума 11-летнего цикла возникают сильные магнитные бури на Земле (Дубров А. П., 1974; Митчел Дж. М. мл. с соавт., 1982). Число Вольфа оценивает относительное суммарное цюрихское число видимых солнечных пятен, отражающее активность Солнца, сильно коррелирующих с площадью этих пятен (Андронова Т. И. с соавт., 1982). Расширяющаяся плазма частично захватывает магнитное поле Солнца, вытягивает его силовые линии и за счет вращения Солнца образует межпланетное магнитное поле в виде спирали Архимеда. Оно состоит из 2 – 4-х секторов. Его периодичность 27 дней, иногда 13–14 дней. Несмотря на небольшую величину этого поля – несколько гамм, от его направления зависит геоэффективность корпускулярного потока (Акасофу С. И., Чепмен С., 1974, 1975).
Солнечная активность и геофизические факторы оказывают колоссальное влияние на биосферу в силу своей масштабности. Флуктуации их имеют самую различную периодичность. Число солнечных пятен изменяется со средним периодом 11,2 года. Активные центры повторяются с периодом примерно 27 дней (Акасофу С. И., Чепмен С., 1974, 1975). Смена полярности общего МП Солнца происходит с периодом около 22 лет. Кроме того, существуют 3-, 5-, 7-, 8-, 90-летние циклы (Владимирский Б. М., 1971, 1977, 1980, 1982; Мартер М. Дж., Бруцек А., 1980; Мирошниченко Л. И., 1981).
Характер погоды сезонов значительно отличается от года к году и имеет связь с положением планет. Многолетние наблюдения показали, что соединение планет-гигантов в одном небольшом телесном угле приводит к смещению центра тяжести Солнца относительно неподвижного центра масс солнечной системы от 0,01 до 2,19 солнечного радиуса. Периоды соединения Юпитера и Сатурна происходят примерно через 20 лет. 10-летний полупериод способствует меридиональной циркуляции воздуха на Земле и экстремальным проявлениям погоды: холодной зиме, засушливому лету, ураганам, наводнениям. Поэтому «парады планет» не безобидны (Белязо В. А., 1990).
В настоящей работе использовалось два показателя солнечной активности (СА), публикуемые в сборнике «Космические данные. Месячный обзор» (1977–1988): относительное число солнечных пятен (ОЧСП), называемых иногда числами Вольфа, и плотность потока радиоизлучения на частоте 3000 МГц (ППСР3000) – на каждый день с 1977 по 1988 г. Таким образом, эти показатели отражают интенсивность СВЧ-излучений Солнца и общего показателя радиоизлучений – ОЧСП. В табличном материале и иллюстрациях обозначение СА означает солнечную активность, описываемую двумя параметрами: ППСР3000 и ОЧСП.
Таким образом, в работе использовались два показателя солнечной активности: количество солнечных пятен и излучение солнечного диска.
В 1848 году швейцарским астрономом Йоханом Рудольфом Вулфом были введены ежедневные измерения числа солнечных пятен. Его метод, который все еще используется сегодня, рассчитывает общее количество пятен, видимых на поверхности Солнца, и число групп, в которые они группируются, так как ни одна величина удовлетворительно не измеряет активность солнечных пятен.
Относительное число солнечных пятен является показателем активности всего солнечного диска. Это определяется каждый день независимо от предыдущих дней. Каждый изолированный кластер солнечных пятен называют группой пятен, и она может состоять из одного или большого количества разных пятен, размер которых колеблется от 10 или более квадратных степеней солнечной поверхности вниз к пределу решения (например, 1/25 квадратная степень). Относительное число солнечных пятен определяется как R = K (10g + s), где g – число групп пятен, s – общее количество различных пятен. Коэффициент пропорциональности K (как правило, меньше единицы) зависит от наблюдателя и предназначен для осуществления перехода к шкале Вольфа.
Массив данных, содержащий информацию о солнечных пятнах, имеет табличный формат (таблица 1.1):
Таблица 1.1
Ежедневные измерения комплексного излучения солнечного диска в 2800 МГц (длина волны 10,7 см) производятся Национальным исследовательским советом Канады с 1947 г. До 31 мая 1991 г. наблюдения проводились в Обсерватории Алгонкинского радио, около Оттавы. Далее программа была передана Доминион радио астрофизической обсерватории около Пентиктона в Британской Колумбии. С 1 июня 1991 года данные берутся из этого места.
Таблицы содержат сведения о потоках от всего солнечного диска в частоте 2800 МГц в единицах 10
Вт/(м
МГц). Во избежание десятичных знаков каждый показатель был умножен на 10. В итоге получены три вида потока – наблюдаемый, скорректированный и абсолютный. Из них наблюдаемый – наименее точный, так как он содержат флуктуации до 7 %, которые возникают с изменением расстояния Солнце – Земля. Скорректированные потоки не имеют такого изменения; числа в этих таблицах, равные потоку энергии, полученному датчиком, рассчитаны для средних расстояний между Солнцем и Землей. Наконец, абсолютные потоки содержат меньше всего ошибок, здесь каждое скорректированное значение умножается на 0,90, чтобы компенсировать погрешность антенны и волн, отраженных от Земли.
Данные сведены в таблицу в двух формах: «наблюдаемый поток» (S), и «скорректированный поток» (Sa). Первый – фактические измеренные значения – зависит от изменения расстояния между Землей и Солнцем весь год, тогда как второй масштабируется в стандартном расстоянии. Значения наблюдаемого потока полезны в физике ионосферы и других земных последствий солнечной активности. Скорректированные потоки более точно описывают поведение Солнца.
1.2.1. Динамика гелиофизических факторов
Временная изменчивость солнечной активности, выраженная количеством солнечных пятен и плотностью потока радиоизлучения на частоте 2800 МГц, представлена на рис. 1.1. Ход двух кривых очень похож, он отображает 11-летний цикл, с начала 1996 года значения увеличиваются, достигнув максимума в середине исследуемого периода, затем постепенно начинают уменьшаться. Максимум числа солнечных пятен (170) приходится на середину 2000 года, а максимум плотности потока (2350) – на начало 2002-го.
Рис. 1.1. Многолетняя среднемесячная изменчивость солнечных пятен и плотности радиоизлучения на частоте 2800 МГц
1.2.2. Спектральный анализ гелиофизических параметров
Рис. 1.2 показывает десятичный логарифм спектральной плотности солнечных пятен. График содержит большое количество периодичностей повторения явлений: 13 лет, 12 месяцев, 7,43 месяца, 6, 4,3, 3,7 и 2,74 месяца. Эти периоды синхронны со стационарной летальностью больных Санкт-Петербурга, описанной в главе 10 настоящей книги.
Рис. 1.2. Десятичный логарифм спектральной плотности динамики солнечных пятен
1.3. Основные параметры ионосферы и сопряженные с ними факторы
Возрастание солнечной активности приводит ко многим эффектам, поэтому ионосферное распространение может испытывать различные кратковременные возмущения. Во время некоторых геомагнитных бурь, называемых ионосферными, может происходить разрушение ионосферы, что приводит к различным эффектам. Как правило, затрагивается распространение коротких волн через ионосферную область F (на высоте около 300 км). Эти возмущения нарушают электронную конфигурацию ионосферы и вызывают ухудшение или даже полное исчезновение прохождения радиоволн.
Геомагнитные возмущения, приводящие к возникновению авроры, могут фактически улучшить распространение на высокочастотных КВ-диапазонах. Наряду с видимой авророй может возникать и радиоаврора. Это своего рода флуоресценция ионосферного слоя Е, которая приводит к возникновению тенденции отражения радиосигналов на частотах примерно выше 20 МГц.
Существуют и ионосферные бури. Ионосферные бури вызываются различными процессами на Солнце, такими как солнечные вспышки, корональные дыры и корональные извержения масс. Бури длятся от нескольких часов до нескольких дней и иногда повторяются с периодом 27,5 дня, равным периоду собственного вращения Солнца.
Сила бури отмечается индексами А и К, которые указываются в радиовещательных сигналах геофизической тревоги Geoalert, передаваемых станциями WWV и WWVH, принадлежащими Национальному институту стандартов и технологий США (NIST) в г. Боулдер, шт. Колорадо. Радиостанция WWV располагается в окрестностях Форт-Коллинза (Ft. Collins), а радиостанция WWVH – в Кауаи, Гавайи. Обе станции осуществляют непрерывное вещание на частотах 2,5; 5; 10 и 15 МГц; кроме того, WWV вещает и на 20 МГц. Информация обновляется каждые три часа и передается станцией WWV на 18-й минуте каждого часа, а станцией WWVH – на 45-й минуте каждого часа. Ионосферные и магнитные возмущения могут сопровождаться видимой авророй.
