XVI Международное рабочее совещание IAGA по инструментам, системам сбора и обработке данных геомагнитных обсерваторий. Хайдарабад, Индия, октябрь 2014 г. (краткий обзор)

проведения: измерительная сессия — 7–10 октября, научная сессия — 13–16 октября 2014 г.

В работе совещания приняли участие сотрудники магнитных обсерваторий «Патроны» (ИСЗФ СО РАН, Иркутск) и «Паратунка» (ИКИР ДВО РАН, Камчатка), а также сотрудник Геофизического центра РАН (Москва). Из-за сложностей таможенного оформления временного вывоза-ввоза аппаратуры на сверку были привезены только два магнитометра из обсерватории «Патроны». Из СНГ в работе совещания принимали также участие группа магнитологов из обсерватории «Алма-Ата» (Институт ионосферы, Казахстан) с DI -магнитометром для сверки и представитель разработчиков магнитометров LEMI Львовского центра ИКИ (Национальная АН Украины). К началу работы совещания был подготовлен сборник тезисов (в печатном и электронном форматах [XVI IAGA Workshop…, 2014].

ИЗМЕРЕНИЯ

Абсолютные наблюдения склонения D , наклонения I и модуля поля F выполнялись в обсерватории CPL в 60 км от города. Было оборудовано семь постаментов

(см. рисунок). В измерительной сессии принимали участие 42 наблюдателя на 28 DI -магнитометрах ( DI flux, DIF ), выполнено более 150 абсолютных определений D , I . Магнитометры DIF из обсерваторий представлены в основном приборами на базе немагнитных теодолитов Zeiss Theo 010B, 015B и 020B, было несколько приборов на базе теодолитов Wild-T1 (Швейцария) и один на базе немагнитной версии российского теодолита 3Т2КП. Феррозондовые датчики и электроника магнитометров DIF были представлены преимущественно компанией Bartington Ltd (Mag-01H), Датским техническим университетом (DTU) Львовским филиалом ИКИ НАН Украины (LEMI). Это стандартные приборы, которые используются и в российских обсерваториях. Основная проблема при DI -наблюдениях в Хайдарабаде — малое значение магнитного наклонения I (направление вектора магнитной индукции близко горизонтальному), из-за чего для снятия показаний вертикального круга необходимо было использовать специальные оптические Г-образные насадки на окуляр микроскопа шкал, требуемое количество которых не было подготовлено. Кроме того, были сложности с обработкой результатов наблюдений, поэтому сводная информация к концу совещания была только предварительной, сделать итоговые обобщения по результатам пока не представляется возможным.

Важной задачей совещания было обучение начинающих магнитологов методикам ведения магнитной службы. Было прочитано несколько лекций и проведены практические занятия, в том числе по DI -измерениям и астрономическим наблюдениям Солнца.

По результатам измерительной сессии ожидались оценки систематических погрешностей привезенных на сверку магнитометров с выдачей соответствующих сертификатов для каждого прибора. К сожалению, к окончанию совещания были представлены только оценки погрешностей работы магнитологов по выполненным DI -измерениям и выданы персональные сертификаты от оргкомитета.

Павильоны для абсолютных магнитных DI -наблюдений во время измерительной сессии совещания. В каждом из павильонов расположены один-два немагнитных постамента. На переднем плане — павильон с установленным автоматическим DI -магнитометром AutoDIF

АППАРАТУРА

Особый интерес представляли новые приборы для абсолютных наблюдений, которые разработчики демонстрировали на измерительной сессии в режиме реальных измерений. К ним можно отнести следующие.

• 1.    Приборы Королевского метеорологического института Бельгии (Royal Meteorological Institute of Belgium), основной разработчик — д-р Жан Рассон (Jean Rasson).

• •    Автоматическая система AutoDIF для абсолютных определений магнитного склонения и наклонения. В приборе используются немагнитные керамические двигатели, обеспечивающие вращение узлов, отсчетные системы вертикального и горизонтального кругов с точностью до 0.1ʹ, лазерная система ориентации по удаленному реперу для азимутальной коррекции склонения. AutoDIF в течение трех суток работы в штатном режиме показал хорошие результаты, сравнимые с лучшими стандартными DIF -приборами на основе немагнитных теодолитов. AutoDIF рассматривается разработчиками как решение проблемы абсолютных наблюдений в обсерваториях, где невозможно обеспечить штат подготовленных магнитологов.

• •    Стандартный магнитометр DIF с очень компактными электронными узлами, полностью размещенными на трубе теодолита, в том числе феррозондовый датчик, его электроника, GPS-приемник, дисплеи и батарея питания. Магнитометр имеет название WiDIF, в качестве теодолита используется немагнитный теодолит TDJ6E-nm (цена деления кругов 0.1ʹ), серийный выпуск которого начат китайской компанией Beijing Bofei Instruments Co, Ltd. WiDIF рассматривается разработчиками как магнитометр для полевых абсолютных измерений D , I , например, на пунктах векового хода.

• •    Стандартный магнитометр DIF на основе теодолита TDJ6E-nm с развитым сервисом в блоке электроники (встроенный GPS-приемник, связь с компьютером, большой цифровой индикатор).

• 2.    Магнитометр DIF венгерской компании MinGeo Ltd., основной разработчик — д-р Ласло Хедьмеги (Laszlo Hegymegi). Главной особенностью магнитометра является беспроводная связь между феррозондовым датчиком на трубе теодолита и блоком электроники, в который встроены GPS-приемник, обеспечивающий точное время, и цифровой дисплей. Есть возможность подключения к компьютеру. Используются стандартные теодолиты Zeiss Theo и 3Т2КП, переделанные в немагнитные.

• 3.    Стандартный магнитометр DIF на основе немагнитного теодолита с феррозондовым датчиком и электроникой Датского технического университета (DTU), разработчик — д-р Ларс Педерсен (Lars W. Pedersen).

Об этих же приборах, их тестировании, особенностях и практическом применении было рассказано в презентациях на устных и стендовых секциях. Были представлены также доклады о компонентных вариометрах, их особенностях, калибровке, амплитудно-частотных характеристиках преимущественно применительно к использованию для измерений в соответствии с разрабатываемым INTERMAGNET стандартом для данных, полученных с частотой опроса 1 Гц. Лидерами среди вариационных магнитометров обсерваторского класса являются феррозондовые магнитометры LEMI-025 (Львовский филиал ИКИ НАН Украины) и FGE (Датский технический университет). Магнитометрам для измерения модуля магнитной индукции было уделено очень мало внимания, практически только в рамках сверки нескольких привезенных оверхаузеровских приборов.

В целом представленные реальные разработки и доклады показывают, что прорыва в автоматизации полноценных измерений магнитного поля в обсерваториях не наблюдается. Сохраняется тенденция применения стандартной схемы — комбинации абсолютных ( D , I, F ) и вариационных наблюдений, причем для абсолютных DI -измерений используются магнитометры DIF на основе немагнитных теодолитов [INTERMAGNET…, 2012]. Тот факт, что зарубежные разработчики, имея доступ к современным технологиям и материалам, практически не продемонстрировали новых подходов, указывает на реальные сложности при создании систем для непрерывных автоматических абсолютных магнитных измерений в обсерваториях.

Отмеченная тенденция показывает, что российские обсерватории в настоящее время и в некоторой перспективе будут испытывать трудности с оснащением современными приборами и их модернизацией, так как аналогов вышеперечисленных зарубежных разработок в России практически не имеется.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Еще один важный момент, который можно отметить по результатам совещания, — отсутствие докладов, посвященных программному обеспечению (ПО) текущей и итоговой обработки результатов магнитных измерений на рабочем месте магнитолога, причем потребность в таком ПО очень острая: даже при наличии современных приборов многие обсерватории не ведут полноценную обработку получаемых данных в реальном времени и при подготовке годовых данных для INTERMAGNET DVD. Как отметил в своем докладе д-р Жан Рассон, возможно, одной из причин является отсутствие стандартов на ПО для магнитных обсерваторий. Проблема ПО для рабочего места магнитолога реально проявилась на совещании — оперативная обработка результатов, полученных во время измерительной сессии, оказалась невозможной.

Одной из реализаций ПО является пакет GDASView, подготовленный Британской геологической службой (British Geology Survey, BGS), для работы с данными, получаемыми в системе INDIGO (стандарты данных в сети магнитных обсерваторий BGS и оборудования, установленного BGS в других обсерваториях). Детали пакета неизвестны, но один из разработчиков, д-р Крис Турбитт (Chris Turbitt), подтвердил возможность его адаптации к данным, получаемым с помощью магнитометров различных типов.

ПО для ведения магнитной службы в обсерваториях разрабатывается в ИКИР ДВО РАН на базе математических пакетов Octave и MatLab. После демонстрации автором эффективности этого ПО при практической обработке результатов измерительной сессии оно вызвало интерес у индийских магнитологов.

ДАННЫЕ И ОБСЕРВАТОРИИ

Особо необходимо выделить тему архивных (исторических) магнитных данных, которой было посвящено несколько обзорных и специальных докладов, в том числе были затронуты вопросы исследования исторических данных, поддержки архивов и оцифровки старых аналоговых магнитограмм. Работы в этом направлении очень актуальны, в том числе для обсерваторий России и СНГ, где регулярная передача данных в МЦД прекратилась в 90-х гг. прошлого столетия. Эти работы поддерживаются грантами различных международных организаций и программ, например VarSITI [Khomutov, 2014].

В нескольких презентациях было рассказано о новых магнитных обсерваториях. Интересен доклад д-ра Жана Рассона о создании новой магнитной обсерватории в восточной Антарктиде, в котором показаны новые технологии и подходы к организации магнитных измерений в полярных условиях (экстремальные температуры, ограничения по энергии и персоналу). Специфике таких магнитных измерений посвящен и доклад японских магнитологов (станция Syowa в Антарктиде).

ВЫВОДЫ

Имеющиеся магнитометры, представленные на XVI Рабочем совещании в Хайдарабаде на сверку, продемонстрированные новые приборы, доклады по аппаратурному, программному и методическому обеспечению, сделанные на научной сессии совещания, позволили сделать следующие выводы.

• 1.    Отсутствие новых прорывных разработок по автоматизации магнитных измерений в обсерваториях указывает на сохранение распространенной в настоящее время методики получения данных о полном векторе магнитного поля: абсолютные наблюдения на DI -магнитометрах (феррозондовый датчик на немагнитном теодолите) и скалярных (оверхаузеровских) магнитометрах, а также вариационные компонентные измерения с помощью феррозондовых приборов. Ожидается, что эта тенденция будет сохраняться несколько ближайших лет.

• 2.    Начало серийного производства в Китае немагнитных теодолитов, необходимых для DI -магнитометров, дефицит которых создавал существенные проблемы для модернизации обсерваторий, в значительной степени эти проблемы снимает. Данное обстоятельство также подкрепляет долгосрочную перспективу, отмеченную выше.

• 3.    Наблюдается значительный дефицит ПО для оперативной работы с результатами магнитных измерений в обсерваториях. В подавляющем большинстве случаев используемое ПО ограничено по функциональности, гибкости и дружественности к пользователю.

• 4.    Отмечается интерес к архивным данным, в которых содержится информация об уникальных со-

• бытиях в прошлом. Это приводит к актуальности переобработки старых данных, с одной стороны, для заполнения пропусков уже существующих в МЦД баз данных обсерваторий, с другой — для получения данных с большим разрешением, чем имеющиеся (с часовым интервалом), полученные по стандартам МАГА.

Можно отметить также, что проблемы с таможенным оформлением временного ввоза-вывоза приборов и большие расходы на зарубежные командировки являются существенными препятствиями для российских обсерваторий при выполнении периодического контроля параметров своих магнитометров. В качестве решения проблемы можно было бы предложить проведение на территории России сверок, подобных тем, что проводятся на рабочих совещаниях МАГА, с максимальным привлечением российских магнитологов-практиков и наблюдателей.

Автор благодарит О. Соколову и Г. Бурлакова, магнитологов обсерватории «Алма-Ата» (Казахстан), Ю. Липко, магнитолога обсерватории «Патроны» (ИЗСФ СО РАН, г. Иркутск) и Йоахима Линса, магнитолога обсерватории «Нимегк» (Германия) за плодотворные дискуссии во время совещания и возможность провести измерения на их приборах.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ №14-11-00194.