ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 5, с. 703-707
УДК 524.1
МЕТОД ГЛОБАЛЬНОЙ СЪЕМКИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И ПРОГНОЗ КОСМИЧЕСКОЙ ПОГОДЫ
© 2015 г. В. Г. Григорьев, С. А. Стародубцев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и аэрономии имени Ю.Г. Шафера Сибирского отделения Российской академии наук, Якутск
E-mail: grig@ikfia.sbras.ru
С созданием базы данных мировой сети станций нейтронных мониторов NMDB появилась возможность изучения динамики параметров суточной анизотропии космических лучей с использованием метода глобальной съемки в режиме реального времени. Результаты проведенных авторами исследований показывают, что такой подход позволяет повысить достоверность прогноза попадания Земли в геоэффективные возмущения солнечного ветра.
DOI: 10.7868/S0367676515050233
ВВЕДЕНИЕ
Для большинства событий попадания Земли в крупномасштабные возмущения солнечного ветра выявлены их предвестники — характерные изменения интенсивности и углового распределения галактических космических лучей (КЛ) [1—5]. С 2008 г. в ИКФИА СО РАН с целью прогноза космической погоды, реализован непрерывный мониторинг по определению (в системе координат С8Б) компонент Ах и Ау вектора суточной анизотропии КЛ А в режиме реального времени по часовым данным одной станции — Якутского спектрографа КЛ им. А.И. Кузьмина [6] (http://www.ysn.ru/~star-оёиЬ/8расе^еа&ег/сигге^_геа1_йте.^т1). Мониторинг анизотропии КЛ основан на использовании гармонического анализа данных регистрации спектрографа за каждые последние 24 часа наблюдений и метода приемных векторов [7]. Анализ результатов мониторинга показывает, что с вероятностью около 0.7 появление устойчивой и отрицательной компоненты суточной анизотропии КЛ Ах < -0.3% одновременно по данным нейтронного монитора и наземного мюонного телескопа связано с приближением к Земле области крупномасштабного возмущения межпланетной среды. В настоящее время существуют также методики прогноза возмущений на основе анализа анизотропии КЛ по данным нескольких станций. Результаты этих исследований доступны в сети Интернет по адресам: Ы1р://пеШхопт.Ьа11о1. ude1.edu/spaceweather, http://cr0.izmiran.rssi.ru/ AnisotropyCR/main.htm, http://www.mustang.uni-greifswa1d.de/spaceweather.htm.
Однако определение параметров вектора анизотропии А, более реально отражающих динамику возмущений межпланетной среды за каждый измеряемый момент времени, необходимо проводить на основе метода глобальной съемки [7], в
котором вся мировая сеть нейтронных мониторов используется как единый прибор, ориентированный в каждый измеряемый момент в разных направлениях. Но его реализация в режиме реального времени была до недавнего времени невозможной. Ситуация изменилась с созданием базы данных ММЭВ, пополняемой в режиме реального времени и доступной в сети Интернет по адресу http://www.nmdb.eu. В данной работе, с целью прогноза геоэффективных возмущений солнечного ветра приведены результаты исследования динамики параметров суточной анизотропии КЛ, полученных методом глобальной съемки на основе данных ММЭВ [8], в периоды геомагнитных возмущений, наблюдавшихся в 2012—2013 гг.
ОЖИДАЕМОЕ ПОВЕДЕНИЕ ВЕКТОРА АНИЗОТРОПИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
Средние амплитуда и фаза наблюдаемого вектора суточной анизотропии КЛ А, имеют соответственно значение ~0.4% и направление на ~18 часов местного времени [7] и хорошо согласуются с конвективно-диффузионной моделью ее образования [9]. Но перед началом и в периоды прохождения возмущений солнечного ветра эти параметры могут значительно изменяться. В работе [1] проводилось исследование динамики потоков КЛ, полученных методом глобальной съемки в периоды до начала и во время 29 форбуш-эффек-тов, наблюдавшихся в 1966 и 1968 гг. Согласно полученным в ней результатам, можно выделить четыре типа предвестников (предикторов) с характерным для каждого типа поведением вектора А. Во первых, это увеличение положительной компоненты анизотропии Ах, во-вторых, это случаи с
преимущественным направлением вектора А от Солнца. Кроме того, могут наблюдаться случаи
703
7*
15
16 17
Январь 2013
18
0
-50
100
600 500 400 300
-1 -2 -3 -4 -5
Аху К Солнцу кх 0.2% 1—1 у-— У*
1
26
27 28
Июнь 2013
29
Рис. 1. Поведение вектора суточной анизотропии КЛ Аху, В81>индекса, скорости солнечного ветра Ксв и изотропной интенсивности КЛ I в периоды геомагнитных бурь, наблюдавшихся 17 января (а) и 28 июня (б) 2013 г. Стрелкой указаны начала геомагнитных бурь.
значительного (>0.6%) увеличения составляющей Ау (3-й тип) и обратного направления А от среднего (4-й тип). Следует отметить, что проявления первых трех типов предвестников согласуются с
результатами расчетов поведения вектора А в моделях неоднородного солнечного ветра и оболо-чечного форбуш-эффекта [10]. В работе [5] на основе анализа результатов метода глобальной съемки за 1966-1994 гг. также был сделан вывод о том, что появление устойчивой отрицательной компоненты анизотропии КЛ Ах, — это один из признаков последующего попадания Земли в возмущенные области солнечного ветра.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ
С целью определения эффективности использования метода глобальной съемки для прогноза геомагнитных бурь нами проведен совместный анализ поведения вектора суточной анизотропии
КЛ в экваториальной плоскости Аху, изотропной интенсивности КЛ (I), Э81-индекса возмущенно-сти геомагнитного поля и скорости солнечного ветра (Ксв) для периодов геомагнитных возмущений, наблюдавшихся в 2012—2013 гг. На рис. 1 представлены примеры характерного поведения вектора
МЕТОД ГЛОБАЛЬНОЙ съемки в режиме реального времени
705
0
-50 -100
600
500 400
300 Г
21 22 23 24
Апрель 2012
12 13 14 15
Июль 2012
Рис. 2. То же, что и на рис. 1, для периодов геомагнитных бурь, наблюдавшихся 23 апреля (а) и 15 июля (б) 2012 г.
анизотропии Аху (усредненные трех часовые значения), Dst-индекса, Усв и I, когда перед началом геомагнитных бурь примерно за 9 (рис. 1а) и за 15 часов (рис. 1б) наблюдались увеличенные (>0.3%) значения положительной составляющей анизотропии Ах в сторону Солнца. Как видно из рис. 1, приведенные случаи геомагнитных бурь сопровождались лишь небольшими возмущениями скорости солнечного ветра Усв и интенсивности КЛ I. На рис. 2 представлены такие же, как и на рис. 1, данные в периоды геомагнитных бурь, когда за более чем двое суток до главной фазы, по-
является анизотропия КЛ от Солнца. Для этих возмущений начало первой геомагнитной бури (рис. 2а) сопровождалось лишь незначительными повышением скорости солнечного ветра Усв и характеризовалось отсутствием эффекта в интенсивности КЛ, тогда как начало второй (рис. 2б) происходит одновременно со скачком Усв (>300 км • с-1) и форбуш-понижением (~3%). Таким образом, в приведенных примерах не обнаруживается определенной связи между типом проявления предиктора и динамикой поведения скорости солнечного ветра и интенсивности КЛ перед началом геомагнитных бурь.
Время и даты начал и их предикторов. Указаны минимальные значения В81:-индекса и характер изменений параметров вектора А или их отсутствие (—)
№ Начало SSC Dst, нТл Начало предиктора Изменения параметров A
1 01h 22.01.12 -69 07h 20.01.12 - A
2 16 h 24.01.12 -73 12h 23.01.12 Ax < -0.3%
3 14 h 13.02.12 -58 02h 13.02.12 Ax < -0.3%
4 01h 18.02.12 -54 09h 16.02.12 Ax > 0.3%
5 17 h 27,02.12 -48 06h 26.02.12 Ax < -0.3%
6 06 h 07.03.12 -74 - -
7 12 h 08.03.12 -131 23h 07.03.12 Ax < -0.3%
8 16 h 15.03.12 -74 21h 12.03.12 Ax < -0.3%
9 05 h 23.04.12 -108 04h 21.04.12 Ax < -0.3%
10 18 h 16.06.12 -71 03h 14.06.12 Ax > 0.3%
11 01 h 09.07.12 -68 - -
12 04 h 15.07.12 -127 11h 14.07.12 Ax < -0.3%
13 15 h 30.09.12 -119 02h 28.09.12 06h 29.09.12 Ax < -0.3% Ay > 0.6%
14 06 h 08.10.12 -104 16h 07.10.12 Ax < -0.3%
15 04 h 13.10.12 -87 05h 12.10.12 Ax < -0.3%
16 01h 17.01.13 -53 16h 16.01.13 Ax > 0.3%
17 07h 17.03.13 -132 21h 16.03.13 Ax < -0.3%
18 17h 31.05.13 -116 17h 29.05.12 Ax < -0.3%
19 19h 06.06.13 -71 07h 06.06.13 Ax > 0.3%
20 05h 28.06.13 -97 14h 27.06.13 Ax > 0.3%
21 02h 06.07.13 -79 13h 05.07.13 Ay > 0.6%
22 03h 02.10.13 -67 09h 29.09.13 Ax > 0.3%
23 23h 08.10.13 -65 - -
24 04h 09.11.13 -81 - -
25 23h 07.12.13 -66 - -
На основе данных WDC for Geomagnetism, Kyoto, нами было рассмотрено 25 умеренных геомагнитных бурь с Dst-индексом < —50 нТл, зарегистрированных в 2012—2013 гг. В таблице приведены время, даты начал геомагнитных бурь (SSC) и минимальные значения Dst-вариаций, указаны время проявлений и характер предикторов вектора
анизотропии КЛ A. Результаты проведенного ста-
тистического анализа показывают, что из 25 возмущений геомагнитного поля 20 имели предикторы с заблаговременностью от 9 часов и более. При этом основным предиктором (для 12 геомагнитных бурь) было появление устойчивой (более 3 часов) отрицательной компоненты анизотропии Ах > —0.3%. Появление положительной Ах > 0.3% было предиктором для шести магнитных бурь. По одному слу-
МЕТОД ГЛОБАЛЬНОЙ СЪЕМКИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
707
чаю предиктором было увеличение компоненты Ау > 0.6% и обратное от среднего направление вектора анизотропии А.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Исследована с целью прогноза геоэффективных возмущений солнечного ветра методом глобальной съемки возможность использования в режиме реального времени базы данных сети нейтронных мониторов NMDB.
2. Анализ первых полученных нами результатов показывает, что приведенный подход и его последующее развитие может значительно (до 80%) повысить достоверность прогноза геоэффективных возмущений межпланетной среды с использованием данных наземных измерений интенсивности КЛ.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№ 12-02-98507-р_восток-а и № 13-02-00989-а), Программы Президиума РАН № 31, гранта Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (НШ-3269.2014.2).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алтухов А.М., Крымский Г.Ф., Кузьмин А.И. // Распределение галактических космических лучей и ди-
намика структурных образований в солнечном ветре. Якутск: изд-во ЯФ СО АН СССР, 1973. С. 198.
2. Nag
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.