ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 512-517
УДК 550.338.2
СВЯЗЬ ОБЛАСТИ ¥1 С ПАРАМЕТРАМИ СТРАТОСФЕРЫ: ЗАВИСИМОСТЬ ОТ МАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ В ДВУХ СОЛНЕЧНЫХ ЦИКЛАХ
© 2007 г. А. Д. Данилов, Л. Б. Ванина-Дарт
Институт прикладной геофизики им. Е.К. Федорова, Росгидромета Поступила в редакцию 23.08.2006 г.
Анализируется зависимость от геомагнитной активности коэффициента корреляции т(Н,/в) между стратосферным параметром А(100) и критической частотой/вК2, выделенная по данным двух солнечных циклов (1979-1989 гг. и 1990-2000 гг.). Показано, что характер зависимости г(Н,/в) от ограничений по геомагнитному индексу Ар одинаков в обоих циклах, но зависит от времени суток и уровня солнечной активности для данного года. Обнаружено также, что существует значительное различие в абсолютных величинах т(Н, /в) между двумя циклами.
РАС8: 94.20.Ii; 92.60Иа
1. ВВЕДЕНИЕ
Серия работ авторов (см. подробный список публикаций в недавних работах Ваниной и Данилова [2005а, б; 2006а, в]) была посвящена поиску корреляционных связей между наиболее часто используемым ионосферным параметром foF2 и состоянием стратосферы. В качестве индикатора состояния стратосферы брался параметр h(100) -высота изобарического уровня 100 гПа (примерно 17 км). Подробный анализ результатов, полученных в первых работах серии, можно найти в обзорной статье [Danilov and Vanina, 2003].
Отметим кратко, что в указанной серии работ было найдено, что величина h(100) (которая измеряется в 00.00 UT) имеет положительную корреляцию с ночными величинами foF2 и отрицательную - с дневными величинами тех же суток. В обоих случаях коэффициент корреляции r(h, fo) между h(l00) и foF2 по абсолютной величине достигает 0.7-0.8 и статистически значим на уровне 99% по критерию Фишера.
В указанной серии работ были выявлены основные особенности поведения r(h, fo): связь дневных и ночных величин r(h, fo) с индексом солнечной активности, взаимная отрицательная корреляция дневных и ночных величин r(h, fo), очень близкий ход r(h, fo) с местным временем для станций, расположенных на одной широте, но разделенных тысячами километров по долготе (Калининград, Москва, Горький, Томск).
Одним из важных предварительных результатов указанной серии работ был вывод, полученный Ваниной и Даниловым [2005a] о том, что при ограничении анализируемых дней только относительно спокойными в магнитном отношении дня-
ми (Ар < 12) величина коэффициента корреляции г(И,/в) возрастает по абсолютной величине.
Вопрос о зависимости г(И,/в) от магнитной активности может иметь прямое отношение к механизму исследуемых стратосферно-ионосферных связей, поэтому Ванина-Дарт и Данилов [20066] провели более тщательный анализ этой зависимости. Поскольку, как было показано Ваниной и Даниловым [2005а], зависимость г(И, /в) от магнитной активности различна при разных уровнях солнечной активности, Ванина-Дарт и Данилов [20066], чтобы разделить эти два эффекта, выбрали для анализа два характерных года: 1980 г. как типичный год высокой солнечной активности (^10.7 = 199) и 1987 г. как типичный год низкой солнечной активности (^107 = 85). Здесь и далее приводятся среднегодовые величины индекса ^107 в обычных единицах.
Основные результаты, полученные Ваниной-Дарт и Даниловым [20006] на основании анализа периода 1979-1989 гг., состоят в следующем. Поведение г(И,/в) с изменением граничной величины Ар(гр) различно в годы минимума и максимума солнечной активности и зависит от времени суток. При высокой солнечной активности ограничение по Ар (выбор все более спокойных дней) приводит к росту абсолютной величины г(И, /в) как днем, так и ночью. В период низкой активности эффект зависит от времени суток. Для ночи абсолютные величины г(И, /в) уменьшаются с уменьшением Ар(гр), а для дня - растут. В данной работе рассматривается вопрос о том, как полученные зависимости г(И,/в) от Ар(гр) меняются от одного солнечного цикла к другому.
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОД АНАЛИЗА
Все работы авторы, упоминавшиеся выше, проводили для периода 1979-1989 гг., поскольку только для этого периода в распоряжении авторов имелись данные аэрологического зондирования. В ходе работы над проектом РФФИ авторам удалось получить данные зондирования для следующего десятилетия (следующего солнечного цикла) 1990-2000 гг. Первые результаты сравнения данных о проявлениях стратосферно-ионо-сферных связей в двух циклах солнечной активности приведены Ваниной-Дарт и Даниловым [2006в]. В указанной работе было показано, что основные особенности поведений г(И, /о) (сезонные вариации, зависимости от солнечной активности и времени суток), найденные на основании анализа данных для первого (1979-1989 гг.) временного интервала, подтверждаются и по данным для второго (1990-2000 гг.) интервала. Однако уже в указанной работе Ванина-Дарт и Данилов [2006в] обратили внимание на тот факт, что при сохранении основных особенностей поведения г(И,/о) с F10.7, Ар, временем суток, абсолютные величины г(И, /о) могут отличаться для двух рассмотренных периодов.
Этот факт, а также наличие долговременных изменений (трендов) коэффициента корреляции между дневными и ночными величинами критической частоты /oF2, обнаруженное Даниловым и Ваниной-Дарт [2007], заставил более внимательно посмотреть на поведение г(к, /о) в двух указанных солнечных циклах.
Как и в предыдущей работе по анализу связи с магнитной активностью (см. выше), подробно проанализировано два характерных года - высокой и низкой активностей. Чтобы сохранить преемственность с предыдущей работой, для первого периода взяты те же годы - 1980 (высокая солнечная активность) и 1989 (низкая солнечная активность). Для сопоставления с ними из второго периода взяты 1990 и 1991 гг. (высокая активность, F10.7 = 189 и 208 соответственно) и 1993, 1994, 1996 гг. (низкая активность, F10.7 = 110, 85 и 77 соответственно). Использование нескольких лет из второго периода для сравнения с проанализированными годами минимума и максимума солнечной активности из первого периода обусловлено двумя причинами. Во-первых, качество и ионосферных и аэрологических данных в 90-е годы резко ухудшилось. Для получения статистически обеспеченных результатов приходилось выбирать годы с наибольшим количеством имеющихся наблюдений. Во-вторых, использование разных лет позволяет показать, что результаты сравнения не являются случайностью, зависящей от выбранной комбинации лет. Например, характер изменения г(к, /о) от первого периода ко вто-
рому при высокой солнечной активности носит один и тот же характер (см. ниже) при переходе от 1980 г. (^0.7 = 199) и к 1990 г. (189) и к 1991 г. (208). То же можно сказать и о сравнении лет низкой солнечной активности: характер изменения т(к, /о) для трех лет второго периода 1993 = = 100), 1994 (85) и 1996 (77) по сравнению с 1987 г. (85) одинаков.
В ходе работы для каждого из указанных лет выбирались дни со значением Ар меньше заданной граничной величины Ар(гр). В качестве Ар(гр) рассматривались величины: 5, 8, 12, 16, 20, 30 и 45. Последняя величина была взята условно (чтобы можно было включить ее в графические построения) как типичная для анализа всех дней года. Хотя в отдельные дни встречаются величины Ар, превосходящие 45, в среднем, по нашим оценкам, величина 45 полностью соответствует общей картине распределения магнитной возму-щенности в течение года. Однако, когда для Ар(гр) > 30 дальнейшие изменения г(к, /о) были малы (это справедливо, как правило, для лет низкой солнечной активности), мы ограничивали сравнение величиной Ар(гр) = 30.
Число очень спокойных дней с Ар < 5 (и даже 8) иногда было слишком мало, чтобы обеспечить статистически значимые величины получаемого коэффициента г(к, /о), поэтому в ряде случаев (это видно на приводимых в следующем параграфе рисунках) значения т(к,/о) для Ар < 5 и 8 в рассмотрение не включались и не приводились на соответствующем рисунке.
При анализе зависимости величин г(И, /о) от граничного значения Ар имеет значение выбор периода года, для которого определяется эта величина. Вопрос о выборе периода (сезона), для которого эффект связи к(100) и foF2 наиболее выражен, подробно рассматривался Ваниной и Даниловым [20056]. Было показано, что наибольшие коэффициенты корреляции получаются для периода февраль-июнь и март-июнь при анализе корреляции й(100) с ночными величинами foF2 и для периодов февраль-июль и март-июль - с дневными. В предыдущей работе по анализу связи г(к,/о) с магнитной активностью (Ванина-Дарт и Данилов 19966) было показано, что искомая связь наилучшим образом проявляется при выборе периодов март-июнь и март-июль для корреляции с ночными и дневными величинами /оК2 соответственно. Эти периоды рассматривались и в данной работе.
Ванина-Дарт и Данилов [20066] рассматривали связь г(к, /о) для пяти станций. Три из них (Калининград, Москва и Томск) расположены в средних широтах (примерно на одной геомагнитной широте, но с большой разницей в долготах), а две (Алма-Ата и Хабаровск) - на значительно меньших геомагнитных широтах. Поскольку в указан-
г(Н,О (ночь)
0 10 20 30 40 50 Верхний предел, Ар
Рис. 1. Зависимость коэффициента корреляции г(к,/в) в ночное время от граничной величины Ар-индекса для разных станций в годы высокой солнечной активности.
ной работе было показано, что для низкоширотных станций эффект зависимости от магнитной активности мал, мы в этой работе ограничились рассмотрением связи г(к, /в) с геомагнитной активностью в двух солнечных циклах для трех указанных выше среднеширотных станций.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ СРАВНЕНИЯ И АНАЛИЗ
Изменения г(к,/в) с Ар(гр) для дневных и ночных условий и двух уровней солнечной активности приведены на рис. 1-4. Мы начнем анализ с лет высокой солнечной активности (рис. 1 и 2). Рис. 1 иллюстрирует ситуацию в ночных условиях. Хорошо видно, что для всех трех станций в 1980 г. наблюдается относительно небольшой (на 0.15-0.20) рост анализируемого коэффициента корреляции с уменьшением Ар(гр). Картина изменения г(к,/в) с Ар(гр) в 1991 г. в целом тоже согласуется для всех трех станций, хотя разброс данных (особенно для ст. Калининград) значител
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.