научная статья по теме ВАРИАЦИИ ЧАСТОТЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В 1837–1900 ГГ. ПО ДАННЫМ СЕТИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБСЕРВАТОРИЙ РОССИИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВАРИАЦИИ ЧАСТОТЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В 1837–1900 ГГ. ПО ДАННЫМ СЕТИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ОБСЕРВАТОРИЙ РОССИИ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 5, с. 696-705

УДК 523-62;523.9

ВАРИАЦИИ ЧАСТОТЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ В 1837-1900 гг. ПО ДАННЫМ СЕТИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ

ОБСЕРВАТОРИЙ РОССИИ © 2015 г. Н. Г. Птицына, М. И. Тясто, Б. А. Храпов

Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (СПбФ ИЗМИРАН), г. Санкт-Петербург e-mail: nataliaptitsyna@ya.ru Поступила в редакцию 23.05.2014 г. После доработки 17.03.2015 г.

Составлен каталог наблюдений полярных сияний в России с 1837 по 1900 г. по данным российской метеорологической сети обсерваторий. Это данные наблюдений на Европейской и Азиатской частях России на 129 станциях, которые покрывают широкую географическую зону (ф = 39°57'— 72°30' N и X = 21°1'—224°35' E). Выявлена разница в поведении среднеширотных (Ф < 56°)и высокоширотных (Ф > 56°) полярных сияний в солнечном цикле. На средних широтах доминирует пик частоты появления сияний в максимуме цикла и имеется дополнительный максимум на спаде. Для высокоширотных сияний, напротив, доминирующий пик в числе сияний наблюдается на спадающей ветви или в минимуме солнечного цикла. Кроме того, частота появления высокоширотных сияний показывает рост в 1837—1900 гг. Возрастающий тренд в частоте появления сияний наблюдается также и на отдельно взятой обсерватории Санкт-Петербург (Павловск, Ф = 56°). По-видимому, этот тренд свидетельствует о возрастании открытых областей солнечного магнитного поля в 1837—1900 гг. Некоторые характеристики авроральной активности обнаруживают также 22-летнюю вариацию.

DOI: 10.7868/S0016794015040124

1. ВВЕДЕНИЕ

Полярные сияния являются отражением нестационарных процессов на Солнце, в гелиосфе-ре и в земной магнитосфере. Полярные сияния наблюдались на протяжении столетий невооруженным глазом, поэтому они являются незаменимым инструментом для изучения солнечно-земных связей и их вариаций. Число наблюдаемых авроральных событий может служить мерой численных характеристик солнечной и геомагнитной активности для эпох, в которых они не измерялись.

Кроме того, исследование исторических наблюдений полярных сияний имеет важное прикладное значение, так как может существенно расширить наши представления о статистических характеристиках больших бурь, что важно для оценок наихудших сценариев солнечно-земных событий для земной техносферы.

В связи с этим за последние десятилетия выросло число работ посвященных сбору и исследованию материалов о полярных сияниях, наблюдаемых в различные исторические эпохи. Исследованию экстремальных индивидуальных авроральных событий посвящено множество работ [Tsurutani et al., 1992; Silverman and Cliver, 2001; Green and Boardsen, 2006; Vaquero et al., 2013]. Долговременная динамика солнечной активности и магнито-

сферных процессов на основе анализа исторических данных о полярных сияниях изучалась в работах [Feynman and Silverman, 1980; Siscoe, 1980; Silverman, 1992; Willis et al., 2009; Scafetta, 2012; Scafetta and Willson, 2013; Vázquez et al., 2014].

Все такие работы базируются на разнообразных архивных документах. Начиная с 19-го века, наблюдения полярных сияний, приведенные в различных документах и архивах разных стран стали собираться в глобальные каталоги. Наиболее известными каталогами, где приведены результаты наблюдения сияний в Европе в 19-м веке являются [Fritz, 1873; Angot, 1896; Tromhol,

1902, Krivsky and Pejml, 1988]. При этом большинство полярных сияний, которые представлены в наиболее полных глобальных каталогах [Angot,

1896; Krivsky and Pejml, 1988] наблюдались на географических широтах менее 55°.

У глобальных каталогов есть существенные ограничения, так как данные этих каталогов очень неоднородны, они базируются на фрагментарных наблюдениях, сделанных в разных районах мира с разной степенью надежности. Когда неоднородные свидетельства сводятся в единый каталог, могут появиться ложные тренды и искусственные структуры, как видно на примере каталога [Krivsky and Pejml, 1988] в работе [Scafetta and

Частота появления полярных сияний N в 1837—1900 гг. по данным Российской сети метеорологических станций

Год N Год N Год N Год N

1837 16 1853 21 1869 37 1885 19

1838 23 1854 15 1870 76 1886 29

1839 27 1855 10 1871 56 1887 44

1840 16 1856 13 1872 60 1888 60

1841 7 1857 9 1873 64 1889 52

1842 16 1858 31 1874 28 1890 30

1843 7 1859 35 1875 42 1891 58

1844 8 I860 30 1876 22 1892 53

1845 7 1861 10 1877 19 1893 94

1846 10 1862 10 1878 31 1894 62

1847 21 1863 8 1879 37 1895 74

1848 20 1864 5 1880 30 1896 94

1849 7 1865 9 1881 44 1897 82

1850 14 1866 36 1882 60 1898 83

1851 22 1867 15 1883 58 1899 76

1852 40 1868 13 1884 46 1900 45

ЖИкоп, 2013]. Для того, чтобы повысить надежность результатов желательно использовать более однородные и тщательно собранные записи наблюдений с четкой привязкой к региону. Такой базой данных полярных сияний в 19-м веке являются данные наблюдений Российской метеорологической сети в широком диапазоне широт и долгот в Европейской и Азиатской частях России.

Под руководством Адольфа Купфера, в 30-х годах 19 века были учреждены несколько магнитных обсерваторий (в Санкт-Петербурге, Казани, Николаеве, Ситке, Екатеринбурге, Златоусте, Барнауле и Нерчинске), приспособленных для проведения как магнитных, так и метеорологических наблюдений [Тясто и др., 2009; Птицына и др., 2012; 2013]. В дальнейшем число метеорологических станций значительно возросло. Отметим, что некоторые станции, данные которых включены в ежегодники, не находились на территории Российской империи, но исторические или иные связи позволяли российским метеорологам проводить там наблюдения, как например, Пекин, где измерения проводились при российском посольстве, или норвежский Гамморфест.

Цель нашей работы — составить каталог данных об авроральной активности в 19-м веке, зарегистрированной российской метеорологической сетью в 1837—1900 гг.; и провести анализ наблюдаемых по этим данным долговременных трендов и вариаций в свете современных представлений о вариабельности солнечно-земных процессов.

2. ДАННЫЕ

Мы собрали и проанализировали полярные сияния, зарегистрированные обсерваториями и станциями метеорологической сети России в период 1837—1900 гг. [Annuare ...], [Летописи ...], [Свод ...]. Число дней за исследуемый период было порядка 23000, число наблюдаемых сияний 2196. Это данные наблюдений на 129 обсерваториях и станциях, которые покрывают широкую географическую зону (географические координаты: ф от 39°57' до 72°30' N и к от 21° 1' до 224°35' E; геомагнитные координаты: Ф от 28°25' до 67°8' N и Л от 104°2' до 275°23' E). Российская метеорологическая сеть включала 89 пунктов, расположенных в Европе, 39 — в Азии и один (Ситка) в Америке. 76 станций были расположены на широтах ф > 55°. Скорректированные геомагнитные координаты всех обсерваторий вычислены для последнего года нашего временного ряда, 1900 г.

Каталог полярных сияний за 1837—1900 гг. по данным Российской метеорологической сети находится на сайте СПбФИЗМИРАН http:// db.izmiran.nw.ru/, [Каталог ...].

В таблице представлен список частоты появления полярных сияний N, которые наблюдались на обсерваториях сети в период времени 1837— 1900 гг. При определении частоты появления сияний N мы следовали общепринятой практике при составлении каталогов полярных сияний [Angot,

1896; Krivsky and Pejml, 1985; Silverman, 1992; Vázquez et al., 2014]. Соответственно, Nвычисля-лось как число суток, когда наблюдалось явление, независимо от числа станций, где это сияние ре-

7 2 7 2 7 2 7 2 7 2 7 2 7

3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Год

Рис. 1. Частота появления полярных сияний N (жирная линия) по данным Российской сети метеорологических станций в сравнении с солнечной геомагнитной активностью (индекс СП9, штриховая линия) за 1837—1900 гг. Тонкие прямые линии — линейные тренды N и СР9.

N

Год

Рис. 2. Частота появления полярных сияний N по данным нашего каталога, а также каталогов [Angot, 1896] (пунктир) и Krivsky и Pejml [1985] (черные кружки).

гистрировалось, просуммированных за год. Максимальное число станций, фиксировавших одно событие, достигало нескольких десятков (например, полярное сияние 4 февраля 1872 г. наблюдалось на 31 Российской метеостанции, находящихся в различных географических точках Европы и Азии). При этом метеорологические условия на отдельной станции не учитываются. Неучет погодных условий может привести к несколько заниженному значению суммарного годового значения N. Например, в работе [ТготЬок, 1881], найдено, что при увеличении облачного покрова в 2.2 раза, наблюдаемое в Дании на одной станции число сияний уменьшалось в 2.4 раза. В нашем каталоге пропущенное из-за облачности полярное сияние не будет учтено в суммарном N только в том случае, если оно не наблюдалось ни на одной другой обсерватории сети.

В качестве характеристики солнечной активности выбран индекс пятнообразования на Солнце, число Вольфа Ж. Поскольку ряд гемагнитного индекса аа вычислен только с 1868 г. [Мауаиё, 1972], то для характеристики геомагнитной активности мы использовали индекс СР9 для Санкт-Петербурга [Зосимович, 1981], который вычислен с 1841 г.

На рисунке 1 приведена частота наблюдений полярного сияния N по нашим данным в сравнении с солнечной и геомагнитной активностью за период времени 1837—1900 гг. На рисунке 2 представлены W и N по данным нашего каталога, а

также по данным каталогов Angot [1896] и K Г ivsky и Pejml [1985]. Видно, что поведение данных нашего каталога в целом совпадает с наблюдениями, представленными в европейских каталогах. Однако имеются и различия, которые мы обсудим в следующих параграфах.

3. ВАРИАЦИИ ПОЛЯРНЫХ СИЯНИЙ

3.1. Долговременный тренд. Корреляция между полярными сияниями и солнечной активностью была выявлена еще в 18-м веке. Толчком послужило полярное сияние, поразившее жителей Европы в 1716 г., когда оно появилось вновь после долгого отсутствия во время Маундеровского минимума солнечной активности. Наши данные о полярных сияниях, наблюдавшихся в России в 1837—1900 гг., как и данн

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»