ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 597-600
УДК 550.385
АНАЛИЗ СВОДНЫХ КАТАЛОГОВ МАГНИТНЫХ БУРЬ
(1938-1958 гг.)
© 2004 г. А. Д. Шевнин
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн, Троицк (Московская обл.)
Поступила в редакцию 21.04.2003 г.
Проведено сопоставление двух сводных каталогов магнитных бурь с планетарными индексами Кр магнитной активности. Получены критерии обобщения бурь: времени начал (постепенных) и окончаний, допустимости интервалов геомагнитного спокойствия внутри бурь, связи словесных и количественных характеристик бурь. Проведенный анализ показал, что на основании локальных каталогов и индексов Кр можно составить единый мировой каталог магнитных бурь, начиная с 1932 г.
1. ВВЕДЕНИЕ
Давно известно [Яновский, 1953], что одна и та же мировая геомагнитная буря по данным различных магнитных обсерваторий имеет различные характеристики: начало (если оно постепенное) и конец бури, амплитуды составляющих возмущенного геомагнитного поля во время активных периодов и словесное описание. Обобщение данных (начала, конца и словесной характеристики бури) по 6 среднеширотным обсерваториям СССР впервые дано в сводном каталоге [Афанасьева, 1954] за 1938-1948 гг.
Продолжением его является другой сводный каталог [Афанасьева, Бычкова, 1979], в котором содержатся сведения о магнитных бурях, полученные из анализа одновременных наблюдений 14 среднеширотных обсерваторий за 1949-1958 гг. Таким образом, имеются два однотипных сводных каталога магнитных бурь за 1938-1958 гг.
С другой стороны, магнитная возмущенность хорошо описывается 3-х часовыми планетарными индексами Kp [JAGA Bulletin, 1962], полученными осреднением локальных K-индексов по измерениям 12 магнитных обсерваторий между 50 и 63° геомагнитной широты. Кроме числовых значений, Kp представлены также в виде "музыкальной" диаграммы Ю. Бартельса. По данным Kp выведена среднесуточная характеристика Cp.
Все эти данные по Kp-индексу можно привлечь к анализу локальных и сводных каталогов магнитных бурь. Цель данной статьи: провести анализ двух сводных каталогов магнитных бурь за 1938-1958 гг. с привлечением индексов Kp и на основании его вывести критерии для составления единого мирового каталога геомагнитных бурь.
2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА ДАННЫХ
Экспериментальным материалом анализа являлись два сводных каталога магнитных бурь и 3-х
часовые Кр-индексы за 1938-1958 гг. Каталог [Афанасьева, 1954] содержит 318 бурь, каталог [Афанасьева, Бычкова, 1979] - 262 бури трех категорий: умеренные (У), большие (Б) и очень большие (ОБ). Как и во многих других локальных каталогах, здесь отсутствуют малые (М) магнитные бури.
Согласно работе [Афанасьева, Шевнин, 1978], в обсерваториях Советского Союза использовалась следующая классификация магнитных бурь:
словесная характеристика бури М У Б ОБ
максимальное значение К-индекса 5 6 7 8-9.
В соответствии с работой [Шевнин, Литин-ский, 1994] можно считать: Кр = 0-2 - спокойное геомагнитное поле, Кр = 3 - слабые магнитные возмущения (В1), Кр = 4 - более сильные возмущения (В2). Далее следуют магнитные бури по приведенной выше классификации, заменяя локальные К-индексы планетарными индексами Кр.
Итак, совершенно ясно, что любая геомагнитная буря с постепенным началом начинается с Кр > 3. В сводных каталогах начала бурь устанавливались по данным ряда обсерваторий в пределах 56-206° геомагнитной долготы, т.е. в долготном интервале 150°. Геомагнитные широты обсерваторий заключены в пределах 32-56° N. При таком сравнительно небольшом охвате поверхности Земли могут быть существенные различия во времени постепенных начал бурь.
Привлечение данных по Кр-индексу (более высокие широты и полный охват по долготе) позволяет проконтролировать сводные каталоги магнитных бурь. Для бурь с внезапным началом 8С время наступления бурь устанавливается по мировой сети обсерватории с точностью до 1-2 мин, и здесь проблемы контроля практически нет. Еще больший разнобой, чем во времени наступления бурь, имеется во времени их окончания. На разных магнитных обсерваториях это различие часто определяется
п, % 25
20
15
10
0
0о 1о 2о 3о 40 5о 60 7о 8о
Кр
Рис. 1. Распределение количества п начал (а) и окончаний (•), выраженных в %, для различных значений индекса Кр.
не часами, а даже сутками. Здесь использование Кр-индексов оказывается очень полезным. Магнитная буря продолжается до тех пор, пока Кр остается более 30.
В ходе бури довольно часто встречаются интервалы геомагнитного спокойствия (Кр = 00-2+), наблюдающиеся между последовательными магни-тосферными суббурями. Продолжительность этих интервалов может служить критерием того, что это интервал спокойствия внутри бури или перерыв между различными бурями.
Анализ сводных каталогов магнитных бурь проводился путем визуального просмотра "музыкальной" диаграммы Ю. Бартельса из индексов Кр, самих 3-х часовых значений Кр и сопоставления их с началом и концом каждой из 580 магнитных бурь за 1938-1958 гг. При этом фиксировались интервалы спокойствия внутри бурь (Кр < 2+) и значения Кр, непосредственно следующие за концом магнитных бурь.
В качестве характеристики магнитной бури использовались словесное описание (У, Б, ОВ), максимальное значение Кртах и среднесуточная мера Ср главного дня бури.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Анализ материалов показал, что из 580 бурь у 80 необходимо исправить время постепенного начала. А так как в сводных каталогах 176 бурь име-
п, % 40
30-
20-
10-
0 2 4 6 8 10
Т, т = 3 ч
Рис. 2. Зависимость количества п (в %) интервалов спокойствия внутри бурь от продолжительности Т (в т = 3 ч) этих интервалов.
ют внезапное начало БС, а 404 бури - постепенное начало, то 80 бурь от 404 составляют 19.8%.
На рис. 1а представлено асимметричное распределение начал геомагнитных бурь для различных значений индекса Кр. Здесь п - количество бурь (в %), начинающихся при заданном значении Кр. Магнитные бури с БС иногда уже фиксируются при Кр = 2+ (~2%). Но чаще всего бури начинаются при Кр = 3-, 30, 3+ (90, 86 и 87 случаев из 580), что составляет вместе ~45% бурь. С Кр = 4- правая ветвь распределения затухает до Кр = 7+ (~1%). На рис. 16 приведена кривая распределения концов магнитных бурь в зависимости от Кр. Видно, что бури заканчиваются при Кр > 3-. Наиболее часто конец бури фиксируется при Кр = 3-, 30, что составляет соответственно 24% и 20% всех бурь. С увеличением Кр количество окончаний бурь резко падает до Кр = 6- (~1%). В 37% случаев магнитные бури заканчиваются резко при Кр = 40-5+.
Остановимся теперь на длительности спокойных интервалов в магнитных бурях. Зависимость количества интервалов п (в %) от их длительности Т (в т = 3 ч) представлена на рис. 2. Из 580 бурь сводных каталогов 234 бури не имеют спокойных интервалов. Это составляет ~40%. С увеличением длительности интервалов спокойствия их количество уменьшается. Для Т = 7т (21 ч) п = 6 (~1%). Более длительные интервалы спокойствия (Т = 8-10т или 24-30 ч) следует отнести уже к перерывам между различными геомагнитными бурями. Правда, и более короткие промежутки времени геомагнитного спокойствия могут появляться при быстрой смене разных бурь.
5
АНАЛИЗ СВОДНЫХ КАТАЛОГОВ МАГНИТНЫХ БУРЬ
599
n, % 30
252015 10 5h
Cp 2.2
3о Kp
Рис. 3. Распределение количества п (в %) индексов Кр, непосредственно следующих за окончаниями бурь.
4о 5о 6о 7о 8о 90
Кршах
Рис. 4. Связь Kpmax с Ср: концы распределений (штрих), математические ожидания в распределениях Kpmax (крестики) и Ср (точки).
Распределение количества п (в %) индексов Кр от 3+ до 0о, непосредственно следующих после бури (взято по одному значению Кр сразу после окончания магнитной бури), дано на рис. 3. В ~7% случаев ближайшее значение Кр может быть от 3+ до 3_. Чаще всего первым значением после бури является Кр = 2+ (3о%). Далее с уменьшением Кр от 2+ до 0+ левая ветвь распределения убывает.
На основании значений Кр^ и Ср для 58о магнитных бурь была составлена таблица их связи. По данным последней построен график, приведенный на рис. 4. Здесь штриховыми линиями представлены концы распределений, крестиками -математические ожидания в распределениях по Ср и точками - математические ожидания в распределениях Кр^. Проведена кривая осреднен-ной связи Кр^ с Ср.
Разброс значений на рис. 4 обусловлен рядом причин: разным временным интервалом Ср и Kpmax, нелинейностью их шкал и тем, что Кр^, как правило, не приходится на средину главных суток бури. Осредненная связь Кр^^ и Ср представлена в таблице для всех категорий магнитных бурь. Это оказалось возможным, так как ряд У - бурь сводных каталогов следует перевести в М - бури.
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Сведения о магнитных бурях за 1938-1948 гг. имеются в каталоге [ТМАЕ]. За 1949-1958 гг. они опубликованы в [JGR] в виде таблицы Principial magnetic storms. При этом описание магнитных бурь проводится по отдельным магнитным обсер-
ваториям, а не по отдельным бурям. Это затрудняет их сопоставление со сводными каталогами магнитных бурь.
За небольшой временной интервал (19491951 гг.) нами было проведено сопоставление характеристик бурь сводных каталогов с главными магнитными бурями (Pincipial magnetic storms) для 15 магнитных обсерваторий. Оно показало, что сделанные исправления во времени начал и концов бурь из сводных каталогов вполне оправдано. Следует отметить, что при обобщении данных о магнитной буре за основу берутся сведения, полученные по магнитограммам отдельных обсерваторий. Планетарный индекс Kp используется только в качестве контроля.
Внезапное начало SC магнитных бурь остается без изменений. Оно установлено ранее по совокупности данных отдельных обсерваторий. В качестве критерия бурь с постепнным началом может служить Kp = 30. Но это значение может принадлежать и геомагнитному возмущению (B1 или B2). Поэтому надо обратиться к диаграмме Ю. Бартельса. Во время начала магнитной бури
Связь словесных и числовых характеристик магнитных бурь
Числовые
Категории магнитных бурь
характеристики M У Б ОБ
Kpmax 5— 5+ 6- - 6+ 7- - 7+ 8- -90
Cp 1.0-1.2 1.3-1.5 1.6-1.8 1.9-2.1
0
0
1
2
0
0
0
на
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.