ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 4, с. 520-525
УДК 550.385.1:550.37
АНАЛИЗ СВЯЗИ ИНДЕКСОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ СИММЕТРИЧНЫЙ БУИ И АСИММЕТРИЧНЫЙ ЛБУ КОЛЬЦЕВОЙ ТОК, С ИНДЕКСАМИ АКТИВНОСТИ АВРОРАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТРУЙ ЛЕ (Ли, ЛЕ) © 2008 г. Н. А. Бархатов1, 3, А. Е. Левитин2, О. М. Церковнюк1
Научно-исследовательский радиофизический институт, Н. Новгород 2Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН,
Троицк (Московская обл.) 3Нижегородский государственный педагогический университет, Н. Новгород Поступила в редакцию 25.10.2007 г.
Выполнен анализ корреляционной связи индексов, которые характеризуют интенсивности симметричной (8УМ) и асимметричной (АЯТ) частей магнитного возмущения в период магнитной бури, с индексами, отражающими интенсивности восточной (АЦ) и западной (Ж) электроструй в зоне полярных сияний. Это позволило провести оценку роли магнитосферно-ионосферных токовых систем в генерации асимметрии геомагнитного возмущения в период главной фазы и фазы восстановления магнитной бури.
PACS: 94.20.Ac, 94.30.Kq
1. ВВЕДЕНИЕ
В периоды магнитных бурь энергия, поступающая в магнитосферу из межпланетной среды, приводит к активизации магнитосферных токовых систем, что проявляется в росте геомагнитной возмущенности, фиксируемой наземными обсерваториями. Во время главной фазы магнитной бури, одновременно с развитием Dst вариации, происходит генерация суббуревой активности в области овала полярных сияний. Связь магнитного возмущения в авроральной зоне, характеризуемого индексами AE (AU, AL), и возмущения в средних и низких широтах, характеризуемого индексом Dst, в период магнитосферной бури интенсивно изучается различными группами исследователей, но до сих пор все еще остается полностью не выясненной [Нишида, 1980; Grafe et al., 1997; Grafe and Feldstein, 2000, и ссылки в них].
Особенности магнитного возмущения в период магнитной бури принято на количественном уровне характеризовать индексами SYM и ASY, которые описывают интенсивности симметричной и асимметричной частей магнитного поля, создаваемого кольцевым током. Указанные индексы дают приближенное представление об асимметрии магнитного возмущения, которое на самом деле генерируется несколькими токовыми системами. Главными системами являются кольцевой ток, ток на поверхности магнитосферы, токовая система в хвостовой части магнитосферы и высокоширотные магнитосферно-ионосферные токи [Feldstein et al., 2005]. В настоящее время исследование асимметрии этого магнитного возму-
щения проводится на основе теоретических расчетов и с помощью анализа экспериментальных данных спутниковых и наземных наблюдений. Авторы теоретических исследований [Bespalov et al., 1994; Grafe et al., 1999, 2000; Liemohn et al., 2001; 2000; Shi et al., 2006, и ссылки в них] учитывают движение заряженных частиц, захваченных геомагнитным полем, и процесс взаимодействия конвекции плазмы в магнитосфере с плазмосфе-рой. Авторы, которые опираются при изучении асимметрии геомагнитного возмущения на наземные и спутниковые измерения, применяют метод расчета эквивалентных токов, построенных по данным высокоширотных цепочек магнитных станций в периоды магнитных бурь. Они также проводят сопоставление между собой магнитограмм сети магнитных обсерваторий, расположенных в высоких и средних широтах [Grafe and Fel-stein, 2000; Feldstein et al., 2006, и ссылки в них].
В данной работе предпринята попытка установить взаимосвязь между индексами SYM, ASY и авроральными токовыми системами на основе поиска линейных корреляций между этими индексами и индексами AE (AU, AL) на разных этапах развития магнитной бури. Полученные при этом результаты мы в дальнейшем планируем использовать для поиска нелинейных корреляций между магнитными полями, создаваемыми маг-нитосферными токовыми системами в период магнитной бури и магнитными полями аврораль-ных токовых систем.
Ниже представлена методика выявления связи развития симметричной и асимметричной частей
Рис. 1. Главная фаза геомагнитной бури. Графики количества N бурь, когда коэффициенты корреляции R между индексами, в зависимости от величины At (часы) временной задержки SYM, ASYотносительно AU, AL для главной фазы магнитной бури были |R| > 0.5; R > 0.5; R < —0.5.
магнитного возмущения в период магнитной бури с интенсивностями авроральных электроструй и определения роли магнитосферно-ионосферных токовых систем в генерации асимметрии магнитного поля на уровне земной поверхности в конкретных временных секторах. Демонстрируется эквивалентная трехмерная магнитосферно-ионо-сферная токовая система, способная генерировать пространственное распределение асимметричного магнитного поля в период магнитной бури.
2. МЕТОД ОБРАБОТКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ (ИНДЕКСЫ Лй, БУМ, ЛБУ, Ли, Ж) И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Для выполнения поставленной задачи были подготовлены массивы данных для индексов Лй, БУМ, ЛБУ, Ли, ЛЬ во время 15 конкретных периодов геомагнитных возмущений, имевших место в течение двух лет (2000—2001 гг.). Основным критерием отбора этих геомагнитных возмущений была хорошо выделяемая форма Лй вариации в эти периоды, когда на графике можно было однозначно установить начало бури, ее главную фазу и начало фазы восстановления. В периоды этих 30 фаз (15 главных фаз и 15 фаз восстановления) изучались связи индексов БУМ, АБУ, отражающие интенсивности симметричной и асимметричной частей кольцевого тока, и индексы интенсивности авроральных электроджетов Ли, ЛЬ, взятые с одноминутным разрешением.
Для проверки связи между магнитным возмущением в низких широтах, интенсивность которого характеризуется индексами БУМ, ЛБУ, и воз-
мущением в авроральной области, возникающего благодаря интенсификации западного и восточного электроджетов (индексыЛЬ, Ли), была проведена линейная корреляция между этими индексами. При этом между индексами БУМ(?), ЛБУ(1) и индексами ЛЩ?), ЛЬ(?) вводилась задержка А?, которая варьировалась от 0 до 2 часов, что позволило установить динамику изменения корреляционной связи между рассматриваемыми индексами.
Результаты этой корреляции представлены на рис. 1 и 2. На них, соответственно, для главной фазы бури (рис. 1) и для фазы восстановления (рис. 2) показаны графики числа N анализируемых бурь, когда коэффициенты корреляции между индексами Я были по модулю >0.5 (ось ординат), в зависимости от величины А? временной задержки БУМ, ЛБУ относительно Ли, ЛЬ (ось абсцисс). На этих рисунках тонкие линии — это графики модуля коэффициента корреляции Я > 0.5; штриховые — графики положительного коэффициента корреляции Я > > 0.5; мелкий штрих — графики отрицательного коэффициента корреляции Я < —0.5.
Поведение коэффициентов корреляции Я на этих графиках свидетельствует о том, что в период главной фазы магнитной бури восточный элек-троджет коррелирует как с симметричной, так и с асимметричной частью кольцевого тока. При этом Я > 0 для корреляционной связи Ли—БУМ (без временного сдвига, А? = 0) и Я < 0 для связи Ли—ЛБУ (А? = 0). С увеличением временного сдвига связь Ли—БУМ заметно слабеет, а связь Ли—БУМ меняется мало. Такое поведение корреляционной связи согласуется с существующим в литературе мнением, что асимметрия кольцевого
522
БАРХАТОВ и др.
Рис. 2. Фаза восстановления. Графики количества N бурь, когда коэффициенты корреляции R между индексами, в зависимости от величины At (часы) временной задержки SYM, ASYотносительно AU, AL для фазы восстановления магнитной бури, были |R| > 0.5; R > 0.5; R < -0.5.
тока в период главной фазы бури связана с токовой системой частичного кольцевого тока, продольный ток в которой замыкается на ионосферу в вечернем секторе в области восточного элек-троджета. В период главной фазы бури, корреляция AL (западный электроджет) с SYMи ASYзави-сит от временного сдвига между ними.
Корреляционная связь AL-SYM высока при сдвиге на А? = 2 ч, а для пары AL-ASY она высока при А? = 0 и А? = 2 ч. Это может быть связано с наблюдаемым регулярно временным изменением значений AL индекса в период главной фазы бури, которое имеет вид бухт с характерным временем длительности порядка двух часов. Таким образом, оба индекса интенсивности авроральных электроджетов коррелируют с индексами SYM, ASY в период главной фазы магнитной бури. Поэтому так трудно выделить общепризнанную токовую систему частичного кольцевого тока, о которой идет речь в статьях, где анализируется асимметрия кольцевого тока [Нишида, 1980; Grafe et al., 1997; Grafe and Feldstein, 2000, и ссылки в них].
В период фазы восстановления магнитной бури уровень корреляции для пар индексов AU-SYM и AU-ASY слабее, чем на главной фазе. Значения коэффициентов корреляции уменьшаются с ростом временного сдвига А?, причем коэффициенты корреляции имеют разные знаки: для корреляционной связи AU-SYM R < 0, а для связи AU-ASY R > 0. Для индекса AL, в основном, проявляется корреляционная связь AL-ASY, причем для этой пары индексов коэффициент корреляции R < 0. Такой характер корреляционной связи соответствует общепринятому выводу о том, что в период фазы
восстановления магнитной бури асимметрия кольцевого тока, которая велика на ее главной фазе, значительно убывает.
Далее была исследована временная динамика интенсивности авроральных электроджетов в зависимости от динамики развития симметричной и асимметричной частей кольцевого тока на основе использования временного сдвига значений индексов АЦ, АЬ относительно индексов БУМи АБУ.
На рис. 3 и 4 представлены, соответственно, для главной фазы бури (рис. 3) и для фазы восстановления (рис. 4) графики количества анализируемых бурь, когда коэффициенты корреляции между индексами были по модулю >0.5 (ось ординат), в зависимости от временной задержки АЦ, АЬ относительно БУМ, АБУ (ось абсцисс). На рисунках тонкие линии — это графики модуля коэффициента корреляции Я > 0.5; штриховые — графики положительного коэффициента корреляции Я > 0.5; мелкий штрих — графики отрицательного коэффициента корреляции Я < —0.5.
На этих графиках видны те же характерные особенности поведения корреляционной связи между парами АЦ-БУМ, АЦ-АБУ АЬ-БУМ, АЬ-АБУ, к
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.