ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 4, с. 435-445
УДК 523.62
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ПЛОЩАДЬЮ КОРОНАЛЬНЫХ ДЫР, СКОРОСТЬЮ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА И ЛОКАЛЬНЫМИ МАГНИТНЫМИ ИНДЕКСАМИ В КАНАДСКОМ РЕГИОНЕ НА СПАДЕ 23-ГО ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ © 2009 г. Ю. С. Шугай1, И. С. Веселовский1,2, Л. Д. Трищенко3
Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственного
университета, Москва 2Институт космических исследований РАН, Москва 3Геомагнитная Лаборатория, Природные ресурсы Канады, Оттава e-mail: jshugai@srd.msu.ru Поступила в редакцию 08.05.2008 г.
После доработки 08.08.2008 г.
Геомагнитные возмущения в Канадском регионе сопоставляются с их солнечными и гелиосферны-ми источниками в период спада цикла солнечной активности, когда были ярко выражены рекуррентные потоки солнечного ветра из низкоширотных корональных дыр. Линейный корреляционный анализ проведен с использованием следующих данных: дневных и часовых зональных индексов геомагнитной активности, скорости солнечного ветра и площади корональных дыр. Полученные коэффициенты корреляции между геомагнитными, межпланетными и солнечными характеристиками варьировались от достаточно низких между площадями корональных дыр и геомагнитной активностью (0.17—0.48); промежуточных между площадями корональных дыр и скоростью солнечного ветра (0.40—0.65) и до довольно высоких между скоростью солнечного ветра и геомагнитной активностью (0.50—0.70). Показано, что более аккуратный учет изменений исследуемых параметров, связанный с изменениями в ионосфере (различной освещенностью в течение года), а также вариаций гелиоширотного смещения систем координат между Землей, Солнцем и космическим аппаратом, позволяет значительно улучшить значения коэффициента корреляции, на десятки процентов в первом случае и в 2—4 раза во втором.
PACS: 94.20.wq, 94.30. Lr
1. ВВЕДЕНИЕ
В период спада солнечного цикла обычно наблюдаются обширные корональные дыры (КД), которые простираются до солнечного экватора и существуют в течение многих оборотов Солнца. Такие КД являются источником повторяющихся
(рекуррентных) высокоскоростных потоков солнечного ветра (СВ), существующих длительное время и приводящих к заметным, особенно в высоких широтах, но не очень сильным рекуррентным геомагнитным возмущениям, имеющим длительный характер порядка нескольких или даже многих дней вплоть до целого оборота Солнца. С давних пор они известны в литературе как рекуррентные бури [Bartels, 1934; Chapman and Bartels, 1940; Акасофу и Чепмен, 1975]. Характерной особенностью таких потоков СВ является присутствие в них альвеновских волн, распространяющихся от Солнца, с умеренной и большой амплитудой. Эти волны являются "остатком" потока энергии, который в основном был передан в короне и внутренней гелиосфере на увеличение скорости плазмы солнечного ветра. Исследова-
ние связанного с этим комплекса явлений на Солнце, в гелиосфере и на Земле привлекает к себе внимание до сих пор [ТигШат, 2006].
Более сильные спорадические возмущения могут возникать под действием корональных выбросов массы, обычно имеющих более короткую длительность, чем потоки из КД. Это разделение на два типа возмущений (рекуррентные и спорадические) несколько условно. Часто оба типа возмущений налагаются друг на друга и их невозможно отделить друг от друга, что создает значительные трудности при попытках интерпретации и прогнозирования наблюдаемых геомагнитных возмущений, а также при построении глобальных моделей распространения возмущений от Солнца до Земли. Накопление необходимого фактического материала продолжается, что позволяет постоянно улучшать существующие ныне статистические представления о корреляционной связи геомагнитных возмущений с солнечной и гелио-сферной активностью.
Несмотря на довольно обширные статистические исследования, посвященные связям пара-
час 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
11
........................
0000000000000000 сч^гчоооосч^гчоооосч^гчоооо
час 800 700 600 500 400 300 200 100 0
т-Лг1м
0.4.8.2.6.0.4.8.2.6.0.4.8.2
О Ö Т-Ч т-ч {№ t№ cn со со to
.6.0.4
ЧО ЧО
Шаг = 10
Шаг = 0.2
а
Рис. 1. Гистограммы распределения среднечасовых значений полярного магнитного индекса (а) и логарифма среднечасовых значений полярного магнитного индекса (б). Справа приведено также стандартное распределение со средним значением, равным 3.5, и стандартным отклонением, равным 0.9 (серая кривая).
метров корональных дыр и геомагнитной активности, большинство работ относилось к средне-широтным геомагнитным индексам, например [Thomson, 1995; Watari, 1989]. В то же время многочисленные наблюдения и представленный ниже анализ с использованием геомагнитных данных Канадского региона показали, что высокоскоростные потоки СВ оказывают определяющее влияние на состояние геомагнитного поля в высоких широтах.
Цель данного сообщения состоит в определении и дальнейшем уточнении этих зависимостей за счет отделения рекуррентных геомагнитных возмущений от спорадических и устранения суточных, сезонных и годовых вариаций. Наша основная научная задача состоит в том, чтобы уточнить корреляционные зависимости между параметрами солнечной и гелиосферной активности, с одной стороны, и наблюдаемыми геомагнитными возмущениями — с другой. Важный практический вывод нашей работы состоит в том, что достаточно перспективным для прогнозирования является использование корреляционных связей параметров корональных дыр напрямую с геомагнитными индексами (минуя промежуточное ге-лиосферное звено).
В дальнейшем результаты этой и последующих работ могут быть использованы для улучшения долговременного (27 дней) прогноза геомагнитной активности, представляемого Канадским центром космической погоды [Lam, 1996]. Исследование данных канадских станций интересно само по себе в научном плане как пример современных однородных наблюдений хорошего качества, так и в прикладном аспекте для целей гелио-геофизического прогнозирования. Канадская сеть хорошо перекрывает наиболее интересный авроральный регион. Результаты представленной работы уже были использованы при обосновании проекта, принятого в 2008 года Канадским кос-
мическим агентством, по развитию службы космической погоды в Канаде на срок до 2013 г.
2. ДАННЫЕ И ИХ ОБРАБОТКА
В работе использовались часовые индексы геомагнитной активности, представленные Канадской сетью геомагнитных обсерваторий (http://gsc.nrcan. gc.ca/geomag/data/index_e.php), для трех зон геомагнитной активности: полярной, авроральной и суб-авроральной. Эти часовые индексы представляют собой максимальное изменение за час горизонтальной компоненты геомагнитного поля. В дальнейшем суточные индексы вычислялись как среднесуточные значения часовых индексов. Значения полярного магнитного индекса (Pol) рассчитаны по данным обс. Resolute Bay (широта 74.7°N, долгота 265.1°E), аврорального магнитного индекса (Aur) по данным обс. Fort Churchill (широта 58.8°N, долгота 265.9°E), суб-аврораль-ного магнитного индеса (Sub) по данным обсерватории Ottawa (широта 45.4°N, долгота 284.5°E). В работе мы использовали логарифм среднечасовых или среднесуточных значений магнитных индексов. Как видно на рис. 1 после логарифмирования распределение значений магнитного индекса приближается к нормальному распределению (серая линия на графике справа), которое имеет очень широкий круг приложений в статистике.
В работе использовались среднечасовые и среднесуточные параметры солнечного ветра, которые регистрировались на космическом аппарате ACE (Advanced Composition Explorer) и были взяты с сайта http://www.srl.caltech.edu/ACE/.
Для вычисления площади КД использовались ежедневные снимки Солнца, сделанные телескопом EIT с космического аппарата SOHO на длинах волн 284 Â и 195 Â за период с 2003 по 2005 год, а также ежечасные снимки Солнца, сделанные на длине волны 195 Â за 2007 год. К сожалению, недостаточно высокое качество исходных данных за
Таблица 1. Значения КК между площадью КД и скоростью СВ для всех данных и только для тех, при которых значение Ар < 70, а также улучшение значений КК в процентах
Для всех событий Для событий, при которых значение Ар < 70 Изменения значений КК, %
Годы
80Н0/ЕГТ 284 А ЯОНО/ЕГТ 195 А ЯОНО/ЕГТ 284 А $ОНО/ЕГТ 195 А ЯОНО/ЕГТ 284 А ЯОНО/ЕГТ 195 А
2003 0.65 0.53 0.66 0.56 3% 4%
2004 0.46 0.47 0.60 0.50 23% 7%
2005 0.40 0.40 0.46 0.42 12% 4%
2007 0.40 0.57
2006 г. и нерешенная проблема с их абсолютной калибровкой не позволили исследовать этот период времени.
Деление атмосферы Солнца на спокойные и активные участки, а также на КД носит несколько условный характер. Оно зависит от выбора критериев, однозначная и четкая количественная формулировка которых, как правило, отсутствует. В данной работе КД называются участки на изображении Солнца с яркостью (интенсивностью) ниже некоторой пороговой величины, которая устанавливалась нами на основании предыдущих наших исследований [Веселовский и др., 2006]. Для автоматического распознавания КД на изображениях, получаемых с КА 80Н0/ЕГТ, был разработан специализированный алгоритм [Регаа^еу й а1., 2002], состоящий из следующих шагов: сглаживание с использованием линейных фильтров; нормировка и распределение по интенсивности; пороговое выделение точек с низкой интенсивностью и их объединение в объекты "корональ-ные дыры"; определение местоположения и площади найденных объектов с учетом сферической формы Солнца. Надо заметить, что геоэффективная площадь КД вычислялась по центральной области Солнца, которая вырезалась окружностью с центром в центре изображения солнечного диска и с радиусом, равным 40° (0.6 радиуса изображения Солнца). В данной работе положение геоэффективной области менялось с учетом положения КД на изображениях Солнца и положения КА, с которых получены изображения относительно плоскости эклиптики и солнечного экватора. Полнота данных о дневных значениях площади КД за 2003 год составила - 91%, за 2004 год - 68% и за 2005 год — 75%. Полнота данных о часовых значениях площадки КД за 2007 год составила 84%. Пропуски данных м
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.