научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДНЕШИРОТНЫХ СУББУРЕВЫХ И НЕСУББУРЕВЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ PI2 И УСЛОВИЙ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДНЕШИРОТНЫХ СУББУРЕВЫХ И НЕСУББУРЕВЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ PI2 И УСЛОВИЙ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 1, с. 43-54

УДК 550.385.4

ОСОБЕННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДНЕШИРОТНЫХ СУББУРЕВЫХ И НЕСУББУРЕВЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ Pi2 И УСЛОВИЙ ИХ ВОЗБУЖДЕНИЯ

© 2014 г. Н. А. Куражковская, Б. И. Клайн

Геофизическая обсерватория "Борок" филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН,

п. Борок (Ярославская обл.) e-mail: knady@borok.yar.ru; klain@borok.yar.ru Поступила в редакцию 16.04.2012 г. После доработки 10.10.2012 г.

По данным наблюдений среднеширотной обсерватории "Борок" экспериментально исследованы особенности суточной и сезонной вариации различных характеристик двух групп геомагнитных пульсаций Pi2 (наблюдаемых во время магнитосферных суббурь и в их отсутствие) и геофизических условий их возбуждения. Показано, что динамика частоты появления суббуревых и несуббуревых всплесков Pi2, их амплитуды, длительности и межпиковых интервалов в зависимости от локального времени и сезона во многом идентична. Обнаружено, что суббуревые всплески Pi2 преимущественно наблюдаются при направлении межпланетного магнитного поля (ММП) к Солнцу и положительном направлении электрического поля солнечного ветра Ey, а несуббуревые при направлении ММП от Солнца и отрицательном направлении Ey. Выявлены принципиальные различия в суточной и сезонной вариации показателя а, характеризующего наклон функции распределения амплитуд всплесков Pi2 двух групп. Обнаружено, что величина показателя а существенно зависит от Ey и долготы ММП ф. Предполагается, что турбулентность плазменного слоя хвоста магнитосферы, находящегося в метастабильном состоянии, является определяющим в развитии процессов пересоединения и возбуждении последовательности как суббуревых, так и несуббуревых всплесков пульсаций Pi2.

DOI: 10.7868/S0016794014010076

1. ВВЕДЕНИЕ

Геомагнитные пульсации Pi2 в диапазоне периодов 40—150 сек, имеющие вид затухающего цуга или каплеобразного всплеска с продолжительность 5—10 мин, известны как индикатор взрывной фазы магнитосферной суббури [Saito, 1969; Rostoker and Olson, 1978]. Пульсации Pi2 наблюдаются, в основном, на ночной стороне от ав-роральных геомагнитных широт до магнитного экватора в широком диапазоне долгот и сопровождают развитие, практически, каждой магни-тосферной суббури [Olson, 1999]. Однако последовательности цугов Pi2 также характерны для предварительной фазы суббури (за 1.5—2 часа до начала взрывной фазы) [например, Пудовкин и др., 1976]. Исследования последних лет показали, что последовательности всплесков Pi2 могут наблюдаться одновременно в высоких и низких широтах во время спокойных геомагнитных условий (Kp = 0) [Cheng et al., 2009]. Кроме того, серии всплесков Pi2 наблюдаются в средних широтах, когда отсутствуют суббури на ночной стороне ав-рорального овала [Куражковская и Клайн, 2010].

Морфология пульсаций Pi2, наблюдаемых во время развития суббурь, достаточно подробно ис-

следована в литературе. Известно, что суточная и сезонная вариация частоты появления пульсаций Pi2 изменяется в зависимости от широты наблюдения. Так, в высоких широтах и средних широтах максимум суточной вариации интенсивности пульсаций Pi2 приходится на полуночные часы [Пудовкин и др., 1976; Rostoker and Olson, 1978; Singer, 1983]. В низких широтах Pi2 часто наблюдаются в дневные часы [Sutcliffe and Yumoto, 1989]. Вблизи экватора в суточной вариации частоты появления всплесков Pi2 выделяется основной максимум в локальную полночь и небольшой максимум во время утренних и предполуден-ных часов [Rao and Sarma, 2003]. Для сезонной вариации высокоширотных и среднеширотных пульсаций Pi2 характерны два максимума, приходящиеся на весеннее и осеннее равноденствие [Пудовкин и др., 1976; Troitskaya et al., 1980]. В низких широтах пульсации Pi2 имеют тенденцию наиболее часто появляться в зимний сезон [Rao and Sarma, 2003].

Некоторые характеристики пульсаций Pi2 зависят от типа суббурь (триггируемых или нетриг-гируемых), развивающихся на ночной стороне [Hsu and McPherron, 2004; Куражковская и Клайн, 2010]. Например, в зависимости от усло-

вий на ночной стороне магнитосферы изменяется характер распределений амплитуд всплесков Pi2 и их спектральная плотность [Hsu and McPherron, 2004; Куражковская и Клайн, 2010].

Активность пульсаций Pi2 также существенно зависит от количества энергии, поступающей из солнечного ветра в результате пересоединения в подсолнечной области и в хвосте магнитосферы. Влияние ^-компоненты ММП на появление суббуревых и несуббуревых пульсаций Pi2 и их интенсивность рассматривалось в некоторых публикациях [Пудовкин и др., 1976; Cheng et al., 2009]. В работе [Troitskaya et al., 1980] обнаружена асимметрия в уровне амплитуды суббуревых пульсаций Pi2, наблюдаемых в северном и южном полушариях, в зависимости от полярности ММП. Однако детальный анализ межпланетных условий, благоприятных для возбуждения суббуревых и несуббуревых пульсаций Pi2, не проводился. Следует отметить также, что закономерности суточной и сезонной вариации, а также связь с параметрами солнечного ветра и ММП исследованы, в основном, для пульсаций Pi2, наблюдаемых во время суббурь, тогда как несуббуревые пульсации Pi2 изучены недостаточно. Кроме того, сопоставление характеристик суббуревых и несуббу-ревых пульсаций Pi2 в зависимости от локального времени и сезона, наблюдаемых в средних широтах, а также геофизических условий их возбуждения ранее не проводилось.

Целью данной работы является проведение сравнительного анализа особенностей суточной и сезонной вариации различных характеристик суббуревых и несуббуревых среднеширотных пульсаций Pi2, а также статистическое исследование параметров межпланетной среды, при которых они наблюдаются.

2. ДАННЫЕ И МЕТОДИКА АНАЛИЗА

2.1. Исходным материалом в данной работе служили непрерывные аналоговые записи магнитного поля с выхода индукционного магнитометра с разверткой 90 мм/час на среднеширотной обсерватории Борок (исправленные геомагнитные координаты Ф = 53.6°; Л = 114.4°) с 1994 по 1997 годы. За этот же период использовались одноминутные данные Ж-индекса и часовые значения АЕ-индекса, опубликованные на сайте (http:// swdcwww.kugi.kyotou.ac.jp/index.html). Информация о параметрах плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (среднечасовые и одноминутные данные) получены с сайта (http:// omniweb.gsfc.nasa.gov/ow.html). С этого же сайта взяты данные о Kp- и Лй-индексах.

2.2. За анализируемый период по данным наблюдений среднеширотной обсерватории Борок была составлена выборка, включающая 753 серии

цугов (всплесков) пульсаций Pi2. Каждая серия состояла из двух—трех и более волновых пакетов. Длительность режима пульсаций Pi2 изменялась от 0.5 до 1—2.5 часов. Всего было проанализировано 2688 всплесков пульсаций Pi2. Случаи появления изолированных цугов Pi2 были вне нашего рассмотрения. Исходные данные были разбиты на две группы: 1) Pi2, наблюдающиеся в период развития суббурь (576 серий) и 2) Pi2, возникающие во время отсутствия суббурь (177 серий) на ночной стороне магнитосферы. Назовем их условно суббуревые и несуббуревые пульсации Pi2, соответственно. Идентификация двух типов пульсаций Pi2 проводилась с использованием одноминутных данных AL-индекса, отражающего интенсивность западного электроджета в полуночном и раннем утреннем секторах. Усиление западного электроджета, как известно [Akasofu et al., 1965], свидетельствует о расширении авро-рального овала и, соответственно, о начале маг-нитосферной суббури. Процедура идентификации суббурь достаточно подробно изложена, например, в работах [Hsu and McPherron, 2004; 2007]. Согласно [Hsu and McPherron, 2007] отрицательные бухты в динамике AL-индекса продолжительностью более 20 минут и минимальной величиной AL-индекса ниже —100 нТл соответствуют развитию магнитосферных суббурь. Таким образом, по динамике AL-индекса можно определить развиваются или нет суббури в хвосте магнитосферы.

Визуальное сопоставление одновременных записей пульсаций Pi2 в обс. Борок и динамики AL-индекса с привлечением критерия идентификации суббурь [Hsu and McPherron, 2007] позволило разбить всю выборку серий всплесков пульсаций Pi2 на две вышеназванные группы. На рис. 1 приведены типичные примеры серий всплесков пульсаций Pi2 в обс. Борок, наблюдающихся в период развития суббури — 4 мая 1996 г. (а) и во время отсутствия суббури 30 августа 1995 г. (б) на ночной стороне магнитосферы. В верхней части рисунков представлена динамика AL-индекса, отражающего интенсификацию суббуревой активности. Ниже показана запись ^-компоненты магнитного поля в обс. Борок и динамический спектр пульсаций Pi2. Из рис. 1а видно, что в динамике AL-индекса наблюдается отрицательная бухта, которая может быть идентифицирована как суббуря. Серии всплесков Pi2, наблюдающиеся на фоне подобного поведения AL-индекса, и были отнесены к первой группе. Рисунок 1б иллюстрирует пример наблюдения всплесков пульсаций Pi2 в обс. Борок в период спокойной авроральной активности, когда в поведении AL-индекса отсутствуют какие-либо интенсивные возмущения и отрицательные бухты, свидетельствующие о развитии суббури. Такие случаи относились ко второй группе. Далее проводился сравнительный

еЗ

я

0

-200 -400 -600

4.05.1995 г.

2

еЗ 1

х 0

0

22:00

0-50-100

30.08.1995 г.

23:00

0:00

1:00 UT

2 1 i 0

-1 i -2

18

1.58 нТл/мГц1/2 12 H

I 6

1.58 нТл/мГц1/2

0

21:00 22:00 23:00

0:00 UT

Рис. 1. Примеры динамики AL-индекса и наблюдения серий всплесков пульсаций Pi2 (^-компонента) на среднеши-ротной обсерватории Борок (а) во время развития суббури 4 мая 1996 г., (б) в период отсутствия суббури 30 августа 1995 г. В нижней части рисунка приведены динамические спектры суббуревых и несуббуревых серий всплесков Pi2, соответственно.

анализ суточного и сезонного поведения характеристик всплесков Pi2 двух групп, а также исследовались условия межпланетной среды, при которых они возникают.

2.3. В качестве основных характеристик всплесков Pi2 рассматривались частота наблюдения N амплитуда A, продолжительность всплесков t и длительность межпиковых интервалов т. Амплитуда каждого всплеска Pi2 находилась из

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»