научная статья по теме ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОЗЕМНОЙ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ ВО ВРЕМЯ СПОКОЙНЫХ И ВОЗМУЩЕННЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ УСЛОВИЙ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОЗЕМНОЙ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ ВО ВРЕМЯ СПОКОЙНЫХ И ВОЗМУЩЕННЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ УСЛОВИЙ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2008, том 48, № 2, с. 183-187

УДК 523.62:523.4

ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОЗЕМНОЙ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ ВО ВРЕМЯ СПОКОЙНЫХ И ВОЗМУЩЕННЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ УСЛОВИЙ

© 2008 г. А. Д. Шевнин1, Е. П. Харин2

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова

РАН, Троицк (Московская обл.) 2Геофизический Центр РАН, Москва, e-mail: kharin@wdcb.ru Поступила в редакцию 15.03.2007 г. После доработки 27.04.2007 г.

Рассматриваются распределения параметров солнечного ветра (СВ), межпланетного магнитного поля (ММП) и физических полей (Еу-компоненты электрического поля СВ, поля сжатия DCF) и среднеквадратических ошибок измерений ст в зависимости от суточной характеристики геомагнитной возмущенности (Cp). Большой разброс параметров межпланетной среды (МС) существует реально даже во время длительного интервала геомагнитного спокойствия. Показано, что нет однозначного соответствия между параметрами МС и характеристикой геомагнитной активности на Земле, а есть лишь тенденция к возрастанию (убыванию) параметра околоземной среды (физической величины) с ростом геомагнитной активности. Эти тенденции превращаются в линейные связи только после трехкратного осреднения величин (часовых, суточных, годовых), что соответствует многочисленным уравнениям связи параметров МС с различными геомагнитными индексами, полученными многими исследователями на основе статистических анализов.

PACS: 94.05.Sp

1. ВВЕДЕНИЕ

Связь геомагнитной активности с околоземными параметрами СВ и ММП изучается с середины прошлого века [Ковалевский, 1973]. Уже за первые два десятилетия исследований было установлено [Snyder et al., 1963; Wilcox et al., 1967; Пудовкин и др., 1973; Яновский, 1978], что наиболее геоэффективными параметрами МС являются вертикальная компонента Bz ММП, скорость Уи плотность частиц СВ n, а также их комбинации, соответствующие физическим характеристикам МС.

На основе статистических анализов параметров МС, измеренных на космических аппаратах вблизи Земли, рядом авторов [Яновский, 1978; Афонина и др., 1978] получены различные уравнения связи этих параметров с геомагнитными индексами Kp, AE, Dst. Ввиду больших разбросов экспериментальных данных уравнения связи, как правило, имеют небольшой коэффициент корреляции. Причем разброс измеренных значений любого параметра СВ и ММП существует даже при абсолютно спокойных геомагнитных условиях. Это было показано в работе [Шевнин и др., 1991] на большом статистическом материале за два цикла солнечной активности (1963—1984 гг.).

Цель данной работы — показать, что имеется большой разброс параметров МС как в периоды геомагнитных возмущений, так и в периоды геомагнитного спокойствия.

2. ДАННЫЕ

Из всего многообразия экспериментального материала по МС [Сводный каталог Кинга http:// nssdc.gsfc.nasa.gov/omniweb/ow.html] были выбраны данные за 1996 г. Это год вблизи минимума солнечной активности, когда имеется много очень спокойных дней. Кроме того, в 1996 г. нет больших пропусков в измерениях параметров МС. За целый год неполные данные имеются только в 9 днях, а из 15 спокойных геомагнитных дней они отсутствуют только за один день. Для анализа были взяты все параметры МС: скорость V плотность n и температура Tp протонов СВ; модуль поля B, Bx-, By-, Bz-компоненты ММП в солнечно-магнитосферной системе координат; среднеквадратические отклонения а всех параметров МС.

Помимо параметров МС, как и в работе [Шевнин и др., 1991], использовались также две физические характеристики: Ду-компонента электрического поля СВ и DCF — возмущение поля корпускулярного потока, проявляющегося на поверхности Земли (в индексе Dst) и направленного противоположно полю магнитосферного кольцевого тока.

Эти физические характеристики вычислялись по формулам:

Ey = 10-3 VBz, мв/м (1)

DCF = 2 х 10-2 Vn /2, нТл (2)

V, км/с 700 г

600 500 400 300 200 100

п, см 28

24

20

16

12

8

4

Вг, нТл 5

4

3 2 1 0 -1 -2

_|_I_I_I_:_1_

Еу, мВ/м

2 - •

-1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Ср Ср

Рис. 1. Распределение среднесуточных значений параметров МС в зависимости от геомагнитной характеристики Ср по данным 1996 г.: скорости VСВ (а); плотности п СВ (б) вертикальной компоненты ВгМПП (в); Еу-компоненты электрического поля СВ (г).

а

в

3

г

1

0

В качестве меры магнитной активности была выбрана суточная планетарная характеристика Ср. Она устанавливается по среднесуточной эквивалентной амплитуде Ар магнитных возмущений, полученной путем осреднения 8 трехчасовых значений эквивалентных амплитуд ар, соответствующих планетарным индексам Кр магнитной активности.

Планетарная суточная характеристика Ср изменяется от 0 (самый спокойный геомагнитный день) до 2.5 (самый возмущенный геомагнитный день). Всего имеются 26 градаций (через 0.1) характеристики Ср. В случае Ср = 0 суточная эквивалентная амплитуда возмущения Ар = 0—3 нТл.

В 1996 г. характеристика Ср была в пределах 0— 1.4, т.е. магнитная возмущенность в разные сутки изменялась от очень спокойного состояния до умеренных магнитных бурь.

3. ЗАВИСИМОСТЬ ПАРАМЕТРОВ МС ОТ Ср

По данным 1996 г. были построены распределения среднесуточных значений V, п, Тр, В, Вх, Ву, Вг, Еу и DCF для различных градаций Ср. Для всех этих 9 величин были построены также средне-квадратические отклонения а функции Ср.

Из 14 распределений параметров МС на рис. 1 представлены только три: V, п и Вг. Для всех уровней Ср наблюдается большой разброс значений V

ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОЗЕМНОЙ МЕЖПЛАНЕТНОЙ СРЕДЫ

185

СВ (рис. 1а), начинающийся сразу при Ср = 0. С увеличением Ср разброс Vвозрастает, как возрастают и сами значения V. Таким образом, имеется широкая полоса точек из среднесуточных значений V с некоторым наклоном ее к оси абсцисс и с возрастающей амплитудой разброса.

Для плотности частиц Св (рис. 1б) также видна широкая полоса из точек среднесуточных значений п. Эта полоса опять начинается при Ср = 0, но она не имеет существенного наклона. Поэтому и низкие, и высокие значения п встречаются при любом уровне геомагнитной активности Ср = 0—1.4.

Для ^-компоненты ММП (рис. 1в) снова видим широкую полосу разброса среднесуточных значений от Ср = 0 до Ср = 1.4. Но здесь наклон полосы от положительных значений Б1 смещается с ростом Ср к отрицательным Бz.

Характер распределений других параметров МС в зависимости от Ср опишем словами. Подобно Vведут себя Тр, Б, аУ, аТр, аБ, аБх и Бz. Поведение Бх, Бу, аБх, аБу, ап подобно п. Следует только отметить, что полосы точек из среднесуточных значений Бх и Бу в соответствии с положительной и отрицательной секторной структурой раздваиваются на верхнюю (вблизи Бх ~ Бу ~ 2 нТл) и нижнюю (вблизи Бх ~ Бу ~ —2нТл) половины.

Остановимся теперь на распределениях физических характеристик околоземной среды. На рис. 1г приведены среднесуточные значения Еу-компоненты электрического поля СВ в функции Ср. Здесь, как и у параметров МС, видна полоса из точек (Ср, Еу), но с более постоянным размахом колебания. В среднем Еу-компонента от положительных значений при Ср = 0 переходит все более и более к отрицательным.

Магнитное поле БСЕ, проявляющееся на поверхности Земли в виде поля сжатия, с увеличением геомагнитной характеристики Ср постепенно растет, имея при этом довольно постоянный разброс значений ~10—15 нТл.

После осреднения параметров и физических характеристик околоземной среды по отдельным градациям Ср за 1996 г. (на рис. 1 среднегодовые значения показаны крестиками) в хорошем приближении получаем линейные уравнения связи:

V = 157 Ср + 350, км/с (3)

п = - 2.14Ср + 9, см-3 (4)

Б1 = - 1.14 Ср + 0.5, нТл (5)

Еу = - 0.571 Ср + 0.24, мв/м (6)

ВСЕ = 3.57 Ср + 21, нТл (7)

На рис. 1 этим уравнениям соответствуют прямые линии. В уравнениях (3)—(7) свободный член показывает практически среднегодовые значения рассматриваемого параметра/физической характе-

ристики за очень спокойные геомагнитные дни, а угловой коэффициент при Ср дает наклон прямой и полосы распределения точек с ростом Ср.

4. ПАРАМЕТРЫ МС ПРИ Ср = 0

Для любых суток среднечасовые значения параметров МС имеют свой собственный разброс относительно среднесуточного значения. Изменение любого параметра за сутки (размах колебания) больше среднеквадратического отклонения а. Следует отметить, что при нормальном распределении большого объема данных разброс для левой и правой ветви распределения составляет 3а (закон "трех сигм" при уровне значимости 0.27%) [Шевнин и др., 1991]. Однако среднесуточные значения сами составлены из среднечасовых осреднений, поэтому разброс будет меньше (~2а).

В данной работе нас интересуют границы изменений параметров МС для очень спокойных дней (Ср = 0). Таких дней с полными данными в 1966 г. было 14: 07.03, 07.04, 18.05, 13.06, 03.09, 06.10, 01-03.11, 30.11, 05-06.12 и 19-20.12. По совокупности данных за эти дни были определены верхние и нижние граничные значения всех вышеуказанных параметров МС и физических характеристик. Их конкретные значения будут приведены ниже при обсуждении результатов.

Чтобы ответить на вопрос, как влияют на разброс точек распределений сезонные и суточные изменения рассматриваемых величин, проследим поведение параметров/характеристик МС за короткие интервалы времени (один — трое суток) на протяжении 1996 г. В нашем распоряжении оказались две спаренные даты (05—06.12 и 19—20.12) и даже трое спокойных суток подряд (01—03.11). Поскольку характер изменения параметров МС остается практически одинаковым для всех 14 спокойных дней, то рассмотрим изменения V, п, Б1 и Еу за самый длительный спокойный интервал 1996 г.

Несмотря на некоторую нерегулярность скорость СВ убывает за трое суток от 438 до 320 км/с. Плотность СВ 1 и 2 ноября была стабильной, но 3 ноября возросла с 7 до 37 см-3, т.е. в пять раз. Бz-ком-понента ММП в основном остается положительной, за исключением двух точек, когда Бz ~ -2 нТл. Еу-компонента электрического поля СВ также положительна (0-3 мВ/м), кроме двух тех же точек. Таким образом, большие изменения параметров МС и физической характеристики Еу имеются в отдельно взятом геомагнитном спокойном интервале, т

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»