ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 611-618
УДК 550.388.2
ВАРИАЦИИ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ /-ОБЛАСТИ ИОНОСФЕРЫ ЗА ПЕРИОДЫ МАГНИТОСФЕРНЫХ БУРЬ 2008-2012 гг. В АВРОРАЛЬНЫХ ШИРОТАХ © 2014 г. Д. В. Благовещенский
Санкт-Петербургский университет аэрокосмического приборостроения, г. Санкт-Петербург
e-mail: dvb@aanet.ru Поступила в редакцию 10.10.2013 г.
После доработки 08.04.2014 г.
Рассмотрена 51 магнитная буря за последний полупериод перехода от минимума к максимуму солнечной активности. Для анализа привлекались ионосферные (faF2) и магнитные (Х-компонента) данные по обс. Соданкюля, Финляндия, а также значения ЪКр — индексов магнитной активности. Изучалась зависимость вариаций критической частоты foF2 перед, во время каждой бури и после нее. Обнаружено, что для всех анализируемых бурь имеет место главный эффект (ГЭ). Суть его состоит в том, что за несколько дней до начала активной фазы бури возникает первый максимум в значениях foF2, затем во время активной фазы имеет место минимум foF2 и далее после активной фазы снова образуется второй максимум. Выявлено пять основных наиболее часто встречающихся типов вариаций foF2 во время бурь. Однако наблюдаются особые случаи (30%), для которых ГЭ существует, но он смещается вправо по временной оси на несколько дней. Обнаружено наличие "памяти" (инерционности) у ионосферы от 8—9 ч до 2-х сут. Установлено, что предвестником магнитных бурь можно считать появление первого максимума ГЭ. Подобный предвестник потенциально может быть использован для прогнозирования начала развития магнитосферных бурь, что важно для проблем космической погоды.
DOI: 10.7868/S0016794014050022
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследование реакции ионосферы Земли на проявления магнитосферных возмущений типа бурь и суббурь является одной из ключевых задач научной проблемы "Солнечно-земная физика" и программы "Космическая погода". За последнее время подобные исследования существенно расширились и наиболее значимые на наш взгляд результаты нашли отражение, например, в работах [Золотухина и др., 2011; Ban et al., 2011; Buonsan-to, 1999; Danilov and LastoviCka, 2002; Fox et al., 1998; Gonzalez et al., 1994; Goncharenko et al., 2007; Jakowski et al., 1999; Jin et al., 2008; LastoviCka, 2002; Ma et al., 2002; Prolss, 1993; Szuszczewicz et al., 1998; Yeh et al., 1994]. В большинстве перечисленных работ из указанного списка рассмотрены примеры одной конкретной бури. В обзорах [Buonsanto, 1999; Gonzalez et al., 1994; Danilov and LastoviCka, 2002] анализировались физические механизмы процессов в ионосфере во время маг-нитосферных бурь. Однако несмотря на множество проведенных исследований создается впечатление, что общая картина динамики ионосферы иногда достаточно противоречива и не полна в силу чрезвычайной сложности проблемы. Остается множество нерешенных задач. К их числу можно отнести вопросы, касающиеся поведения
ионосферы во время магнитосферных возмущений, сформулированные известным английским исследователем ионосферы Г. Ришбетом в 2007— 2010 гг. 1. Каким образом ионосферный отклик на геомагнитную активность меняется в зависимости от универсального времени, локального времени, сезона? 2. Имеет ли ионосфера "память", существуют ли геомагнитные предвестники (возмущений)?
В настоящем исследовании будет уделено основное внимание второму вопросу и частично — первому. Ранее в работе [В1а§оуе8ксИеп8ку й а1., 2003] был подробно изучен вопрос о реакции ионосферы на магнитосферные суббури по данным обс. Соданкюля. Для анализа были выбраны 41 изолированная суббуря из интервала 1998— 1999 гг. Получена характерная закономерность, в частности, в вариациях критической частоты ионосферы ./0/2 во время суббури. Она названа главным эффектом (ГЭ) в ионосфере во время магнитосферной суббури. Суть ГЭ состоит в следующем. Значения/о/2 за 6—8 ч до момента То (начало фазы взрыва суббури) растут выше спокойного уровня, достигая максимума за 2—3 ч до То. Затем к моменту То происходит резкий спад значений/о/2 до минимума, ниже спокойного уровня, и далее их подъем за время протекания взрывной фазы.
611
3*
Второй максимум имеет место через 1—2 ч после момента Те (момент окончания взрывной фазы). Далее снова происходит спад значений foF2 до спокойного уровня в течение 3—4 ч после второго максимума. Наличие двух указанных максимумов перед То и после Те, а также минимума в интервале То—Те здесь представляются наиболее важными факторами.
В настоящей работе изучены эффекты в вариациях foF2 по данным обс. Соданкюля за период 2008—2012 гг. (минимакс), но уже по магнитным бурям, а не по суббурям, как ранее.
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ
Для данного исследования привлекались ионосферные и магнитные данные по обс. Соданкюля, Финляндия, а также значения ZKp-индексов, характеризующих степень магнитной активности. Обсерватория Соданкюля расположена на геомагнитной широте 64°, вблизи которой, как правило, в значительной степени проявляется буревая/суббуревая активность. Производилась оценка вариаций основного параметра ионосферы — критической частоты foF2 во время магнитных бурь. Данный параметр находился по ионограммам вертикального зондирования (ВЗ) обс. Соданкюля, как средняя величина вблизи полдня по нескольким (до 7-ми) текущим часовым максимальным значениям foF2 каждые сутки. Подобный подход преследовал цель исключить по возможности вариации значений foF2 от часа к часу вблизи дневного пика foF2 в суточном ходе (см. пример f-графиков далее по тексту). Вариации foF2 для каждой отдельно взятой бури отсчитывались относительно спокойного уровня. Этот уровень определялся по 1—2 спокойным дням, предшествующим развитию бури, и 1—2 спокойным дням после ее окончания. Значения спокойных уровней для различных бурь иногда отличались существенно. Поскольку бури имеют длительность несколько суток, то их интенсивность удобнее характеризовать ЪКр по сравнению, например, с АЕ-индексом (см. далее). Начало развития бури обозначалось как То (onset), а конец бури как Те (end). Эти моменты определялись, однако, с помощью АЕ-индексов. При нарастании АЕ-индекса порог ~300—400 нТл давал значение То, а спад АЕ-индекса до этого же порога давал значение Те. Процедура определения моментов То и Те с наибольшей точностью подробно описана в работе [Благовещенский, 2011].
Всего была рассмотрена 51 магнитная буря за период 5 лет с 2008 по 2012 гг. включительно. Это последний полупериод перехода от минимума к максимуму солнечной активности. Бури в основном выбирались в интервале 22 < ЪКр < 47. Если ЪКр < 22, то согласно анализу, вариации foF2 во время магнитной бури достаточно слабы и зако-
номерности вариаций /оЕ2 выявить затруднительно. При ЪКр > 47 весьма вероятно полное поглощение сигнала при ВЗ ионосферы по обс. Соданкюля. К тому же буря с ЪКр = 47 за рассматриваемый период 5 лет имела место всего один раз. В 2008 г. было зафиксировано 14 бурь с интенсивностями, лежащими в пределах 25 < ЪКр < 34. Год 2009 был очень спокойным, и для анализа использованы 6 бурь с 22 < ЪКр < 25. В 2010 г. было выбрано для анализа 9 бурь, где 24 < ЪКр < 39. Год 2011 содержал 12 бурь с интенсивностями 26 < ЪКр < 36. И в последнем 2012 г. имело место 15 бурь с наиболее широким диапазоном интенсивностей 25 < ЪКр < 47, из которых было выбрано 10 бурь, поскольку остальные 5 были очень продолжительны от 8-ми до 22-х дней. Таким образом, можно заключить, что число бурь с 2009 г. увеличивается до 2012 г. включительно, наиболее "возмущенным" был 2012 г., а наименее "возмущенным" — 2009 г. Указанные обстоятельства отчетливо наблюдаются, если возмущение в течение дня характеризовать
ХКр-индексов.
3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА
Общее количество данных ВЗ ионосферы для всей совокупности из 51-ой магнитной бури было подвергнуто единой процедуре — строилась зависимость вариаций критической частоты /оЕ2 перед, во время каждой бури и после нее, пример на рис. 1. По горизонтальной оси откладывались дни (порядка 12—14), цифры на оси соответствуют полдню каждого дня. Отсчет значений/оЕ2 начинался за 3—5 дней до наиболее возмущенного дня с максимальным значением ЪКр. Этот наиболее возмущенный день был шестым. Первые 1—2 дня соответствовали спокойным геомагнитным условиям. Именно они определяли спокойный уровень значений /оЕ2, как указывалось выше. Напомним, что данные значения/оЕ2 соответствовали усредненным по нескольким часовым значениям /оЕ2 вблизи полдня каждого дня. Далее для последующих дней 3, 4, 5, 6 и т. д. строились вариации /оЕ2 вплоть до последних 1—2 дней, которые снова являлись спокойными. То есть самые первые спокойные дни и самые последние спокойные имели равные или почти равные значения /оЕ2, см. рис. 1. Так, из рис. 1а следует, что спокойный уровень для бури 17.06.2012 г. составлял 6 МГц.
Основные значимые вариации /оЕ2 происходили вблизи шестого, самого возмущенного, дня. На рисунке 1 он является центральным, через него проходит вертикальная линия для всех рассматриваемых бурь. Это сделано для удобства сравнения результатов анализа. Прямоугольники на рис. 1 вдоль центральной вертикальной линии соответствуют фактически максимуму возмущения бури. Начало прямоугольника есть момент То — начало взрывной фазы бури, а конец прямоугольника
соответствует моменту Те — концу взрывной фазы. Значения ЪКр, указанные на рис. 1 для каждой бури, относятся к наиболее возмущенному, шестому, дню. Этот же день является характеристикой бури в ее названии.
4. АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ ДАННЫХ 4.1. Характерные типы бурь
Известно [ВиопзаПо, 1999], что в природе в принципе не существует двух повторяющихся, полностью одинаковых, магнитосферных бурь. Даже внешне похожие бури с близкими параметрами все равно будут чем-то отличаться друг от друга. Поэтому некоторые усреднения параметров бурь по статистике, например методом эпох, представляются не совсем корректными. Тем не менее, статистика позволяет выявить определенные закономерности, в частности, в вариациях /ъП во время магнитных бурь. Прежде всего, и это самое главное, для всех анализируемых бурь имеет место главный эффект (ГЭ), подобный тому, который был получен для субб
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.