научная статья по теме ВСПЛЕСКОВЫЕ РЕЖИМЫ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 2.0–6.0 МГЦ И СУББУРЕВАЯ АКТИВНОСТЬ НА НОЧНОЙ СТОРОНЕ МАГНИТОСФЕРЫ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ВСПЛЕСКОВЫЕ РЕЖИМЫ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 2.0–6.0 МГЦ И СУББУРЕВАЯ АКТИВНОСТЬ НА НОЧНОЙ СТОРОНЕ МАГНИТОСФЕРЫ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2009, том 49, № 4, с. 483-493

УДК 550.385.4

ВСПЛЕСКОВЫЕ РЕЖИМЫ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ИРРЕГУЛЯРНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ 2.0-6.0 мГц И СУББУРЕВАЯ АКТИВНОСТЬ НА НОЧНОЙ СТОРОНЕ МАГНИТОСФЕРЫ

© 2009 г. Н. А. Куражковская, Б. И. Клайн

Геофизическая обсерватория "Борок" филиал ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, Борок (Ярославская обл.)

e-mail: knady@borok.yar.ru Поступила в редакцию 26.03.2008 г. После доработки 18.12.2008 г.

Приведены результаты исследования одновременных наблюдений всплесковых режимов длинно-периодных иррегулярных пульсаций в диапазоне частот 2.0—6.0 мГц (серии всплесков ipcl) в области дневного полярного каспа и возмущений магнитного поля в ночном участке аврорального овала. Для анализа использованы данные магнитного поля двух антиподных обсерваторий: Мирный (MIR, Ф = 76.93°; Л = 122.92°) и Yellowknife (YKC, Ф = 69.94°; Л = 294.38°), а также данные AE-ин-декса (http://www.cetp.ipsl.fr/~isgi/homepag1.htm). Обнаружено, что 87% случаев (I группа) регистрировались на фоне развития суббуревой активности и 13% событий (II группа) на спокойном фоне в ночном секторе магнитосферы. Выявлены различия в ряде морфологических характеристик серий всплесков ipcl I и II групп в зависимости от условий на ночной стороне магнитосферы. Показано, что распределения межпиковых интервалов и амплитуд всплесков ipcl обеих групп подчиняются экспоненциальному и степенному закону, соответственно. Полученные результаты свидетельствуют о развитии турбулентности магнитосферной плазмы в области формирования всплесковых режимов. Предполагается, что процессы в хвосте магнитосферы во время суббурь находят свое отражение в плазменной турбулентности области дневного каспа.

PACS: 94.30.Ms

1. ВВЕДЕНИЕ

В начале 70-х годов прошлого столетия в области дневного полярного каспа и полярной шапки были обнаружены длиннопериодные иррегулярные пульсации, диапазон периодов которых (T ~ 3—10 мин) формально соответствовал диапазонам известных устойчивых пульсаций Pc5—6 и иррегулярных пульсаций Pi3. Обнаруженные иррегулярные пульсации по своим закономерностям отличались как от Pc5—6, так и от Pi3 суточной вариацией, областью локализации, физическим условием возбуждения и другими признаками. В связи с этим выделенные пульсации не были отнесены ни к одному известному в то время типу геомагнитных пульсаций (по международной классификации) и получили название ipcl (irregular pulsations, continuous, long) [Большакова и др., 1974; 1975]. Пульсации ipcl имели вид типичного хаотического режима и наблюдались при различном уровне геомагнитной активности (от Kp ~ 0—1 до Kp ~ 6—7), а также при разных межпланетных условиях [Большакова и др., 1974]. Максимум интенсивности и частоты появления пульсаций ipcl отмечен вблизи полуденного меридиана на широте дневного полярного каспа [Большакова и Троицкая, 1977].

Позднее в работе [Куражковская и Клайн, 1997] было обнаружено, что при умеренной геомагнитной активности (Kp ~ 2—3) пульсации ipcl наблюдались в виде квазипериодических всплесков, возникающих на фоне шума. Типичная продолжительность всплесков составляла 30—35 мин. Частота заполнения всплесков принадлежала диапазону 2.0—6.0 мГц. Амплитуда отдельных всплесков варьировала от 10 до 100 и более нТл. Подобные всплесковые режимы могли продолжаться от 2 до 8 часов и авторами [Куражковская и Клайн, 1997] были названы "сериями всплесков пульсаций ipcl".

Исследованию морфологических закономерностей всплесковых режимов пульсаций ipcl посвящена серия публикаций [Куражковская и Клайн, 1997; 2003; Клайн и Куражковская, 1998; 2000; Kurazhkovskaya and Klain, 2000; Клайн и др., 2004]. Нами впервые был выполнен анализ иррегулярных длиннопериодных пульсаций ipcl, как системы с хаотической динамикой. Так, в работе [Куражковская и Клайн, 1997] было экспериментально показано, что сериям всплесков пульсаций ipcl присущи свойства перехода к хаосу через перемежаемость. Распределение длительности всплесков идентифицировалось нами с распределением продолжительности периодических коле-

483

4*

баний вблизи порога перемежаемости, относящемуся к третьему типу по существующей в то время классификации типов перемежаемости [Берже и др., 1991].

Кроме того, было установлено, что серии всплесков ipcl представляют собой нелинейные фрактальные структуры [Клайн и Куражковская, 1998], обладающие свойствами солитонов [Клайн и Куражковская, 2000]. Практически все всплески пульсаций ipcl имели эллиптическую поляризацию. Тип поляризации отдельных всплесков пульсаций ipcl зависел от локального времени и межпланетных условий и определялся начальными условиями, при которых формируются соли-тоноподобные альвеновские волновые пакеты вблизи подсолнечной области магнитосферы [Куражковская и Клайн, 2003]. На основе обобщения обнаруженных специфических закономерностей всплесков ipcl был рассмотрен возможный механизм их возбуждения, обусловленный перемежаемостью, возникающей в среде, процессы в которой описываются параболическим уравнением с диссипацией [Kurazhkovskaya and Klain, 2000; Клайн и др., 2004]. Несмотря на то, что исследованию всплесковых режимов пульсаций ipcl посвящена серия публикаций, ряд проблем остались вне рассмотрения. В частности, не анализировались геофизические условия ночной магнитосферы, на фоне которых наблюдались дневные всплески ipcl.

В данной работе проведено сопоставление одновременных наблюдений серий всплесков пульсаций ipcl в дневном полярном каспе и возмущений магнитного поля в ночном участке аврораль-ного овала с целью исследования возможного влияния суббуревой активности на формирование перемежающихся всплесков и динамику развития турбулентности в каспе.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

В качестве исходного материала использованы аналоговые записи магнитного поля с разверткой 90 мм/ч в Антарктической обсерватории Мирный (MIR, Ф = 76.93°; Л = 122.92°) за период 1981— 1989 гг. (данные архива Геофизической обсерватории "Борок" филиала ИФЗ РАН). Для анализа явлений в ночном секторе авроральной зоны использованы цифровые одноминутные данные обсерватории Yellowknife (YKC, Ф = 69.94°; Л = = 294.38°) за этот же период, предоставленные Natural Resources Canada Geomagnetic Laboratory, и данные АЕ-индекса (http://www.cetp.ipsl.fr/~is-gi/homepag1.htm). Заметим, что в южном полушарии нет обсерватории антиподной MIR, поэтому рассматривались данные YKC из северного полушария. Обсерватория YKC расположена примерно на одном меридиане полдень — полночь с обсерваторией MIR. Геомагнитный полдень в MIR

приходился на околополуночное время в YKC, т.е. данные обсерватории располагались на расстоянии по долготе АЛ ~ 180°.

3. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Используя критерии, ранее описанные в работе [Куражковская и Клайн, 2003], по данным наблюдений обсерватории Мирный была составлена более обширная выборка всплесковых режимов пульсаций ipcl, чем в наших предыдущих исследованиях. Всего в данной работе исследовано 170 серий всплесков пульсаций ipcl (в диапазоне частот 2.0—6.0 мГц), наблюдаемых в дневные часы. Далее проводилось одновременное сопоставление отобранных серий всплесков пульсаций ipcl с регистрацией магнитного поля в YKC. Анализируемые серии всплесков пульсаций ipcl наблюдались преимущественно при умеренной геомагнитной активности (Kp ~ 2—3). При таких условиях обсерватория MIR расположена на широте наиболее вероятного появления проекции дневного полярного каспа, а обсерватория YKC — в пределах ночного участка аврорального овала.

Сопоставление одновременных наблюдений дневных пульсаций ipcl в MIR и возмущений магнитного поля в YKC показало, что серии всплесков пульсаций ipcl в большинстве случаев наблюдались на фоне развития отдельных или последовательности довольно больших отрицательных бухт в ночном секторе аврорального овала. В некоторых случаях серии всплесков пульсаций ipcl в MIR регистрировались во время спокойного магнитного поля в YKC. Наличие бухтообразных возмущений в обсерватории YKC, расположенной в полуночном секторе, указывало на развитие маг-нитосферных суббурь. О наличии или отсутствии суббуревой активности в полуночном секторе магнитосферы также свидетельствовало поведение АЕ-индекса, характеризующего уровень магнитной активности в авроральной зоне. На рис. 1 приведена зависимость вероятности наблюдения всплесков пульсаций ipcl в MIR от значения АЕ-индекса. Как видно из рис. 1, всплески пульсаций ipcl наблюдаются в широком диапазоне значений АЕ-индекса. Обращает на себя внимание, что преимущественно (более 80% случаев) всплески ipcl появляются при относительно высоких значениях АЕ-индекса (АЕ > 50 нТл). Таким образом, используя данные регистрации магнитного поля в YKC и данные АЕ-индекса, можно было идентифицировать условия в ночной стороне магнитосферы во время наблюдения всплесковых режимов в MIR.

В связи с этим все анализируемые события серий всплесков пульсаций ipcl в зависимости от явлений в ночной магнитосфере (развиваются или не развиваются суббури) разделились на две группы. К первой группе (I) были отнесены серии

всплесков Iрс1, наблюдаемые на фоне развития бухтообразных возмущений в УКС, и, соответственно, на фоне магнитосферных суббурь. Среднее значение АЕ-индекса за временной интервал наблюдения таких серий всплесков было значительно >50 нТл. В данной выборке оказалось 87% случаев. Серии всплесков ¡рс1 (13% случаев), относящихся ко второй группе (II), появлялись на спокойном фоне в ночном секторе магнитосферы. В этом случае в УКС не наблюдались отрицательные бухты, указывающие на развитие магни-тосферных суббурь. Значение АЕ-индекса за интервал наблюдения серий всплесков Iрс1 этой группы, по обыкновению, не превышало 50 нТл (АЕ < 50 нТл).

На рис. 2 приведены примеры одновременных наблюдений серий всплесков пульсаций Iрс1 в М1Я (Н-компонента) и вариаций Н-компоненты магнитного поля на авроральной обсерватории УКС 14 сентября 1987 г. (а) и 28 июля 1988 г. (б). Рис. 2 иллюстрирует типичные случаи наблюдения всплескового режима Iрс1 в М1Я на фоне суббуревой активности (а) и на спокойном фоне (б) на ночной стороне в УКС.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛ

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