Изучение внезапного начала магнитной бури по наблюдениям с секундным временным разрешением

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе мы представляем результаты исследования регистрации внезапного начала (SC) и главного импульса (MI) магнитной бури как функций географических координат магнитных обсерваторий и Всемирного времени, используя для анализа современные данные с секундным временным разрешением. Анализ проведен для двух событий, в которых межпланетная ударная волна, воздействующая на магнитосферу, связана c межпланетными корональными выбросами массы с источниками в разных полусферах Солнца. Предложен авторский подход к определению моментов времени регистрации SC и MI. Сделан вывод, что время регистрации SC и MI может отличаться на несколько секунд до более одной минуты на магнитных обсерваториях, расположенных на разных географических широтах и долготах. Для исследуемых событий на графиках регистрации SC и MI как функций географических координат магнитных обсерваторий и Всемирного времени обнаружены тренды, согласно которым, в среднем, чем выше широта станции, тем позже регистрируются SC и MI на станции.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. С. Загайнова

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: yuliazganova@mail.ru
Россия, Москва, Троицк

С. В. Громов

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

Email: yuliazganova@mail.ru
Россия, Москва, Троицк

Л. И. Громова

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

Email: yuliazganova@mail.ru
Россия, Москва, Троицк

В. Г. Файнштейн

Институт солнечно-земной физики СО РАН

Email: yuliazagainova@mail.ru
Россия, г. Иркутск

Список литературы

  1. Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. 2 часть. Перевод с англ. М.: Изд-во «Мир», 512 с. 1975.
  2. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976–2000 гг. // Космич. исслед. Т. 47. № 2. С. 99–113. 2009. https://doi.org/10.1134/S0010952509020014
  3. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Яхнин А.Г., Суворова А.В., Довбня Б.В., Пашинин А.Ю., Козелов Б.В. Глобальный импульсный всплеск геомагнитных пульсаций в частотном диапазоне 0.2–5 Гц, как предвестник внезапного начала геомагнитной бури Святого Патрика 17 марта 2015 г. // Космич. исслед. Т. 55. № 5. С. 323–336. 2017. https://doi.org/10.7868/S0023420617050016
  4. Пархомов В.А., Бородкова Н.Л., Яхнин А.Г. и др. Два типа отклика магнитосферы в геомагнитных пульсациях Psc на взаимодействие с межпланетными ударными волнами. // Солнечно-земная физика. Т. 4. № 3. С. 68–83. 2018. https://doi.org/10.12737/szf-43201808
  5. Пилипенко В.А., Браво М., Романова Н.В., Козырева О.В., Самсонов С.Н., Сахаров Я.А. Геомагнитный и ионосферный отклики на межпланетную ударную волну 17 марта 2015 г. // Физика земли. № 5. C. 61‒80. 2018. https://doi.org/10.1134/S1069351318050129
  6. Araki T. A physical model of the geomagnetic sudden commencement // Geophysical Monograph, V. 81. P. 183–200. 1994. https://doi.org/10.1029/GM081p0183
  7. Beland J., Small K. Space weather effects on power transmission systems: The cases of Hydro-Quebec and Transpower New Zealand Ltd. Effects of Space Weather on Technology Infrastructure, Kluwer, Dordrecht, Netherlands / ed. Eaglis I.A. P. 287–299. 2004.
  8. Brueckner G.E., Howard R.A., Koomen M.J., Korendyke C.M. The large angle spectroscopic coronagraph (LASCO) // Solar Physics. 162. P. 357. 1995.
  9. Chapman S., Bartels J. Geomagnetism, Vol. I: Geomagnetic and Related Phenomena. London: Oxford Univ. Press, 1940a.
  10. Chapman S., Bartels J. Geomagnetism, Vol. II: Analysis of the Data, and Physical Theories. London: Oxford Univ. Press, 1940b.
  11. Burlaga L.F. and Ogivile K.W., Causes of sudden commencements and sudden impulses // J. Geophys. Res. V. 74. P. 2815. 1969.
  12. Curto J.J., Araki T., Alberca L.F. Evolution of the concept of Sudden Storm Commencements and their operative identification // Earth Planets Space. V. 59. i–xii. 2007a. https://doi.org/10.1186/BF03352059
  13. Curto J.J., Cardús J.O., Alberca L.F, Blanch E. Milestones of the IAGA International Service of Rapid Magnetic Variations and its contribution to geomagnetic field knowledge // Earth, Planets and Space. V. 59. P. 463–471. 2007b.
  14. Domingo V., Fleck B., Poland A.I. The SOHO Mission: an Overview // Solar Phys. 162(1-2). P. 1. 1995.
  15. Fainshtein V.G., Ivanov E.V. Relationship between CME Parameters and Large-Scale Structure of Solar Magnetic Fields // Sun and Geosphere. V. 5. N. 1. P. 28‒33. 2010.
  16. Ferraro V.C.A., Parkinson W.C., and Unthank H.W. Sudden commencements and sudden impulses in geomagnetism, Cheltenham, Tucson, San Juan, Honolulu, Huancayo and Watheroo // J. Geophys. Res. V. 56. P. 177–195. 1951.
  17. Gerard V.B. The Propagation of World-Wide Sudden Commencements of Magnetic Storms// Journal of Geophysical Research. V. 64. Issue 6. P. 593‒596. 1959.
  18. Gopalswamy N., Yashiro S., Michalek G., Stenborg G., Xie G., Mäkelä P., Vourlidas A. A Catalog of Halo Coronal Mass Ejections from SOHO // Earth Moon Planet. V. 104. P. 7–16. 2010.
  19. Hundhausen A.J. Coronal expansion and solar wind. Berlin: Springer-Verlag Heidelberg New York, 1972.
  20. Kim S.-I., Kim K.-H., Kwon H.-J., et al. SC-associated electric field variations in the magnetosphere and ionospheric convective flows // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 122. P. 11,044–11,057. 2017. https://doi.org/10.1002/2017JA024611
  21. Lam M.M., Rodger A.S. A case study test of Araki’s physical model of geomagnetic sudden commencement // Journal of Geophysical Research. V. 106. Issue A7. P. 13135‒13144. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA900134
  22. Mayaud P. Analysis of storm sudden commencements for the years 1868–1967 // J. Geophys. Res. V. 80. № 1. P. 111–122. 1975.
  23. Nishida A. Geomagnetic diagnosis of the magnetosphere. Berlin: Springer-Verlag New-York-Hedelberg. 1978.
  24. Nishimura Y., Kikuchi T., Ebihara Y., Yoshikawa A., Imajo S., Li W., Utada H. Evolution of the current system during solar wind pressure pulses based on aurora and magnetometer observations // Earth, Planets and Space. V. 68. P. 144. 2016. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0517-y
  25. Parkhomov V.A. Fine structure of the preliminary impulse of a sudden storm commencement // Geomagnetizm i Aeronomiia (ISSN 0016-7940), vol. 25, May-June 1985, p. 420‒424. In Russian. 1985.
  26. Russell C.T., Ginskey M., Petrinec S.M. Sudden impulses at low latitudestations: Steady state response for southward interplanetary magneticfield // J. Geophys. Res.V. 99 (A7). P. 13403–1 3408. 1994. https://doi.org/10.1029/94JA00549
  27. Samsonov A.A., Sibeck D.G., Chen S., Singer H.J., Biernat H.K., Zolotova N. An event of interplanetary shock - magnetosphere interaction: Comparison between spacecraft observations and MHD modeling. American Geophysical Union, Fall Meeting 2010, abstract id.SM13B-1799. 2010.
  28. Sato T. Sudden commencement of geomagnetic storms in high latitudes // Rep. Ionosph. Space Res. Japan. V. 15. P. 215. 1961.
  29. Selvakumaran R., Veenadhari B., Ebihara Y., Kumar S., Prasad D.S.V.V.D. The role of interplanetary shock orientation on SC/SI rise time and geoeffectiveness // Advances in Space Research. V. 59. N. 5. P. 1425–1438. 2017. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.12.010
  30. Sun T.R., Wang C., Li H., Guo X.C. Nightside geosynchronous magnetic field response to interplanetary shocks: Model results // J. Geophys. Res. V. 116. A04216. 2011. https://doi.org/10.1029/2010JA016074
  31. Sun T.R., Wang C., Zhang J.J., Pilipenko V.A., Wang Y., Wang J.Y. The chain response of the magnetospheric and ground magnetic field to interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 120. P. 157–165. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020754
  32. Wang C., Li C.X., Huang Z.H., and Richardson J.D. Effect of interplanetary shock strengths and orientations on storm sudden commencement rise times // Geophys.Res. Lett. V. 33. P.L14104. 2006. https://doi.org/10.1029/2006GL025966
  33. Wang C., Li H., Richardson J.D., and Kan J.R. Interplanetary shock characteristics and associated geosynchronous magnetic field variations estimated from sudden impulses observed on the ground // J. Geophys. Res. V. 115. P. A09215. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014833
  34. Williams V.L. The simultaneity of sudden commencements of magnetic storms // J. Geophys. Res. V. 65. N. 1. P. 85–92. 1960.
  35. Wilson C.R., Sugiura M. Hydromagnetic Interpretation of Sudden Commencements of Magnetic Storms? // Journal of Geophysical Research. V. 66. Iissue 12. P. 4097‒4111. 1961.
  36. Yamamoto M., Maeda H. The simultaneity of geomagnetic sudden impulses // J. Atmosp. Terr. Phys. V. 22. P. 212–215. 1960.
  37. Yue C., Zong Q.G., Zhang H., Wang Y.F., Yuan C.J., Pu Z.Y., Fu S.Y., Lui A.T.Y., Yang B., and Wang C.R. Geomagnetic activity triggered by interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 115. P. A00I05. 2010. https://doi.org/10.1029/2010JA0115356

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Примеры данных наблюдений Н-компоненты геомагнитного поля на низкоширотной станции Гонолулу (HON) с минутным (тонкая сплошная линия) и секундным (пунктирная линия) разрешением для оценки начала SSC: на верхней панели – для события от 22 июня 2015 г. в 18:33 UT, на нижней панели – 16 июля 2017 г. в 05:59 UT.

Скачать (106KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость нормированной горизонтальной Н-компоненты геомагнитного поля Hn(t), аппроксимирующей функции ym(t) и частной производной Аd(t) от Hn(t) по времени для станции AMS. Указаны моменты времени начала регистрации SC tSC и MI tMI.

Скачать (90KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пример SC-события, включающего предварительный обратный импульс PI, по данным наблюдениям магнитной обсерватории HRN. Приведена зависимость нормированной горизонтальной Н-компоненты геомагнитного поля Hn(t) и частной производной Аd(t) от Hn(t). Указаны моменты времени начала регистрации SC tSC, предварительного обратного импульса PI tPI и главного импульса MI tMI.

Скачать (85KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Условия в межпланетном магнитном поле (ММП) и в солнечном ветре, а также геомагнитная активность на Земле для 22 июня 2015 г. Сверху вниз: вариации модуля поля |B| и Bz(GSE) компоненты поля, солнечного ветра (скорости V, плотности Np протонов, протонной температуры T) и индекса буревой активности на Земле SYM/H (одноминутного аналога индекса Dst). Стрелкой показан момент, когда наблюдались SSC (SI) вызванной приходом к Земле межпланетной ударной волны КВМ с источником формирования в Северном полушарии Солнца 21 июня 2015 г. 02:36 UT.

Скачать (210KB)
Метаданные
6. Рис. 5. То же, что и на рис. 4, но для 16 июля 2017 г., когда на земной поверхности наблюдались SSC, вызванные приходом межпланетной ударной волны КВМ с источником формирования в Южном полушарии Солнца 14 июля 2017 г. в 01:25 UT.

Скачать (199KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Регистрация SC (а) – как функция географической широты φ и долготы относительной “полуденной линии” λ; (б) – географической широты φ (а) – Всемирного времени (t – время в секундах, отсчитываемое от начала регистрации на первой станции из списка KOU; tUT – Всемирное время в секундах от начала сут) для события от 22 июня 2015 г. (КВМ от 21 июня 2015 г.). На панели (б) заштрихованы области значений λ, соответствующие станциям на ночной стороне Земли.

Скачать (164KB)
Метаданные
8. Рис. 7. То же, что на рис. 6, но для начала регистрации MI.

Скачать (162KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Регистрация SC как функции географической широты φ (а) и долготы относительной “полуденной линии” λ (б) и времени (t – время в секундах, отсчитываемое от начала регистрации на первой станции из списка AMS; tUT – Всемирное время в секундах от начала суток) для события от 16 июля 2017 г. (КВМ от 14 июля 2017). На рисунке (б) заштрихованы области значений λ, соответствующие станциям на ночной стороне Земли.

Скачать (177KB)
Метаданные
10. Рис. 9. То же, что на рис. 8, но для начала регистрации MI.

Скачать (167KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024