ОСНОВЫ НОВОЙ МЕТОДИКИ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА МАГНИТНЫХ БУРЬ О.В.Хабарова, Е.А.Руденчик ИЗМИРАН ОСНОВЫ НОВОЙ МЕТОДИКИ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА МАГНИТНЫХ. - презентация

1 ОСНОВЫ НОВОЙ МЕТОДИКИ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА МАГНИТНЫХ БУРЬ О.В.Хабарова, Е.А.Руденчик ИЗМИРАН ОСНОВЫ НОВОЙ МЕТОДИКИ СРЕДНЕСРОЧНОГО ПРОГНОЗА МАГНИТНЫХ БУРЬ О.В.Хабарова, Е.А.Руденчик ИЗМИРАН

2 Основные факторы, способные вызывать магнитную бурю и влиять на ее протекание: Изменения кинетической энергии (динамического давления) солнечного ветра Изменения магнитной энергии (или электрического поля V·Bz) солнечного ветра; Bz

3 Скорость V, Bz

4 А плотность? Скачки плотности солнечного ветра при произвольном направлении вертикальной компоненты ММП влияют на состояние магнитосферы, что выражается как в вариациях компонент геомагнитного поля (ГМП), так и в началах магнитных бурь. Tan, A., Lyatsky, W. B.2001; R. Lukianova 2003; Застенкер Г.Н., Сайбек Д.Г., Бородкова Н.Л., Далин П.А., Рязанцева М.О Протоны солнечного ветра, инжектируемые в ГМП, увеличивают интенсивность кольцевого тока, т.е. плотность – существенный геоэффективный фактор, действующий независимо от цикла солнечной активности. Borovsky, J. E.; Thomsen, M. F.; Elphic, R. C Wang, C. B.; Chao, J. K.; Lin, C.-H Wang, C. B.Chao, J. K.Lin, C.-H.

5 Выделение магнитных бурь Бури с внезапным началом – список IAGA Списка бурь без внезапного начала нет

6

7 Выделение бурь Кр и Dst плохо соответствуют друг другу Использование часовых геомагнитных индексов не позволяет выделять начало бури и отделять бури слабой или средней интенсивности от квази-осцилляторных возмущений геомагнитного поля

8 Заблаговременность (долгосрочность) прогноза - от нескольких часов до 2-3 дней, Оправдываемость в максимуме солнечной активности ~70-75% Прогноз Прогноз Прогноз магнитных бурь от спорадических потоковПрогноз магнитных бурь от спорадических потоков Прогноз магнитных бурь от рекуррентных потоков и потоков смешанной природы В годы минимума солнечной активности оправдываемость прогноза магнитных бурь может снижаться до 30%

9 Проблемы: Противоречивость мнений относительно причины и условий начала магнитных бурь Проблема выделения бурь без SSC и проблема адекватной оценки интенсивности бурь Плохая оправдываемость среднесрочных прогнозов магнитных бурь в годы минимумов солнечной активности Сильная зависимость качества среднесрочных прогнозов от интерпретации наблюдений за активными областями и корональными дырами

10 три компоненты геомагнитного поля: ( ) магнитометрической станции ИЗМИРАН (Троицк); обсерватории Brorfield; обсерватории Sodankyla; Долготно-симметричный индекс возмущенности горизонтальной компоненты геомагнитного поля SYM-H и долготно-асимметричный индекс ASYM-H параметры солнечного ветра по данным Wind-SWE: скорость V; концентрация протонов n; вертикальная (Bz) компонента межпланетного магнитного поля (30-ти минутное сглаживание) Используемые данные с разрешением 1 мин

11 30min SYM-H и 30min ASYM-H ( 30min - значение тангенса угла наклона авторегрессионной прямой, проведенной через 31 точку (30 минут), шаг скольжения - 1 минута) Появление критического значения | 30min SYM-H |>0.5 и | 30min ASYM-H |>0.04 на фоне возмущенной геомагнитной обстановки (| 30min SYM-H |>0.3 и | 30min ASYM-H |>0.03), регистрирующейся хотя бы в интервале 2 часа относительно этого момента, характеризует начало магнитной бури. Выделение бури с внезапным началом Выделение бури без SSC Выделение бурь

12 Является ли отрицательность Bz обязательным условием начала магнитных бурь?

13

14 Число бурь 1995г полное = с внезапным началом (SSC), 51 – без внезапного начала Число бурь 2000г полное = – с внезапным началом, 41 – без внезапного начала Отрицательность вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля не является необходимым условием для начала магнитной бури.

15 Число значений: целиком за 1995г =525597, за 2000г = , 90-минутные интервалы перед бурями включали в себя 6097 значений в 1995г и 6370 – в 2000г Число бурь 1995г полное = с внезапным началом (SSC), 51 – без внезапного начала Число бурь 2000г полное = – с внезапным началом, 41 – без внезапного начала Условия в солнечном ветре перед началами магнитных бурь

16 Число значений: целиком за 1995г =525597, за 2000г = , 90-минутные интервалы перед бурями включали в себя 6097 значений в 1995г и 6370 – в 2000г Скользящий градиент - тангенс угла наклона авторегрессионной прямой, поведенной через N точек. Шаг скольжения – 1 минута

17 Какие условия в солнечном ветре соответствуют началам магнитных бурь? Сравнение гистограмм распределения параметров солнечного ветра за весь год и за 90 минут до начала бурь (по одноминутным данным Wind- SWE за 1995 и 2000 гг.) показало, что - Значения плотности перед бурями повышены относительно годового распределения, значения скорости солнечного ветра понижены. - Начало магнитных бурь в большинстве случаев ассоциируется не с резкими изменениями скорости, а с изменениями плотности. - Отрицательность вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля не является необходимым условием для начала магнитной бури. Данные условия соответствуют как бурям с внезапным началом, так и без SSC и наблюдаются во временном интервале до 10-ти часов перед началом бурь.

18 Изучение состояния солнечного ветра до начала магнитных бурь. Поиск предвестников. В 90% случаев от общего числа магнитных бурь наблюдается слабое нарастание плотности от нескольких часов до нескольких дней перед приходом геоэффективного потока Число событий для распределения целиком за 1995 год = , за 3 дня до бурь 1995г – ; целиком за 2000г = , количество предбуревых значений = ти часовой скользящий градиент плотности солнечного ветра (шаг скольжения 1 мин.)

19 Изучение состояния солнечного ветра до начала магнитных бурь. Поиск предвестников. Обнаруженный эффект обусловлен CIRs-потоками лишь в 20-30% случаев. алерт Внезапные начала бурь

20 Вейвлет-анализ. Вейвлет-анализ. Осцилляции плотности солнечного ветра (период 5-250минут) осцилляции-предвестники Период, мин начало бури коэффициенты вейвлет-разложения

21 Вейвлет-анализ. «Предбуревые» длиннопериодные вариации магнитного поля Земли (проявляются при отрицательной Bz ) предвестники в плотности СВ предвестники в ГМП

22 Прогностические признаки 2-ой прогностический признак - усиление длиннопериодных осцилляций плотности солнечного ветра, в среднем, за 2.5 дня до начала бури 1-ый прогностический признак - плавный рост плотности солнечного ветра до начала бури

23 Прогноз магнитных бурь : 1995г и 2000г буря

24 Прогноз магнитных бурь : 1995г и 2000г Заблаговременность Оправдываемость ~90% Ложные прогнозы первого рода (Предупреждения не было, а буря началась) Ложные прогнозы второго рода (Предупреждение было, а буря не началась) 9 10 Корректные прогнозы Всего было бурь в году 67 70

25