ПРОГНОЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ, ВЫЗВАННЫХ МАГНИТНЫМИ ОБЛАКАМИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА С УЧЕТОМ СЕЗОНА ГОДА И ИХ НАЧАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ Бархатов Н.А., Ревунова. - презентация

1 ПРОГНОЗ ИНТЕНСИВНОСТИ ГЕОМАГНИТНЫХ БУРЬ, ВЫЗВАННЫХ МАГНИТНЫМИ ОБЛАКАМИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА С УЧЕТОМ СЕЗОНА ГОДА И ИХ НАЧАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ Бархатов Н.А., Ревунова Е.А., Виноградов А.Б.

2 1.Величина магнитного поля в магнитном облаке выше, чем в спокойном солнечном ветре; 2.Спиральное вращение вектора магнитного поля в облаке; 3.Температура в облаке ниже среднего значения [Burlaga, 1981]. Размер облака несколько тысяч Re. Пример регистрации МО на КА 1. Особенности магнитных облаков Условная конфигурация облака

3 2. Гипотезы сезонной вариации геомагнитной активности Сезонная вариация индекса ар Осевая гипотеза связана с изменением широты гелиопрекции Земли на солнечный диск в зависимости от сезона года [Cortie, 1912; Chapman and Bartels, 1940]. В равноденствия Земля наиболее вероятно попадает в геоэффективные солнечные потоки от активных областей в зоне «королевских» широт. Изменение широты гелиопрекции Земли на диск Солнца в зависимости от сезона Гипотеза равноденствия полугодовой вариации геомагнитной активности связана особенностями воздействия на магнитосферу замагниченного солнечного потока. -Эффект Рассела-Макфферона -Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца Предложенная гипотеза Магнитные облака имеют выраженную ориентацию в пространстве, поэтому имеет место годовая эволюция проекции их осевого магнитного поля на земной магнитный диполь. Поэтому магнитные облака одной ориентации могут вызывать разные по интенсивности геомагнитные бури в периоды равноденствия и солнцестояния. Источники магнитных облаков – группы солнечных пятен, состоящие из ведущих и ведомых пятен, вследствие чего у Земли чаще регистрируются облака «лежачие» с небольшими углами наклона их осей к плоскости эклиптики [Bothmer and Schwenn, 1998]. Нами показано, что геомагнитная активность в периоды равноденствия увеличивается за счет «лежачих» облаков. В солнцестояния эти облака менее геоэффективны из-за уменьшения проекции осевого поля облака на земной диполь.

4 3. Исследование сезонной вариации геомагнитной активности сопоставлением пар магнитных облаков сходной ориентации Bz, нТл-7,8-7, Dst, нТл «Лежачие» магнитные облака: при сходной ориентации и величине геоэффективной Bz компоненты ММП, облака в период равноденствия вызвали более интенсивные магнитные бури. Магнитные облака с небольшими значениями угла наклона оси к плоскости эклиптики являются более геоэффективными структурами в периоды равноденствия. Такая конфигурация облаков является наиболее вероятной вследствие ориентации источников плазменных потоков от ведущих к ведомым пятнам преимущественно параллельно плоскости солнечного экватора.

5 4. Прогноз геомагнитной активности с учетом сезона года Эмпирические квадратичные зависимости Dst-индекса от B z компоненты ММП и от проекции модуля ММП B M в облаке на земной магнитный диполь по данным об ориентации и геоэффективности 66 магнитных облаков (Dst

6 5. Эволюция ориентации магнитных облаков на трассе Солнце-Земля Магнитное облако Установление солнечного источника облака и его ориентации (SOHO, STEREO) Расположение КА в межпланетном пространстве Источник расположен почти параллельно плоскости эклиптики (ε должен быть небольшим) Фотографии солнечного источника магнитного облака а) SOHO :36; б) STEREO В :14; в) STEREO А :14.

7 Ориентация магнитного поля солнечного источника облака сохранилась при его переносе от Солнца к Земле. Моделирование магнитного облака в окрестности Земли, как бессиловой потоковой трубки Во, нТлRo, Reε, 0ε, 0 β, 0 b, ReH Параметры магнитного облака в окрестности Земли Сопоставление реальных данных (сплошная синяя линия) и результатов моделирования (красные звездочки) компонент магнитного поля в облаке Магнитное облако

8 Магнитное облако Установление солнечного источника облака и его ориентации (SOHO, STEREO) Расположение КА в межпланетном пространстве Ориентация магнитного поля солнечного источника направлена под значительным углом к плоскости эклиптики (ε должен быть большим) Фотографии солнечного источника магнитного облака а) SOHO :45; б) STEREO В :14; в) STEREO А :14.

9 Магнитное облако при движении на трассе Солнце-Земля изменило ориентацию в сторону уменьшения угла наклона оси облака к плоскости эклиптики. Моделирование магнитного облака в окрестности Земли, как бессиловой потоковой трубки Сопоставление реальных данных (сплошная синяя линия) и результатов моделирования (красные звездочки) компонент магнитного поля в облаке Параметры магнитного облака в окрестности Земли Во, нТлRo, Reε, 0ε, 0 β, 0 b, ReH Ориентация облака в околоземном пространстве Магнитное облако

10 Результаты исследования эволюции МО Ориентация магнитных облаков солнечного ветра в основном сохраняется при их распространении в межпланетном пространстве от Солнца к Земле. Наблюдается изменение ориентации у некоторых «стоячих» облаков, солнечный источник которых располагается под большим углом к плоскости эклиптики (в таблице выделены курсивом) Лежит (0-30), Под углом (30-60), Стоит (60-90 ) Дата и время начала регистрации облака Ориентация солнечного источника ε, (°) Угол в окрестности Земли :30Лежачий :30Под углом :30Лежачий :30Стоячий :30Под углом :30Под углом :30Под углом :30Стоячий :30Лежачий :30Под углом :30Под углом :00Лежачий :30Стоячий :30Под углом :30Под углом :30Лежачий :30Стоячий :30Под углом-36

11 Выводы В периоды равноденствия геомагнитная активность увеличивается за счет облаков с небольшими значениями угла наклона оси к плоскости эклиптики. Такая ориентация облака является наиболее вероятной, вследствие преимущественно параллельной плоскости солнечного экватора ориентации их источника в виде ведущего и ведомого пятен. Учет сезонной зависимости геомагнитной активности от ориентации магнитных облаков позволяет повысить качество прогноза интенсивности геомагнитных бурь. Среднее отклонение прогнозируемой интенсивности от реальной уменьшается с 28% до 19%. Ориентация магнитного поля магнитных облаков относительно плоскости эклиптики сохраняется для большинства (~80%) облаков («лежачих») на трассе Солнце-Земля. «Стоячие» облака могут развернуться. Результаты исследования позволят улучшить качество прогноза интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых от магнитных облаков.

12 1. Выполнено исследование сезонной вариации геомагнитной активности в зависимости от угла наклона оси вращения Солнца и ориентации магнитных облаков солнечного ветра. Анализ распределения широт солнечных источников геоэффективных КВМ, зарегистрированных в окрестностях Земли в течение 23 цикла солнечной активности, показал наличие их сдвига в зоны активных областей (королевских широт) в периоды равноденствия и симметричное распределение в периоды солнцестояния. Данный эффект более заметен в годы невысокой солнечной активности. Полученное распределение широт свидетельствует об увеличении геомагнитной активности вследствие роста вероятности встречи земной магнитосферы с плазменными потоками в периоды равноденствия. Начало исследований сезонной зависимости ГА

13 2. Магнитные облака в отличие от других КВМ имеют конкретную ориентацию в пространстве. Согласно нашему предположению ориентированность магнитных облаков в пространстве должна проявляться в уровне геомагнитной активности в зависимости от ориентации земного магнитного диполя. В периоды солнцестояния вклад в геомагнитную активность не должны давать магнитные облака с небольшими углами наклона оси к плоскости эклиптики, вследствие нулевой проекции магнитного поля облака на магнитный диполь. В периоды равноденствия вклад в геомагнитную активность должны давать магнитные облака любой ориентации. Изучение влияния угла наклона осей облаков к плоскости эклиптики на сезонную вариацию геомагнитной активности проведено по данным о 52 магнитных облаках, зарегистрированных с 1980 по 2004 гг. Исследование зависимости геоэффективности облаков от их ориентации в пространстве показало: а) геомагнитные возмущения вызываются магнитными облаками с большими ( ) углами наклона оси облака к плоскости эклиптики в 85% случаев в периоды солнцестояния и в 40% случаев в периоды равноденствия. б) геомагнитные возмущения вызываются магнитными облаками с небольшими углами наклона в 80% случаев в периоды солнцестояния и в 100% случаев в периоды равноденствия. Следовательно, магнитные облака с большими углами наклона к плоскости эклиптики являются более геоэффективными в периоды солнцестояния. Однако таких облаков сравнительно мало.

14 3. В периоды равноденствия геомагнитная активность увеличивается за счет большого числа магнитных облаков с небольшими углами наклона их оси к плоскости эклиптики, наиболее часто регистрируемых в околоземном пространстве вследствие особенностей расположения их солнечных источников (ведущих и ведомых солнечных пятен). В периоды солнцестояния такие облака являются не геоэффективными структурами, вследствие уменьшения значения проекции магнитного поля оси облака на магнитный диполь Земли в такие интервалы, что отражается в снижении уровня геомагнитной активности летом и зимой.