Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Гелиофизика и физика солнечной системы

Диссертационная работа:

Янжура Александр Станиславович. Унифицированный РС индекс: методика его расчёта и диагностика высокоширотных магнитных возмущений : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.03.03 / Янжура Александр Станиславович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т].- Санкт-Петербург, 2009.- 130 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-1/822

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. PC индекс как индикатор магнитной активности в полярной шапке. 14

  1. Общие сведения. 14

  2. Физическое обоснование PC индекса. 16

  3. Методика расчета PC индекса. 21

  4. PCN и PCS индексы. 23

2. Унифицированная методика для расчета PCN и PCS индексов. 25

2.1 Обзор спутниковой информации о межпланетном электрическом 25

поле, необходимой для расчета PC индекса.

  1. Методика расчета кривой спокойного дня (КСД). 29

  2. Методика определения параметров ф, ос и р\ 46

  3. Тестирование унифицированной методики. 51

  4. Летний и зимний PC индекс: причины возможных различий. 56

3. Реакция унифицированного PC индекса на изменения параметров 60

солнечного ветра

3.1 Соотношение между PC и геоэффективным межпланетным

электрическим полем Em 61

3.2 Реакция PC индекса на резкие изменения параметров солнечного

ветра при прохождении фронтов межпланетных ударных волн 64

3.3 Реакция PC индекса на отрицательный скачок динамического

давления солнечного ветра на фоне южной компоненты ММП 72

3.4 Реакция PC индекса на скачок динамического давления солнечного 73 ветра на фоне северной компоненты ММП

3.5 Оценка эффекта влияния импульсов динамического давления в 75 конкретных событиях

3.6 Основные результаты проведенного анализа 76

PC индекс и развитие изолированных суббурь 79

  1. Методика анализа 79

  2. Статистические оценки связи PC индекса с развитием изолированных 82

суббурь

4.3 Статистические соотношения между PC и AE/AL/AU индексами в 87

летней и зимней полярных шапках

4.4 Скорости нарастания PC и AE/AL/AU индексов на разных фазах 91

суббури

4.5 Обсуждение результатов и выводы 93

PC индекс и развитие периодически повторяющихся бухтообразных 96 возмущений

  1. Данные и метод анализа 98

  2. Статистические соотношения между величинами Em, PC, и AL

  1. Соотношение между PC индексами в летней и зимней полярных 105 шапках в ходе периодически повторяющихся бухтообразных возмущений

  2. Соотношения между параметрами, характеризующими развитие 106 возмущений в течение фазы роста и фазы экспансии.

  3. Соотношения между PC и AL в случае периодически повторяющихся 112

возмущений в авроральной зоне: сводка результатов

5.6 Общие закономерности развития изолированных суббурь и 113
периодически повторяющихся бухтообразных возмущений в
авроральной зоне

5.7 Обсуждение результатов и выводы 116
Основные результаты диссертации 122
Литература 124

Введение к работе:

Работа посвящена разработке индекса, характеризующего магнитную активность в северной и южной полярных шапках, обусловленную воздействием геоэффективного солнечного ветра на магнитосферу Земли. Описывается методика расчёта и результаты верификации унифицированного PC индекса, адекватно отвечающего на геоэффективные изменения солнечного ветра независимо от местоположения точки наблюдения, сезона года (зима или лето) и местного времени. Оценивается эффективность воздействия на величину PC индекса вариаций межпланетного электрического поля и импульсов динамического давления солнечного ветра. Анализируется взаимосвязь между ростом PC индекса и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне как для изолированных магнитосферных суббурь, так и для длительных периодов высокой магнитной активности, характеризующихся мощными повторяющимися бухтообразными возмущениями.

Актуальность темы.

Солнечный ветер, взаимодействующий с магнитосферой Земли, является причиной существенных изменений параметров регулярного геомагнитного поля и ионосферы, которые, при достижении определённой интенсивности, называют магнито-ионосферными возмущениями. Магнито-ионосферные возмущения вызывают сбои или даже нарушения в работе различных спутниковых и наземных технологических систем (коммуникационные, навигационные, радиолокационные, линии электропередач, газопроводы и т.д.). т.е. критическим образом влияют на среду обитания человека. Магнито-ионосферные возмущения определяются изменениями параметров солнечного ветра, наиболее геоэффективным из которых является: межпланетное электрическое поле (МЗП), определяемое, главным образом, южной компонентой межпланетного магнитного поля (Bz ММП) и скоростью солнечного ветра JW- При геоэффективном МЗП происходит интенсивная накачка энергии солнечного ветра в магнитосферу, её накопление, и последующее высвобождение в виде суббурь - магнито-ноносферных возмущений, достигающих максимальной интенсивности в авроральной зоне, при этом первым сигналом о воздействии геоэффективного солнечного ветра является как раз повышение магнитной активности в полярных шапках.

Динамика развития и интенсивность магнитных возмущений обычно описывается индексами Dst, AE(AL/AU), и PC. Первые два из них, Dst и АЕ (AL/AU). характеризуют, интенсивность мировых магнитных бурь и интенсивность магнитных возмущениіі в

авроральной зоне, т.е. описывают процесс реализации энергии солнечного ветра, накопленной в магнитосфере. Третий индекс PC описывает магнитную активность в полярной шапке, и поскольку эта активность контролируется параметрами солнечного ветра (прежде всего межпланетным электрическим полем), то можно полагать, что PC индекс характеризует поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу.

PC индекс был предложен более 20 лет назад. Первоначально рассчитывались, по данным двух околополюсных станций, северной станции Туле в Гренландии и южной станции Восток в Антарктике, 15-минутные величины PC индексов. Результаты целого ряда статистических анализов, проведённые на основе опубликованных рядов 15-минутных PC индексов, показали, что индекс может рассматриваться, как показатель текущего состояния магнитосферы.

Однако после перехода к расчету 1-минутных PC индексов в 1999-2000гг выявились существенные расхождения между величинами PCN индексов, рассчитываемых в Датском метеорологическом институте (ДМИ), и PCS индексов, рассчитываемых в Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ). Эти расхождения привели к несоответствию результатов схожих анализов и, соответственно, к различным физическим выводам. Расхождения касались следующих параметров, характеризующих состояние магнитосферы: частота появления отрицательных значений PC индекса в южном и северном полушарии; соотношение между предельно большими величинами PC и межпланетного электрического поля; реакция PC индекса на изменения динамического давления солнечного ветра; зависимость между PC и АЕ индексами.

Причиной расхождений между PCN и PCS индексами оказались определенные различия в техниках расчёта PC индекса, принятых в ААНИИ и ДМИ, прежде всего при определении уровня отсчёта величины магнитных возмущения в полярных шапках. Стало очевидным, что PCN и PCS индексы необходимо вычислять по единой методике, чтобы устранить любое влияние техники расчёта на результаты анализа и их физическую интерпретацию. Результатом этой работы явилась унифицированная процедура расчёта PC индекса. На основании этой процедуры были рассчитаны новые ряды PCN и PCS индексов, адекватно реагирующих на изменения геоэффективных параметров солнечного ветра. Как показал анализ связи между вариациями параметров солнечного ветра и величиной PC индекса, с одной стороны, и PC индексом и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне, с другой стороны, имеются все основания для

использования PC индекса в целях диагностики и текущего прогноза состояния магнитосферы («космической погоды»).

Цель настоящей работы:

Разработка унифицированной методики расчёта PC индекса, характеризующего, по данным о магнитной активности в полярной шапке, геоэффективность солнечного ветра, независимо от точки наблюдения, местного времени и сезона года. Количественная оценка связи PC индекса с изменениями геоэффективного межпланетного электрического поля и импульсами динамического давления солнечного ветра. Анализ соотношений между поведением PC индекса и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне и, на этой основе, определение возможностей мониторинга магнитных возмущений (суббурь) по данным о PC индексе.

На зашиту выносятся следующие положения

  1. Автоматизированный метод расчёта суточной вариации спокойного магнитного поля.

  2. Унифицированная методика расчёта PC индекса обеспечивающая согласованные

оценки геоэффектпвности солнечного ветра по данным о магнитной активности в северной и южной полярных шапках.

3. Оценка влияния геоэффективного межпланетного электрического поля и импульсов

динамического давления солнечного ветра на величину PC индекса при различных геофизических условиях.

4. Закономерности поведения PC индекса и развития магнитных возмущений в

авроральной зоне в суббурях разного типа и интенсивности.

Научная новизна

1. Предложена унифицированная методика расчёта индекса магнитной активности PC,

обеспечивающая согласованность величин PC в северной п южной полярных шапках при взаимодействии магнитосферы с геоэффективным солнечным ветром.

2. Разработан метод автоматического, в режиме реального времени, определения

суточной вариации спокойного геомагнитного поля. Метод, являющийся основой унифицированной методики расчета PC индекса, может быть использован для выявления спокойной суточной вариации в любых геофизических процессах.

3. Даны количественные оценки реакции PC индекса на изменение геоэффективных

параметров солнечного ветра, таких как вариация межпланетного электрического поля и импульс динамического давления солнечного ветра.

4. Показано, что увеличение магнитной активности в полярных шапках является

предвестником магнитных возмущений в авроральной зоне независимо от характера и интенсивности этих возмущений (слабые магнитные бухты, изолированные магнитосферных суббури, повторяющиеся пилообразные возмущения в периоды длительной и высокой магнитной активности). Показана зависимость временного интервала между началом увеличения PC и внезапным началом магнитного возмущения в авроральной зоне (длительность фазы роста) от скорости роста PC индекса.

Практическая ценность состоит в разработке унифицированного метода расчёта индекса PC, характеризующего величину магнитной активности, генерируемой в полярных шапках под воздействием геоэффективного солнечного ветра. Увеличение PC индекса, предваряющее развитие магнитных возмущений в авроральной зоне, и связь интенсивности этих возмущений от скорости роста PC индекса служат основой для диагностики и текущего прогноза состояния магнитосферы («космической погоды»). Эта задача реализуется в рамках Федеральной целевой программы «Мониторинг геофизической обстановки» (2008-2015гг).

Работа над диссертацией была поддержана

Грантом РФФИ 07-05-13570- офи_ц, 2007-2008 г.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в выполнении исследований по теме диссертации совместно с коллегами - соавторами статей, реализации методик расчетов в среде Matlab. Все изложенные в диссертации результаты получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами.

Апробация работы

Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на следующих международных научных конференциях: IAGA & ICMA Joint Symposia, Perugia, Italy, 2007; 11th Quadrennial Solar Terrestrial Physics Symposium "Sun, Space Physics and Climate", Rio de Janeiro, Brazil, 6-10 March, 2006; 31-й ежегодный семинар «Физика авроральных явлений», Апашты, Россия, 2008; 7-я Международная конференция «Проблемы Геокосмоса», Санкт-Петербург, Россия 2008.

Унифицированный PC индекс публикуется на сайтах Арктического и
Антарктического Научно Исследовательского Института (PCS) и Датского

Метеорологического Института (PCN). Электронные адреса этих сайтов:

. aar'unw. ru/clgmi/geophys/pc_maiiu htm

Публикации

По теме диссертации опубликовано восемь статей: две статьи в рецензируемых научных журналах (в качестве первого автора), а также шесть статей с участием в качестве соавтора.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы из 90 наименований, содержит 130 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков и 3 таблицы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net