Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества

Жулина, Елена Геннадьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества"

оозово

На правах рукописи

Жулина Елена Геннадьевна

ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ, СВЯЗАННАЯ С СОЛНЕЧНЫМИ КОРОНАЛЬНЫМИ ВЫБРОСАМИ ВЕЩЕСТВА

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 4 МАЙ 2007

Нижний Новгород - 2007

003060115

Работа выполнена в Нижегородском государственном педагогическом университете Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Бархатов Николай Александрович Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Деминов Марат Гарунович кандидат физико-математических наук Нечаева Мария Борисовна

Ведущая организация

Институт физики Земли РАН, (ИФЗ), г Москва

Защита диссертации состоится "29" мая 2007 г в часов мин на заседании

диссертационного совета Д 002 237 01 в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им Н В Пушкова Российской академии наук по адресу 142190, г Троицк, Московской области (проезд автобусом 398 от станции метро «Теплый стан» до остановки «ИЗМИРАН»)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИР АН Автореферат разослан "/У" апреля 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002 237 01

доктор физико-математических наук

Михайлов Ю М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлены результаты исследования связи геомагнитной активности и магнитосферных электромагнитных процессов с выбросами солнечной плазмы Исследование характеристик конкретных типов выбросов коронального вещества Солнца проводилось на основе МГД численного моделирования, а макропараметры возмущенного солнечного ветра, связанные с этими типами выбросов, сопоставлялись с Оэ^вариацией геомагнитного поля, диссипативными процессами в околоземной среде и состоянием ионосферы Подобное исследование относится к направлению работ в современной солнечно-земной физике, где анализируется связь между событиями, происходящими в окрестностях Солнца, и структурой параметров межпланетной среды, которые оказывают воздействие на околоземное космическое пространство

Актуальность проблемы

Важность исследования динамических процессов в межпланетной среде, способных оказывать воздействие на магнитосферу Земли, обусловлена необходимостью прогнозирования электромагнитного состояния околоземной среды Наблюдения на КА указывают на присутствие в межпланетном пространстве регулярных областей повышенной крупномасштабной возмущенности параметров межпланетной среды [1*] Анализ результатов регистрации крупномасштабных возмущений позволяет высказывать различные гипотезы о структуре солнечного ветра и ММП и о связи этой структуры, с одной стороны с активными процессами на Солнце [2*,3*], а с другой - с полями и токами в магнитосфере Земли

Известно [4*,1], что корональные выбросы вещества (КВВ) обладают высокой геоэффективностью, которая наблюдается в изменениях параметров и электромагнитного состояния внутримагнитосферной среды Значительными событиями являются глобальные магнитосферные

возмущения, обусловленные крупномасштабными изменениями параметров солнечного ветра (ПСВ) и межпланетного магнитного поля (ММП), связанными с КВВ [5*]

Выявление природы генерации сильных электромагнитных возмущений в околоземном пространстве требует решения модельных задач по переносу крупномасштабных возмущений параметров солнечного ветра из солнечной короны в околоземное пространство В диссертационной работе в рамках этого подхода рассмотрена обычно трудная для решения обратная задача по восстановлению параметров начальных корональных возмущений типа КВВ в окрестностях Солнца, по данным о параметрах этого трансформировавшегося возмущения, измеренных в околоземном пространстве При таком подходе по анализу конфигураций параметров солнечного ветра и ММП удается установить солнечные источники различных типов КВВ

Переходная область (ПО) околоземного космического пространства, которая находится между отошедшей земной головной ударной волной и магнитопаузой, является важной областью, оказывающей влияние на степень воздействия возмущенного солнечного ветра на внутримагнитосферные процессы Особенность ПО заключается в ее сильно турбулентном состоянии, зависящем от условий в солнечном ветре Измерения параметров ПО на КА и на основе радиопросвечивания позволяют выделять МГД возмущения, пересекающие поток плазмы во всех направлениях [6*] Важным источником такой возмущенности ПО являются МГД возмущения, локализованные вблизи головной ударной волны. Возмущения, которые имеют касательную к фронту ударной волны магнитную компоненту, сильно возрастают на отошедшей ударной волне [7*] С другой стороны, ПО сама является источником МГД турбулентности, которая определяется макрохарактеристиками натекающего на магнитосферу потока замагниченного солнечного ветра В частности, увеличение проникающего в ПО среднего ММП ведет к снижению уровня

турбулентности [8*] В диссертации проведен интегральный анализ спектров мощности турбулентности ПО, полученных по данным КА Interball-1 для различных сеансов, отвечающих нахождению КА в подсолнечной и фланговых частях ПО Здесь выполнено исследование влияния ММП на турбулентность в ПО

Изучение геомагнитной эффективности КВВ важно с точки зрения исследования фундаментальных процессов в магнитосфере, возникающих при воздействии на нее крупномасштабного выброса солнечной плазмы Очень важна разработка методов прогноза таких процессов, основанных на визуальных наблюдениях за КВВ Подробный анализ [9*] возмущений параметров межпланетного пространства на расстояниях 0 7 а е (вблизи Венеры), вызываемых КВВ и называемых межпланетными КВВ (МКВВ), продемонстрировал их значительную корреляцию с начальными характеристиками КВВ В диссертации продолжено изучение корреляционных связей наблюдаемых параметров КВВ с геоэффективными характеристиками крупномасштабных возмущений солнечного ветра и ММП вблизи Земли с использованием банка непрерывных данных, полученных с патрульных КА Wind и SOHO Такие связи характеризуют «запаздывающую» геоэффективность КВВ

Для более полного представления о процессах вызываемых в солнечном ветре КВВ, были проанализированы конфигурации параметров солнечного ветра и ММП, являющихся последствиями КВВ. Для рассмотренных возмущений был выполнен расчет мощности основных диссипационных процессов в околоземном пространстве - джоулева нагрева ионосферы, высыпания частиц в авроральном овале, мощности частиц кольцевого тока и мощности процессов в хвосте магнитосферы Такой расчет, выполненный по методу [10*], дает возможность оценивать мощность поступающей в магнитосферу энергии в зависимости от типа МКВВ Подтверждение разбиения МКВВ на разные типы проверялось на основе анализа поступающей в магнитосферу энергии для рассмотренных событий

Цели и задачи работы

Цель работы состоит в выявлении количественной связи геомагнитной активности и магнитосферных электромагнитных процессов с выбросами солнечной плазмы Ставились следующие задачи

1 Провести сопоставление мощности диссипативных процессов в околоземной среде, Вэ^вариации геомагнитного поля и отклонений критической частоты ионосферного слоя ¥2 с параметрами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, которые характеризуют конкретный тип выброса коронального вещества на Солнце вблизи магнитосферы

2 Соответственно, для этого провести модельные расчеты начальных характеристик выбросов коронального вещества Солнца, анализ их движения в межпланетной среде и оценить возможность установления типа КВВ по характеристикам солнечного ветра вблизи Земли

3. Использовать параметры межпланетной среды, регистрируемые спутниками в солнечном ветре, для исследования КВВ на уровне Солнца и характеристик турбулентности плазмы в переходной области за земной головной ударной волной

Научная новизна

На основе сопоставления характеристик конкретных типов КВВ с параметрами геомагнитной активности и параметрами ионосферы выявлено наличие связи Бэ! вариации геомагнитного поля и отклонений критической частоты ионосферного слоя ¥2 (Б1) с типом источника выброса солнечной плазмы (фронт, петля, спайк, мультиспайк, выброс кратной структуры, бесструктурный выброс)

Выявлена конкретная зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в периоды магнитосферных возмущений от типа МКВВ, создавшего это возмущение На основе расчета начальных характеристик выбросов солнечной плазмы (КВВ), анализа ее движения по трассе Солнце-Земля и анализа связей этих характеристик с параметрами

солнечного ветра вблизи магнитосферы получена новая научная информация, которая позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, находящихся в межпланетном пространстве

На основе сопоставления результатов анализа спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным КА INTERBALL-1 и спектров мерцаний, полученных при радиопросвечивании переходной области за головной ударной волной магнитосферы в эксперименте Сура-КА WIND, выявлена зависимость уровня турбулентности в этой области от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли

Научная и практическая ценность

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о наличии связей между характеристиками выбросов солнечной плазмы и параметрами солнечного ветра вблизи Земли Эти результаты позволяют создать метод, дающий возможность контролировать появление последствий конкретного типа КВВ перед магнитосферой Выявлено, что каждому типу МКВВ, взаимодействующего с магнитосферой, соответствует конкретная временная конфигурация энергии, поступающей в магнитосферу Это позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, который находится в межпланетном пространстве

Установлены причинно-следственные солнечно-земные связи различных типов КВВ с наблюдаемыми конфигурациями параметров солнечного ветра и ММП в межпланетном пространстве Проведена оценка геоэффективности событий КВВ с точки зрения магнитосферной и ионосферной возмущенности Обнаружена связь параметров КВВ со значениями интенсивности рентгеновского излучения и индекса геомагнитной активности Dst

Установлена связь параметров МГД возмущениости в ПО за земной ударной волной с крупномасштабными конфигурациями ММП

Степень достоверности полученных результатов

Результаты, изложенные в диссертационной работе, согласуются с соответствующими данными экспериментальных наблюдений Их сопоставление с аналитическими и численными исследованиями других авторов показали, что полученные результаты дополняют и уточняют эти исследования Все результаты, представленные в диссертации опубликованы в рецензируемых научных журналах Известия РАН (физическая серия), "Солнечно-земная физика", а также представлены на Российских и международных конференциях и научных семинарах НИРФИ и ИЗМИР АН

На защиту выносятся следующие положения:

1. Количественные связи характеристик корональных выбросов вещества на уровне Солнца и параметров околоземного космического пространства (межпланетных корональных выбросов вещества)

2. Зависимость характеристик МГД турбулентности в переходной области за земной ударной волной от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли

3. Связь параметров КВВ с индексом глобальной магнитосферной возмущенности Бб!

4. Зависимость мощности диссипативных процессов в магнитосфере от типа МКВВ

5. Корреляция возмущенности регулярных параметров ионосферного слоя Е2 с параметрами событий КВВ

Представление результатов

Результаты диссертационной работы докладывались на российских и международных конференциях конференции стран СНГ и Прибалтики

"Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", Нижний Новгород, 2003 г , General Assembly of Geosciences Union, Nice, France, 2004, X Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург-Красноярск, 2004, 35th COSPAR Scientific Assembly, Paris, France, 2004, международной конференции «Солнечно-земная физика», Иркутск 20-25 сентября 2004 г, Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности", г Троицк, 2005 г, 36th COSPAR Scientific Assembly, Beijing, China, 2006

Результаты работы докладывались на семинарах НИРФИ, ИЗМИР АН и НГПУ

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах, 9 статей в сборниках и тезисах докладов

Личный вклад соискателя

Автор участвовал в постановке задач и выборе метода их решения, принимал участие в получении и анализе результатов, их интерпретации Диссертант проводил все численные эксперименты с использованием компьютерных программ Диссертантом выполнено большинство аналитических расчетов, вошедших в диссертацию

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 143 страниц, 78 рисунков и 2 таблицы Библиография включает в себя 95 наименований

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены основные цели исследования, кратко описаны методы исследований, использованные в диссертации, приведен краткий обзор содержания работы

Вторая глава рассматривает возможность применения метода численного МГД моделирования для изучения крупномасштабных процессов в космической плазме, приведены результаты, полученные в рамках такого подхода В параграфе 2 1 описаны численные модели, которые используются в литературе [17*-19*] для описания эволюции крупномасштабных возмущений, происходящих в межпланетном пространстве Отмечены успехи в применении метода компьютерного МГД моделирования при решении различных задач солнечно-земной физики [14*, 17-21**] Также описана использованная нами оригинальная программа Численное пространственно-временное моделирование проводилось на основе системы МГД уравнений, дополненных уравнением переноса тепла [14*] Для безразмерных величин плотности, скорости, магнитного поля и температуры р, V, В, Т выбранная система уравнений была предварительно приведена к следующему (безразмерному) виду

Э/ и д\

„ +(У У)\'+^-(УГ + — \р)-а ——(ДУ+-7 + —Гвгогв1 = 0 а 2 р Ке р 3 р1 1

— -ГО![УВ]--— ДВ =0

51 1 Яе„

dlvЪ = О

81 р 81 р П р

Р 11е р 8хк 8хк 8х: 3 дх, /3 р

Здесь плотность плазмы измеряется в отношении к р0, температура - в

V = Бо 12—

отношении к То, скорость - в отношении к альвеновской скорости >

магнитное поле - в отношении к В0, где У0а. Ро, Т0, В0 - исходные (близкие к фоновым) значения скорости плазмы, плотности, температуры и магнитного

поля соответственно Время при этом берется в отношении к = / , где

- размер расчетной области Безразмерные параметры, определяющие

физическую модель, есть 77 - число Рейнольдса, " с2 .

77=ЕяЬ. р. 2кТ„

магнитное число Рейнольдса, X - число Пекле, - отношение

а = V IV

газокинетического давления к магнитному, 0 0/1 - отношение скоростей, 1 - первая вязкость, у - отношение теплоемкостей, а - проводимость, % -коэффициент температуропроводности, * - постоянная Больцмана

Решение МГД системы проводилось на основе вычисления конечных разностей с постоянным шагом интегрирования по времени методом Эйлера Производные изучаемых величин представлялись центральными разностями Использование такой простейшей схемы позволяет добиваться контролируемого перехода к случаю непрерывной среды путем измельчения пространственной сетки и временного шага Устойчивость полученных решений по отношению к изменениям параметров уравнений проверялась на

предмет отсутствия качественного изменения решений при малом изменении параметров

В параграфе 2 2 [2,3] представлен отбор нескольких десятков КВВ и соответствующих им МКВВ, зарегистрированных вблизи Венеры, конфигурации параметров которых использовались в дальнейшем исследовании Всего рассмотрен ряд из 31 случая такого соответствия, согласно работе [9*] Начальные условия для КВВ выбирались, исходя из предварительно проведенной классификации КВВ, опирающейся на анализ каталога SMM Для изучаемых событий из базы данных KA PVO и Helios были взяты параметры МКВВ - концентрация N, компонента скорости Vx солнечного ветра, температура протонов солнечного ветра Т и компоненты магнитного поля В При изучении визуальных данных по КВВ особое внимание было обращено на классификацию выбросов по морфологическим признакам каталога SMM гало, петля, фронт, спайк, выброс кратной структуры, бесструктурный выброс [4,5]

Сопоставление визуально полученных данных по КВВ с временной последовательностью параметров возмущений, зарегистрированных на КА PVO и Helios, позволило связать их появление с начальными солнечными источниками потоков плазмы В результате все события по их последствиям были поделены на четыре класса КВВ-МКВВ «фронт» (7 событий), «спайки» (8 событий), «сложные» КВВ(14 событий), «петля» (2 события) Для каждого класса был определен солнечный источник [2]

Для установления начальных параметров КВВ при их переносе к Земле в солнечном ветре подбор событий был сделан на основе сведений таблицы, приведенной в работе [5*], где содержатся данные о соответствии ряда МКВВ, зарегистрированных на КА WIND, с событиями КВВ, полученными с коронографов LASCO На основе данных, приведенных в вышеуказанных источниках, все МКВВ были разделены на следующие типы МО (магнитное облако) - 16 событий, ПОТОКОВАЯ НИТЬ - 3 события, УВ (ударная волна) - 5 событий, ВЫБРОС - 2 события, УВ с оболочкой (ударная волна с

оболочкой) - 5 событий Был проведен анализ зарегистрированных на КА WIND временных зависимостей параметров солнечного ветра и ММП возмущений, принадлежащих одному и тому же типу, и выявлены их типические закономерности [3]

В параграфе 2 3 изложены результаты численных экспериментов по МГД моделированию их эволюции в солнечном ветре [2] На примере нескольких событий, принадлежащих различным классам (см п 2 2) решена задача по установлению для них начальных параметров возмущений плазмы и магнитного поля Результаты, полученные в численных экспериментах, сопоставлялись с данными МКВВ, реально зарегистрированными на КА Helios, PVO Если результаты моделирования оказывались близкими к зарегистрированным, тогда взятые для моделирования в данном численном эксперименте начальные условия для КВВ объявлялись их установленными параметрами В качестве начальных условий в численных экспериментах задавались возмущения плотности, компонент ММП и скорости в солнечно-эклиптической системе координат (SE) и температуры протонов солнечного ветра Под фоновыми значениями подразумевались значения невозмущенной среды Линейный размер области прохождения возмущения приблизительно равен 1,05 1 08 км для всех численных экспериментов, что соответствует расстоянию от Солнца до Венеры Для окончательного вывода о значениях начальных условий для области, где возникает солнечный ветер (на расстоянии ~ 18 радиусов Солнца) и по которой работает прибор Lasco, подобранные параметры корректировались с учетом сферического расширения солнечного ветра и соответствующего изменения всех анализируемых параметров

В параграфе 2 4 МГД моделирование применено для установления начальных параметров первоисточников во внешней короне Солнца для различных крупномасштабных возмущенных конфигураций, зарегистрированных на трассе Солнце-Земля [3,6]. Линейный размер области, где происходит эволюция рассматриваемых возмущений, принят

равным 1,5 108 км Были установлены начальные параметры КВВ, которые приводят к МКВВ типа магнитное облако, взрывная и поршневая ударные волны, ударная волна с оболочкой, потоковая нить и выброс Установлены характерные особенности каждого коронального первоисточника

Третья глава посвящена исследованию изменений параметров околоземного пространства под влиянием крупномасштабной структуры солнечного ветра В параграфе 3 1 представлены пути применения колмогоровской модели турбулентности для турбулентной среды переходной области, расположенной за отошедшей земной ударной волной [6*, 21*-24*], В параграфе 3 2 проведен анализ спектров мощности турбулентности потока плазмы и компонент магнитного поля в ПО, полученных по данным КА INTERBALL-1 и сопоставлен с анализом спектров мерцаний, вычисленных при одновременном радиопросвечивании подсолнечной части переходной области в эксперименте Сура-КА WIND [7,8], проведенном в параграфе 3 3 Полные наборы экспериментальных данных о макро- и микропараметрам околоземного пространства исследовались по трем сеансам В результате были изучены особенности поведения турбулентных параметров, вычисленных по 5 минутным интервалам, в зависимости от ориентации ММП в подсолнечной и фланговой частях переходной области

Макропараметры солнечного ветра и ММП на КА WIND сопоставлялись с данными на КА Interball-1, учитывалось время прибытия измененного на ударной волне солнечного ветра в точку регистрации параметров турбулентности В качестве основной характеристики спектров потока, модуля и компонент магнитного поля в ПО рассматривались значения мощностей турбулентных пульсаций на высоких критических частотах, соответствующих началу диссипационных участков спектров На основе анализа сделан вывод о зависимости уровня спектральной мощности альвеновских и магнитозвуковых пульсаций от величины тангенциальной компоненты ММП [9]

В параграфе 3 4 изучена динамика изменений внутренних масштабов звуковой и магнитозвуковой турбулентности в переходной области, полученных на основе анализа критических частот фурье-спектров по пятиминутным интервалам Исследовалась зависимость внутренних масштабов и пульсационных скоростей от величины тангенциальной компоненты ММП перед ударной волной

Вычисление внутренних масштабов выполнено в неподвижной системе

отсчета, связанной с КА 1п1егЬа11-1 согласно формуле- Ы-1^, где Уы, -

фазовая скорость распространения нормальных волн в плазме (звуковой У5 ~ ч]кТ/тр или альвеновской Ул ~ вЦхйр), сосг - критическая частота,

полученная на основе анализа спектра, где тр - масса протона, Т - протонная температура, к - постоянная Больцмана, В - величина магнитного поля, р -плотность Выполненный анализ динамики внутренних масштабов турбулентности ПО свидетельствует о чувствительности турбулентности любого типа к изменениям вектора магнитного поля в натекающем потоке Для вычисления реальных внутренних масштабов турбулентных пульсаций был выполнен учет доплеровского сдвига частоты

При анализе динамики внутренних масштабов, необходимо учесть, что внутренние масштабы турбулентных пульсации могут изменяться не только под действием внешнего параметра в виде В1ап, но и из-за изменения геометрии ПО в течение сеанса В последнем случае изменение масштабов происходит согласно Колмогоровским представлениям о подобии пульсаций различных масштабов внутренние масштабы линейно зависят от внешних Д[/3 . и, ^ , 1 ,

Ь е Ш £ МИе"2

где Ли - изменение средней потоковой скорости на внешнем масштабе Ь,

М ~ — - число Маха, ия - пульсационная скорость Поэтому при Уч

уменьшении внешних масштабов (толщина ПО) - внутренние масштабы будут уменьшаться независимо от других внешних факторов

Ряд важных выводов и анализ соответствия теоретическим представлениям сделан в параграфе 3 5, где исследуется поведение кинетической энергии потока, магнитной и газокинетической энергии в ПО с изменением величины Btan

В параграфе 3 6 МГД подход к турбулентности переходной области позволил записать выражения для внутренних масштабов и пульсационных скоростей и сопоставить их с экспериментальными характеристиками турбулентности, полученными «in situ». Для альвеновской, быстрой и медленной магнитозвуковых турбулентностей внутренние масштабы определяется при условии Va < Vs, соответственно, выражениями [25*]

~K+v)cos&/2Va, tfms = 1, =(x+№v)/2Vs, £sms = {v+vm)sm2e/2VA\cos3e\ где vs и VA - звуковая и альвеновская скорости, v - кинематическая и vm -

магнитная вязкости, х - температуропроводность, в - угол между направлениями векторов фоновых магнитного поля и скорости потока

Экспериментально определенные значения внутренних масштабов позволяют вычислить параметры диссипации Учет только вязкого трения дает для всех сеансов величину кинематической вязкости порядка v ~ 105м21 сек

Сопоставление наблюдательных материалов с теоретическими оценками характеристик мелкомасштабной структуры позволяет оценивать все безразмерные числа МГД подобия для ПО. При этом следует отделять подходы к моделированию турбулентности для первого сеанса от подходов для второго и третьего сеансов Для первого сеанса число Рейнольдса оценивается выражением

Re ~ ¿шЬр0/т] - VL/v где V - скорость натекания потока на ПО, которое для локального значения

на внутреннем масштабе дает значение Ref ~ 10 и для глобального - значения

Re ~ 100 В свою очередь вычисленное число подобия Re позволяет определить значения пульсационных скоростей на масштабе X

v; ~ Аи Re1/2 л/1

где под X понимается £ Пульсационные скорости были сопоставлены с экспериментально обнаруженными

В четвертой главе исследуются геоэффективные проявления КВВ В параграфе 4 1 методом корреляционного анализа выполнен поиск связей начальных параметров КВВ, регистрируемых на коронографах, с возмущениями геоэффективных параметров плазмы солнечного ветра в районе орбиты Земли В качестве параметров КВВ взяты начальная и конечная скорости выброса, угловой раскрыв, значение центрального позиционного угла события Рассмотрены корреляционные связи этих параметров КВВ с концентрацией и скоростью протонов солнечного ветра, значением Bz-компоненты ММП вблизи Земли [10,11,12] Время прихода возмущений, вызванных КВВ, к точке расположения КА Wind учитывалось по формуле [26*].

¿^-CWf' + Zadt t d2

a ^Ju2 + 2adl

здесь di - дистанция, на которой изменяется скорость КВВ (0,75 а е), d2 -остаток пути (0,25 а е), U, а - начальная скорость и ускорение КВВ Была принята во внимание потенциальная геоэффективность КВВ, пересекающих при своем распространении плоскость эклиптики Это определялось в предположении осевой симметрии КВВ по значениям угла раскрыва (W) и центральному позиционному углу КВВ (CPA) по следующему критерию (CPA-W/2<90 и CPA+W/2>90 или CPA-W/2<270 и CPA+W/2>270) Принималась во внимание возможность одновременного прихода возмущений от группы КВВ из-за разницы скоростей их движения Коэффициенты корреляции были рассчитаны и проанализированы для ускоряющихся и замедляющихся КВВ

В параграфе 4 2 проанализированы конфигурации в ПСВ и ММП, зарегистрированные в точке либрации, которые являются последствиями КВВ, произошедшими в 1996 и 1999 годах Для точности отбора параметров конфигураций рассмотрению были подвергнуты последствия только уединенных КВВ, т е только те, которые были единственными в середине рассматриваемых 24 часовых интервалов Были выделены 5 групп МКВВ ударная волна, слабая ударная волна, магнитное облако, уединенный медленный поток, высокоскоростной поток [12] Установлены виды солнечных первоисточников источников, предшествующих каждой группе МКВВ, с учетом сведений, приведенных в работе [27*]

В параграфе 4 2 исследуется геоэффективность КВВ с точки зрения ионосферной и магнитосферной активности [1] Рассмотрена геоэффективность КВВ, проявляющаяся в возмущениях критической частоты ионосферного слоя Р2 Методом корреляционного анализа изучено поведение отклонения критической частоты от среднего значения для слоя Р2 (индекс 01) в зависимости от угла раскрыва и начальной скорости КВВ Установлены связи параметров КВВ с часовыми значениями интенсивности рентгеновского излучения и глобального магнитосферного индекса Об! Проведен анализ связи уединенных КВВ с уровнем рентгеновского излучения и уровнем концентрации быстрых протонов с энергиями выше 1 Мэв в солнечном ветре как в момент своего рождения, так и в момент их прихода в окрестности Земли [12] Таким образом, изучена ионосферная эффективность КВВ, связанная с уровнем интенсивности рентгеновского излучения и уровнем высокоэнергичных частиц в течение всего времени переноса МКВВ к Земле

В параграфе 4 4 [3] выполнена классификация МКВВ на основании анализа поступающей в магнитосферу энергии Для этого проведен расчет мощности основных диссипационных процессов в околоземном пространстве на основе методики [10*] Здесь рассматривались максимальное значение энергии на анализируемом интервале,

продолжительность возмущения энергии вследствие прихода рассматриваемого события, среднее значение энергии на возмущенном интервале, среднее значение энергии на невозмущенных соседних интервалах для различных типов КВВ На основании анализа средних и максимальных значений поступающей в магнитосферу энергии выполнены разделения событий на классы

В заключении представлены основные результаты, полученные в диссертации

1 Установлены количественные связи характеристик корональных выбросов вещества на уровне Солнца и параметров солнечного ветра вблизи Венеры и Земли методом численного МГД моделирования Это позволило выделить по особенностям временной структуры этих параметров различные виды выбросов солнечной плазмы фронт, спайк, мультиспайк, бесструктурный выброс С учетом вычисленных коэффициентов изменения фоновых параметров межпланетной среды на рассмотренных расстояниях были определены начальные параметры КВВ, относящиеся к короне Солнца

2 Анализ конфигураций межпланетных возмущений МКВВ, являющихся следствием КВВ, позволил соотнести их с солнечными источниками

3. Сопоставление спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным INTERBALL-1, и спектров мерцаний, полученных при радиопросвечивании подсолнечной части ПО в эксперименте Сура-WIND свидетельствует о зависимости уровня МГД турбулентности переходной области от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли

4 Вычислены значения внутренних масштабов и пульсационных скоростей турбулентности в ПО Эти значения согласуются со значениями, полученными по экспериментальным данным Сопоставление значений экспериментальных параметров турбулентности с теоретическими

оценками характеристик ее мелкомасштабной структуры позволяет оценивать безразмерные числа МГД подобия для ПО

5. Анализ связи уединенных КВВ с уровнем рентгеновского излучения, глобального магнитосферного индекса и уровнем концентрации высокоэнергичных протонов приводит к следующим выводам

- Параметры КВВ связаны с уровнем интенсивности рентгеновского излучения

- Возмущение глобального магнитосферного индекса обусловлено фактом возникновения КВВ

- Интенсивность рентгеновского излучения, сопутствующего выбросу КВВ типа «гало», выше, чем в других случаях КВВ

- Ионосферная эффективность КВВ, обусловленная уровнем интенсивности рентгеновского излучения, может проявляться в течение всего времени переноса МКВВ к Земле

- Ионосферная эффективность КВВ, связанная с повышением концентрации высокоэнергичных протонов с энергиями выше 1 Мэв, проявляется во время приближения вещества уединенных КВВ к Земле

6 Установлено влияние событий КВВ на возмущенность регулярных параметров (индекс И) ионосферного слоя Р2

- Имеет место увеличение возмущенности регулярных ионосферных параметров на фоне фактов существования КВВ

- Мгновенное воздействие КВВ на ионосферу проявляется в установленной зависимости индекса от угла раскрыва КВВ (в дневные часы коэффициент корреляции равен 0,82)

- Отмечено высокое «мгновенное» влияние КВВ типа «петля» на ионосферную возмущенность

7 Установлены корреляционные связи начальных характеристик КВВ с возмущениями параметров солнечного ветра вблизи Земли

- Для ускоряющихся КВВ скорость выброса антикоррелирована с концентрацией образующегося потока вблизи Земли (-0,63) и угол

раскрыва заметно коррелирован с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (0,52) и его вертикальной составляющей (0,4) - Для замедляющихся КВВ угол раскрыва антикореллирован со скоростью потока вблизи Земли (-0,72) и коррелирован с его концентрацией (0,49) Скорость выброса заметно антикоррелирована с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (-0,72) и его вертикальной составляющей (-0,74)

8 Выявлена зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в период геомагнитного возмущения от типа МКВВ, создавшего это возмущение Согласно нарастанию среднего значения мощности на возмущенных интервалах типы МКВВ можно расположить в следующей последовательности магнитное облако, ударная волна, ударная волна с оболочкой, выброс, потоковая нить

Список работ по теме диссертации

1 Бархатов Н А, Жулила Е.Г., Королев А В , Рахлин А В , Фридман В М, Шейнер О А Поиск проявлений геоэффективности CMEs // Сборник "Солнечно-земная физика", Иркутск, Изд СО РАН, 2005 -вып 8 - С 200-201

2 Бархатов НА, Жулина Е.Г., Королев А В Установление начальных пераметров CMEs методом пространственно-временного моделирования // Сборник "Солнечно-земная физика", Иркутск, Изд. СО РАН, 2005 - вып 8 -С 197-199

3 Бархатов Н А , Гольберг К Ю , Громова JIИ, Жулина Е.Г., Левитин А Е Определение начальных параметров и геоэффективности солнечных выбросов вещества // Изв. РАН, серия физическая - 2006 - Т70 - N10 - С 1531-1534

4 Barkhatov N А , Korolev А V , Zhulina L.G. Ascertainment of CMEs initial parametrs by the method of time-space ICMEs simulation П Geophysical Research

Abstracts Geosciences Union, General Assembly 2004, ST5, - Nice, France, 25 -30 April 2004 r-V6, 04766

5 Жулина Е.Г., Королев А В МГД моделирование эволюции ICME для определения начальных параметров CMEs // Сборник тезисов Десятой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых - Екатеренбург-Красноярск издательство АСФ России, 2004 г - Т 2 - С 759

6 Бархатов Н А , Гольберг К Ю., Громова Л И, Жулина Е.Г., Левитин А Е Определение начальных параметров и геоэффективности солнечных выбросов вещества // Тезисы Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности". - г Троицк, 10-15 октября 2005 г - С 16

7 Бархатов Н А, Жулина Е.Г., Застенкер Г Н Романов Р.В , Токарев Ю В , Шевырев Н Н Управление турбулентностью магнитослоя // Тезисы Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности" - г Троицк, 10-15 октября 2005 г - С 61

8 Бархатов Н А., Жулина Е Г , Романов Р В , Токарев Ю В Управление турбулентностью магнитослоя // Труды Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности" г Троицк, 10-15 октября 2005 г - С 27-33

9 Barkhatov N А , Romanov R V, Shevyrev N N, Tokarev Yu V, Zastenker G N, Zhulina L.G. Influence of interplanetary magnetic field parameters on Magnetosheath turbulence parameters // Cospar Scientific Assembly Beijing, China, 16-23 July 2006 г - Session D3 1 - P 02488

10 Бархатов H A, Жулина Е.Г., Королев А В. Проявление геоэффективности CME's в параметрах ионосферы // Тезисы докладов Конф стран СНГ и Прибалтики "Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности" Нижний Новгород, 2-7 июля 2003 г - С. 176.

11 Barkhatov N A , Fridman V M , Zhulina L.G. et all The search of CMEs geoeffectivity parameters // Abstracts of 35th Cospar Scientific Assembly 18-25 My 2004 - Session D2 5/E3 5 - P 02638

12 Бархатов H A , Жулина EX., Королев А В Рахлин А В , Фридман В М , Шейнер О А Проявление геоэффективности CMEs в параметрах околоземной плазмы // Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности Конф стран СНГ и Прибалтики- Сборник докладов в 2-х томах Нижний Новгород ИПФ РАН, 2003 г - Т 1 - С 442-445

Цитируемая литература

1* Yu-Qing Lou Propagation of three-dimensional Alfven waves and its nonlinear effects in the solar wind // J Geoph Res - 1993 - V 98 - N A3 - P 3563

2*. Lucek EA, Balogh A Analysis of the waves associated with the unusual interplanetary shock observed on day 109 // J Geoph Res, 1998 - V 103 - N A12 - P 29633

3* Odstrcil D, Pizzo VJ Three-dimensional propagation of CMEs in a structured solar wind flow 2 CME launched near streamer belt // J Geoph Res -1998 -V 104 -NA1 - P 488

4* Gosling J T The solar flare myth//J Geophys Res 1993.-V 98 -P 18937 5* Watan S , Vandas M, Watanabe T Formation of a strong southward IMF near the solar maximum of cycle 23 // Ann Geoph - 2004, - V 22 - P 673 6* Gleaves D G, Southwood D J Magnetohydrodynamic fluctuations in the Earth's magnetosheath at 1500 LT ISEE 1 and ISEE 2 // J Geophys Res - 1991 - V 96 - N A1 -P 129

7* Бархатов H А Затухание ультранизкочастотных волн в переходной области // Геомагнетизм и аэрономия -1982 - Т22 - С. 819 8* Бархатов Н А , Пронин Н Н Преобразование низкочастотных волн на стационарной структуре ударного фронта // Геомагнетизм и аэрономия -1998 -Т38 -N1 -С 146

9* Lindsay G M, Luhmann J G, Russel С T, Gosling J T Relationships between Coronal Mass Ejection speeds from coronograph images and interplanetary characteristics of associated interplanetaty coronal mass ejections // J Geoph Res - 1999 -V.104 -NA6 -P 12515

10* Feldstein YI, Dremukhina LA, Levitin AE, Mall U, Alexeev II, Kalegaev V V. Energetic of the magnetosphere during the magnetic storm // J Atm Solar-Terrestr Phys - 2003 - V 65 - N 4 - P 429 11* ВитинскийЮ И Солнечная активность -М Наука, 1969 - С 192 12*. Ишков В Н Солнечные геоэффективные явления как и когда они воздействуют на околоземное космическое пространство // Солнечно-земная физика -2002 -Вып2 - С 10

13* Черток ИМ Корональные выбросы масс и их роль в космической погоде // Солнечно-земная физика - 2002 - Вып 2 - С 7 - 9 14* Бархатов Н А, Гольберг К Ю., Зырянова М С , Иванов К Г Локальное МГД моделирование взаимодействия высокоскоростного потока и медленного солнечного ветра // Геомагнетизм и аэрономия - 2003 - Т 43 -С 2

15* Хундхаузен А Расширение короны и солнечный ветер - М Изд. Мир, 1976

16*. Bothmer V , Schwenn R. The structure and origin of magnetic clouds in the solar wind//Ann Geophysicae - 1998 -V16,-P 1-24 17* Dryer M, Detman TR, Wu ST, Han SM Three-dimensional, time-dependent MHD simulations of interplanetary plasmoids // Adv Space Res -1989 -V 9,-N4,-P. 475

18*. Wu С -С, Dryer M, Wu ST Three-dimensional MHD simulation of interplanetary magnetic field changes at 1 AU as a consequence of simulated solar flares //Ann Geophysicae - 1996 -V14 -P 383

19* Бархатов НА, Зырянова M.C., Иванов КГ, Фридман В.М, Шейнер О А Установление солнечных источников геоэффективных возмущений с

использованием МГД моделирования // Геомагнетизм и аэрономия - 2002 -Т 42 - № 5 - С 594-600

20* Linker J А , Mikic Z , Schnack D D Global coronal modeling and Space Weather prediction // Astronomical society of the pacific conference series - 2002 -V 25, - P 208

21* Shevyrev NN, Zastenker GN. Some features of the plasma flow in the magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendikular bow shocks // Planet Space Sci -2005 -V53.-P 95

23* Токарев Ю В , Кайзер M JI, Белов Ю И, Бойко Г Н, Муравьева Н В Мелкомасштабная турбулентность в районе земной ударной волны в минимуме солнечной активности // Астрономический Вестник - 2000 - Т 34 -N2 - С 143

24* Бархатов Н А, Беллюстин Н С , Бужере Ж.-Л , Сахаров С Ю , Токарев Ю В Влияние магнитного поля солнечного ветра на турбулентность переходной области за отошедшей ударной волной // Известия ВУЗов "Радиофизика" -2001 -Т 44 -N 12 - С 993

25* Ландау Л Д, Лифшиц Е М Электродинамика сплошных сред М Наука, 1982- 622 с

26* Gopalswamy N., Lara А, Yashiro S , Kaiser M L , Howard R A. Predicting the 1-AU arrival times of coronal mass ejections // J. Geophys Res - 2001 - V 106 -P 29207

27* Иванов КГ Солнечные источники потоков межпланетной плазмы на орбите Земли//Геомагнетизм и аэрономия - 1996 -Т36 - С 19

Благодарности

В заключении хочу выразить особую благодарность моему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Николаю Александровичу Бархатову за внимательное руководство работой и настойчивое стимулирование моей научной деятельности

Выношу искреннюю благодарность моим соавторам В В Фридману, О А Шейнер, ГН Застенкеру, А В Рахлину за полезные обсуждения и рекомендации Особо благодарю АЕ Левитина за ценные указания и интерес к работе Благодарю Л И. Громову за помощь в выполнении расчетов поступающей в магнитосферу энергии, Р В Романова и Н Н Шевырева за помощь в вычислении спектров турбулентности, А.В Королева за обсуждение полученных результатов, Ю В Токарева за предоставление данных по радиопросвечиванию

ЕГ Жулина

Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества

Подписано к печати 24 04 2007 г Уел печ л 1,5 Заказ Тираж 100 экз

Отдел полиграфии AHO «МУК НГПУ» 603950, Нижний Новгород, ГСП-37, ул Ульянова, 1

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Жулина, Елена Геннадьевна

Введение

Глава 1. Геоэффективность событий солнечной активности (обзор)

§1.1. Явления солнечной активности

§1.2. Перенос выбросов солнечной плазмы в межпланетном пространстве

§1.3. Геомагнитная активность, обусловленная солнечной активностью

§1.4. Постановка задач по исследованию связи солнечных корональных выбросов вещества с геомагнитной активностью

Глава 2. Моделирование переноса корональных выбросов вещества в межпланетной среде

§2.1. Методы численного моделирования солнечных корональных выбросов вещества

§2.1. Отбор и классификация данных для постановки численных расчетов

§2.3. Моделирование эволюции различных типов КВВ на трассе Солнце-Вепера с целью определения их начальных параметров

§2.4. Моделирование различных конфигураций межпланетных корональных выбросов в солнечном ветре на трассе Солнце-Земля

§2.5. Выводы

Глава 3. Исследование зависимости параметров турбулентности переходной области за отошедшей земной ударной волной от параметров ММП

§3.1. Модель турбулентности переходной области за земной ударной волной

§3.2. Влияние макропараметров межпланетного магнитного поля на спектральные характеристики турбулентности переходной области

§ 3.3 Сопоставление результатов анализа спектров турбулентности с результатами экспериментов по радиопросвечиванию

§3.4. Динамика внутренних масштабов и пульсационных скоростей турбулентности

§3.5. Анализ энергетического баланса турбулентности переходной области

§3.6. Расчет параметров турбулентности и сопоставление с экспериментальными результатами

§3.7. Выводы

Глава 4. Геоэффективность корональных выбросов вещества

§4.1. Связь геоэффективных параметров околоземного космического пространства с начальными параметрами КВВ

§4.2. Анализ конфигураций околоземных крупномасштабных возмущений параметров солнечного ветра, вызываемых разными солнечными источниками

§4.3. Связь Dst вариации геомагнитного поля и параметров ионосферы с корональными выбросами вещества

§4.5. Отражение особенностей межпланетных корональных выбросов вещества в энергетическом бюджете магнитосферы

§4.5. Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества"

Исследование геоэффективных проявлений солнечной активности является одним из важных современных направлений в солнечно-земной физике [1,2]. Ключевым вопросом в таких исследованиях является связь между событиями, происходящими в окрестностях Солнца, и их влияние на параметры солнечного ветра, магнитосферу, ионосферу и околоземное пространство. В связи с этим, актуальными являются исследования по выявлению геоэффективных параметров проявлений солнечной активности [3,4]. Необходимо также изучать динамику процессов, происходящих в трассе Солнце-Земля, благодаря которым происходит эволюция геоэффективных крупномасштабных возмущений. Проведение таких исследований стало возможным благодаря наличию большого объема данных параметров космического пространства, включая самые современные, полученные на патрульных космических аппаратах (КА) Wind и SOHO во время непрерывных наблюдений.

Диссертация посвящена анализу геоэффективности параметров солнечной активности, восстановлению начальных параметров солнечных корональных источников и изучению их дальнейшей эволюции на основе магнитогидродинамического (МГД) численного моделирования, изучению влияния макропараметров возмущенного солнечного ветра на параметры околоземного космического пространства.

Методы, используемые в исследовании

В диссертационной работе методом численного МГД моделирования рассматривается эволюция крупномасштабных возмущений плазмы и магнитного поля в межпланетном (вблизи Венеры) и в околоземном пространстве. Анализ ионосферной и магнитосферной эффективности КВВ выполняется методами классического корреляционного. При изучении влияния макропараметров солнечного ветра на микропараметры плазмы переходной области за земной ударной волной применялись корреляционный и спектральный анализы.

Цель работы

Цель работы состоит в выявлении количественной связи геомагнитной активности и магнитосферных электромагнитных процессов с выбросами солнечной плазмы.

Научная новизна

На основе сопоставления характеристик конкретных типов КВВ с параметрами геомагнитной активности и параметрами ионосферы выявлено наличие связи Dst вариации геомагнитного поля и отклонений критической частоты ионосферного слоя F2 (DI) с типом источника выброса солнечной плазмы (фронт, петля, спайк, мультиспайк -выброс кратной структуры, бесструктурный выброс).

Выявлена конкретная зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в периоды магнитосферных возмущений от типа КВВ, создавшего это возмущение. На основе расчета начальных характеристик выбросов солнечной плазмы (КВВ), анализа ее движения по трассе Солнце-Земля и анализа связей этих характеристик с параметрами солнечного ветра (скоростью, концентрацией, модулем ММП) вблизи магнитосферы получена новая научная информация, которая позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, находящихся в межпланетном пространстве.

Научная и практическая ценность

Результаты проведённых исследований свидетельствуют о наличии связей между характеристиками выбросов солнечной плазмы и параметрами солнечного ветра вблизи Земли. Эти результаты позволяют создать метод, дающий возможность контролировать появление последствий конкретного типа КВВ перед магнитосферой. Выявлено, что каждому типу КВВ, взаимодействующего с магнитосферой, соответствует конкретная временная конфигурация энергии, поступающей в магнитосферу. Это позволяет прогнозировать временную динамику геомагнитной активности в периоды магнитосферных возмущений по параметрам солнечного ветра, фиксируемых на КА, который находится в межпланетном пространстве.

Установлены причинно-следственные солнечно-земные связи различных типов КВВ с наблюдаемыми конфигурациями параметров солнечного ветра и ММП в межпланетном пространстве. Проведена оценка геоэффективности событий КВВ с точки зрения магнитосферной и ионосферной возмущённости. Обнаружена связь параметров КВВ со значениями интенсивности рентгеновского излучения и индекса геомагнитной активности Dst.

Установлена связь параметров МГД возмущенности в переходной области за земной ударной волной с крупномасштабными конфигурациями ММП.

Экспериментальные данные

В работе использовались следующие экспериментальные данные: параметры солнечного ветра и ММП с часовым усреднением, взятые из данных спутниковой системы OMNI; значения Dst индекса; данные о параметрах КВВ с коронографов на КА SMM, SOHO (http://LASCO-www.nrl.navy.mil); данные по состоянию ионосферного слоя F2, предоставленные НИРФИ; данные о состоянии межпланетной среды, полученные на КА Wind и Interball-1 и предоставленные ИКИ РАН.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Зависимость характеристик МГД турбулентности в переходной области за земной ударной волной от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли.

3. Связь параметров КВВ с индексом глобальной магнитосферной возмущенности Dst.

4. Зависимость мощности диссипативных процессов в магнитосфере от типа КВВ. Корреляция возмущенности регулярных параметров ионосферного слоя F2 с параметрами событий КВВ.

Краткое содержание глав

Во введении сформулированы проблемы и изложены основные задачи, решаемые в диссертационном исследовании.

В первой главе работы представлен обзор различных событий солнечной активности, имеющих отношение к возникновению крупномасштабных возмущений в межпланетном пространстве [5,6]. Рассмотрены вызванные ими эволюционные процессы в солнечном ветре и их геоэффективные проявления. Первый параграф посвящен описанию активных явлений на Солнце. Здесь представлены физические процессы, происходящие в солнечных пятнах, как центрах солнечной активности. Отдельные пункты параграфа отведены для описания основных свойств таких активных событий, как вспышки, активные волокна, корональные дыры, КВВ . Во втором параграфе описаны структура и параметры медленного невозмущенного солнечного ветра. Здесь также рассмотрены особенности двух видов высокоскоростных потоков (рекуррентных и спорадических потоков) и их возможные источники на Солнце. Отдельный пункт параграфа посвящен межпланетным ударным волнам. Здесь рассматривается возможные гелиоисточники (вспышки и корональные выбросы вещества) межпланетных ударных волн. Далее, рассмотрена численная модель Хундхаузена [7] для переноса межпланетных ударных волн в солнечном ветре, которая выделяет два класса ударных волн: поршневая ударная волна и взрывная ударная волна. Отдельный пункт посвящен магнитным облакам солнечного ветра. Описана их крупномасштабная структура и приведена установившаяся в литературе типология. Представлена связь магнитных облаков с солнечными источниками и корональными выбросами вещества. В третьем параграфе перечислены основные геоэффективные проявления в околоземном пространстве [8], описан процесс возникновения магнитосферных бурь, суббурь и возмущений параметров ионосферы [9].

Во второй главе описаны результаты, полученные в рамках метода численного МГД моделирования крупномасштабных процессов в космической плазме. В первом параграфе описаны численные модели, которые используются в литературе для описания эволюции крупномасштабных возмущений, происходящих в межпланетном пространстве. Отмечены успехи в применении метода компьютерного МГД моделирования при решении различных задач солнечно-земной физики [4,10-12]. Приведено описание использованной нами оригинальной программы. Эта программа реализует МГД уравнения для вязкой жидкости типа солнечный ветер, дополненные уравнением переноса тепла. Во втором параграфе выполнен отбор нескольких десятков КВВ и соответствующих им МКВВ, зарегистрированных вблизи Венеры, конфигурации параметров которых использовались в дальнейшем исследовании [13]. Отобранные события КВВ-МКВВ классифицированы по их морфологическим признакам. В третьем параграфе изложены результаты численных экспериментов по МГД моделированию их эволюции в солнечном ветре. На примере нескольких событий, принадлежащих различным классам, решена задача по установлению для них начальных параметров возмущений плазмы и магнитного поля [14]. В четвертом параграфе МГД моделирование применено для установления начальных параметров первоисточников во внешней короне Солнца для различных крупномасштабных возмущенных конфигураций, зарегистрированных на трассе Солнце-Земля [15,16].

Третья глава посвящена исследованию изменений параметров околоземного пространства под влиянием крупномасштабной структуры солнечного ветра. В первом параграфе представлены пути применения колмогоровской модели турбулентности для турбулентной среды переходной области, расположенной за отошедшей земной ударной волной. Во втором параграфе проведен анализ спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным КА INTERBALL-1. В третьем параграфе анализ спектров мерцаний, полученных при радиопросвечивании подсолнечной части переходной области в эксперименте Сура-КА WIND, сопоставлен с результатами анализа спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным КА INTERBALL-1. На его основе сделан вывод о зависимости уровня турбулентности от величины тангенциальной компоненты ММП. В четвертом параграфе изучена динамика изменений внутренних масштабов турбулентности и пульсационных скоростей, полученных на основе анализа критических частот фурье-спектров по пятиминутным интервалам. Ряд важных выводов и анализ соответствия теоретическим представлениям сделать на основе изучения энергетического баланса в ПО с изменением величины Btan в пятом параграфе. В шестом параграфе МГД подход к турбулентности переходной области позволил записать выражения для внутренних масштабов и пульсационных скоростей и сопоставить их с экспериментальными характеристиками турбулентности, полученными «in situ» [17-19].

В четвертой главе исследуются различные геоэффективные проявления КВВ. В первом параграфе методом корреляционного анализа выполнен поиск связей начальных параметров КВВ, регистрируемых на коронографах, с возмущениями геоэффективных параметров плазмы солнечного ветра в районе орбиты Земли [20]. Для этого использованы начальная и конечная скорости выброса, угловой раскрыв КВВ, значение центрального позиционного угла события. Рассмотрены корреляционные связи этих параметров КВВ с концентрацией и скоростью протонов солнечного ветра, значением Bz-компоненты ММП вблизи Земли. Проведён анализ полученных коэффициентов корреляции. Во втором параграфе проанализированы конфигурации в ПСВ и ММП, зарегистрированные в точке либрации и являющиеся последствиями КВВ, произошедшими в 1996 и 1999 годах. Установлены типы солнечных первоисточников для 5 групп МКВВ: ударная волна, слабая ударная волна, магнитное облако, уединенный медленный поток, высокоскоростной поток [21]. В третьем параграфе исследуется геоэффективность КВВ с точки зрения ионосферной и магнитосферной активности. Рассмотрена геоэффективность КВВ, проявляющаяся в возмущениях критической частоты ионосферного слоя F2. Методом корреляционного анализа изучено поведение отклонения критической частоты от среднего значения для слоя F2 (индекс DI) в зависимости от угла раскрыва и начальной скорости КВВ. Исследована геоэффективность КВВ типа «петля» с точки зрения ионосферной возмущённости [20]. В четвертом параграфе на основе анализа поступающей в магнитосферу энергии выполнена классификация МКВВ [15,16].

В заключении представлены основные результаты и выводы проведенного исследования.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Жулина, Елена Геннадьевна

§ 4.5. Выводы

1. Установлены корреляционные связи начальных характеристик КВВ с возмущениями параметров солнечного ветра вблизи Земли

- для ускоряющихся КВВ скорость выброса антикоррелирована с концентрацией образующегося потока вблизи Земли (-0,63);

- отмечена заметная корреляция угла раскрыва с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (0,52) и его вертикальной составляющей (0,4);

- отсутствует корреляции угла раскрыва с концентрацией.

- для замедляющихся КВВ угол раскрыва и скорость потока вблизи Земли (-0,72) антикореллируют;

- корреляция угла раскрыва с концентрацией составляет 0,49

- отмечается значительная антикорреляция скорости выброса с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (-0,72) и его вертикальной составляющей (-0,74).

- отсутствует корреляция между скоростями КВВ и скоростью солнечного ветра около Земли.

2. Более полное представление об эволюционных процессах вызываемых в солнечном ветре КВВ удалось получить при изучении конфигурации конкретных МКВВ, которые были последствиями уединенных КВВ, произошедших в 1996 и 1999 годах. Особое внимание уделялось поведению концентрации и скорости солнечного ветра и Bz компоненты ММП. МКВВ, являющиеся результатом всех рассматриваемых КВВ, были разделены на 5 групп. Удалось выделить МКВВ групп «ударная волна», «слабая ударная волна», «магнитное облако», «уединенный медленный поток» и «высокоскоростной поток» и сопоставить им сопутствующие начальные солнечные потоки.

3. Анализ связи уединенных КВВ с уровнем рентгеновского излечения, глобального магнитосферного индекса и уровнем концентрации высокоэнергичных протонов приводит к следующим выводам.

1) Выявлена связь параметров корональных выбросов плазмы с часовыми значениями интенсивности рентгеновского излучения и глобального магнитосферного индекса Dst с фактом возникновения КВВ.

2) Ионосферная эффективность КВВ, связанная с уровнем интенсивности рентгеновского излучения, может проявляться в течение всего времени переноса МКВВ к Земле.

3) Интенсивность рентгеновского излучения, сопутствующего выбросу КВВ типа «гало», выше, чем в других случаях КВВ.

4) Ионосферная эффективность КВВ, связанная с повышением концентрации высокоэнергичных протонов с энергиями выше 1 Мэв, проявляется во время приближения вещества уединенных КВВ к Земле.

4. Установлено влияние событий КВВ на возмущенность регулярных параметров ионосферного слоя F2.

1) Непосредственное визуальное сопоставление последовательности значений DI со случаями регистрации КВВ свидетельствует об увеличении возмущённости регулярных ионосферных параметров на фоне самих фактов существования КВВ.

2) Мгновенное воздействие КВВ на ионосферу проявляется в установленных зависимостях регулярных ионосферных параметров от угла раскрыва КВВ, особенно в дневные часы (коэффициент корреляции 0,82).

3) Установлены корреляционные связи начальных характеристик КВВ с возмущениями параметров солнечного ветра вблизи Земли:

5. Выявлена зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в период геомагнитного возмущения от вида КВВ, создавшего это возмущение.

- Средний темп поступления энергии в магнитосферу на возмущенном интервале анализируемых событий МКВВ выше среднего значения на невозмущенных интервалах более чем в 1,5 раза.

- На основании анализа средних и максимальных значений мощности можно классифицировать фиксируемые возмущений на типы МКВВ. Для событий типа МО характерно увеличение мощности на возмущенном интервале, по крайней мере, в 3 раза. При этом, максимальные значения мощности превосходят максимальные мощности в невозмущенных интервалах в ~ 8 раз. Для событий МКВВ типа УВ увеличение мощности на возмущенном интервале происходит в 2 - 2,5 раза, а максимальное значение мощности выше фоновых не менее чем в 4 раза. Для событий типа УВ с оболочкой характерно значительное повышение энергии на возмущенном интервале в 2 - 2,5 раза. При этом максимальные значения мощности для этого типа МКВВ много выше, чем для предыдущих типов, и превышают величину мощности на невозмущенном интервале в 6 и более раз. Для событий МКВВ типа ВЫБРОС характерно увеличение мощности на возмущенном интервале в 1,5-2 раза, при этом максимальное значение энергии превышает фоновые в 3 - 4 раза. Для событий МКВВ типа потоковая нить средние и максимальные значения мощности на возмущенном интервале не велики и мало отличаются от значений мощности на невозмущенном интервале.

- События МКВВ типов УВ, ВЫБРОС и ПОТОКОВАЯ НИТЬ непродолжительны и обладают одним отчетливо выраженным скачком мощности в отличие от событий УВ с оболочкой и МО. Кроме того, события МКВВ типов УВ с оболочкой и МО обладают большими пространственными масштабами, что позволяет их идентифицировать.

Заключение

Настоящее диссертационное исследование посвящено решению одной из актуальных задач солнечно-земных связей, заключающейся в установлении влияния геоэффективных параметров солнечной активности на межпланетное и околоземное пространство.

Перечислим важнейшие результаты, пути их получения и положения, выносимые на защиту.

1. Установлены количественные связи характеристик корональных выбросов вещества на уровне Солнца и параметров солнечного ветра вблизи Венеры и Земли методом численного МГД моделирования. Это позволило выделить по особенностям временной структуры этих параметров различные виды выбросов солнечной плазмы: фронт, спайк, мультиспайк (выброс кратной структуры), бесструктурный. С учетом вычисленных коэффициентов изменения фоновых параметров межпланетной среды на рассмотренных расстояниях были определены начальные параметры КВВ, относящиеся к внутренней короне Солнца [13-16,69].

2. Анализ конфигураций межпланетных возмущений МКВВ, являющихся следствием КВВ, позволил соотнести их с солнечными источниками [21].

3. Сопоставление спектров мощности турбулентности потока, полученных по данным INTERBALL-1, и спектров мерцаний, полученных при радиопросвечивании подсолнечной части переходной области в эксперименте Cypa-WIND свидетельствует о зависимости уровня МГД турбулентности в переходном слое за земной ударной волной от ориентации вектора межпланетного магнитного поля вблизи Земли [17-19].

4. Вычислены значения внутренних масштабов и пульсационных скоростей турбулентности в ПО. Эти значения согласуются со значениями, полученными по экспериментальным данным. Сопоставление значений экспериментальных параметров турбулентности с теоретическими оценками характеристик ее мелкомасштабной структуры позволяет оценивать безразмерные числа МГД подобия для ПО [17-19].

5. Анализ связи уединенных КВВ с уровнем рентгеновского излечения, глобального магнитосферного индекса и уровнем концентрации высокоэнергичных протонов приводит к следующим выводам [21].

- Параметры КВВ связаны с уровнем интенсивности рентгеновского излучения

- Возмущение глобального магнитосферного индексв Dst обусловлено фактом возникновения КВВ

- Интенсивность рентгеновского излучения, сопутствующего выбросу КВВ типа «гало», выше, чем в других случаях КВВ.

- Ионосферная эффективность КВВ, обусловленная уровнем интенсивности рентгеновского излучения, может проявляться в течение всего времени переноса МКВВ к Земле.

6. Установлено влияние событий КВВ на возмущенность регулярных параметров (индекс DI) ионосферного слоя F2 [20,21,86,87].

- Имеет место увеличение возмущённости регулярных ионосферных параметров на фоне фактов существования КВВ.

- Мгновенное воздействие КВВ на ионосферу проявляется в установленной зависимости индекса DI от угла раскрыва КВВ (в дневные часы коэффициент корреляции равен 0,82).

- Отмечено высокое «мгновенное» влияние КВВ типа «петля» на ионосферную возмущённость.

7. Установлены корреляционные связи начальных характеристик КВВ с возмущениями параметров солнечного ветра вблизи Земли [20,21,86,87].

- Для ускоряющихся КВВ скорость выброса антикоррелирована с концентрацией образующегося потока вблизи Земли (-0,63) и угол раскрыва заметно коррелирован с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (0,52) и его вертикальной составляющей (0,4).

- Для замедляющихся КВВ угол раскрыва антикореллирован со скоростью потока вблизи Земли (-0,72) и коррелирован с его концентрацией (0,49). Скорость выброса заметно антикоррелирована с модулем магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли (-0,72) и его вертикальной составляющей (-0,74).

8. Выявлена зависимость мощности диссипативных процессов в околоземной среде в период геомагнитного возмущения от типа МКВВ, создавшего это возмущение

15,16]. Согласно нарастанию среднего значения мощности на возмущенных интервалах типы МКВВ можно расположить в следующей последовательности: магнитное облако, ударная волна, ударная волна с оболочкой, выброс, потоковая нить.

Степень достоверности полученных результатов:

Результаты, изложенные в диссертационной работе, согласуются с соответствующими данными экспериментальных наблюдений. Их сопоставление с аналитическими и численными исследованиями других авторов показали, что полученные результаты дополняют и уточняют эти исследования. Все результаты представленные в диссертации опубликованы, в том числе в рецензируемых научных журналах Известия РАН (физическая серия), "Солнечно-земная физика", а также доложены на Российских и международных конференциях и на научных семинарах НИРФИ и ИЗМИРАН.

Личный вклад соискателя

Автор участвовал в постановке задач и выборе метода их решения, принимал участие в получении и анализе результатов, их интерпретации. Диссертант проводил все численные эксперименты с использованием компьютерных программ. Диссертантом выполнено большинство аналитических расчетов, вошедших в диссертацию.

Благодарности

В заключении выражаю глубокую признательность моему научному руководителю доктору физико-математических наук, профессору Николаю Александровичу Бархатову за внимательное руководство работой и настойчивое стимулирование моей научной деятельности.

Я искренне благодарна моим соавторам: В.В. Фридману, О.А. Шейнер, Г.Н. Застенкеру, А.В. Рахлину за полезные обсуждения и рекомендации, А.Е. Левитину за ценные указания, Л.И. Громовой за помощь в выполнении расчетов поступающей в магнитосферу энергии, Р.В. Романову и Н.Н. Шевыреву за помощь в вычислении спектров турбулентности, А.В. Королеву за обсуждение полученных результатов, Ю.В. Токареву за предоставление данных по радиопросвечиванию.

Список работ по теме диссертации

1. Поиск проявлений геоэффективности CMEs/ Бархатов Н.А, Жулина Е.Г., Королев А.В., Рахлин А.В., Фридман В.М., Шейнер О.А.// Сборник "Солнечно-земная физика", Новосибирск, Изд. СО РАН, 2005,- вып.8,-С.200-201

2. Установление начальных пераметров CMEs методом пространственно-временного моделирования./ Бархатов Н.А, Жулина Е.Г., Королев А.В.// Сборник "Солнечно-земная физика", Новосибирск, Изд. СО РАН, 2005, вып.8,-С.197-199

3. Определение начальных параметров и геоэффективности солнечных выбросов вещества./ Бархатов Н.А., Гольберг К.Ю., Громова Л.И., Жулина Е.Г., Левитин А.Е.// Изв.РАН, серия физическая, 2006, 70, N 10, С. 1531-1534

4. Barkhatov N.A., Korolev A.V., Zhulina L.G. Ascertainment of CMEs initial parametrs by the method of time-space ICMES simulation// Geophysical Research Abstracts, V.6, 04766, Geosciences Union, General Assembly 2004, ST5, Nice, France, 25 - 30 April 2004

5. Жулина Е.Г., Королев А.В. МГД моделирование эволюции ICME для определения начальных параметров CMEs// Сборник тезисов Десятой Всероссийской научной конф.студентов-физиков и молодых ученых: Тезисы докладов: В 2 т. Екатеренбург-Красноярск: издательство АСФ России, 2004, Т.2. С.759

6. Определение начальных параметров и геоэффективности солнечных выбросов вещества/ Бархатов Н.А., Гольберг К.Ю., Жулина Е.Г., Левитин А.Е.// Тезисы Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности" (10-15 октября 2005 г., г. Троицк), С. 16

7. Управление турбулентностью магнитослоя/ Бархатов Н.А., Жулина Е.Г., Застенкер Г.Н. и др.// Тезисы Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности" (10-15 октября 2005 г., г. Троицк), С.61

8. Управление турбулентностью магнитослоя/ Бархатов Н.А., Жулина Е.Г., Романов Р.В., Токарев Ю.В.// Труды Всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности", г.Троицк, 10-15 октября 2005 г., 2006, С.27-33

9. Influence of interplanetary magnetic field parameters on Magnetosheath turbulence parameters/ Barkhatov N.A., Romanov R.V., Zhulina L.G. et all.// COSPAR SCIENTIFIC ASSEMBLY, Beijing, China, 16 - 23 July 2006. Session D3.1, A-02488.

10. Проявление геоэффективности CME's в параметрах ионосферы/ Бархатов Н. А., Жулина Е.Г., Королев А.В. и др.// Тезисы докладов Конф. стран СНГ и Прибалтики

Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", Нижний Новгород,

2-7 июля, 2003 г., С.176

11. The search of CMEs geoeffectivity parameters/ Barkhatov N.A., Fridman V.M., Zhulina

L.G et all.// Abstracts of 35th COSPAR SCIENTIFIC ASSEMBLY PARIS,FRANCE, 18-25

JULY 2004. Session D2.5/E3.5, A-02638

12. Проявление геоэффективности CMEs в параметрах околоземной плазмы/ Бархатов

H. А., Жулина Е.Г., Королев А.В. и др.// Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности. Конф. стран СНГ и Прибалтики (Н.Новгород. 2-7 июня 2003):

Сборник докладов в 2-х томах. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2003, T.l, С.442-445

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Жулина, Елена Геннадьевна, Нижний Новгород

1. Ишков В. Н. Солнечные геоэффективные явления: как и когда они воздействуют на околоземное космическое пространство.// Солнечно-земная физика, Вып 2., Иркутск, ИСЗФ 2002, С.10.

2. Максимов В. П. Солнечные факторы, определяющие изменения космической погоды, и задачи их прогнозирования.// Солнечно-земная физика, Вып. 2, Иркутск, ИСЗФ 2002, С.13., 7.

3. Иванов К.Г. Солнечные источники межпланетной плазмы на орбите земли.// Геомагнетизм и Аэрономия, Т.36,1996, №2, С.19.

4. Бархатов Н.А., Зырянова М.С., Иванов К.Г., Фридман В.М., Шейнер О.А. Установление солнечных источников геоэффективных возмущений с использованием МГД моделирования. «Геомагнетизм и аэрономия», 2002, Т.42, № 5, С. 594-600

5. Витинский Ю. И. Солнечная активность. М.: Наука, 1969

6. Харгривс Д.К. Верхняя атмосфера и солнечно-земные связи. Введение в физику околоземной космической среды. JL: Гидрометеоиздат., 1982.

7. Хундхаузен А. Расширение короны и солнечный ветер. М., Изд. «Мир», 1976

8. Смольков Г. Л., Фомичев В. В., Снегирев С. Д. Радиоизлучение Солнца и космическая погода// Солнечно-земная физика. Вып. 2., 2002, С.31.

9. Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. Изд. "Наука", М., 1973, 208 стр.

10. Dryer М., Detman T.R., Wu S.T., Han S.M. Three-dimensional, time-dependent MHD simulations of interplanetary plasmoids. //Adv.Space Res., 1989, V.9, N 4, P.475.• ■ !

11. Wu C.-C., Dryer M., Wu S.T. Three-dimensional MHD simulation of interplanetarymagnetic field changes at 1 At) as a consequence of simulated solar flares. Ann. Geophysicae, 1996, V.14, P.383

12. Бархатов H.A., Гольберг К.Ю., Зырянова M.C., Иванов К.Г. Локальное МГД моделирование взаимодействия высокоскоростного потока и медленного солнечного ветра. «Геомагнетизм и аэрономия», 2003, Т.43, №, С. 28

13. Barkhatov N.A., Korolev A.V., Zhulina L.G. ASCERTAINMENT OF CMES INITIAL ARAMETERS BY THE METHOD OF TIME-SPACE ICMES SIMULATION. Geophysical Research Abstracts, V.6, 04766, Geosciences Union, General Assembly 2004, ST5, Nice, France, 25 30 April 2004

14. Бархатов Н.А., Гольберг К.Ю., Громова Л.И., Жулина Е.Г., Левитин А.Е. Определение начальных параметров и геоэффективности солнечных выбросов вещества. Изв.РАН (сер.физ), 2006,70, N 10, С. 1531-1534

15. Бархатов Н. А., Жулина Е.Г., Королев А.В., Рахлин А.В., Шейнер О.А. Проявление геоэффективности CME's в параметрах ионосферы. Тезисы докладов Конф. стран СНГ и

16. Прибалтики "Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", Нижний Новгород, 2-7 июля, 2003 г., С. 176

17. Бархатов Н.А, Жулина Е.Г., Королев А.В., Рахлин А.В., Фридман В.М., Шейнер О.А. Поиск проявлений геоэффективности CMEs. В сб."Солнечно-земная физика", вып.8, Изд. СО РАН, Новосибирск, 2005, С.200-201

18. Миттон С. Дневная звезда. М.: Мир, 1984

19. Гопасюк С.И. Движения плазмы и структура магнитного поля. Вариации глобальных характеристик солнца. Киев: Наукова думка, 1992.

20. Витинский Ю.И., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятно-образовательной деятельности Солнца-М.: Наука, 1986.

21. Сотникова Р.Т., Солнце в рентгеновских лучах// Соросовский образовательный журнал, т.6, №1,2000.

22. Сотникова Р.Т., Москаленко А.В. // Труды VII симпоз. по солнечно-земной физике России и стран СНГ. Троицк, 1999. С. 156

23. Гибсон Э. Спокойное Солнце / Пер. с англ. М.: Мир, 1977.

24. Могилевский Э.И. Фракталы на Солнце. М.: Физмтлит, 2001

25. Черток И.М. Корональные выбросы масс и их роль в космической погоде // Солнечно-земная физика. Вып. 2. (2002) С. 7 9

26. O.C.St.Cyr. Properties of coronal mass ejections: SOHO LASCO observations from January 1996 to June 1998//Journal of Geophysical Research, vol.105, N0.A8, P. 18,169

27. Gosling J.T. The solar flare myth. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. P. 18937

28. Webb D.F., Cliver E.W., Crooker N.U., St.Cyr O.C., Thompson B.J. Relationship of halo coronal mass ejections, magnetic clouds, and magnetic storms. // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 7491

29. Гальперин Ю.И., Дмитриев А.В. Влияние космической погоды на безопасность авиа космических полетов// обзорный доклад, http://www.kosmofizika.ru/pdf/spwtr.pdf.

30. Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. 4.1,2 М.: Мир, 1974,444 с.

31. Паркер Е.Н. Динамические процессы в межпланетной среде / Пер. с англ. М.: Мир, 1965.

32. A. Gonzalez-Esparza, A. Santill, and J. Ferrer A numerical study of the interaction between two ejecta in the interplanetary medium: one- and two-dimensional hydrodynamic simulations. Ann. Geoph. (2004) 22: 3741-3749

33. Пудовкин М.И. Солнечный ветер // Соросовский образовательный журнал, 1996, №.12.

34. Хвиюзова Т.А. Солнечные источники и типы потоков солнечного ветра// Физика околоземного космического пространства, т.2, Апатиты, 2000.

35. Коваленко В.А. Солнечный ветер. М.: Наука, 1983

36. Иванов К.Г., Ромашец Е.П. Некоторые типичные и необычные явления солнечо-земной физики в январе-июне 1999 // Геомагнетизм и аэрономиия, 2000, Т. 40, №5., С. 15.

37. Sheeley, N. R., Jr., R. A. Howard, М. J. Koomen, D. M. Michels, R.Schwenn, К. H. Muhlhauser, and H. Rosenbauer, Coronal mass ejections and interplanetary shocks, J. Geophys. Res., 90,163,1985

38. Harrison, R. A. Solar coronal mass ejections and flares, Astron. Astrophys.,162, 283— 291, 1986

39. Gold, Т., Discussion of shock waves and rarefied gases, in Gas Dynamics of Cosmic Clouds, IAU Symp., no. 2, edited by H. C. van de Hulst and J. M. Burgers, p. 103, North-Holland, New York, 1955.

40. V. Bothmer and R. Schwenn. The structure and origin of magnetic clouds in the solar wind, Ann. Geophysicae 16,1-24,1998

41. Gosling J.T. Coronal mass ejections and magnetic flux ropes in interplanetary space, in physics of Magnetic Flux ropes, Geophys. Monogr. Ser., vol.58, p.343-364,1990

42. Gosling J.T., D.J. McComas. Field line draping about fast coronal mass ejecta: A source of strong out-of-the-ecliptic interplanetary magnetic fields, Geophys.Res.Lett, V.14, P. 355-358, 1987

43. Burlaga, L. F. A magnetic cloud, in Physics of the Inner Heliospere II edited by R. Schwenn and E.March, 21, P. 1-22, Sprinder-Verlag, New York, 1991

44. Klein, L. W., and Burlaga L. F. Interplanetary magnetic clouds at 1 AU// J. Geophys. Res., 87,613-624,1982

45. Burlaga, L. F., L. W. Klein, N. R. Sheeley Jr., D. J. Michels, R. A. Howard, M. J. Koomen, R. Schwenn, and H. Rosenbauer, A magnetic cloud and a coronal mass ejection, Geophys. Res. Lett., 9,1317,1982

46. Hundhausen, A. J., Coronal Expansion and Solar Wind, Springer-Verlag, New York, 1972

47. N. R. Sheeley Jr., W. N. Hakala, Y.-M. Wang. Detection of coronal mass ejection associated shock waves in the outer corona. Journal of Geophysical Research, vol. 105, no. A3, pages 5081 -5092,1985

48. Пудовкин М.И., Распопов ОМ., Клейменова НТ. Возмущения электромагнитного поля Земли. Л.: Иэд-во ЛГУ,1976. 247 с.

49. Пудовкин М.И., Семенов B.C. Теория пересоединения и взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли. М., 1985.

50. Исаев С. И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1972,244 с.

51. Исаев С. И. Морфология полярных сияний. Изд. "Наука", Ленингр. отд., Л., 1968, 168 с.

52. Григоров Н.Л. Электроны высоких энергий в окрестности Земли, Изд. «Наука», М., 1985,120 с.

53. Яновский Б. Земной магнетизм. Л.: Иэд-во ЛГУ, 1968.258 с.

54. Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. М.: Изд. «Наука», 1975

55. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986, 736 с.

56. Linker J.A., Mikic Z., Schnack D.D. Global coronal modeling and Space Weather prediction. // Astronomical Society of the Pacific (conference series). 2002, V.25, P.208

57. Бархатов H.A., Королев A.B., Застенкер Г.Н., Рязанцева М.О., Далин П.А. МГД моделирование динамики резких возмущений межпланетной среды в сравнении с наблюдениями на космических аппаратах. // Космические исследования, 2003 Т.41, N 6, С.563

58. James Chen, Jonathan Krall. Acceleration of coronal mass ejections. Journal of Geophysical Research, vol. 108, no. A11,1410, doi: 10.1029/2003JA00984965. nssdca.gsfs.nasa.gov66. http://lasco-www.nrl.navy.mil/cmeclass.html

59. Watari S., Vandas M., Watanabe T. Formation of a strong southward IMF near the solar maximum of cycle 23. Ann. Geophysicae, 2004, V. 22, P. 673-68768. http://plato.wdcb.ru/spidr

60. Установление начальных параметров CMEs методом пространственно-временного моделирования./ Бархатов Н.А, Жулина Е.Г., Королев А.В.// Новосибирск, Изд. СО РАН, 2005, вып.8, С.197-199

61. Куликовский Ф.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика. М.:Наука, 1962. 246с.

62. Бархатов Н.А., Беллюстин Н.С., Бужере Ж.-Jl., CiaxapoB С.Ю., Токарев Ю.В. Влияние магнитного поля солнечного ветра на турбулентность переходной области за отошедшей ударной волной. Известия ВУЗов "Радиофизика", 2001, Т.44, N 12, С.993

63. Gleaves D. G., Southwood D. J. Magnetohydrodynamic fluctuations in the Earth's magnetosheath at 1500 LT:ISEE 1 and ISEE 2. J. Geophys. Res., 1991. V.96. N A1. P. 129

64. Shevyrev N.N., Zastenker G.N. Some features of the plasma flou in the magnetosheath behind quasi-parallel and quasi-perpendikular bow shocks//Planet. Space Sci. 2005.V.53. P.95

65. Бархатов H.A., Пронин H.H. Преобразование низкочастотных волн на стационарной структуре ударного фронта. // Геомагнетизм и аэрономия, 1998, Т.38, N1, С.146.

66. Бархатов Н.А.Затухание ультранизкочастотных волн в переходной области. Геомагнетизм и аэрономия. 1982, Т.22. С.819

67. Бархатов Н.А., Беллюстин Н.С. Динамика ультранизкочастотных волн в переходной области. // Геомагнетизм и аэрономия, 1998, Т.38, N 1, С.29.

68. Вайнштейн С.И., Быков A.M., Топтыгин И.М. Турбулентность, токовые слои и ударные волны в космической плазме. М.: Наука, 1989,311с.

69. Ахиезер А.И, Ахиезер И.А., Половин О.В. и др. Электродинамика плазмы/ Под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1974,720с.

70. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.Электродинамика сплошных сред. М.: "Наука". 1982, 622 с.

71. Колмогоров А.Н. Локальные свойства турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // ДАН СССР.1965, Т.30. С.1385

72. Ирошников Р.С. О турбулентности проводящей жидкости в сильном магнитном поле // Астрономический журнал. 1963, Т.40. С.742

73. Kraichnan R.H. Inertial range spectrum of hydromagnetic turbulence, Phys. Fluids, 1965, V.8, P.1385

74. Токарев Ю.В., Кайзер М.Л., Белов Ю.И., Бойко Г.Н., Муравьева Н.В. Мелкомасштабная турбулентность в районе земной ударной волны в минимуме солнечной активности. Астрономический Вестник. 2000. Т.34. N2. С. 143

75. М. A. Coplan, F. Ipavich, J. King, К. W. Ogilvie, D. A. Roberts, and A. J. Lazarus Correlation of solar wind parameters between SOHO and Wind. JOURNAL OF

76. GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 106, NO. A9, PAGES 18,615-18,624, SEPTEMBER 1, 2001

77. Barkhatov N.A., Fridman V.M., Korolev A.V., Rakhlin A.V., Sheiner O.A., Zhulina L.G. The search of CMEs geoeffectivity parameters. Abstracts of 35th COSPAR SCIENTIFIC ASSEMBLY PARIS,FRANCE, 18-25 JULY 2004. Session D2.5/E3.5, A-02638

78. Gopalswamy Nat, Lara Alejandro, Yashiro Seiji, Kaiser M.L., Howard R.A Predicting the 1-AU arrival times of coronal mass ejections. //J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 29207.

79. Tsurutani B.T., Gonzalez W.D., Gonzalez Alicia, Tang Frances, Arballo J.K., Okada Masaki. Interplanetary origin of geomagnetic activity in the declining phase of the solar cycle. // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. № A11. P. 21717.

80. Lyatsky W. and Tan A. Solar wind disturbances responsible for geomagnetic storms. // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A3.1134. 10.1029/2001JA005057

81. Leamon Robert J., Canfield Richard C., Pevtsov Alexei A. Properties of magnetic clouds and geomagnetic storms associated with eruption of coronal sigmoids. // J. Geophys. Res. 2002. V.107. № A9. 1234. 10.1029/2001JA000313.

82. Sheiner O.A., Fridman V.F., Krupenya N.D., Mityakova E.E., Rakhlin A.V., Effect of solar activity on the Earth's environment. Proc. "SOLSPA: The Second Solar Cycle and Space Weather Euroconference ". Vico Equense. Italy. September. 2001, P. 479.

83. Chertok I.M. // J.Moscow Phys.Soc., 1997, V.7, P. 31

84. Reames D. // Space Sci. Rev., 1999, V.90, P. 413

85. Feldstein Y.I., Dremukhina L.A., Levitin A.E., Mall U., Alexeev I.I., Kalegaev V.V. Energetic of the magnetosphere during the magnetic storm. // J. Atm. Solar-Terrestr. Phys. 2003. V. 65. N 4. P.429

Информация о работе

Жулина, Елена Геннадьевна
кандидата физико-математических наук
Нижний Новгород, 2007
ВАК 25.00.29

Диссертация

Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы