Геомагнитные Рс3-4 пульсации в полярной шапке

Чугунова, Ольга Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геомагнитные Рс3-4 пульсации в полярной шапке
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Геомагнитные Рс3-4 пульсации в полярной шапке"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю. ШМИДТА

На правах рукописи УДК 550.385.37

ЧУГУНОВА Ольга Михайловна

ГЕОМАГНИТНЫЕ РСЗ-4 ПУЛЬСАЦИИ В ПОЛЯРНОЙ ШАПКЕ

Специальность: 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2006

Работа выполнена в Институте физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Пилипенко В.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Фейгин Ф.З.

кандидат физико-математических наук Петров В.Г.

Ведущая организация: Институт солнечно-земной физики СО РАН

(Иркутск, ИСЗФ СО РАН)

Защита состоится _ноября 2006 г. в 12 часов на заседании

диссертационного совета К 002.001.02 ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН по адресу: 123995, Москва, Б. Грузинская ул., 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН.

Автореферат разослан _октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук Э. А. Боярский

I. Общая характеристика работы Актуальность диссертационного исследования В диссертации исследуются геомагнитные пульсации частотного диапазона РсЗ-4 (периоды от 10 до 150 с) в полярной шапке Антарктики. Общенаучное значение изучения геомагнитных пульсаций определяется тем фактом, что эти волны возбуждаются в результате неустойчивостей плазмы1 в околоземном пространстве. Исследуя пульсации, которые несут информацию о процессах в магнитосфере, ионосфере и солнечном ветре, можно изучать свойства плазмы в условиях, недостижимых на Земле, но характерных для ближнего космоса. Так, измерения параметров пульсаций диапазона РсЗ-4 на средних широтах оказались надежным средством для диагностики плотности магнитосферной плазмы.

В работе изучаются пульсации на высоких широтах - от авроральных до близких к геомагнитному полюсу. Высокие широты очень важны для солнечно-земной физики, так как в силу особенностей топологии околоземного магнитного поля эти широты геомагнитно сопряжены с пограничными областями и хвостом магнитосферы, где происходят основные процессы взаимодействия солнечного ветра (СВ) и межпланетного магнитного поля (ММП) с магнитным полем Земли. Эти процессы носят нестационарный и турбулентный характер, а существование естественных

магнитогидродинамических резонаторов и волноводов в околоземной плазме приводит к квазипериодическому отклику на такое воздействие. Этот отклик формируется в диапазоне ультра-

низкочастотных (УНЧ) волн (периоды от 0.2 до 600 с), в который входят и РсЗ-4 пульсации. Поэтому на высоких широтах УНЧ волны в целом, и РсЗ-4 пульсации в частности, оказываются индикаторами влияния ММП и СВ на магнитосферу Земли.

До недавнего времени из-за тяжелых климатических условий в полярных шапках не проводилось регулярных геофизических измерений. Только в последнее десятилетие, благодаря созданию систем сбора информации, способных работать в автономном режиме цифровой регистрации в условиях Арктики и Антарктики, стали доступны данные длительных геомагнитных наблюдений в этих районах. Из-за преобладавшего мнения, что область полярной шапки является, по сравнению с авроральной областью или областью каспа, в геофизическом смысле «тихим» местом, морфологические свойства УНЧ волн на очень высоких широтах оставались весьма слабо изученными. Поэтому представляется важным исследовать характеристики РсЗ-4 пульсаций в области высоких широт Антарктики.

Целью исследования является установление морфологических свойств РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке Антарктики и определение возможных физических механизмов их генерации;

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Изучить на отдельных примерах пространственные, частотные и поляризационные свойства пульсаций диапазона РсЗ-4 в полярной шапке Антарктики;

2. Основываясь на исследовании отдельных случаев, разработать методику, позволяющую автоматически отделять пульсации от геомагнитного шума, определять параметры пульсаций и создавать базы данных пульсаций и шума;

3. С использованием полученных баз данных на статистическом уровне изучить на широтах от авроральных до приполюсных морфологические свойства РсЗ и Рс4 пульсаций, их взаимосвязи с параметрами ММП и СВ и с развитием суббури;

4. Исследовать данные синхронной регистрации РсЗ-4 пульсаций на антарктических станциях и в магнитосфере на спутниках CLUSTER;

Информационная база исследования включает многолетние данные геомагнитных вариаций, зарегистрированных цифровыми индукционными магнитометрами на сети антарктических станций. Карта с указанием станций приведена на рис. 1, координаты станций даны в таблице ниже. Были привлечены данные магнитометров и плазменных детекторов на спутниках CLUSTER, WIND и АСЕ. При анализе данных применялись расчетные модели магнитного поля магнитосферы Цыганенко-96 (Т-96) и ионосферы Земли IRI-90.

Рис. 1. Карта с указанием станций, данные которых были привлечены в диссертации. Сплошные линии относятся к геомагнитной системе координат, штриховые — к географической

А80 РЗ БРА МсМ Р4 СБУ Р 6 Р5 БМС

-66° -72° -74° -79° -80° -81° -85° -87° -89°

28° 40° 18° 327° 42° 157° 215° 30° 55°

Таблица исправленных геомагнитных координат станций. Первая строка - название станций, вторая — широта, третья — долгота

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые экспериментально доказано существование квазимонохроматических пульсаций диапазона РсЗ-4 в полярной шапке, в области проекций открытых силовых линий;

— предложена новая методика, автоматически осуществляющая: (а) разделение волновых пакетов (пульсаций) и шумов; (б) параметризацию пульсаций как характеристиками самого волнового пакета, так и параметрами СВ и ММП, сопровождающих волновой пакет; (в) создание баз данных пульсаций и шума;

— выявлены основные морфологические свойства РсЗ (периоды 10— 45 с) и Рс4 (периоды 45—150 с) пульсаций на широтах от аврора-льных до приполюсных и установлено, что по ряду морфологических признаков РсЗ и Рс4 вблизи полюса отличаются от пульсаций этих же диапазонов на более низких широтах; анализ морфологических свойств РсЗ-4 пульсаций выявил дополнительный канал распространения волновой энергии в высокие широты — проникновение через доли хвоста и мантию магнитосферы;

- впервые на статистически значимом уровне установлена зависимость вероятности возбуждения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций от параметров СВ и ММП. Сделан вывод, что первичные источники пульсаций диапазонов РсЗ и Рс4 разные, но для каждого диапазона этот источник один на всех исследуемых широтах: приведены доказательства в пользу гипотезы о том, что источник РсЗ пульсаций — турбулентная область перед квазипараллельной

магнитосферной отошедшей ударной волной, в то время как Рс4 пульсации генерируются внутримагнитосферными процессами и развитием неустойчивости Кельвина-Гемгольтца.

— сопоставление спутниковых и наземных РсЗ-4 пульсаций позволило впервые указать на возможность трансформации магнитозвуковых колебаний в альвеновские волны в области незамкнутых силовых линий.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что оно доказало существование квазимонохроматических пульсаций диапазона РсЗ-4 в области открытых силовых линий геомагнитного поля, где классическая теория возбуждения геомагнитных пульсаций -резонанс альвеновских колебаний на замкнутых силовых линиях - не применима. Таким образом, обнаружено физическое явление, не укладывающееся в рамки современных научных представлений.

Практическая значимость работысостоит в том, что:

— разработан пакет программ в среде МАТЬАВ для автоматического разделения во временных рядах шумов и сигналов, определения параметров сигналов и их статистического анализа; данный пакет может быть использован в других областях геофизики;

— созданные базы данных РсЗ и Рс4 пульсаций и шумов за 1996-2000 гг. в Антарктике могут применяться в исследованиях геомагнитной активности в высоких широтах;

Достоверность результатов подтверждается тем, что они получены на очень большом статистическом материале с размером выборок от 103 до 105 событий при обработке значительного объема

данных — 10 станций за 1996-2001 гг. Надежное определение закономерностей обусловлено также использованием современных методов исследования: вейвлет-анализ, спектральный, поляризационный и регрессионный анализы; оценкой достоверности закономерностей с помощью статистических тестов, а также применением современных численных моделей.

Личный вклад автора. Автору принадлежат: обработка первичных данных, заключающаяся в приведении к одному формату данных разных станций и разных лет; разработка методики автоматического разделения геомагнитных пульсаций и шумов; разработка программного обеспечения; адаптация для геомагнитных данных статистических тестов и методов; анализ и интерпретация результатов.

Основные результаты работы были представлены:

• на 4-й (2002 г) и 6-й (2006 г) международных конференциях «Проблемы Геокосмоса» (Санкт-Петербург);

• на 26-ом (2003 г) и 29-ом (2006 г) ежегодных семинарах «Физика авроральных явлений» (Апатиты);

• на конференции «Авроральные явления и солнечно-земные связи» (Москва, 2003 г);

• на 24-й конференции Международного Союза Геодезии и Геофизики (ПЮО) (Япония, 2003 г);

• на совместной конференции Европейского Геофизического Общества (ЕвБ) и Американского Геофизического Союза (АСи) (Франция, 2003 г);

• на 7-й международной конференции по суббурям (Финляндия, 2004 г);

• на международной конференции по физике солнечно-земных связей (Иркутск, 2004 г).

По теме диссертации опубликовано 8 работ и 4 приняты к печати.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы из 130 наименований, содержит 129 страниц (включая 47 рисунков, 4 таблицы).

Краткое содержание работы

Во Введении сформулированы актуальность и цель исследования, дана общая характеристика работы, указано, в чем состоит новизна результатов.

В первой главе приведены характеристики международной сети антарктических магнитных станций, дан обзор современных знаний о морфологических свойствах РсЗ-4 пульсаций на низких, средних и высоких широтах и о процессах генерации и распространения РсЗ-4 волн в магнитосфере. Здесь же рассмотрены работы, посвященные связи РсЗ-4 пульсаций с суббурями и межпланетной средой, и обсуждаются современные методы исследования пульсаций. На основании изложенных сведений сформулированы задачи работы.

Вторая глава посвящена исследованию характерных случаев наблюдения узкополосных РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке. Рассмотрены примеры квазимонохроматических пульсаций диапазона РсЗ-4 по данным трансантарктического профиля станций, проходящего от геомагнитной широты Ф -72° до -87°. Описаны случаи наблюдения пульсаций РсЗ-4 одновременно на Земле в полярной шапке и на спутнике CLUSTER. Предложена физическая модель для интерпретации этих наблюдений.

В § 2.1 исследуются амплитудные, частотные и поляризационные свойства РсЗ-4 пульсаций. Приведенные примеры доказывают существование квазимонохроматических волн в области проекций незамкнутых силовых линий, где современная теория возбуждения пульсаций не предсказывает их возникновения. Эти волны преимущественно регистрируются в ранние утренние часы (03-05 MLT). Показано, что РсЗ-4 пульсации вблизи полюса не являются высокоширотным продолжением РсЗ-4 активности из более низких (авроральных или касповых) широт. Выявлены отличия утренних полярных РсЗ-4 от уже известных околополуденных «касповых» РсЗ-4: для последних характерено соотношение горизонтальных компонент D ^ Н, а для первых указанные зависимости обратные. Различие в соотношениях между Н и D компонентами свидетельствует о различии пространственных структур этих колебаний — раннеутренние колебания с Н» D имеют большие масштабы в азимутальном направлении, в то время как околополуденные колебания с D > Н сравнительно мелкомасштабны.

Высказана гипотеза, что РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке

обусловлены наличием дополнительного канала проникновения турбулентности и волн из форшоковой области в магнитосферу Земли (см. рис. 2) — через доли хвоста и мантию магнитосферы. Анализ зарегистрированных событий показал, что околополуденные РсЗ-4 пульсации, обусловленные каналом проникновения в области каспа, наиболее вероятны на широте Ф= —72°, и наблюдаются до широт Ф= -80°. Полярные раннеутренние РсЗ-4 пульсации, проникающие, по-

видимому, через мантию или доли хвоста, регистрируются на Ф от -80° до -87°.

Рис. 2. Схематичная картина каналов проникновения к Земле волн и турбулентности из форшоковой области. Проникновение возможно через: (1) экваториальную магнитосферу, (2) область каспа, (3) мантию и (4) доли хвоста магнитосферы

В § 2.4 приведены примеры одновременных колебаний РсЗ-4 на антарктических станциях в полярной шапке и на магнитосферном спутнике CLUSTER 1, находившемся над южной полярной шапкой в силовой трубке, геомагнитно-сопряженной с этими станциями. На рис. 3 представлен один из примеров одновременного наблюдения РсЗ-4 пульсаций вблизи полюса (ст. DMC, Ф= -89°) и на CLUSTER 1 с 01.20 по 02.20 UT 22.11.2003. Данные спутникового магнитометра

:г нояБр« 2ооз

1.2 F-1-1-1-!-1-=

ор^ДууА

Вт (иТл)

CLUSTER 1 Bj (кТл)

Рис. 3. Магнитограммы за 22.11.2003: Н компонента на ст. DMC, By и Bz компоненты на спутнике CLUSTER 1

были преобразованы в систему координат, ориентированную по локальному геомагнитному полю. Колебания с частотой ~ 30 мГц наблюдаются в магнитосфере только в Bz компоненте. Такая поляризация соответствует магнитозвуковой (compressional) моде. Этот пример показывает, что магнитозвуковые волны в области открытых силовых линий трансформируются в направляемые вдоль поля колебания, достигающие высокоширотной ионосферы. Предложен возможный механизм конверсии колебаний. В классической модели альвеновского резонанса генерация направляемых волн происходит при резонансной трансформации

возмущений магнитозвукового типа в стоячую альвеновскую волну в поперечно неоднородной плазме. В предлагаемой модели трансформация волн происходит в области синхронизации, где продольные компоненты волновых векторов магнитозвуковой и альвеновской мод сближаются. Распространяющиеся магнитозвуковые волны преобразуются в бегущие альвеновские на открытых силовых линиях вследствие гиротропии плазмы, а эффективность трансформации определяется продольной неоднородностью плазмы. Эффективность конверсии волн зависит от частоты и достигает 40-50%.

Во третьей главе изложена разработанная автором методика автоматического выделения волновых пакетов (пульсаций) из данных вариаций геомагнитного поля с последующим определением параметров волновых пакетов и соответствующих им значений параметров СВ и ММП. Используя полученные по этой методике базы данных, проводится анализ морфологических свойств РсЗ и Рс4 пульсаций. Рассмотрена связь волновой активности диапазона Рс2-5 на высоких широтах с суббурями.

Автоматический поиск волновых пакетов начинается с построения динамических спектров по данным компонент геомагнитного поля. Спектры строятся отдельно для ночных и дневных часов, чтобы учесть различие в их интенсивностях. Из статических спектров временных окон, составляющих динамический спектр, вычитаются спектральные плотности ниже фонового уровня - кривой, отделяющей сигнал от шума. Таким образом, получается

обесшумленный динамический спектр. Фоновый уровень представляет собой сильно сглаженный статический спектр и рассчитывается как аппроксимирующая составляющая, полученная при разложении вейвлетом Дебеши статического спектра на аппроксимирующие и детализирующие компоненты.

Чтобы выделить пульсации с высокой спектральной плотностью за весь дневной (ночной) период, вычисляется уровень дискриминации, равный сумме среднего значения в обесшумленном динамическом спектре и трех стандартных отклонений. Этот уровень вычитается из обесшумленного динамического спектра, и спектр преобразуется в бинарную матрицу путем приравнивания к нулю спектральных плотностей меньше нуля и приравнивания к единице спектральных плотностей больше нуля. В матрице для каждой группы связных (т.е. соседних) между собой ненулевых элементов определяется контур. Самая левая точка контура дает время начала события (волнового ' пакета), самая правая — время конца события. Методика позволяет выделить перекрывающиеся по времени пакеты с разной частотой. Каждый волновой пакет в базе данных характеризуется временем начала, длительностью, частотой, соответствующей максимальному значению спектральной плотности внутри контура и называемой условной частотой, и суммарной спектральной плотностью внутри контура. Частота волнового пакета уточняется: строится спектр мощности на интервале длительности волнового пакета, определяется максимум в этом спектре и соответствующая ему частота и ширина полосы пика. Спектральные плотности ниже фонового уровня и

уровня дискриминации суммируются по частоте в каждом временном окне для получения энергии шума и заносятся в базу данных шума.

В базу данных пульсаций входят также все значения компонент ММП, радиальной скорости СВ и его плотности во время каждого волнового пакета. Параметры ММП и СВ выбираются из одноминутной базы данных спутника WIND, при этом все значения сдвигаются по алгоритму Weimer на время кинематической задержки прихода СВ к ударной волне. Так как длительность волнового пакета не менее 9 минут (размер временного окна динамического спектра), то каждый волновой пакет характеризуется не менее чем 9 значениями параметров ММП и СВ.

Используя полученные базы данных в §§ с 3.2 по 3.5 проводятся статистические исследования морфологических свойств пульсаций диапазонов РсЗ и Рс4 на широтах от авроральных до приполюсных, вдоль меридионального профиля, образуемого станциями А80, РЗ, Р4, Р5 и Р6. Было установлено:

1. Существуют морфологические признаки, по которым пульсации РсЗ, и в меньшей степени пульсации Рс4, вблизи полюса (Ф= -87°) отличаются от пульсаций этих диапазонов на более низких широтах Антарктики:

- Среднечасовая энергия РсЗ и Рс4 пульсаций на приполюсных широтах (Ф= -87°) в суточном ходе имеет максимум в ранние утренние часы (03-05 МЬТ), который не наблюдается на более низких

.л

широтах (Ф от —85° до -72°). На рис. 4 показаны суточные вариации среднечасовой энергии ¡V пульсаций РсЗ и Рс4 по данным, усредненным за январь-март '1997 года. Указанй максимумы, характерные для РсЗ и Рс4 в высоких широтах и обусловленные: (1)

РЗ Р4 Р5 ре

Рис. 4. Суточные вариации среднечасовой энергии Ж пульсаций на ст. РЗ, Р4, Р5 и Р6 (под названием станции - геомагнитные широты). Для РсЗ вариации показаны жирной линией, для Рс4 — тонкой. Цифрами обозначены максимумы в суточном ходе: 1 -раннеутренний, 2 — связанный с ночной авроральной активностью, 3 — утренний, 4 — полуденный

проникновением волн через доли хвоста и мантию магнитосферы; (2) ночной авроральной активностью; (3) проникновением волн через экваториальную магнитосферу (утренний максимум); (4) проникновением к ионосфере волновой активности в области дневных пограничных слоев магнитосферы (полуденный максимум). Существование раннеутреннего (03-05 МЬТ) максимума IV на приполюсных широтах (Ф= -87°) подтверждено исследованиями

вариаций среднечасовой энергии РсЗ и Рс4 по данным, усредненным за 1996-2000 гг.

- Вероятность возникновения узкополосных РсЗ пульсаций только на широте Ф- —87° в суточном ходе имеет максимум в ранние утренние часы (03-05 МЬТ). Узкополосными считались пульсации с отношением частоты волнового пакета ф к ширине спектрального пика (А]) больше 8, т.е. //А/ ^ 8. Пульсации с большей шириной полосы были отнесены к широкополосными.

- Суточный ход отношения спектральной плотности в Н компоненте к спектральной плотности в Б компоненте для РсЗ и Рс4 пульсаций со степенью поляризации не ниже 0.5 на широтах Ф от -80° до -87° имеет максимумы в ранние утренние (03-07 МЬТ) и в послеполуденные (13-18 МЬТ) часы. На более низких широтах эти максимумы отсутствуют.

- Отношение летней (с 1.01 по 9.02) среднечасовой энергии пульсаций РсЗ к зимней (с 29.06 по 18.08) вблизи полюса (Ф= —87°) значительно больше этого отношения на более низких широтах полярной шапки. На широтах Ф= —80° и Ф= —85° это отношение 4.1 и 3.8 соответственно, а на широте Ф= -87° равно 8.2. Таким образом, сезонное уменьшение ионосферной проводимости вблизи полюса сильнее, чем на более низких широтах, влияет на энергию РсЗ.

Еще одно существенное морфологическое различие пульсаций РсЗ вблизи полюса и на более низких широтах установлено в главе 4, но

приводится здесь, для полной характеристики морфологии «полюсных» РсЗ.

— Частота / широкополосных пульсаций РсЗ вблизи полюса (Ф= -87°) не зависит от модуля ММП В в обеих горизонтальных компонентах. На более низких широтах Антарктики в Н и Б компонентах частота широкополосных пульсаций диапазона РсЗ зависит от величины ММП. Вид зависимости линейный: /[мГц] — Ь.[мГц]+2,[мГц/нТп]*В[пТл]. Значения коэффициентов Ли g приведены для разных широт далее, на рис. 6, и с учетом ошибок, совпадают со значениями известными для более низких широт. Регрессионный анализ между значениями / и В показал, что вариации частоты широкополосных РсЗ в обеих горизонтальных компонентах на широтах Ф от -66° до -85° на 55-80% процентов определяются вариациями модуля ММП. На широте Ф= —87° вариации модуля ММП в Н компоненте на 20%, а в Э компоненте на 14% определяют вариации частоты широкополосных РсЗ пульсаций.

2. Существуют морфологические характеристики пульсаций Рс4 и в меньшей степени РсЗ, общие для приполюсных широт и более низких широт Антарктики:

— Среднечасовая энергия пульсаций Рс4 вблизи полюса имеет полуденный максимум в суточном ходе, как у РсЗ-4 пульсаций на более низких широтах, что установлено при исследовании вариаций среднечасовой энергии Рс4 за 1996-2000 гг.

— Отношение летней среднечасовой энергии пульсаций Рс4 к зимней на приполюсных широтах равно 2.3, что совпадает с таковым значением на широтах Ф= —80° и Ф= -85°.

И, как будет установлено в главе 4:

— Частота Рс4 не зависит от напряженности ММП на всех исследуемых широтах.

— Частота узкополосных РсЗ пульсаций на всех исследуемых широтах зависит от напряженности ММП в обеих горизонтальных компонентах. Вид зависимости такой же, как указывалось для широкополосных пульсаций.

3. Энергия пульсаций РсЗ-4 вблизи полюса (Ф= -87°) зависит от ионосферной проводимости.

В § 3.5 рассмотрены сезонные вариации пульсаций на широте Ф= -

".'■с '87°. Среднемесячные вариации в годовом цикле (01.11.199801.11.1999) энергии ¡V пульсаций РсЗ хорошо коррелирует со среднемесячными вариациями педерсеновской проводимости Я, рассчитанной по ионосферной модели Ш1-90. Коэффициент

Рис. 5. Среднемесячные вариации педерсеновской (жирная линия) и холловской (тонкая линия) проводимостей (слева) и энергии V/ Рс4 (в середине) и РсЗ (справа) пульсаций

корреляции Я этих параметров равен 0.96. Для Рс4 пульсаций Я = 0.88 (рис. 5). Отношения средней энергии полярным днем к средней энергии полярной ночью для РсЗ пульсаций 8.2, для шума РсЗ — 2.8, для Рс4 пульсаций и шума — 2.3. Таким образом, сезонное изменение освещенности в полярной шапке, и, следовательно, ионосферной проводимости, сильно влияет на энергию пульсации РсЗ, и слабее (в ~ 3 раза) на энергию шума РсЗ-4 и пульсаций Рс4.

Проводимость ионосферы может влиять на энергию пульсаций двояким образом. С одной стороны, проводимость ионосферных торцов магнитосферного резонатора определяет его добротность для альвеновских колебаний. С другой стороны, проводимость определяет коэффициент прохождения альвеновской волны через ионосферу к земной поверхности. В области полярной шапки магнитосферный резонатор для РсЗ-4 колебаний не реализуется, поэтому следует рассматривать только вторую возможность - изменение амплитуды, проходящих через ионосферу альвеновских колебаний. Количественные оценки коэффициента прохождения падающей альвеновской волны через ионосферу показали, что эффект замирания интенсивности РсЗ-4 колебаний в полярной шапке во время полярной ночи может быть интерпретирован как результат уменьшения ионосферной проводимости. Отличающиеся более чем в 3 раза для РсЗ и Рс4 отношения средней энергии пульсаций полярным днем к средней энергии полярной ночью показывают, что каналы проникновения первичной волновой энергии в полярную ионосферу разные для указанных типов колебаний.

В § 3.6 рассмотрена связь высокоширотной Рс2-5 активности с развитием магнитосферной суббури. Из записей на авроральной ст. РЗ (Ф= —72°) выбирались случаи с резким (> 200 нТл) возмущением магнитного поля в Н компоненте. Показано, что развитие суббури может сопровождаться всплесками волновой активности в широком диапазоне частот {Рс2-Рс5, периоды 5-600 с) и эта активность может распространяется вплоть до геомагнитного полюса. Отмечен случай, когда после брейкапа, на фоне увеличения волновой активности в дневном и ночном секторах, синхронно изменялась мощность на станциях, расположенных по разные стороны от геомагнитного полюса: на широтах Ф= —85°(дневной сектор) и Ф= —87°(ночной сектор). Мощность сигнала с дневной стороны в 50 раз больше чем с ночной. На более низких широтах в ночном секторе (Ф= —80° и Ф= —72°) синхронного (с дневной стороной) изменения мощности не наблюдается. Этот пример свидетельствует о возможности трансполярного (из дневного сектора в ночной) распространения волн диапазона Рс2-3 (периоды 5-45 с) при суббуре. Показано, что в высоких широтах возможно замирание волновой активности диапазона Рс2-3 на дневной стороне (Ф= —85°) перед началом суббури (за 10 минут) в этих широтах. С ночной стороны на широтах от приполюсных до касповых такого замирания не отмечено. Таким образом, взрывная фаза суббури может влиять на шумы и колебания в области каспа и полярной шапки.

В четвертой главе излагается предложенная автором методика установления связи между вероятностью возникновения пульсаций и

параметрами межпланетной среды. С ее помощью исследовано влияние параметров ММП и СВ на вероятности возбуждения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсации. Для широт полярной шапки выявлена зависимость частоты РсЗ и Рс4 от модуля ММП, аналогичная известной для более низких широт и установлены факторы, влияющие на периодичность изменения волновой энергии в годовом цикле.

В § 4.1 рассмотрена связь частоты/пульсаций РсЗ и Рс4 с модулем В ММП отдельно для широкополосных и узкополосных пульсации. Каждый волновой пакет характеризуется частотой и не менее чем 9 значениями В. Чтобы поставить в соответствие частоте одно значение В, были построены распределения В для всех имеющихся в базе данных частот. Мода каждого распределения соответствовала частоте. На всех панелях рис. 6, где показаны зависимости f пульсаций Н компоненты от В, отчетливо видны два кластера точек. В первом кластере (<20 мГц, диапазон Рс4), частота / не зависит от В (показаны точками), во втором (>20 мГц, диапазон РсЗ) — линейно растет с увеличением В (звездочки). Для второго кластера применялся регрессионный анализ. Зависимость частоты f [мГц] от модуля В[нТл] была принята линейной: f=h+g*B. Большие значения коэффициентов детерминации Я2, показывающие, какая часть вариаций частоты вызывается вариациями модуля ММП, подтверждают гипотезу о зависимости частоты РсЗ от модуля ММП. Эта зависимость меняется от заметной (Я2 > 0.5) до значительной (Я2 > 0.7). Вблизи полюса (Ф= -87°) она значительная (Л2 =0.78) для узкополосных пульсаций.

Узкополосные пульсации

g - 4.710 84 иГч'мТ h - 7.G±4.83 кГц R2 = 0.55

9 - 4.6±0.S5 кГч'нТл h - 6.5±3.29 нГч R2 = 0.72

9 - 5.8+0.69 мГц^иТл h - —0.Э±4.16 иГч R2 « 0.75

Я - 6.4±0.6 мГч'иТл К - —Э.0±4.14 кГц

R2 * 0.76

9 - 4 .41:0 52 кГц/'мТл h • 7. 3±3. 37 кГч R2 = 0.72 .

кГч ВО

А80

-66.4* 20

Широкополосные пульсации

РЗ

40 -71.8*

Р6

9 - 6.6±1 h - —6 . 1± 8 R2 = 0.5S 72 мГч'иТл 99 пГч

g - s.e±o Ь - —0. 3±4 R2 = 0.76 98 кГц/'нТл 89 пГч

■J 9 - 4 . 8±0 h - 3. 9±3 R2 « 0.B1 58 кГч'нТл 41 яГч

♦

9 • 6.643.51 кГц/'мТл h - -3.8±18.04 нГц R2 ■ 0.20

• . _______★ g - 4 . 2±0 h - (.»4 R2= .63 80 кГц/мТл 26 хГч

10 11 12 13 14

В(нТл) В(нТл)

Рис. 6. Зависимости частоты пульсаций/от моды распределения модуля ММП В для ст. А80, РЗ, Р4, Р5 и Р6. Под названием станций указаны геомагнитные широты. На каждой панели даны линии регрессии, построенные по формуле /[мГц] = И[л1Гц]+ %[мГц/нТл]*В [нТл], указаны значения коэффициентов g и h с их стандартными ошибками и коэффициент детерминации линии регрессии — R2

Частота широкополосных пульсаций в обеих горизонтальных компонентах вблизи полюса не связана с модулем ММП (R2 = 0.2 для Н компоненты и R2 = 0.14 для D компоненты). Коэффициенты линии регрессии g и h, с учетом ошибок, совпадают со значениями известными для более низких широт. Таким образом, гипотеза о том, что РсЗ пульсации генерируются в результате циклотронной неустойчивости протонов, отраженных от фронта ударной волны, т.е. гипотеза из которой вытекает линейная связь между/и В, оказалась

верна для РсЗ пульсаций на широтах от авроральных вплоть до полярной шапки и даже для узкополосных РсЗ вблизи полюса. Однако частоты широкополосных пульсаций РсЗ на приполюсных широтах не определяются модулем ММП.

В § 4.2 исследуются вариации энергии пульсаций и шума диапазонов РсЗ и Рс4 вблизи полюса (ст. Р5) в годовом цикле. На ркс. 7 представлены спектры среднесуточных энергий пульсаций диапазона РсЗ — \Vpc3 и Рс4 — \Урс4, шума этих же диапазонов — 11рсз и КрС4 и спектры скорости СВ V и Вг компоненты ММП. Слева даны спектры для дней с освещенной ионосферой (с 30.10.1998 г. по 20.04.1999 г.), справа - для полярной ночи (с 21.04 по 18.08 1999 г). Как спектры \УРс3, \¥Рс4, КРсз и 11рС4, так и спектры V и В г, имеют несколько выраженных спектральных пиков с периодами в 26, 13, 9, 8 и 18 дней. Вариации с периодами 26, 13 и 8-9 дней присутствуют в спектрах скорости СВ и полярности ММП, й обусловлены осевым вращением Солнца. В период с неосвещенной ионосферой в спектрах энергий пульсаций и шума появляется пик в 18 дней, которого нет в спектрах параметров СВ и ММП ни в один из анализируемых периодов.

Период 18 дней входит в диапазон так называемых 16-дневных планетарных волн (периоды 11-21 дней), наиболее часто наблюдаемых зимой. Это позволило высказать предположение, что энергия РсЗ-4 пульсаций и шума в период полярной ночи модулируется вариациями ионосферной проводимости, вызванными планетарными волнами . Приведенные в работе оценки показывают,

Савккриьная Сон», е^.)

р\

!Л! А

У ! N.

50 25 16.6 12.5 10 8.3 7 в™

25 16.6 12.5 10 8.3 7

Рис. 7. Спектры энергий пульсаций РсЗ — "\УРсз и Рс4 — WpC4, шума 11рсз и КРс4, внизу — спектры скорости СВ Ух (сплошная линия) и компоненты ММП В2 (пунктир). Слева спектры для периода с освещенной ионосферой, справа — для полярной ночи. Номера пиков соответствуют периодам в днях: 1 - 26, 2-13,3-9,4-8,5-18

что вариации плотности нижней ионосферы должны сказываться на

амплитуде наземных пульсаций только в условиях плохо проводящей

ионосферы, характерной для периода полярной ночи.

В § 4.3 описывается разработанная соискателем методика

установления связи между вероятностью появления (в дальнейшем —

просто вероятность) пульсаций и параметрами межпланетной среды.

Отличие этой методики от обычно применяемых в том, что она

позволяет сделать выводы с указанием уровня достоверности. Мы

сделали допущение, что все параметры ММП и СВ статистически

независимы, хотя внутренние взаимосвязи параметров могут приводить к тому, что зависимость появления пульсаций от какого-то параметра может быть проявлением зависимости от другого параметра.

По предлагаемой методике сопоставляются два вида распределений исследуемого параметра: (а) выборочное распределение, в которое входят значения параметра за те отрезки времени исследуемого периода, когда на станции наблюдались пульсации и (б) генеральная совокупность — все зарегистрированные за исследуемый период значения параметра. Если выборочное распределение и генеральная совокупность совпадают, то вероятность пульсаций не зависит от этого параметра. Если же равенства нет, то, исследуя, на каких интервалах выборочное распределение (Р), отличается от генерального (Ро), можно установить, какие интервалы параметра благоприятны для возникновения пульсаций, а какие — нет.

Для проверки гипотезы о равенстве распределений применялся критерий согласия Колмогорова-Смирнова. Все пары распределений генеральное-выборочное с достоверностью 0.99 оказались неравными. Проверка гипотезы о равенстве долей интервала в двух распределениях позволила с достоверностью 0.95 установить интервалы параметров ММП и СВ, при которых уменьшается (или увеличивается) вероятность появления пульсаций. Исследовались параметры: модуль ММП В, вертикальная составляющая

ММП Вт, конусный угол ММП 6 — соЪ~1(ВХ / \ В |), часовой угол ММП ф — tg~1{BY /В2), радиальная скорость V и плотность N СВ. На рис. 8

представлены диаграммы, отображающие влияние ММП и СВ на вероятность РсЗ и Рс4 вблизи полюса. Для других широт диаграммы, в целом, подобны, за исключением зависимости от ф для РсЗ. На интервалах, где различие между генеральным и выборочным

Р/Р0 2

Р0/Р 3

Р/Р0 2

Р0/Р 3

0 5 10 0 90 180 -10 0 10 200 400 600 800 0 10 20 30 В(нТп) е (градусы) В^нТл) Vx(km/c) N(4acr./cM3)

Рис.8. Диаграммы влияния параметров ММП и СВ на пульсации РсЗ (вверху) и Рс4 (внизу) вблизи полюса. По оси Y отложены: от 1 вверх — отношение Р/Ро, показывающее во сколько раз вероятность пульсаций выше среднестатистической, от 1 вниз — отношение PJP, показывающее во сколько раз вероятность ниже среднестатистической. По оси X отложены интервалы параметров ММП и СВ

Р5 f86.7')

Зп-!-! 3

3 J

Ь 2 i _ к. _ 1 z. 1 _ J ■л 1

г ' 1 1 i 1 о 2 1"

2 3 3 - 3 3

распределениями не установлено с достоверностью 0.95, отношение вероятностей не показано. Для всех исследуемых широт — от авроральных до приполюсных, можно сделать следующие выводы:

— Зависимости вероятности появления пульсаций от модуля и ориентации ММП, от плотности и скорости СВ существенно различаются для РсЗ и Рс4, что указывает на разные физические механизмы их генерации.

— Конусный угол ММП в сильно влияет на вероятность РсЗ: она увеличивается при малых, но ненулевых, углах в -30° и 0 -150°. На Рс4 конусный угол ММП влияет значительно слабее, увеличивая число пульсаций при больших значениях в ~90° и при в ~0°. Зависимости вероятности РсЗ пульсаций от в согласуется с гипотезой о турбулентной области перед квазипараллельной магнитосферной отошедшей ударной волной как источнике этих пульсаций;

— Модуль ММП В сильно влияет на появление РсЗ. Вероятность РсЗ при любых В, за исключением отрезка 4-6 нТл, ниже среднестатистической. Это, на наш взгляд, связано с тем, что колебания «уходят» по частоте из диапазона РсЗ, как предсказывает уравнение линейной связи между частотой пульсаций и величиной ММП: /=/г +g*B, где ^=3-8 мГц/нТл и Л от -10 до -1 мГц по данным разных авторов. Это уравнение получено исходя из гипотезы о том, что РсЗ пульсации генерируются в результате циклотронной неустойчивости протонов, отраженных от фронта ударной волны. Обнаруженная зависимость вероятности возникновения РсЗ от В и представленные в § 4.1 зависимости / от В (рис. 6), согласуется с

этими представлениями. На пульсации Рс4 величина ММП оказывает слабое, по сравнению с РсЗ, влияние, что позволяет сделать вывод о том, что Рс4 пульсации генерируются другим механизмом.

— Вероятность Рс4 возрастает при увеличении южной компоненты Bz, а РсЗ - падает. Таким образом, генерация Рс4 связана с общей активизацией магнитосферы при росте южной компоненты Bz.

— Увеличение вероятности Рс4 при больших (>600 км/с) значениях скорости СВ может быть связано с усилением неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и ее перехода в режим сверх-отражения. Вероятность РсЗ пульсаций не возрастает при таких скоростях, что указывает на отсутствие связи между возникновением РсЗ и неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца.

— Впервые обнаружено (на рис. 8 не показано), что зависимость вероятности появления Рс4 от часового угла ММП одинакова в областях проекций замкнутых (ст. РЗ, Ф= —72° и ст. А80, Ф= -66°) и открытых силовых линий (ст. Р6, Ф= -85° и ст. Р5, Ф= -87°), а для РсЗ она различна. В области проекций закрытых силовых линий вероятность РсЗ растет при Bz<0 и Ву>0 (условие, при котором наблюдается сдвиг каспа на утреннюю сторону) и при Ву<0 и Bz>0 (что характерно для образования низкоширотного пограничного плазменного слоя), а в области проекций открытых силовых линий — при Ву<0 и Bz<0 (что приводит к образованию высокоширотного пограничного плазменного слоя). Максимум вероятности Рс4 в высоких широтах достигается при Bz<0 и \By\«\Bz\.

В заключении сформулированы основные результаты исследования,

выносимые на защиту:

1. Экспериментально доказано существование квазимонохроматических пульсаций РсЗ-4 в полярной шапке, в области открытых силовых линий.

2. Статистически достоверно установлена зависимость вероятности возникновения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций от параметров СВ и ММП, свидетельствующая в пользу гипотез, о том, что: (1) источник РсЗ пульсаций — турбулентная область перед квазипараллельной магнитосферной отошедшей ударной волной, и (2) генерация Рс4 пульсаций стимулируется внутримагнитосферными процессами и развитием неустойчивости Кельвина-Гемгольтца.

3. Установлено, что механизм распространения РсЗ-4 волн из солнечного ветра в полярную шапку отличается от того, который существует на более низких широтах. Предложен вероятный канал распространения — через доли хвоста и мантии магнитосферы.

4. Экспериментально показана возможность трансформации магни-тозвуковых колебаний диапазона РсЗ-4 в области открытых силовых линий в направляемые вдоль геомагнитного поля волны, достигающие полярной ионосферы.

5. Показано, что интенсивность РсЗ-4 волн в полярной шапке зависит от ионосферной проводимости, что обуславливает резкое ослабление волн в период полярной ночи.

6. Обнаружено, что в полярной шапке при освещенной ионосфере волновая энергия диапазона РсЗ-4 испытывает колебания с периодами, характерными для вариаций скорости СВ и полярности ММП. Впервые установлено, что полярной ночью волновая энергия диапазона РсЗ-4 имеет периодичность в 18 дней. Предположительно, она связана с колебаниями ионосферной проводимости, вызванными планетарными волнами.

Основное содержание диссертации опубликовано в 12 работах:

1. Chugunova О.М., Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Fukunishi H. РсЗ pulsations deep in the polar cap: A study using Antarctic search-coil magnetometers // Proc. of 4-th International Conference "Problems of Geocosmos", St-Petersburg, P. 111-115. 2002.

2. Chugunova O.M., Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Rodger A. Pc3-4 pulsations in the polar cap // Proc. of the 26-th annual seminar „Physics of auroral phenomena", Apatity, P. 103-107. 2003.

3. Чугунова O.M., Пилипенко B.A., Энгебретсон M. Появление квазимонохроматических РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 1. С. 47-54. 2004.

4. Chugunova О., Pilipenko V., Engebretson М., Rodger A. Coupling between substorms and ULF disturbances at polar latitudes // «Substroms-7. Proc. of 7-th International Conference on Substorms", ed. N. Gannushkina and T. Pulkkinen, Helsinki, P. 115-118. 2004.

5. Pilipenko V.A., YagoVa N.V., Chugunova O.M., Engebretson M.J., Rodger A., Lanzerotti L. ULF waves at very high latitudes // Proc. of the Conf. in memory Yu. Galperin "Auroral phenomena and solar-terrestrial relations" Moscow, SCOSTEP, P. 169-176. 2004.

6. Чугунова O.M., Пилипенко B.A., Энгебретсон M., Роджер А. Статистические характеристики пространственного распределения РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. № 1. С. 68-77. 2006.

7. Chugunova O.M., Pilipenko V.A., Engebretson M., Rodger A. Transpolar propagation of ULF waves // Proc. of International conference "Solar-Terrestrial Physics", Irkutsk, 20-25 September 2004. Siberian Division RAS. P. 202-204. 2006.

8. Chugunova O.M., Pilipenko V.A., Engebretson M., Rodger A. Seasonal and diurnal dependence of Pc3 and Pc4 geomagnetic pulsation power and background noise power at very high latitudes // Proc. of 29-th Apatity seminar "Physics of Auroral Phenomena", P. 41.2006.

9. Pilipenko V., Chugunova 0.t Mazur N., Fedorov E., Glassmeier K.-H. Pc3 waves in the polar cap: Observations and model // Proc. of International conference "Problems of Geocosmos", St.-Peterburg, 2006 (in press).

10. Engebretson M.J., Posch J.L., Pilipenko V., Chugunova O. Ground based observations of ULF waves at high latitudes // AGU monograph "Magnetospheric ULF Waves". 2006 (in press).

11. Чугунова O.M., Пилипенко B.A., Энгебретсон M., Роджер А. Статистические связи вероятности возникновения РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике с параметрами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. 2006 (в печати).

12. Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Шалимов С.Л., Энгебретсон М., Роджер А. Периодическая модуляция РсЗ и Рс4 пульсаций в полярной шапке солнечными и атмосферными процессами // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. 2006 (в печати).

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Чугунова, Ольга Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ ДИАПАЗОНА РсЗ-4 В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ (ОБЗОР).

1.1. Морфологические характеристики пульсаций РсЗ и Рс

1.2. Связь параметров РсЗ-4 пульсаций с межпланетным магнитным полем и солнечным ветром

1.3. Связь РсЗ-4 пульсаций с суббурей

1.4. Современные представления о механизмах возбуждения РсЗ-4 пульсаций

1.5. Методы исследования амплитудных, частотных и временных характеристик пульсаций

1.6. Сеть магнитных станций в Антарктике

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 2. АНАЛИЗ ОТДЕЛЬНЫХ СОБЫТИЙ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ РСЗ-4 В ПОЛЯРНОЙ ШАПКЕ

2.1. Примеры квазимонохроматических пульсаций типа РсЗ-4 на станциях сети AGO (полярная шапка, Антарктика)

2.2. Примеры квазимонохроматических пульсаций типа РсЗ-4 на станциях SPA, МсМ и DMC (полярная шапка, Антарктика)

2.3. Общие закономерности появления квазипериодических РсЗ-4 в полярной шапке

2.4. Примеры одновременно наблюдаемых пульсаций РсЗ-4 в полярной шапке и на магнитосферном спутнике CLUSTER

2.5. Описание модели преобразования магнитозвуковых волн в убегающие альвеновские волны, интерпретирующей одновременные РсЗ-4 волны на Земле и в магнитосфере

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Глава 3. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РсЗ-4 ПУЛЬСАЦИЙ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ (СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ).

3.1. Методика исследования пульсаций

3.1.1. Обнаружение волновых пакетов и отделение их от шума

3.1.2. Уточнение частотных параметров волновых пакетов

3.1.3. Добавление параметров ММП, СВ и выбранных геофизических индексов к параметрам каждой пульсации

3.2 Статистическое исследование суточных распределений среднечасовой энергии шума РсЗ-4 и пульсаций РсЗ и Рс4 на высоких широтах

3.2.1. Данные для исследования пульсаций и шума диапазона РсЗ

3.2.2. Обоснование статистических методов оценки параметров пульсаций

3.2.3. Суточные распределения среднечасовой энергии шума РсЗ-4 и пульсаций РсЗ и Рс4 на высоких широтах

3.2.4. Суммарное распределение энергии РсЗ пульсаций на высоких широтах

3.2.5. Общие закономерности УНЧ активности на высоких широтах

3.3. Поляризационные характеристики РсЗ и Рс4 пульсаций в высоких широтах . 65 3.3.1. Суточные распределения поляризационных параметров пульсаций РсЗ и Рс4 на высоких широтах

3.4. Частотные характеристики пульсаций РсЗ и Рс4 на высоких широтах

3.4.1. Распределения частоты узкополосных и широкополосных пульсаций на высоких широтах

3.4.2. Суточные вариации вероятности появления и частоты узкополосных и широкополосных пульсаций на высоких широтах

3.5.Сезонные вариации энергии пульсаций и шума РсЗ и Рс4 в полярной шапке

3.5.1. Сезонный ход энергии пульсаций и шума РсЗ в полярной шапке

3.5.2. Сезонный ход энергии пульсаций и шума Рс4 в полярной шапке

3.5.3. Связь годовых вариаций среднесуточных энергии пульсаций и шума диапазона РсЗ и Рс4 с годовыми вариациями ионосферной проводимости

3.6. УНЧ активность диапазона Рс2-5 в высоких широтах и суббури

3.6.1. Использованные данные и методы

3.6.2. Широкополосные всплески волновой активности во время суббури, простирающиеся до широт полярной шапки

3.6.3. Увеличение волновой активности диапазона на ночной и дневной сторонах областей каспа/мантии во время суббури

3.6.4 Подавление волновой активности на дневной стороне касповых широт во время суббури

3.6.5 Анализ результатов исследования связи УНЧ активности диапазона Рс2-5 и суббурь

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Глава 4. ЗАВИСИМОСТИ СВОЙСТВ ПУЛЬСАЦИЙ РСЗ И РС4 ОТ ПАРАМЕТРОВ

СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА И МЕЖПЛАНЕТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

4.1. Зависимость узкополосных и широкополосных пульсаций на высоких широтах от напряженности ММП .;.

4.2. Связь периодичности изменения энергии шума и пульсаций РсЗ и Рс4 с параметрами ММП и СВ и с процессами в магнитосфере

4.2.1. Данные, методика и результаты

4.2.2. Процессы, приводящие к периодическим вариациям в годовом цикле энергии шума и пульсаций РсЗ и Рс

4.3. Связь вероятности возникновения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций с параметрами СВ и ММП

4.3.1. Методика определения зависимости вероятности появления пульсаций от внешних параметров

4.3.2. База данных параметров ММП и СВ

4.3.3. Анализ генеральных и выборочных распределений параметров ММП

4.3.4. Преобладающие условия в ММП и СВ при возникновении РсЗ пульсаций

4.3.5. Преобладающие условия в ММП и СВ при возникновении Рс4 пульсаций

4.3.6. Общие закономерности возникновении РсЗ и Рс4 пульсаций при разных условиях в ММП и СВ

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомагнитные Рс3-4 пульсации в полярной шапке"

В Актуальность диссертационного исследования

В диссертации исследуются геомагнитные пульсации частотного диапазона РсЗ-4 (периоды от 10 до 150 с) в полярной шапке Антарктики. Общенаучное значение изучения геомагнитных пульсаций определяется тем фактом, что эти волны возбуждаются в результате неустойчивостей плазмы в околоземном пространстве. Исследуя пульсации, которые несут информацию о процессах в магнитосфере, ионосфере и солнечном ветре, можно изучать свойства плазмы в условиях, недостижимых на Земле, но характерных для ближнего космоса. Так, измерения параметров пульсаций диапазона РсЗ-4 на средних широтах оказались надежным средством для диагностики плотности магнитосферной плазмы.

В работе изучаются пульсации на высоких широтах — от авроральных до близких к геомагнитному полюсу. Высокие широты очень важны для солнечно-земной физики, так как в силу особенностей топологии околоземного магнитного поля эти широты геомагнитно сопряжены с пограничными областями и хвостом магнитосферы, где происходят основные процессы взаимодействия солнечного ветра (СВ) и межпланетного магнитного поля (ММП) с магнитным полем Земли. Эти процессы носят нестационарный и турбулентный характер, а существование естественных магнитогидродинамических резонаторов и волноводов в околоземной плазме приводит к квазипериодическому отклику на такое воздействие. Этот отклик формируется в диапазоне ультра-низкочастотных (УНЧ) волн (периоды от 0.2 до 600 с), в который входят и РсЗ-4 пульсации. Поэтому на высоких широтах УНЧ волны в целом, и РсЗ-4 пульсации в частности, оказываются индикаторами влияния ММП и СВ на магнитосферу Земли.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- предложена новая методика, автоматически осуществляющая: (а) разделение волновых пакетов (пульсаций) и шумов; (б) параметризацию пульсаций как характеристиками самого волнового пакета, так и параметрами СВ и ММП, сопровождающих волновой пакет; (в) создание баз данных пульсаций и шума;

- выявлены основные морфологические свойства РсЗ (периоды 10-45 с) и Рс4 (периоды 45-150 с) пульсаций на широтах от авроральных до приполюсных и установлено, что по ряду морфологических признаков РсЗ и Рс4 вблизи полюса отличаются от пульсаций этих же диапазонов на более низких широтах; анализ морфологических свойств РсЗ-4 пульсаций выявил дополнительный канал распространения волновой энергии в высокие широты - проникновение через доли хвоста и мантию магнитосферы;

- впервые на статистически значимом уровне установлена зависимость вероятности возбуждения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций от параметров СВ и ММП. Сделан вывод, что первичные источники пульсаций диапазонов РсЗ и Рс4 разные, но для каждого диапазона этот источник один на всех исследуемых широтах; приведены доказательства в пользу гипотезы о том, что источник РсЗ пульсаций - турбулентная область перед квазипараллельной магнитосферной отошедшей ударной волной, в то время как Рс4 пульсации генерируются внутримагнитосферными процессами.

- сопоставление спутниковых и наземных РсЗ-4 пульсаций позволило впервые указать на возможность трансформации магнитозвуковых колебаний в альвеновские волны в области незамкнутых силовых линий.

Краткое содержание работы

Вторая глава посвящена исследованию характерных случаев наблюдения узкополосных РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке. Рассмотрены примеры квазимонохроматических пульсаций диапазона РсЗ-4 по данным трансантарктического профиля станций, проходящего от геомагнитной широты Ф от -12° до -87°. Описаны случаи наблюдения пульсаций РсЗ-4 одновременно на Земле в полярной шапке и на спутнике CLUSTER. Предложена физическая модель для интерпретации этих наблюдений.

В четвертой главе излагается предложенная автором методика установления связи между вероятностью возникновения пульсаций и параметрами межпланетной среды. С ее помощью исследовано влияние параметров ММП и СВ на вероятности возбуждения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсации. Для широт полярной шапки выявлена зависимость частоты РсЗ и Рс4 от модуля ММП, аналогичная известной для более низких широт и установлены факторы, влияющие на периодичность изменения волновой энергии в годовом цикле.

Результаты, составившие основу диссертации, опубликованы в 12 научных работах:

1. Chugimova О.М., Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Fukunishi H. РсЗ pulsations deep in the polar cap: A study using Antarctic search-coil magnetometers, in: "Problems of Geocosmos", Proc. of 4-th International Conference, St-Petersburg, P. 111-115. 2002.

2. Chugunova O.M., Pilipenko V.A., Engebretson M.J., Rodger A. Pc3-4 pulsations in the polar cap, Proc. of the 26-th annual seminar „Physics of auroral phenomena", Apatity, P.33. 2003.

3. Чугунова O.M., Пилипенко B.A., Энгебретсон M. Появление квазимонохроматических РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке, Геомагнетизм и аэрономия, Т. 44. № 1. С. 47-54. 2004.

4. Chugunova О., Pilipenko V., Engebretson M., Rodger A. Coupling between substorms and ULF disturbances at polar latitudes, in: «Substroms-7. Proc. of 7-th International Conference on Substorms", ed. N. Gannushkina and T. Pulkkinen, Helsinki, P. 115-118. 2004.

5. Pilipenko V.A., Yagova N.V., Chugunova O.M., Engebretson M.J., Rodger A., Lanzerotti L. ULF waves at very high latitudes, Proc. of the Conf. in memory Yu. Galperin 3-7 Feb., 2003 "Auroral phenomena and solar-terrestrial relations" Moscow, SCOSTEP, P. 169-176. 2004.

6. Чугунова O.M., Пилипенко В.А., Энгебретсон M., Роджер А. Статистические характеристики пространственного распределения РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике, Геомагнетизм и аэрономия, Т. 46. № 1. С. 68-77. 2006.

7. Chugunova О.М., Pilipenko V.A., Engebretson М., Rodger A. Transpolar propagation of ULF waves, Proc. of International conference "Solar-Terrestrial Physics", Irkutsk, 20-25 September 2004. Siberian Division RAS. P. 202-204. 2006.

8. Chugunova O.M., Pilipenko Y.A., Engebretson M., Rodger A. Seasonal and diurnal dependence of РсЗ and Pc4 geomagnetic pulsation power and background noise power at very high latitudes, Proc. of 29-th Apatity seminar "Physics of Auroral Phenomena", P. 41. 2006.

9. Pilipenko V., Chugunova O., Mazur N., Fedorov E., Glassmeier K.-H. РсЗ waves in the polar cap: Observations and model // Proc. of International conference "Problems of Geocosmos", St.-Peterburg, 2006 (in press).

10. Engebretson M.J., Posch J.L., Pilipenko V., Chugunova O. Ground based observations of ULF waves at high latitudes, AGU monograph "Magnetospheric ULF Waves", 2006 (in press).

11. Чугунова O.M., Пилипенко В.А., Энгебретсон M., Роджер А. Статистические связи вероятности возникновения РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике с параметрами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, Геомагнетизм и аэрономия, Т. 46. 2006 (в печати).

12. Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Шалимов С.Д., Энгебретсон М., Роджер А. Периодическая модуляция РсЗ и Рс4 пульсаций в полярной шапке солнечными и атмосферными процессами, Геомагнетизм и аэрономия, Т. 46. 2006 (в печати).

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Чугунова, Ольга Михайловна

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

1 Для РсЗ пульсаций на широтах от авроральных вплоть до полярной шапки и для узкополосных РсЗ вблизи полюса подтвердилась гипотеза о том, что РсЗ генерируются в. результате циклотронной неустойчивости протонов, отраженных от фронта ударной волны. Однако для широкополосных РсЗ вблизи полюса эта гипотеза не нашла подтверждения.

2 На уровне достоверности 0.95 установлена зависимость вероятности возникновения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций от параметров СВ и ММП. Приведены доказательства в пользу гипотез, о том, что: (1) источник РсЗ пульсаций - турбулентная область перед квазипараллельной магнитосферной отошедшей ударной волной, и (2) генерация Рс4 пульсаций стимулируется внутримагнитосферными процессами и развитием неустойчивости Кельвина-Гемгольтца.

3 Обнаружено, что в полярной шапке при освещенной ионосфере волновая энергия диапазона РсЗ-4 модулируется скоростью СВ и полярностью ММП, а полярной ночью - вариациями ионосферной проводимости, вызванными, предположительно, планетарными волнами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем основные положения, выносимые на защиту:

2. Статистически достоверно установлена зависимость вероятности возникновения высокоширотных РсЗ и Рс4 пульсаций от параметров СВ и ММП, свидетельствующая в пользу гипотез, о том, что: (1) источник РсЗ пульсаций - турбулентная область перед квазипараллельной магнитосферной отошедшей ударной волной, и (2) генерация Рс4 пульсаций стимулируется внутримагнитосферными процессами и развитием неустойчивости Кельвина-Гемгольтца.

3. Установлено, что механизм распространения РсЗ-4 волн из солнечного ветра в полярную шапку отличается от того, который существует на более низких широтах. Предложен вероятный канал распространения - через доли хвоста и мантии магнитосферы.

4. Экспериментально показана возможность трансформации магнитозвуковых колебаний диапазона РсЗ-4 в области открытых силовых линий в направляемые вдоль геомагнитного поля волны, достигающие полярной ионосферы.

6. Обнаружено, что в полярной шапке при освещенной ионосфере волновая энергия диапазона РсЗ-4 испытывает колебания с периодами, характерными для вариаций скорости СВ и полярности ММП, а полярной ночью - с периодом в 18 дней. Эта последняя периодичность связана с колебаниями ионосферной проводимости, вызываемыми, предположительно, планетарными волнами.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Чугунова, Ольга Михайловна, Москва

1. Баранский Л.Н., Плясова-Бакунина Т.А., Виноградов П.А., Логинов Г.А., Попов А.Н. Распределение интенсивности геомагнитных пульсаций РсЗ на территории ЕвроАзиатского континента // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 14. № 2. С. 337-339. 1974.

2. Большакова О.В., Троицкая В.А. Связь направления межпланетного магнитного поля с режимом устойчивых колебаний // ДАН СССР. Т. 180. № 2. С. 343-346. 1968.

3. Большакова О.В., Троицкая В.А. Импульсное пересоединение как возможный источник пульсаций типа Ipcl // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 22. № 5. С. 877-879. 1982.

4. Большакова О.В., Троицкая В.А. Связь высокоширотного максимума интенсивности РсЗ с дневным каспом // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 24. № 5. С. 776-779. 1984.

5. Большакова О.В., Боровкова O.K., Клейменова Н.Г. Предвестник суббури в геомагнитных пульсациях дневного каспа // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 37. № 4. С. 148-151. 1997.

6. Воробьев В.Г., Зверев В.Л., Старков Г.В. Затухание дневных сияний перед началом фазы развития суббури // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 32. № 5. С.71—75. 1992.

7. Гайдышев И. Анализ и обработка данных // Санкт-Петербург: Питер, С. 55-55. 2001.

8. Гульельми А.В., Плясова-Бакунина Т.А., Шепетнов Р.В. О связи периода геомагнитных пульсаций РсЗ,4 с параметрами среды на орбите Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 13. №2. С. 382-384. 1973.

9. Гульельми А.В., Клайн Б.И., Потапов А.С., Поляков А.Р. Флуктуации амплитуд и фазы геомагнитных пульсаций РсЗ // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. Вып. 66. С. 38-41. 1983.

10. Гульельми А.В. Коэффициент связи частоты РсЗ с величиной ММП // Геомагнетизм и аэрономия Т. 28. №3. С. 465^168. 1988.

11. Вуколов В. Э. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов STATISTIC А® и Excel // М.:ФОРУМ: ИНФА-М. 2004.

12. Дикий Л.А. Теория колебаний земной атмосферы // Л.: Гидрометеоиздат. 1969.

13. Дьяков В.П. От теории к практике. Вейвлеты // М.: Солон-Р, С. 113-160. 2002.

14. Дьяконов В., Абраменкова И. МАТЛАБ. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник// Санкт-Петербург: Питер, С. 151—153. 2002.

15. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика // М.: Юнити, С. 282283,2003.

16. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей // М.: Атомиздат, 1971.

17. Нугманов И.С. Исследование характеристик стационарных случайных процессов // Казань: Казанский государственный университет, С. 18-21. 1998.

18. Пикельнер Б.С. Основы космической электродинамики // М.: Наука, 1966.

19. Пилипенко В.А., Юмото К., Федоров Е.Н., Ягова Н.В., Соловьев С., Вершинин Е. Вариации спектрального состава РсЗ-4 пульсаций вдоль геомагнитного меридиана 210 // Геомагнетизм и аэрономия. Т.37. №1. С. 80-88. 1997.

20. Пилипенко В.А., Повзнер Т.А., Савин И.В., Никомаров Я.С. Локальная пространственная структура поля геомагнитных пульсаций на средних широтах // Изв. АН СССР. Физика Земли. №10. С. 54-61. 1988.

21. Пилипенко В.А., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Юмото К., Биттерли Ж. Является ли касп источником среднеширотных РсЗ пульсаций? // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 36. № 2. С. 39-46.1996.

22. Пудовкин М.И., Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть. 2. Короткопериодические колебания магнитного поля // Л.: ЛГУ, 1976.

23. Рязанцева М.О., Застенкер Г.Н., Хабарова О.В., Ричардсон Д. Резкие границы структур плазмы солнечного ветра и баланс давления // Космические исследования. Т. 43. № 3. С. 157-164. 2005.

24. Сигел Э.Ф. Практическая бизнес-статистика//М.: Вильяме, С. 540-543. 2004.

25. Флейс Дж. Статистические методы для изучения таблиц долей и пропорций. М.: Финансы и статистика. 1989.

26. Федоров Е.Н., Мазур Н.Г., Пилипенко В.А., Лепиди С. О механизме формирования РсЗ пульсаций на широтах дневного каспа // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 38. № 2. С. 6066. 1998.

27. Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М. Появление квазимонохроматических РсЗ-4 пульсаций в полярной шапке // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 1. С. 47-54. 2004.

28. Чугунова О.М., Пилипенко В.А., Энгебретсон М., Роджер А. Статистические характеристики пространственного распределения РсЗ-4 пульсаций на высоких широтах в Антарктике // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 46. № 1. С. 68-77. 2006а.

29. Шотт Ж.-Ж., Клейменова Н.Г., Козырева О.В. Амплитуды геомагнитных пульсаций РсЗ и Рс4 вблизи проекций плазмопаузы (обе. Керглен) // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 44. № 5. С. 616-623. 2004.

30. Юмото К., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н., Курнева Н.А., Хабазин Ю.Г. Механизмы затухания геомагнитных пульсаций на низких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 33, № 5. С. 34-42. 1993.

31. Ягова Н.В., Пилипенко В.А., Федоров Е.Н. Влияние ионосферной проводимости на параметры среднеширотных РсЗ-4 пульсаций // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 38. № 2. С. 67-73. 1998.

32. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г., Леонтьев С.В. Пульсирующие сияния и геомагнитные пульсации в дневной высокоширотной области // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 28. № 6. С. 1019-1021. 1988.

33. Яновский Б.М. Земной магнетизм. // JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978.

34. Altadill D. On the 18-day quasi-periodic oscillation in the ionospere // Ann. Geophys. V. 14. P. 716-724. 1997.

35. Alfven H., Falthammar C.-G. Cosmical Electrodynamics, Fundamental Principles. Oxford: University Press, 1963.

36. Antonova E.E., Ovchinnikov I.L. Magnetostatically equilibrated plasma sheet with developed medium scale turbulence: Structure and implications for substorm dynamics. // J. Geophysical Research. V. 104. P. 17289-17298. 1999.

37. Bera A.K., Jarque C.M. Efficient tests for normality, homoscedasticity and serial independence of regression residuals // Economics Letters. V. 6. № 3. P. 255-259. 1980.

38. BilitzaD. International reference ionosphere: Recent developments //Radio. Sci., V. 21. P. 343-346. 1986.

39. Bilitza D. International Reference Ionosphere 2000 // Radio. Sci. V. 36. P. 261-275. 2001.

40. Borovsky J. E., Elphic R. C., Funsten H. O., Thomsen M. F. The Earth's plasma sheet as a laboratory for flow turbulence in high-p MHD // J. Plasma Phys. V.57. P. 1-34. 1997.

41. Cahill L. J. Jr., Winckler J. R. Periodic magnetopause oscillations observed with the GOES satellites on March 24,1991 // J. Geophys. Res. V. 97. P. 8239-8243. 1992.

42. Chen L., Hasegawa A. A theory of long-period magnetic pulsations: 1. Study state excitation of field line resonance // J.Geophys. Res. V. 79. P. 1024-1032. 1974.

43. Chi P.J., Russell C.T., Bloom R.M., Singer H.J. Solar wind control of ultra-low-frequency wave activity at L = 3 // J. Geophys. Res. V. 103. P. 29467-29477. 1998.

44. Chisham G. Giant pulsations: An explanation for their rarity and occurrence during geomagnetically quiet times // J. Geophys. Res. V. 101. P. 24755-24763. 1996.

45. Chugunova O.M., Pilipenko V.A., Engebretson M.J. Statistical features of Pc3-4 pulsations at very high latitudes // Proc. Apatity Seminar "Physics of Auroral Phenomena", P. 33-33. 2003.

46. Engebretson M.J., Meng C.-I., Arnoldy R.L., Cahill Jr. L.J. РсЗ pulsations observed near the south polar cap //J. Geophys. Res. V. 91. P. 8909-8918. 1986.

47. Engebretson M.J., Anderson В J., Cahill Jr. L.J., Arnoldy R.L., Newell P.T., Zanetti C.-J., Potemra T.A. A multipoint case study of high-latitude ULF pulsations // J. Geophys. Res. V. 94. P. 17143-17160. 1989.

48. Engebretson M.J., Anderson B.J., Cahill Jr. L. J., Arnoldy R.L., Rosenberg TJ., Carpenter D.L., Gail W.B., Eather R.H. Ionospheric signatures of cusp latitude РсЗ pulsations // J. Geophys. Res. V. 95. P. 2447-2456. 1990.

49. Engebretson M.J., Hughes W.J., Alford J.L. Magnetometer array for cusp and cleft studies observations of the spatial extent of broadband ULF magnetic pulsations of cusp/cleft latitudes //J.Geophys. Res. V. 100. № 10. P. 19371-19386. 1995.

50. Engebretson M. J., Glassmaier К. H., Stellmark M. The dependence of high latitude Pc5 wave power on solar wind velocity and on the phase of the high speed solar wind streams // J. Geophys. Res. V. 103. 26 271-26 281. 1998.

51. Engebretson M.J., Cobian R.K., Posch J.L., Arnoldy R.L. A conjugate study of Pc3-4 pulsations at cusp latitudes: Is there a clock angle effect? // J. Geophys. Res. V. 105. № A7. P. 1596515980. 2000.

52. Eather R.H., Mende S.B., Weber E.J. Dayside aurora and relevance to substorm current systems and dayside merging // Geophys. Res. V. 84. P. 3339-3359. 1979.

53. Forbes J.M., Leveroni S. Quasi 16-day oscillation of the ionosphere // Geophys. Res. Lett. V.19. P.981-984. 1992.

54. Fukunishi H., Lanzerotti, L.J. ULF pulsation evidence of the plasmapause, 1, Spectral studies of РсЗ and Pc4 pulsations near L = 4 // Journal of Geophysical Research V. 79. P. 142-158. 1974.

55. Hardy D. A., Gussenhoven M. S., Holeman E. A statistical model of auroral electron precipitation//J. Geophys. Res. V. 90. P. 4229-4248. 1985.

56. Holton J.R. An introduction to Dynamic Meteorology // Academic Press. San Diego. California, 1982.

57. Greenstadt E.W., Olson J.V. Geomagnetic pulsation signals and hourly distribution of IMF orientation // J. Geophys. Res. V. 84. № 4. P.1493-1498. 1979.

58. Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series // Nonlinear Processes Geophys. V. 11. P. 561-566. 2004.

59. Gul'elmi A.V. Diagnostics of the magnetosphere and interplanetary medium by means of pulsations // Space Sci. Rev. V. 16. № 3. P. 331-345. 1974.

60. Hasegawa A., Lanzerotti L.J. On the orientation of hydromagnetic waves in the magnetosphere // Rev. Geophys. Space Phys. V.16. P. 263-266. 1978.

61. Kohsiek A., Glassmeier K.H., Hirooka T. Periods of planetary waves in geomagnetic variations //Ann. Geophys. V. 13. P. 168-176. 1995.

62. Kivelson M.G., Etcho J., Trotignon J. G. Global compressional oscillations of the terrestrial magnetosphere: the evidence and a model // J. Geophys. Res. V. 89. P. 9851-9856. 1984.

63. Kovner M.S., Lebedev V.V., Plyasova-Bakounina T.A., Troitskaya V.A. On the generation of low-frequency waves in the solar wind in the front of the bow shock // Planet. Space Sci. V. 26. P. 261-267. 1976.

64. Lanzerotti L.J., Maclennan C.G., Fraser-Smith A.C. Background magnetic spectra: ~10~5 to 105 Hz//Geophys. Res. Lett. V. 17. P. 1593-1596. 1990.

65. Le G., Russell C.T. Solar wind control of upstream wave frequency // J. Geophys. Res. V. 101. P. 2571-2575. 1996.

66. Lilliefors H. On the Kolmogorov-Smirnov test for normality with mean and variance unknown // Journal of the American Statistical Association V. 62. P. 399-402. 1967.

67. Itonaga M., Saka O., Kitamura T.-I. Effects of the sunrise on polarisation characteristics of low-latitude Pc3-4 band micropulsations // «Mem. Nat. Inst. Polar Res.» V. 18. P. 152-160. 1981.

68. Maltsev Yu. P., Lyatsky W. B. Field aligned currents and erosion of the dayside magnetopause // Planet. Space Sci. V. 23. P. 1257- 11260. 1975.

69. Mann I.R., Wright A. N., Mills K. J., Nakariakov V.M. Excitation of magnetospheric waveguide modes by magnetosheath flows // J. Geophys. Res. V. 104. P. 333-353. 1999.

70. McHenry M.A., Clauer C.R. Modeled ground magnetic signatures of flux transfer events // J. Geophys. Res. V. 92. P. 11231-11240. 1987.

71. Miyoshi Y. Numerical simulation of 5-day and 16-day waves in the mesopause region // Earth Planets Space V. 51. P. 763-772. 1999.

72. Moore Т. E., Gallagher D. L., Horwitz J. L., Comfort R. H. MHD wave breaking in the outer plasmasphere // Geophys. Res. Lett. V. 14. P. 1007-1010.1987.

73. Morrison K. On the nature of РсЗ pulsations at L=4 and the solar wind dependence // Planet. Space Sci. V. 7. P. 1017-1023. 1991. '

74. Mursula К., Zieger В. The 13.5-day periodicity in the Sun, solar wind, and geomagnetic activity: The last three solar cycles // J. Geophys. Res. V. 101. P. 27077-27090. 1996.

75. Lysak R.L., Lee D. Response of the dipole magnetosphere to pressure pulses // Geophys. Res. Lett. V. 19. P. 937-940. 1992.

76. Newell P.Т., Meng C.-I. Mapping the dayside ionosphere to the magnetosphere according to particle precipitation characteristics // Geophys. Res. Lett. V. 19. P. 609-612. 1992.

77. Nikitenkova E.V., Maltsev Yu.P. Ionospheric mechanism for the two maxima in the spatial distribution of РсЗ geomagnetic pulsations // J. Atmos. Terr. Phys. V.55. P. 1279-1281. 1993

78. Odera T. Solar wind controlled pulsations // A review. Rev. Geophys. V. 24. P. 55-74. 1986.

79. Orr D. Magnetic pulsations within magnetosphere // J. Atm. Terr. Phys. V. 35. № 1. P. 1-50. 1973.

80. Plyasova-Bakounina T.A., Troitskaya V.A., Munch J.W., Gauber H.F. Super-high-latitude maximum of Pc2-4 intensity // Acta Geod., Geophys. et Montanist. Hung. V. 21 P. 143-153. 1986.

81. Ponomarenko P.V., Fraser B.J., Menk F.W., Abies S.T., Morris R. J. Cusp-latitude РсЗ spectra: band-limited and power-law components // Ann. Geophys. V. 20. P. 1-13. 2002.

82. Pilipenko V.A., Yumoto K.,. Fedorov E., Kurneva N., Menk F. Field line AlfVen oscillations at low latitudes // Mem. Fac. Sci. Kyushu Univ., ser. D, Earth Planet. Sci. №1. P. 23-43. 1998a.

83. Pilipenko V., Fedorov E., Mazur N., Engebretson M., Hughes W. MHD waveguide/resonator for РсЗ ULF pulsations at cusp latitudes // Earth, Planets and Space Science. V. 51. P. 441448. 1999.

84. Pilipenko V., Vellante M., Fedorov E. Distortion of the ULF wave spatial structure upon transmission through the ionosphere // J. Geophys. Res. V. 105. P. 21225-21236. 2000

85. Pilipenko V., Chugunova О., Mazur N., Fedorov E., Glassmeier K.-H. РсЗ waves in the polar cap: Observations and model // Proc. of "Problems of Geocosmos", 2006 (in press).

86. Russell C.T., Luhmann J.G., Odera T.J., Stuart W.F. The rate of occurrence of dayside Pc3-4 pulsations: The L-value dependence of the IMF cone angle effect // Geophys. Res. Lett. V. 10. P. 663-666.1983.

87. Sandholt P. E., Egeland A., Holtet J. A., Lybekk В., Svenes K., Asheim S. and Deehr C. S. Large- and small-scale dynamics of the polar cusp // J. Geophys. Res. V. 90. P. 4407. 1985.

88. Shono A. Spectral characteristics of РсЗ and Pc5 magnetic pulsations observed at southern high latitudes // Master thesis, Tohoku University, P. 230. Tohoku, 1999.

89. Singer H.J., Russel C.T., Kivelson M.G., Greenstadt E.W., Olson J.V. Evidence of control of Pc3,4 magnetic pulsation by the solar wind velocity // Geophys. Res. Lett. V. 4. P. 377-379.1977.

90. Song P., Russell С. T. Model of the formation of the low-latitude boundary layer for strongly northward interplanetary magnetic field// J. Geophys. Res. V. 97. P. 1411-1420. 1992.

91. Southwood D.J. Some features of field line rasonances in the magnetosphere // Planet. Space Sci. V. 22. P. 483-491. 1974.

92. StatSoft, Inc. Электронный учебник по промышленной статистике // WEB :http ://www.statsoft.ru/home/portal/glossary/GlossaryTwo/ C/Coefficientoffletermination.htm

93. Stephenson, J.A.E., Walker A.D.M. HF radar observations of Pc5 ULF pulsations driven bythe solar wind// Geophys. Res. Lett. V. 29. 1297. 10.1029/2001GL014291. 2002.

94. Takahashi K.; McPherron R.L., Greenstadt E.W., Neeley C.A. Factors controlling the occurrence of РсЗ magnetic pulsations at synchronous orbit // J. Geophys. Res. V. 86. P. 54725484. 1981.

95. Takahashi K., Anderson В J. Distribution of ULF Energy (/<80 mHz) in the Inner Magnetosphere: A Statistical Analysis of AMPTE CCE Magnetic Field Data // J. Geophys. Res. V. 97.10751-10773. 1992.

96. Tanaka Y.-M., Yumoto K., Yoshikawa A. Shinohara M., Kawano H., Kitamura T.-I. Longitudinal structure of РсЗ pulsations on the ground near the magnetic equator // J. Geophys. Res. V. 109. A03201. doi: 1029/2003JA009903. 2004.

97. Tonegawa Y., Fukunishi H. Harmonic structure of Pc 3-5 magnetic pulsations observed at the Syowa-Hasafell conjugate pair // J. Geophys. Res. V. 89. P. 6737-6748. 1984.

98. Troitskaya V.A., GuFelmi A.V. Geomagnetic micropulsations and diagnostics of the magnetosphere // Space Sci. Revs. V. 7. P. 689-768. 1967.

99. Troitskaya V.A., Bolshakova O.V., Hessler I.P. Preliminary results of micropulsation studies at magnetoconjugate points in the Arctic and Antarctic // Ann. Geophys. V. 24. P. 741-746. 1968.

100. Tsyganenko N.A. A magnetospheric magnetic field model with a warped tail current sheet // Planetry Space Science. V. 37. P. 5-20. 1989.

101. Vero J. Changes of pulsation activity during two solar cycles // J. Atm. Terr. Phys. V. 43. P. 919-926. 1981.

102. Vero J., Luhr H., Vellante M., Best I., Strestik J., Miletits J. Cz., Hollo L., Szendroi J., Zieger B. Upstream waves and field line resonances: simultaneous presence and alternation in РсЗ pulsation events// Ann. Geophysicae. V. 16. P. 34—48. 1998.

103. Villante U., Lepidi S., Francia P., Villante M., Meloni A., Lepping R.P., Mariani F. РсЗ pulsations during variable IMF conditions // Ann. Geophys. V. 17. P. 490-496. 1999.

104. Villante U., Villante M., De Sanctis D. An analysis of РсЗ and Pc4 pulsations at Terra Nova Bay (Antarctica) //Ann. Geophys. V. 18. P. 1412-1421. 2000.

105. Warnecke J., Ltihr H., Takahashi K. Observational features of field line resonances excited by solar wind pressure variations on 4 September 1984 // Planet. Space Sci. V. 38. P. 1517-1531. 1990.

106. Weigel R.S., Vassiliadis D., Klimas A J. Coupling of the solar wind to temporal fluctuations in ground magnetic fields // Geophys. Res. Lett. V.29. № 19. P. 21-25. 2002.

107. Weimer D. R. A flexible IMF dependent model of high-latitude electric potentials having "space weather" applications // Geophys. Res. Lett. V. 23. P. 2549-2552. 1996.

108. Wolf A., Lanzerotti L.J., Maclennan C.G. Dependency of hydromagnetic energy on solar wind velocity and interplanetary magnetic field direction // J. Geophys. Res. V. 85. P. 114-118.

109. Wolfe A., Kamen E., Lanzerotti L.J., Maclennan C.G., Bamber J., Venkatesan D. ULF geomagnetic power at cusp latitudes in response to upstream solar wind conditions // J. Geophys. Res. V. 92. P. 168-174. 1987.

110. Wolfe A., Venkatesan D., Slavinski R., Maclennan C.G. A conjugate area study of РсЗ pulsations near cusp latitudes // J. Geophys. Res. V. 95. P. 10695-10698. 1990.

111. Wright A. N. Dispersion and wave coupling in inhomogeneous MHD waveguides // J. Geophys. Res. V. 99. P. 159-167. 1994.

112. Yumoto K. Low-frequency upstream wave as a probable source of low-latitude Pc3-4 magnetic pulsations // Planet. Space Sci. V. 33. P. 239-249. 1985.

113. Yumoto K.A., Wolf A., Teresawa Т., Kamen E.L., Lanzerotti L.J. Dependence of РсЗ magnetic energy spectra at South Pole on upstream parameters // J. Geophys. Res. V. 92. P. 12437-12443. 1987.

114. Zhang X., Comfort H., Musielak Z.E., Moore Т. E., Gallagher D. L., Green J.L. Propogation characteristics of РсЗ compressional waves generated at the dayside magnetopause // J.Geophys.Res. V. 98. № A9. P. 15403-15410. 1993.

115. Ziesolleck C.W.S., McDiarmid D.R. Statistical survey of auroral latitude Pc5 spectral and polarization characteristics // J. Geophys. Res. V. 100. P. 19299-19312. 1995.

116. Ziesolleck C. W. S., Feng Q., McDiarmid D. R. Pc 5 ULF waves observed simultaneously by GOES 7 and the CANOPUS magnetometer array// J. Geophys. Res. V. 101. P. 5021-5033.

Информация о работе

Чугунова, Ольга Михайловна
кандидата физико-математических наук
Москва, 2006
ВАК 25.00.10

Диссертация

Геомагнитные Рс3-4 пульсации в полярной шапке - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы