Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли

Ревунова, Елена Алексеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли"

Ревунова Елена Алексеевна

СВЯЗЬ БУРЕВОЙ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МАГНИТНОГО ОБЛАКА И ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЧЕРЕЗ НЕГО МАГНИТОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород, 2011

2 МАР 2011

4841084

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Нижегородском государственном педагогическом университете (ГОУ ВПО НГТГУ).

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Бархатов Николай Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Иванов Ким Григорьевич

кандидат физико-математических наук Фридман Владимир Матвеевич

Ведущая организация:

Государственное учреждение «Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова» (ГУ «ИПГ»)

Защита диссертации состоится «12» апреля 2011 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д 002.237.01 при Учреждении Российской академии наук Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В, Пушкова РАН по адресу: 142190, Московская область, г. Троицк, ИЗМИРАН (проезд автобусом №398 от станции метро «Тёплый стан» до остановки «ИЗМИРАН»).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН.

Автореферат разослан « 9 » марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 002.237.01

доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации рассматриваются задачи изучения эволюции крупномасштабных плазменных структур солнечного ветра и влияния их конфигураций на магнитное поле Земли. В первую очередь это определение начальных параметров корональных выбросов вещества, которые в настоящее время не могут быть установлены по визуальным наблюдениям. Для этого проведено магнитогидродинамическое моделирование эволюции корональных выбросов и сопоставление полученных результатов с реальной динамикой параметров межпланетных корональных выбросов. С помощью данных многоспутниковых наблюдений проведено исследование влияния расположения относительно линии Солнце-Земля и конфигурации магнитных облаков на их геоэффективные свойства. Установлены диапазоны значений параметров магнитных облаков, отвечающие за генерацию геомагнитных бурь различной интенсивности. Проведена классификация комплексов космической погоды, учитывающая представления о характеристиках потоков солнечной плазмы и параметры вызываемых ими глобальных геомагнитных возмущений, для чего был использован метод искусственных нейронных сетей.

Прикладная задача диссертационного исследования посвящена разработке методики краткосрочного прогнозирования интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитных облаков с магнитосферой Земли.

Актуальность проблемы

Анализ влияния на геомагнитную активность параметров крупномасштабных плазменных структур солнечного ветра позволяет получить представления о механизмах их взаимодействия с земной магнитосферой. Результаты такого анализа могут быть использованы для прогноза и контроля состояния геомагнитного поля, а также для борьбы с негативным влиянием проявлений солнечной активности на работу космических и наземных технических систем.

К геоэффективным проявлениям солнечной активности относят корональные выбросы вещества (КВВ). Известно, что при распространении в межпланетном пространстве КВВ сильно эволюционируют вследствие взаимодействия с окружающим солнечным ветром. Таким образом, начальные параметры КВВ, такие как скорость, концентрация, температура и значение магнитного поля, остаются неизвестными. Однако, знание начальных параметров КВВ позволило бы выполнять прогнозирование геомагнитной обстановки при прохождении их через Землю. В связи с этим определение начальных параметров КВВ является одной из фундаментальных задач солнечно-земной физики.

Магнитные облака солнечного ветра, являясь подклассом КВВ, относятся к наиболее геоэффективным проявлениям солнечной активности, поскольку они содержат в своем объеме значительную по интенсивности и продолжительности отрицательную Вг компоненту межпланетного магнитного поля (ММП). Магнитные облака, в силу особенности распределения в них

магнитного поля, изучаются как отдельный тип геоэффективных структур. Главным отличием магнитных облаков является спиральная структура их магнитного поля. Наиболее высокое значение магнитного поля наблюдается на оси облака. К границам облака значение поля уменьшается. Кроме того, для магнитного облака характерны низкие значения температуры и концентрации плазмы, а также преобладание магнитного давления над газокинетическим. В настоящее время достаточно хорошо изучена эволюция магнитных облаков и созданы методы прогнозирования геоэффекгивности облаков на основе анализа областей их солнечных источников. Основными сложностями таких методов являются отсутствие прямых измерений около Солнца и значительное изменение облаков в процессе их переноса в солнечном ветре при учете только визуальных наблюдений с коронографов.

Значительный интерес представляет исследование влияния конфигурации и расположения облаков в межпланетном пространстве на магнитосферу Земли. Распределение магнитного поля в облаках может быть описано с помощью его параметров: значения магнитного поля на оси облака, его радиуса, ориентации относительно плоскости эклиптики (задается азимутальным и полярным углами), расстоянием от оси до линии Солнце-Земля (прицельный параметр) и направлением вращения поля (спиралъностъ). Решение задач по установлению конкретных значений диапазонов параметров облаков, отвечающих за развитие геомагнитных бурь различной интенсивности, и по определению параметров магнитных облаков на начальном этапе их регистрации на космическом аппарате (КА) позволит разработать методику краткосрочного прогнозирования интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при прохождении облаков через Землю.

В настоящее время исследованиями причинно-следственных связей между параметрами околоземного пространства и реакцией геомагнитного поля на их изменение были установлены основные механизмы воздействия солнечных потоков на магнитосферу Земли. Несмотря на исчерпывающие сведения о потоках, до сих пор нет единой классификации комплексов космической погоды, включающей не только представления о солнечном источнике, типе возмущающего потока (параметры солнечного ветра (ПСВ) и ММП), но и связанную с ним геомагнитную активность (Вв^индекс). Сложность обусловлена тем, что разные возмущающие потоки могут вызывать сходные геомагнитные возмущения. Вместе с тем, необходимость включения в классификацию информации, как о характеристиках возмущающих солнечных потоков, так и параметрах их последующих геомагнитных проявлений, остается актуальной паучной задачей и вызывает заметные трудности при ее решении. Применение современных методов обработки массивов да!шых, таких как искусственные нейронные сети, позволяет выполнить успешную классификацию комплексов космической погоды, учитывающую одновременно все указанные выше факторы. На основе такой классификации возможно уточнение особенности воздействия солнечных потоков на геомагнитное поле, установление наиболее геоэффектавных потоков и осуществлять более точное прогнозирование геомагнитной обстановки.

Цели и задачи работы

Цель диссертационного исследования состоит в установлении связи между конфигурациями крупномасштабных плазменных структур с параметрами геомагнитной активности, разработке на этой основе методики краткосрочного прогнозирования геомагнитных бурь и классификации комплексов космической погоды. В связи с этим решаются следующие задачи:

1. Установление начальных параметров КВВ по характеристикам потока, соответствующих им межпланетных корональных выбросов вещества (МКВВ) в околоземном пространстве.

2. Анализ многоспутниковых наблюдений магнитных облаков солнечного ветра, зарегистрированных в стороне от линии Солнце-Земля и в околоземном пространстве, с целью установления влияния их расположения и ориентации в плоскости эклиптики на геомагнитную активность.

3. Исследование зависимости распределения В г. компоненты магнитного поля в облаке от его параметров, для установления диапазонов их значений, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь различной интенсивности.

4. Определение параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды на начальном этапе его вхождения в облако, и краткосрочный прогноз на этой основе интенсивности и продолжительности ожидаемой магнитной бури.

5. Разработка классификации комплексов космической погоды, включающих в себя характеристики возмущающего солнечного потока (параметры солнечного ветра и компоненты ММП) и его геомагнитное проявление (Вв^индекс). Выполняемая классификация полезна для целей изучения воздействия на магнитосферу Земли различных потоков солнечной плазмы и прогноза глобальной геомагнитной обстановки.

Научная новизна

Применение метода численного магнитогидродинамического моделирования для изучения эволюции корональных выбросов вещества позволило установить их начальные параметры вблизи Солнца и особенности структуры различных типов корональных выбросов.

Анализ многоспутниковых наблюдений магнитных облаков на трассе Венера-Земля показал степень влияния их конфигурации и расположения относительно линии Солнце-Земля на вероятность генерации геомагнитных бурь. Установлено, что вероятность генерации геомагнитных бурь магнитными облаками выше для событий располагающихся вблизи линии Солнце-Земля и имеющих небольшие углы наклона оси к плоскости эклиптики.

Разработана методика определения параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды на начальном этапе его вхождения в облако, а также методика краткосрочного прогноза на этой основе интенсивности ожидаемой магнитной бури. Установлены конкретные значения диапазонов параметров магнитных облаков, отвечающих за развитие геомагнитных бурь различной интенсивности.

Выполнена классификация комплексов космической погоды, включающая представления о типах и характеристиках потоков солнечной плазмы, а также учитывающая параметры вызванных ими глобальных геомагнитных возмущений. Использование для такой классификации нейросетевого подхода позволило выявить характерные особенности воздействия различных солнечных потоков на геомагнитное поле, установить наиболее геоэффективные потоки и их комбинации и заложить основы прогнозирования глобальных геомагнитных возмущений.

Научная п практическая ценность

Восстановлены начальные параметры корональных выбросов вещества на основе корреляционного анализа результатов численного МГД моделирования эволюции КВВ и реальпо регистрируемой динамики параметров межпланетной среды. Результаты данного исследования свидетельствуют о возможности успешного применения метода МГД моделирования для восстановления начальной структуры крупномасштабных событий космической погоды, которые не могут быть установлены по прямым измерениям.

На основе анализа данных многоспутниковых наблюдений магнитных облаков, распределения магнитного поля в различных конфигурациях модельных облаков, статистической связи между значениями Вг компоненты магнитного поля и вариацией ББ1-индекса, установлено влияние конфигурации и расположения облаков относительно линии Солнце-Земля на их геомагнитное воздействие. Получены конкретные значения диапазонов параметров магнитных облаков, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь определенной интенсивности. Разработана методика краткосрочного прогнозирования интенсивности магнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитного облака с геомагнитным полем. В ее основе лежит анализ распределения магнитного поля в облаке, восстановленного по начальным спутниковым измерениям в нем компонент магнитного поля, и пороговых значений Вг компоненты ММП, необходимых для развития геомагнитных бурь определенного класса интенсивности.

Нейросетевым методом выполнена классификация комплексов космической погоды. Полученная классификация отражает связь типов и характеристик солнечных возмущающих потоков с их геомагнитными проявлениями. В результате проведенного исследования были выделены основные комплексы космической погоды, отвечающие различным типам солнечных возмущений и геомагнитным вариациям. Полученные комплексы космической погоды позволят проводить более подробный анализ воздействия на магнитосферу Земли различных потоков солнечной плазмы и осуществлять более точное прогнозирование глобальной геомагнитной обстановки.

Степень достоверности полученных результатов

авторов показали, что полученные результаты дополняют и уточняют эти исследования. Все результаты, представленные в диссертации, опубликованы в рецензируемых научных журналах «Космические исследования» и «Геомагнетизм и аэрономия», а также представлены на российских и международных конференциях и научных семинарах НИРФИ, ИЗМИР АН, ПГИ КНЦРАН.

Экспериментальные данные

В диссертационном исследовании были использованы экспериментальные данные:

1. Параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, полученные из базы спутниковой системы OMNI, КА Wind, АСЕ и PVO (http://www.ngdc.noaa.gov; http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/istpjublic; http://www.srl.caltech.edu/ACE/, http://lewes.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/cohoweb/selectorl.pl?spacecraft=pvo).

2. Dst-индекс геомагнитной активности (http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/istp_public).

3. Каталоги корональных выбросов вещества (LASCO СМЕ Catalog, http://cdaw.gsfc.nasa.gov; http://vso.nso.edu/cgi/catalogui)

4. Данные о параметрах корональных выбросов с коронографов на КА SMM, SOHO (http://lasco-www.nrl.navy.mil/).

5. Каталог активных волокон и нитей (Active prominences and filaments, ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SOLAR_Website/FILAMENTS/)

6. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976 - 2000 г (ftp://ftp.iki.rssi.ru/pub/omni/catalog/).

7. Список рентгеновских вспышек с указанием присутствия корональных выбросов вещества и ударных волн (http://umtof.umd. edu/sem/sem_figs.html).

8. Список ударных волн (http://umtof.umd.edu/pm/Shocks.html).

9. Каталог На вспышек (ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLAR_DATA/SOLAR_Website/SOLAR_FLA RES/FLARESHALPHA/).

Ю.Каталог рентгеновских вспышек (http://vso.nso.edu/cgi/catalogui).

11.Бюллетень «Солнечные данные».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Диапазоны значений параметров магнитных облаков, определяющие интенсивность геомагнитных бурь, которые они могут генерировать при взаимодействии с магнитосферой Земли.

2. Определение параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды, а также метод краткосрочного прогноза интенсивности ожидаемой магнитной бури на основе измерений компонент межпланетного магнитного поля на начальном этапе прохождения магнитосферы через облако.

3. Классы комплексов космической погоды для установления типов солнечных, возмущающих потоков и параметров создаваемых ими геомагнитных возмущений.

Представление результатов

Результаты диссертационной работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

1. 11 Пулковская международная конференция по физике Солнца «Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений», ГАО РАН, Пулково, Санкт-Петербург, 2-7 июля 2007

2. Международный симпозиум «Международный гелиофизический год -2007: Новый взгляд на солнечно-земную физику», ИЗМИРАН, Звенигород, 5-11 ноября 2007

3. 31 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», PGIKSC RAS, Apatity, 26-29 February 2008

4. European Geosciences Union, General Assembly, Vienna, Austria, 13-18 April 2008

5. 13-ая Нижегородская сессия молодых ученых, естественнонаучные дисциплины (физика, химия, медицина, биология) Татинец, 20-25 апреля 2008

6. 32 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», PGI KSC RAS, Apatity, 3-6 March 2009

7. 14-ая Нижегородская сессия молодых ученых, естественнонаучные дисциплины (физика, химия, медицина, биология) Дзержинец, 19-24 апреля 2009

8. European Geosciences Union, General Assembly, Vienna, Austria, 2-7 May 2010

9. 33 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», PGI KSC RAS, Apatity, 2-5 March 2010

10. Семинары ИЗМИРАН, НИРФИ и НГПУ

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах и 12 работ в сборниках и трудах конференций.

Личный вклад соискателя

Автор принимал непосредственное участие в постановке задач и выборе методов их решения, в получении и анализе результатов, а также в их интерпретации. Им проведены все численные эксперименты, представленные в диссертации, с использованием специально разработанных компьютерных программ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений, содержит 145 страниц, 52 рисунка и 7 таблиц. Библиография включает в себя 96 наименований.

Во введении сформулированы основные задачи, решаемые в диссертационном исследовании.

Вторая глава посвящена численному магнитогидродинамическому моделированию эволюции корональных выбросов вещества в среде солнечного ветра с целью восстановления их начальных параметров. В первом параграфе описан отбор КВВ и, соответствующих им МКВВ (межпланетные КВВ), зарегистрированных вблизи Венеры. Всего отобрано 31 событие «КВВ-МКВВ», принадлежащие к четырем типам: фронт, петля, спайк и сложные КВВ, являющиеся бесструктурными или с кратной структурой. Классификация событий «КВВ-МКВВ» проводилась по морфологическим признакам КВВ, полученных с коронографов Solwind и SMM (http://lasco-www.nrl.navy.mil/cmeclass.html) и по характеристикам МКВВ, зарегистрированных на КА Helios и Pioneer Venus Orbiter (PVO) [Lindsay et al., 1999].

Во втором параграфе приведено описание метода численного МГД моделирования, используемого дня установления начальных параметров КВВ, методики проведения численных экспериментов и оценки полученных

результатов. Пространственно-временное численное моделирование проводилось на основе системы МГД уравнений, дополненных уравнением переноса тепла и приведенной к безразмерному виду. В данной системе дифференциальных МГД уравнений все входящие величины являются безразмерными (р, V, В, Т) div В = О,

divрУ - О, dt н

—-rotrVBl--—ДВ = 0,

dt Re„

—+ (V • V)V + -£(vr + —Vp)-a — — (AV +-V div V) +—[B rot Bl = 0, dt 2 p Re p 3 p

dt p dt p Up

/?Re p8xk дхк Эх, 3 8х/ 0Rem p

Здесь плотность плазмы измеряется в отношении к ро, температура - в отношении к Т0, скорость - в отношении к альвеновской скорости (Уы = ... ° ),

магнитное поле - в отношении к В0, где ро, То, Voa, Во - близкие к фоновым значения плотности, температуры, скорости плазмы и магнитного поля, соответственно. Время при этом берется в отношении к t0 = L„/tГ0А, где L0 -размер расчетной области.

Безразмерные параметры, определяющие физическую модель, это —

Re= - число Рейнольдса, Rem =—^--магнитное число Рейнольдса,

п С

V L 2 кТ

- число Пекле, р=—f— отношение газокинетического давления к X mV на

магнитному, a = v0iv0j - отношение скоростей, 17 - динамическая вязкость плазмы, у — отношение теплоемкостей, а — проводимость, % - коэффициент теплопроводности, к - постоянная Больцмана.

Решение системы МГД уравнений выполнялось методом Эйлера при использовании расчетной схемы, позволяющей обеспечить контролируемый переход к случаю непрерывной среды путем измельчения пространственной сетки и временного шага [Бархатов и др., 2002]. В численных экспериментах в качестве начального возмущения задавались временные последовательности плотности, скорости, температуры протонов солнечного ветра и компонент вектора ММП в солнечно-эклиптической системе координат. Выбор начальных условий для КВВ, соответствующих конкретной ситуации в солнечной короне, базировался на известных из литературы диапазонах изменения параметров, отвечающих КВВ разного типа [Lindsay et al., 1999]. Результаты, полученные в

численных экспериментах, сопоставлялись с данными параметров МКВВ, зарегистрированных на KA Helios и PVO. Оценка качества МГД моделирования проводилась с помощью корреляционного анализа связи экспериментально зарегистрированных данных и результатами МГД моделирования. Задаваемые начальные условия, при которых были получены наибольшие значения коэффициента корреляции в каждом конкретном численном эксперименте, объявлялись установленными начальными параметрами КВВ. При расчетах, для учета сферического расширения межпланетной среды, проводилась коррекция полученных параметров КВВ путем введения коэффициентов их изменения на рассматриваемых расстояниях [Odstrcil et al.,' 2002; Gonzalez-Esparza et al., 2004].

В третьем параграфе приводятся результаты проведенного МГД моделирования эволюции КВВ и значения их начальных параметров, модифицированные с учетом сферического расширения среды. На рис.1, в качестве примера, представлены результаты моделирования события «КВВ-МКВВ» типа «петля».

0 |.03'10!ш 0 1 ОУЮ'ш

Рис.1. Начальные условия для КВВ типа «петля» (левая часть расчетной области): сопоставление модельных (сплошная линия) и реальных (пунктирная линия) возмущенных параметров солнечного ветра на орбите Венеры для этого события (правая часть расчетной области)

В четвертом параграфе представлены основные характерные особенности каждого из анализируемых типов КВВ и их межпланетных проявлений, выявленные в результате проведенного численного МГД моделирования.

Третья глава посвящена изучению геомагнитной эффективности магнитных облаков. В первом параграфе рассмотрена бессиловая модель, используемая для цилиндрического магнитного облака (рис.2) и представлены выражения описывающие распределение магнитного поля в облаке в зависимости от его параметров.

Второй параграф посвящен анализу эволюции магнитных облаков по данным многоспутниковых наблюдений с целью установления влияния конфигурации и расположения облаков относительно линии Солнце-Земля на их геоэффективность, с точки зрения вероятности достижения Земли и генерации геомагнитной бури. Рассмотрены конфигурации магнитных облаков, зарегистрированных около Венеры по данным КАРУО, когда они находились в стороне от линии Солнце-Земля или двигались строго на Землю. Для обнаруженных около Венеры облаков произведен поиск тех же структур и около Земли. В качестве главного критерия идентификации облаков около Венеры и Земли использовалось значение динамического давления перед ними, поскольку на рассматриваемых расстояниях данная характеристика изменяется слабо. Параллельно выполнен анализ геомагнитной обстановки в предполагаемое время достижения облаком Земли. На основе представлений о конфигурации облака около Венеры и Земли, а также факта развития магнитной бури делается вывод о влиянии конфигурации облака на вероятность достижения им магнитосферы Земли и генерации бури.

В третьем параграфе решаются задачи установления влияния параметров магнитных облаков на их геоэффективность и определения диапазонов значений этих параметров, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь определенной интенсивности. Создана база модельных магнитных облаков, каждое из которых соответствует определенному набору параметров, всего порядка 2 ООО ООО облаков. Для решения данных задач из общей базы модельных облаков были отобраны крупномасштабные события, движущиеся строго на Землю, поэтому вклад прицельного параметра в геоэффективность облаков не учитывался. Анализ основан на-распределении Вг компоненты ММП в модельных облаках и установленной связи между ее амплитудой и классом геомагнитной бури по ЕЫ-индексу. Результаты проведенного анализа модельных магнитных облаков показывают, что экстремальные бури в основном генерируются магнитными облаками с большими значениями угла наклона оси к плоскости эклиптики и сильным отрицательным магнитным

полем на ней. Сильные и умеренные бури вызываются облаками с различными полярными углами за исключением их самых больших значений. Для сильных геомагнитных бурь необходимы также высокие значения магнитного поля на оси облака. Слабые геомагнитные бури вызываются преимущественно облаками с небольшими углами наклона оси к плоскости эклиптики и почти всем диапазоном значений магнитного поля на оси. Азимутальный угол оказывает незначительное влияние на интенсивность геомагнитной бури, ожидаемой при взаимодействии таких модельных облаков с магнитосферой. Облака с низкими значениями величины магнитного поля на оси не вызывают магнитных бурь. В таблице приведена вероятность генерации определенного класса геомагнитной бури в зависимости от значений полярного угла е наклона оси облака к плоскости эклиптики.

Таблица. Вероятность генерации определенного класса геомагнитной бури в зависимости от значений угла наклона оси облака к плоскости эклиптики_

Диапазоны изменения £ Слабые бури Умеренные бури Сильные бури Экстремальные бури

±(-1<кзоУ 77% ' 50% 44% -

±(30-70)" 22% 34% 39% 55%

±(70+90)° 1% 18% 17% 45%

В четвертом параграфе представлена методика определения параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды, на этапе его начального прохождения через облако. В основе данной методики лежит сопоставление регистрируемых спутником компонент вектора ММП с модельными компонентами из созданной базы модельных облаков. Процесс определения параметров магнитных облаков включает два этапа. На первом этапе производится расчет коэффициентов корреляции между зарегистрированными патрульным спутником значениями компонент вектора ММП и полем модельных облаков. Коэффициенты корреляции рассчитываются последовательно для каждого модельного облака, начиная с двух первых используемых точек измерения КА после его входа в облако (шаг для точек измерения равен 30 минутам). При добавлении в расчет каждой следующей точки измерения, расчет проводится с начальной точки по всему объему модельных облаков. Таким образом, на данном этапе отбираются модельные облака из созданной базы, для которых коэффициенты корреляции наибольшие по всем трем компонентам вектора магнитного поля. На втором этапе, для отобранных таким образом модельных облаков, вычисляются среднеквадратичные отклонения значений компонент магнитного поля и скорости, принадлежащих модельным облакам, от соответствующих значений, регистрируемых спутником. Среднеквадратичное отклонение нормируется на фоновые значения ММП (5 нТл) и скорости солнечного ветра (320 км с"1). В результате отбирается одно модельное облако, для которого получено минимальное среднеквадратичное отклонение модельных компонент поля от регистрируемых. Данное модельное облако наилучшим образом описывает магнитное поле подошедшего к магнитосфере реального выброса.

Тестирование данной методики проводилось на 27 реальных событиях, зарегистрированных на КА АСЕ (http://www.srl.caltech.edu/ACE/) и определенных в литературе как магнитные облака [Lynch et al., 2003; Zhang et al., 2004]. В качестве примера на рис.За приведено сопоставление зарегистрированных компонент магнитного поля облака 16.04.1999 и модельных, полученных при использовании в расчетах всей последовательности измерений, а сопоставление зарегистрированных компонент с модельными, полученными по 28% от всей последовательности данных, представлено на Рис.ЗЬ. Установлено, что для данного облака 28% измерений достаточно для надежного прогноза поведения Bz компоненты поля при использовании созданной базы модельных облаков. При этом коэффициент корреляции между регистрируемыми значениями Bz компоненты и модельными составляет 0.9, а среднеквадратичное отклонение между ними -0.014.

20 : to

i о; -10!

10 20 30 40 число точек

Ь)

£ 10

5 10 15 20 25 30 число точек

10 20 30 40 число точек

! : ! * —

; j }* '•'Wf- f—■■

10 20 30 40 число точек

5 10 15 20 25 30 число точек

Рис.3, а) сопоставление зарегистрированных компонент вектора магнитного поля облака и модельных, полученных при использовании в расчетах всей последовательности измерений. Ь) сопоставление зарегистрированных компонент магнитного поля облака и модельных, полученных при использовании в расчетах 28% спутниковых измерений от всего объема данных. Сплошная линия — реальные данные, звездочки — модельное облако

Проведенный анализ показал, что в среднем для установления конфигурации магнитного поля в облаке, в частности, поведения Вг компоненты, достаточно прохождения через КА порядка трети от всего события.

В пятом параграфе описывается метод краткосрочного прогноза класса интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитных облаков с магнитосферой Земли. В основу прогноза положена методика установления параметров магнитных облаков по начальным измерениям на КА ММП в них и связь между амплитудой Вг компоненты и Бз^индексом. После установления по начальным спутниковым измерениям параметров магнитного

облака, проводится восстановление полной структуры магнитного поля в нем. Далее выполняется анализ класса интенсивности ожидаемой геомагнитной бури по общепринятым соотношениям амплитуд Вг компоненты и ПзИшдскса Тестирование разработанного метода краткосрочного прогноза класса интенсивности геомагнитных бурь показало его высокую эффективность (~80%). Расхождение в классах геомагнитных бурь вызванных реальным и модельным облаком, построенным по начальным измерениям, наблюдается для событий содержащих резкие, непродолжительные, но значительные скачки в данных по Вг компоненте ММП, а также для облаков с геоэффективной оболочкой. Для таких событий наблюдаются более сильные геомагнитные возмущения, чем предполагаемые оценки на основе модели.

В шестом параграфе перечислены основные результаты, полученные в результате проведенного анализа магнитных облаков.

Четвертая глава посвящена выполнению классификации комплексов космической погоды, включающей представления о солнечных источниках, типах возмущающих потоков (ПСВ и ММП) и параметры их геомагнитных проявлений (ББ^индекс). Разработаны два метода классификации. Первый метод основан на сопоставлении динамик параметров солнечного ветра и геомагнитного Ов^ндекса, а второй - на применении искусственной нейронной сети (ИНС). В первом параграфе рассмотрены искусственные нейронные сети, их основные особенности и структура используемой сети «слоя Кохонена» [Круглое, Борисов, 2001 ].

Во втором параграфе описаны характеристики геомагнитных возмущений отобранных для исследования. Установление типов их солнечных источников проводилось с помощью солнечных каталогов и по известным характеристикам потоков плазмы от различных источников [Хвиюзова, 2000; Ермолаев и др., 2009]. Для некоторых из анализируемых событий были обнаружены противоречия в типе их солнечных источников, указанных в различных каталогах.

В третьем параграфе проведено разделение геомагнитных возмущений на основе динамики и интенсивности ББ^индекса на восемь классов: медленное поднятие ГЫ-индскса (рис.4а), поднятие Бе!-индекса с последующим небольшим провалом (рис.4Ь), слабые бури (рис.4с), умеренные классические бури (рис.4с1), умеренные неклассические бури (рис.4е), сильные классические бури (рис.4Г), сильные пеклассические бури (рис.4§), экстремальные бури (рис.4Ь). Полученные классы геомагнитных возмущений сопоставлены с типами солнечных возмущающих потоков.

0 •г -юо 0 -100 ' 4 0 -100 0 -100 \

й -200 -200 -200 -200

-300 -300 -300 -300

1 8 15 9 15 Время, часы

1 а 17 9 1? Время, часы

15 в 15

Время, часы

15 8 15 Время, часы

О -100 -200 -300

о -100 -200 -300

11 21 11

Время,часы

О -100 -200 -300

5 8 5 6 Время, часы

О -100 -200 -ЗОО

7 13 ? 13

б 11 б и

Вреда, чаш

Время, часы

Рис.4. Динамика Бв^индекса для восьми различных типов геомагнитных возмущений. Для каждого типа возмущения слева представлена реальная динамика Бэ^индекса, а справа - динамика, обработанная кубическим сплайном для использования в нейросетевой классификации

В четвертом параграфе выполняется необходимая предварительная обработка данных, участвующих в классификации. Для создания фиксированной архитектуры нейронной сети, одинаковой для каждого эксперимента, необходимо подавать на ее вход вектора равной длины. Кроме того, для повышения надежности результатов количество нейронов во входном слое, т.е. число величин, характеризующих динамику каждого входного параметра, желательно выбирать минимальным и достаточным для конкретной задачи. В качестве входных параметров нейросети анализировались: скорость V, концентрация N и импульс ЫУ солнечного ветра, компоненты магнитного поля Вх, Ву и Вб (южная компонента ММП, ВвНВг, если Вг<0, и В5=0, если В2>0), среднее значение вектора магнитного поля В, температура Т, гидродинамическое давление Р, электрическое поле УВв солнечного ветра и Вз1-индекс. Из них успешными оказались последние шесть солнечно-земных параметров.

Выявление основной формы поведения каждого входного параметра достигается их предварительной обработкой кубическим сплайном. На рис.4 в правых колонках представлен пример такой обработки для Вз1-индекса. После обработки входных параметров кубическим сплайном оказалось возможным представить их в виде параметрических векторов, где динамика параметров записывается как набор чисел, характеризующих амплитуду и продолжительность возмущения. Эволюция параметров каждого из анализируемых комплексов (ПСВ, ММП и Бз^индекс) может быть условно разделена на три части (три возмущения), каждая из которых характеризуется амплитудой и продолжительностью. В результате такого разделения было

установлено, что полное описание каждого из параметров комплекса возможно с помощью шести компонент, что было использовано как оптимальная длина входного вектора. На рис.5 в качестве примера приведена схема разделения Ш^индекса на условные части для составления параметрического вектора.

а!

П и.

Рис.5. Схема разделения Бз^ивдекса. Обозначения: а1, а2 и аЗ - амплитуды первого, второго и третьего возмущения, 11, И, и 13 - продолжительность этих возмущений

Так же в параграфе рассмотрено обучение и тестирование нейронной сети и описан алгоритм оценки эффективности ее обучения, основанный на значениях весовых коэффициентов выходных нейронов.

В пятом параграфе представлены комплексы космической погоды, полученные в результате классификации с помощью нейросети. На рис.6, в качестве примера выполненной классификации, представлен комплекс экстремальных магнитных бурь, вызываемых комбинацией оболочки и ведущего поля магнитных облаков или комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля облаков.

13 24 36 47 Время.часы

13 24 36 47 Время,чесы

1 13 24 33 Время, часы

Рис.6. Динамика ММП, ПСВ (среднего значения полного магнитного поля, южной Вя компоненты ММП, температуры, динамического давления и электрического поля солнечного ветра) и Бв^индекса для класса экстремальных геомагнитных бурь, вызываемых комбинацией оболочки и ведущего поля магнитных облаков или комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля облаков, полученного в результате нейросетевой классификации

Анализ распределения весовых коэффициентов нейронов выходного слоя позволил выявить особенности разделения исследуемых комплексов на классы. Установлено, что в рамках одного комплекса наиболее близкими по значению весовых коэффициентов являются классы с одинаковыми типами возмущающего потока. Наиболее «неясными» комплексами для нейронной сети являются слабые геомагнитные возмущения (классы 1-3, рис,4). Такие комплексы, кроме класса-победителя, имеют еще как минимум два класса с высокими значениями весовых коэффициентов.

12345678 12345678

Номер класса Номер класса

а) Ъ)

Рис.7. Процентное распределение весовых коэффициентов а) для события 16 -поднятие Бз^индекса, вызванное потоком от коронального стимера, Ь) для события 3- экстремальная магнитная буря, вызванная комбинацией ударной волны и магнитного облака

Для каждого из исследуемых комплексов существует класс с нулевым весовым коэффициентом. Для сильных геомагнитных возмущений нулевой весовой коэффициент отмечается для класса самых слабых геомагнитных возмущений, рассматриваемых в данной классификации (только поднятии индекса), а для слабых возмущений, это класс экстремальных магнитных бурь (рис.7).

В шестом параграфе приведены главные выводы проведенного исследования по созданию классификации комплексов космической погоды. Классификация с использованием искусственных нейронных сетей позволяет избежать противоречий при определении солнечного источника геомагнитного возмущения и дать количественную оценку эффективности проведенной классификации. Использование в качестве входных данных параметрических векторов параметров межпланетной среды позволяет так же решить проблему различной продолжительности анализируемых событий.

Проведенная классификация позволила установить наиболее геоэффективные комплексы космической погоды. На основе данной классификации также возможно более подробное изучение воздействия на

магнитосферу Земли различных потоков солнечной плазмы и выполнение более точного прогнозирования глобальной геомагнитной обстановки.

В заключении представлены основные результаты и выводы проведенных исследований:

1. Определены начальные параметры КВВ с помощью одномерного пространственно-временного МГД моделирования при учете сферического расширения среды. Установлены особенности различных типов КВВ: наиболее важными с точки зрения геомагнитной возмущенности являются направленные к Земле «сложные» КВВ, поскольку они содержат в своем объеме значительную отрицательную Вх компоненту ММП; КВВ типа «спайк» содержат сильные скачки плотности солнечного ветра, что не наблюдается для событий других классов; КВВ типа «фронт» имеют сильное возмущение Ву компоненты.

2. Проведен анализ влияния ориентации магнитных облаков и их расположения относительно линии Солнце-Земля на геомагнитную активность на основе данных многоспутниковых наблюдений эволюции облаков на трассе Венера-Земля. Установлено, что для облаков, располагающиеся вблизи линии Солнце-Земля и имеющих небольшие углы наклона к плоскости эклиптики вероятность генерации геомагнитной бури выше, чем для событий других конфигураций.

3. Проведено исследование влияния параметров магнитного облака на интенсивность геомагнитной бури, ожидаемой при его взаимодействии с магнитосферой Земли. Определены диапазоны значений параметров облаков, отвечающих за развитие геомагнитных бурь определенного класса интенсивности, и установлено, что главный вклад в геоэффективные свойства облаков дают угол наклона оси облака к плоскости эклиптики и значение магнитного поля на его оси — чем выше эти значения, тем более сильную геомагнитную бурю может вызвать магнитное облако.

4. Разработана и проверена на реальных событиях методика установления параметров облака по начальным спутниковым измерениям в нем компонент вектора ММП. Установлено, что для определения параметров облака, по которым можно получить полное распределение Вг компоненты магнитного поля в облаке, достаточно использовать измерения компонент ММП вдоль траектории прохождения спутника через облако на первой ее трети.

Выполнено краткосрочное прогнозирование геомагнитных бурь, которые могуг быть вызваны магнитными облаками при взаимодействии с магнитосферой Земли, на основе разработанной методики установления параметров облака по начальным измерениям на КА компонент ММП в нем и статистически установленной связи между Вг компонентой ММП и Бя!-индексом. Получено высокое (~80%) соответствие классов интенсивности геомагнитных бурь, вызванных реальными магнитными облаками и ожидаемых от модельных событий, установленных по начальным спутниковым измерениям. Расхождения в классах реальных и ожидаемых геомагнитных бурь наблюдается для магнитных облаков с геоэффективной оболочкой или комбинацией оболочки и ведущего поля облака.

5. Проведена классификация комплексов космической погоды, включающая характеристики возмущающего солнечного потока и его геомагнитное проявление. Реализованы два подхода к классификации. Первый основан на сопоставлении геомагнитных возмущений и типов их возмущающих солнечных потоков, определенных по каталогам или динамике параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Он является неоднозначным в силу сложности установления конкретного солнечного источника возмущения, особенно в годы высокой солнечной активности, и противоречий, встречающихся между каталогами. Второй подход основан на применении для классификации нейронной сети «слой Кохонена». Это позволяет избежать подобных противоречий и давать количественную оценку эффективности проведенной классификации (~84%), а использование в качестве входных данных параметрических векторов параметров межпланетной среды позволяет также решить проблему различной продолжительности анализируемых событий.

В результате проведенной нейросетевой классификации, были выделены восемь классов комплексов космической погоды:

Класс 1 - геомагнитные возмущения с поднятием БзЬиндекса, источником

которых являются потоки от корональных стримеров или волоконные потоки.

Класс 2 - геомагнитные возмущения с поднятием Ов^индекса и

незначительным последующим провалом, вызываемые СЖ и

высокоскоростными потоками (ИББ) от корональных дыр.

Класс 3 - слабые магнитные бури, источниками которых были СЖ, или СЖ и

ШБ.

Класс 4 - умеренные классические бури, вызываемые МО или МКВВ с ударной волной.

Класс 5 - умеренные неклассические бури, источниками которых являются СЖ или комбинации СЖ и НЗЙ.

Класс 6 - сильные классические бури, вызываемые МКВВ с ударными волнами

или комбинациями МО и их оболочек.

Класс 7 - сильные неклассические бури, вызываемые СЖ.

Класс 8 - экстремальные классические бури, вызываемые комбинациями

ударных волн, оболочки и ведущего поля МКВВ в виде магнитного облака.

Результаты классификации свидетельствуют о том, что основными источниками глобальных геомагнитных бурь различной интенсивности являются СЖ, МКВВ/МО и комбинации ударных волн, МКВВ/МО или оболочек и КВВ/МО, а наиболее сильные бури генерируются комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля магнитных облаков. Потоки от корональных стримеров и волокон в основном вызывают только поднятие Бб!-индекса.

программы, можно получить оценку его параметров: его радиус, величину магнитного поля на оси, прицельный параметр, спиральность и ориентацию оси в солнечно-эклиптической системе координат.

Поиск магнитных облаков основан на модельном представлении облака в виде бсссиловой цилиндрической потоковой нити. В процессе работы программы выполняется перебор возможных значений параметров магнитного облака, определяются значения компонент вектора магнитного поля, и оценивается среднеквадратичное отклонение полученных результатов от зарегистрированных данных. Работа программы направлена на установление интервалов магнитных облаков заданной длины путем минимизации среднеквадратичного отклонения.

В приложении 2 представлено описание работы и листинг программы установления параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в них компонент вектора ММП. В основе программы лежит корреляционный анализ и анализ среднеквадратичного отклонения регистрируемых значений компонент вектора ММП и модельных, принадлежащих облакам из предварительно созданной базы.

Список работ по теме диссертации

1. Бархатов Н.А., Левитин А.Е, Калинина Е.А. (Рсвунова) Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности // Тезисы докладов XI Пулковской международной конференции по физике Солнца: Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений, 2-7 июля 2007. Санкт-Петербург. 2007. С. 18.

2. Barkhatov N.A., Levitin А.Е. Kalinina Е.А. (Revunova) Manifestation of configurations magnetic clouds of the Solar wind in geomagnetic activity // Труды XI Пулковской международной конференции по физике Солнца: Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений, 2-7 июля 2007. Санкт-Петербург. 2007. С. 37.

3. Barkhatov N.A., Kalinina Е.А. (Revunova), Levitin А.Е., Gromova L.I., Dremukhina L.A., Burtsev A.Y. Intensity and duration of magnetic storms as result of different earth's passes through a magnetic cloud // Abstracts of Conference: International Heliophysical Year 2007: New Insights into Solar-Terrestrial Physics, 5-11 November 2007. Zvenigorod. 2007. P.10.

4 Barkhatov N.A., Kalinina E.A. (Revunova), Dremukhina L.A., Gromova L.I., Levitin A.E., Burtsev A.Y. Intensity and duration of magnetic storms depending on passing Earth's trajectory through magnetic cloud // Abstracts of 31 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 26-29 February 2008. Apatity. 2008. P.24.

5. Бархатов H.A., Калинина E.A. (Ревунова), Левитин А.Е., Громова Л.Л., Дремухина Л.А, Бурцев АЛ. Зависимость интенсивности и продолжительности магнитных бурь от траектории прохождения магнитного облака через земную магнитосферу // Солнечно-земная физика: сб. ст. Иркутск. 2008. Т.1. №12. С. 148.

6. N. Barkhatov, Е. Kalinina (Revunova), A. Levitin. Dependence of intensity and duration of magnetic storms on a trajectory of magnetic cloud passage through terrestrial magnctosphere // EGU2008-A-00000. EGU General Assembly. Vienna. Austria. 2008. V. 10.

7. Бархатов H.A., Калинина Е.А. (Рсвунова) Определение параметров магнитных облаков солнечного ветра и их геомагнитной активности // Тезисы докладов 13-ой Нижегородской сессии молодых ученых (физика, химия, медицина, биология) 20-25 апреля 2008. Татинец. 2008. С.53.

8. Kalinina E.A. (Revunova), Barkhatov N.A., Levitin A.E. The short-term forecast of Solar wind magnetic cloud parameters reaching vicinity of the Earth // Abstracts of 32 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 3-6 March 2009. Apatity. 2009. P.45.

9. Kalinina E.A. (Revunova), Barkhatov N.A., Levitin A.E. The shoit-term forecast of Solar wind magnetic cloud parameters reaching vicinity of the Earth // Proceedings of the 32 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 3-6 March 2009. Apatity. 2009. P. 119.

10. Бархатов H.A., Калинина E.A. (Ревунова), Левитин A.E. Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности // Космические исследования. 2009. Т.47. № 4. С. 300.

11. Калинина Е.А. (Ревунова), Бархатов Н.А. Установление параметров магнитных облаков солнечного ветра по начальным измерениям параметров межпланетной среды в нем // Тезисы докладов 14-ой Нижегородской сессии молодых ученых, естественнонаучные дисциплины (физика, химия, медицина, биология) 19-24 апреля 2009. Дзержинец. 2009. С.7.

12. Barkhatov N., Revunova Е., Levitin A. The forecast of Dst dynamic under the established characteristics of Solar wind magnetic cloud // EGU2010-6590. EGU General Assembly. 2010. V. 12.

13. Revunova E.A., Barkhatov N.A., Levitin A.E. The forecast of geomagnetic activity under the established characteristics of solar wind magnetic cloud // Abstracts of 33 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 2-5 March 2010. Apatity. 2010. P.47.

14. Бархатов H.A., Жулина Е.Г., Калинина E.A. (Ревунова) Определение параметров корональных выбросов вещества методом МГД моделирования их эволюции // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т.50. №3. С. 317.

15. Н. А. Бархатов, Е. А. Калинина (Ревунова). Определение параметров магнитных облаков и прогноз интенсивности магнитных бурь // Геомагнетизм и Аэрономия. 2010. Т.50. №4. С. 477.

Литература

- 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.

- Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина, И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976 - 2000 г. // Космические исследования, 2009. Т.47. № 2. С. 99.

- Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия - Телеком, 2001.382 с.

- Хвиюзова Т.А. Солнечные источники и типы потоков солнечного ветра // Физика околоземного космического пространства: Сб. ст. ПГИ. Апатиты, 2000. Т. 2.

- Gonzalez-Esparza J. A., Santill A., Ferrer J. A numerical study of the interaction between two ejecta in the interplanetary medium: one- and two-dimensional hydrodynamic simulations //Ann. Geophys., 2004. V.22. № 10. P.3741.

- Lindsay G.M., Luhmann J.G., Russell C.T., Gosling J.T. Relationships between Coronal Mass Ejection speeds from coronograph images and interplanetary characteristics of associated interplanetary coronal mass ejections //J. Geophys. Res., 1999. V.104. №A6. P.12515.

- Lynch В., Zurbuchen Т., Fisk L., Antiochos S. Internal structure of magnetic clouds: Plasma and composition//J. Geophys. Res., 2003. V.108. № A6. P. 1239. doi:10.1029/2002JA009591.

- Odstrcil D., Linker J. A., Lionello R., Mikic Z., Riley P., Pizzo V. J., Luhmann J. G. Merging of coronal and heliospheric numerical two-dimensional MHD models //J. Geophys. Res., 2002. V.107. № A12. doi: 10.1029/2002JA009334.

- Zhang J., Liemohn M. W., Kozyra J. U., Lynch B. J., Zurbuchen Т. H. A statistical study of the geoeffectivcness of magnetic clouds during high solar activity years // J. Geophys. Res., 2004. V.109. A09101. doi:10.1029/2004JA010410.

Благодарности

Исследования, представленные в диссертации, были выполнены под профессиональным руководством моего учителя и научного руководителя доктора физико-математических наук, профессора Николая Александровича Бархатова, за что выражаю ему глубокую признательность и благодарность.

Благодарю Анатолия Ефимовича Левитина, Людмилу Ивановну Громову и Лидию Алексеевну Дремухину за участие в моей работе, полезные советы и дискуссии, а также моих соавторов и коллективы лаборатории магнитосферных возмугцешш ИЗМИРАН и лаборатории Физики Солнечно-Земных связей Нижегородского государственного педагогического университета за поддержку и помощь в решении ряда научных задач.

Ревунова Елена Алексеевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать « 22 » февраля 2011 г. Усл. печ. л. 1.5. Тираж 100 экз.

ООО «Центр оперативной печати» 603005, Нижний Новгород, ул. Пискунова, 20а

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Ревунова, Елена Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. События космической погоды и способы их описания

§1.1. Проявления крупномасштабных событий на Солнце в межпланетном пространстве.

§ 1.2. Методы численного МГД моделирования эволюции корональных выбросов вещества.

§1.3. Солнечно-земные механизмы геомагнитной активности.

§1.4 Многоспутниковые наблюдения магнитных облаков.

§1.5. Геоэффективность магнитных облаков солнечного ветра.

§1.6. Модели распределения магнитного поля в магнитных облаках.

§1.7. Современная классификация событий космической погоды.

§1.8 Постановка решаемых задач.

ГЛАВА 2. Моделирование эволюции корональных выбросов вещества в солнечном ветре

§2.1. Анализ событий космической погоды «корональный выброс вещества межпланетный корональный выброс вещества».

§2.2. Численные эксперименты по установлению параметров корональных выбросов вещества методом МГД моделирования.

§2.3. Установленные начальные параметры корональных выбросов вещества.

§2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. Изучение геоэффективных свойств магнитных облаков и прогноз параметров магнитных бурь по начальным измерениям магнитного ноля в них

§3.1. Аналитическое представление выбранной модели для изучения магнитных облаков.

§3.2. Анализ эволюции магнитных облаков в солнечном ветре и ее отражение в геомагнитной активности.

§3.3. Влияние параметров магнитных облаков на их геоэффективные свойства по анализу модельных облаков.

§3.4. Определение параметров магнитного облака по начальным спутниковым измерениям компонент вектора межпланетного магнитного поля в нем.

§3.5. Краткосрочный прогноз интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитных облаков с магнитосферой Земли.

§3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. Нейросетевая классификация комплексов космической погоды «солнечный источник-тип возмущающего потока — геомагнитное возмущение»

§4.1. Применение нейросетевых технологий в задачах классификации.

§4.2. Отбор геомагнитных возмущений и усгановление типа их солнечного источника.

§4.3. Разделение геомагнитных возмущений на основе динамики и интенсивности

Эз^индекса.

§4.4. Разработка методики выполнения нейросетевой классификации комплексов космической погоды.

§4.5. Выявленные комплексы космической погоды.

§4.6. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли"

Изучение многообразия проявлений солнечной активности в межпланетном пространстве и путей их влияния на земные процессы, привело к появлению такого понятия как «космическая погода», которое определяется совокупностью солнечных явлений, характеристиками солнечного вегра, околоземного космического пространства и геомагнитного поля. В настоящее время в это понятие включается также состояние наземных технологических систем и биосферных процессов, чувствительных к солнечно-земным связям.

Основным направлением в солнечно-земной физике является исследование геоэффективных проявлений солнечной активности с целью прогнозирования состояния космической погоды. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по вопросам передачи возмущений от Солнца к Земле. Однако проблема количественного описания полного механизма воздействия и, главное, предсказания состояния магнитосферы Земли на основе наблюдений Солнца еще далека от своего решения. Во многом это связано с необходимостью учитывать физические процессы, происходящие в межпланетном пространстве и магнитосфере, а также тот факт, что солнечные плазменные структуры изменяются при распространении в солнечном ветре и могут взаимодействовать друг с другом. В связи с этим важными задачами солнечно-земной физики являются изучение эволюции крупномасштабных проявлений солнечной активности и выявление их наиболее геоэффекгивных конфигураций. Таким образом, можно говорить о необходимости разработки комплексного подхода к изучению явлений космической погоды, включающего представления о типах потоков солнечной плазмы и параметры вызываемых глобальных геомагнитных возмущений.

Диссертация посвящена восстановлению начальных параметров корональных выбросов вещества с помощью магнитогидродинамического моделирования их эволюции в межпланетном пространстве; анализу влияния конфигураций магнитных облаков на их геоэффективные свойства; установлению диапазонов значений параметров облаков, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь различной интенсивности; разработке методики определения параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в них компонент вектора межпланетного магнитного поля и возможности выполнения на ее основе краткосрочного прогнозирования геомагнитной активности; созданию классификации комплексов космической погоды с применением нейросетевых технологий.

Методы, используемые в исследовании

В диссертации изучение эволюции корональных выбросов вещества с целью установления их начальных параметров выполнялось с помощью метода численного магнитогидродинамического (МГД) моделирования, результаты которого оценивались на основе корреляционного анализа отклонений значений, параметров межпланетной среды, получаемых в результате моделирования, от соответствующих величин, регистрируемых спутником. Задача о проявлении в геомагнитной активности конфигураций и расположения относительно * линии Солнце-Земля магнитных облаков решалась анализом данных многоспутниковых наблюдений на трассе Венера-Земля. Установление диапазонов параметров магнитных облаков, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь различной интенсивности, выполнялось статистическим анализом распределения магнитного поля модельных облаков из специально созданной базы. Методика определения параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в нем компонент вектора межпланетного магнитного поля разрабатывалась на основе корреляционного подхода. Задача краткосрочного прогноза интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии облаков с магнитосферой Земли, решалась анализом распределения Вг компоненты магнитного поля в облаке, полученного на начальном этапе его регистрации космическим аппаратом, и ее связи с Бег-индексом. Классификация комплексов космической погоды выполнялась двумя способами: первый основан на сопоставлении динамики параметров солнечного ветра и типов возмущающих солнечных потоков, представленных в каталогах, с вариациями геомагнитного Об!-индскса, а второй - с применением технологии искусственных нейронных сетей вида «слой Кохонена».

Цель работы

Цель работы состоит в установлении связи между конфигурациями крупномасштабных плазменных структур с параметрами геомагнитной активности, разработке на этой основе методики краткосрочного прогнозирования геомагнитных бурь и классификации комплексов космической погоды.

Научная новизна

Применение метода магнитогидродинамического моделирования для изучения эволюции корональных выбросов вещества позволило установить их начальные параметры вблизи Солнца и особенности структуры различных типов корональных выбросов.

Анализ многоспутниковых наблюдений магнитных облаков на трассе Венера-Земля показал степень влияния их конфигурации и расположения относительно линии Солнце-Земля на вероятность генерации геомагнитных бурь. Установлено, что вероятность генерации геомагнитных бурь магнитными облаками выше для* событий располагающихся вблизи линии Солнце-Земля и имеющих небольшие углы, наклона оси к плоскости эклиптики.

Разработана методика определения параметров облаков' на начальном этапе регистрации космическим аппаратом (КА) компонент магнитного поля в них, а также методика краткосрочного прогнозирования на этой основе интенсивности г еомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитных облаков с магнитным полем Земли. Установлены значения диапазонов параметров магнитных облаков, отвечающих за развитие геомагнишых бурь различной интенсивности.

Выполнена классификация комплексов космической погоды, учитывающая представления о типах и характеристиках потоков солнечной плазмы, а также включающая параметры вызванных ими глобальных геомагнитных возмущений. Использование для классификации нейросетевого подхода позволило выявить характерные особенности воздействия различных солнечных потоков на геомагнитное поле и установить наиболее геоэффективные потоки и их комбинации.

Научная и практическая ценность

Восстановлены начальные параметры корональных выбросов вещества на основе корреляционного анализа результатов численного МГД моделирования их эволюции и реально регистрируемой динамики параметров межпланетной среды. Результаты данного исследования свидетельствуют о возможности успешного применения метода МГД моделирования для восстановления начальной структуры крупномасштабных событий космической погоды, которые не могут быть установлены по прямым измерениям.

На основе анализа данных многоспугниковых наблюдений магнитных облаков, распределения магнитного поля в различных конфигурациях модельных облаков^ и статистической связи между значениями Bz компоненты магнитного поля и вариацией Dst-индекса, установлено влияние конфигурации и расположения облаков относительно линии Солнце-Земля на их геомагнитные свойства. Получены конкретные значения диапазонов параметров магнитных облаков, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь определенной интенсивности. Разработана методика краткосрочного прогнозирования интенсивности магнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитного облака с геомагнитным полем. В ее основе лежит анализ распределения магнитного поля в облаке, восстановленного по начальным спутниковым измерениям в нем компонент магнитного поля, и пороговых значений Bz компоненты межпланетного магнитного поля (ММП), необходимых для развития геомагнитных бурь определенного класса интенсивности.

Нейросетевым методом выполнена классификация комплексов космической погоды, отражающая связь типов И'характеристик солнечных возмущающих потоков с их геомагнитными проявлениями. В результате проведенного исследования,были выделены основные комплексы* космической погоды, отвечающие различным типам солнечных возмущений и вариациям геомагнитного поля. Полученные комплексы позволят выполнять более подробное изучение воздействия на магнитосферу Земли различных потоков солнечной плазмы и осуществлять более точное прогнозирование глобальной геомагнитной обстановки.

Экспериментальные данные

В диссертационном исследовании были использованы экспериментальные данные:

1. Параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, полученные из базы спутниковой системы OMNI, КА Wind, АСЕ и PVO (http://www.ngdc.noaa.gov; http://cdaweb. gsfc.nasa.gov/istppublic; http://www.srl.caltech.edu/ACE/, http://lewes.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/cohoweb/selectorl .pl?spacecrafît=pvo).

2. Dst-индекс геомагнитной активности (http://cdaweb.gsfc.nasa.gov/istp2JDublic).

3. Каталоги корональных выбросов вещества (LASCO СМЕ Catalog, http://cdaw.gsfc.nasa.gov; http://vso.nso.edu/cgi/catalogui)

4. Данные о параметрах корональных выбросов с коронографов на КА SMM, SOHO (http://lasco-www.nrl.navy.mil/).

5. Каталог активных волокон и нитей (Active prominences and filaments, ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLARDATA/SOLARWebsite/FILAMENTS/)

6. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра в период 1976-2000 гг. (ftp://ftp.iki.rssi.ru/pub/omni/catalog/).

7. Список рентгеновских вспышек с указанием присутствия корональных выбросов вещества и ударных волн (httpV/umtof.umd.edu/sem/semfigs.html).

8. Список ударных волн (http://umtof.umd.edu/pm/Shocks.html).

9. Каталог На вспышек ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/SOLARDATA/SOLARWebsite/SOLARFLARES/FLA

RESH ALPHA/).

10. Каталог рентгеновских вспышек (http://vso.nso.edu/cgi/catalogui).

11. Бюллетень «Солнечные данные».

Положения, выносимые на защиту

2. Определение параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды, а также краткосрочный прогноз интенсивности ожидаемой магнитной бури на основе измерений компонент межпланетного магнитного поля на начальном этапе прохождения; магнитосферы через облако.

3. Классы комплексов космической погоды для установления типов солнечного возмущающих потоков и параметров создаваемых ими геомагнитных возмущений.

Краткое содержание глав

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

Первая глава диссертации посвящена обзору современных представлений о явлениях солнечной активности, их проявлениях в межпланетном пространстве и особенностях воздействия на магнитосферу Земли. В первом параграфе рассмотрены основные активные события на Солнце — вспышки, активные волокна, корональные стримеры и корональные дыры. Представлены основные характеристики возмущенных потоков, генерируемые такими событиями. Особое внимание уделено корональным выбросам вещества и их подклассу, магнитным облакам, как наиболее геоэффективным проявлениям солнечной активности, описан механизм развития их крупномасштабной структуры. Во втором параграфе рассматривается приближение магнитной гидродинамики для изучения процессов происходящих в межпланетном пространстве. Представлены результаты успешного применения МГД моделирования в задачах солнечно-земной физики. Третий параграф посвящен описанию структуры магнитосферы и геомагнитных возмущений, возникающих в результате ее взаимодействия с различными проявлениями солнечной активности. Дана общая характеристика геомагнитных бурь. Рассмотрены этапы их развития в соответствии с основными физическими механизмами, происходящими на этих этапах. Приведены сведения об индексах геомагнитной активности, характеризующих глобальное геомагнитное состояние. В четвертом параграфе представлен обзор исследований магнитных облаков по данным многоспутниковых наблюдений, позволяющих исследовать эволюцию структур солнечного ветра, уточнять модели их описания или восстанавливать их трехмерные конфигурации. В пятом параграфе рассмотрены основные причины геоэффективности магнитных облаков. Показано, какие по интенсивности геомагнитные бури наиболее часто возникают при взаимодействии облаков- с магнитосферой Земли. Рассмотрены геоэффективные свойства структурных частей облака. Уделено внимание зависимости амплитуды и продолжительности отрицательной Bz компоненты магнитного поля облака от его параметров. Шестой параграф посвящен обзору моделей, используемых для описания распределения магнитного поля в магнитных облаках. Среди них бессиловая (foice-free) и не бессиловая-(поп-force-free) модели, применяемые для цилиндрического, эллиптического, тороидального или сферического облака. В седьмом параграфе рассмотрены классификации событий космической погоды, созданные на основе современных представлений о связи между различными типами солнечных источников, характеристиками их потоков в околоземном пространстве и геомагнитными проявлениями. В восьмом параграфе ставятся задачи по исследованию проявлений крупномасштабных структур солнечной активности в геомагнитных возмущениях.

Вторая глава диссертационного исследования посвящена МГД моделированию эволюции корональных выбросов вещества в среде солнечного ветра с целью восстановления их начальных параметров. В первом параграфе описана методика отбора анализируемых событий «корональный выброс вещества (КВВ) — межпланетный корональный выброс вещества (МКВВ)». Рассмотрены основные характеристики возмущений в околоземном пространстве, вызванных ККВ типа петля, фронт, спайк, выброс кратной структуры (мультиспайк) и бесструктурный выброс. Во втором параграфе приведена систехма МГД уравнений, непосредственно используемая для выполнения численных экспериментов по установлению начальных параметров КВВ. Описана методика их установления. В третьем параграфе представлены начальные параметры КВВ, полученные в результате численного МГД моделирования, и модифицированные с учетом сферического расширения межпланетной среды.

Третья глава диссертационного исследования посвящена изучению магнитных облаков, как наиболее геоэффективных структур солнечного ветра. В первом параграфе рассмотрена бессиловая цилиндрическая модель магнитного облака и представлены выражения описывающие распределение магнитного поля в облаке в зависимости от его параметров. Во втором параграфе по данным миогоспутниковых наблюдений на трассе Венера-Земля анализируется влияние конфигурации и расположения относительно линии Солнце-Земля магнитных облаков на вероятность генерации геомагнитной бури. На основе представлений о конфигурации облака около Венеры и Земли, а также факта развития магнитной бури делается вывод о влиянии конфигурации облака на вероятность достижения им магнитосферы Земли и генерации геомагнитной бури. В третьем параграфе решается задача по установлению диапазонов значений параметров магнитных облаков, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь определенной интенсивности. Анализ основан на распределении В г компоненты ММП в модельных облаках и установленной связи между классом геомагнитной бури по Бз^индексу и амплитудой Вг компоненты. Анализ основан на распределении Вг компоненты ММП в модельных облаках и установленной связи между классом геомагнитной бури по Бз^индексу и амплитудой Вг компоненты. Четвертый параграф посвящен разработке методики установления параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в них компонент межпланетного магнитного поля и ее тестированию на реальных событиях, зарегистрированных на КА АСЕ и определенных в литературе как магнитные облака. В пятом параграфе описывается метод краткосрочного прогноза класса интенсивности геомагнитных бурь, ожидаемых при взаимодействии магнитных облаков с магнитосферой Земли, основанный на методике установления параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в них компонент вектора ММП и связи между амплитудой Въ компоненты и классом ожидаемой геомагнитной бури по Об^ индексу.

Заключительная, четвертая, глава посвящена решению задачи создания классификации комплексов космической погоды, включающей в себя характеристики возмущающего солнечного потока (параметры солнечного ветра и компоненты межпланетного магнитного поля) и его геомагнитное проявление (ОБ^индекс). В первом параграфе рассмотрен основной инструмент классификации - искусственные нейронные сети (ИНС), особенности его работы и структура используемой сети. Во втором параграфе описаны принципы отбора для исследования геомагнитных возмущений (по динамике С^-индекса) и методика установления их солнечных источников на основе данных представленных в каталогах и динамики параметров солнечного ветра (ПСВ). В третьем параграфе выполнено разделение анализируемых геомагнитных возмущений на основе динамики и интенсивности Е^-индекса. Для полученных классов геомагнитных возмущений проведено сопоставление с типами солнечных возмущающих потоков. В четвергом параграфе описана необходимость предварительной обработки данных, участвующих в классификации с использованием нейронной сети. Приведена методика классификации комплексов космической погоды с помощью ИНС, а также обучение и тестирование созданной нейронной сети. Описан алгоритм оценки эффективности обучения нейронной сети, основанный на анализе значений весовых коэффициентов выходных нейронов. В пятом параграфе представлены комплексы космической погоды, полученные в результате нейросетевой классификации. Проведен анализ распределения весовых коэффициентов нейронов выходного слоя для выявления особенностей разделения исследуемых событий на классы. В шестом параграфе представлены главные выводы проведенного исследования по созданию классификации комплексов космической погоды.

В заключении диссертационной работы представлены основные результаты и выводы проведенного исследования.

Приложение 1 содержит описание работы и листинг программы поиска магнитных облаков в потоке данных о компонентах вектора ММП. Программа разработана для выполнения поиска магнитных облаков по спутниковым данным о компонентах вектора межпланетного магнитного поля. Кроме обнаружения факта присутствия магнитного облака с помощью данной программы, можно получить оценку его параметров: его радиус, величину магнитного ноля на оси, прицельный параметр, спиральность и ориентацию оси в солнечно-эклиптической системе координат.

Поиск магнитных облаков основан на модельном представлении облака в виде бессиловой цилиндрической потоковой нити. В процессе работы программы выполняется перебор возможных значений параметров магнитного облака, определяются значения компонент вектора магнитного поля, и оценивается среднеквадратичное отклонение полученных результатов от зарегистрированных данных. Работа программы направлена на установление интервалов магнитных облаков заданной длины путем минимизации среднеквадратичного отклонения.

В приложении 2 представлено описание работы и листинг программы установления параметров магнитных облаков по начальным спутниковым измерениям в нем компонент вектора ММП. В основе программы лежит корреляционный анализ и анализ среднеквадратичного отклонения регистрируемых значений компонент вектора ММП и модельных, принадлежащих облакам из предварительно созданной базы.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ревунова, Елена Алексеевна

§4.6. Выводы

Реализованы два метода классификации комплексов космической погоды -сопоставительный и нейросетевой. Результаты применения первой методики классификации, основанной на сопоставлении типов возмущающего солнечного потока и их геомагнитных проявлений различной интенсивности и формы, не являются однозначными. Это обусловлено сложностью установления конкретного солнечного источника возмущения, особенно; в годы высокой солнечной активности; и противоречиям в типах потоков, установленных в каталогах. В связи с этим данным методом классификации для, 22% анализируемых геомагнитных возмущений:: не был однозначно установлен тип солнечного источника.,

Классификация? с; использованием искусственных, нейронных сетей позволяет: избежать таких противоречий и дать количественную оценку ее эффективности: Использование, в . качестве входных, данных параметрических, векторов параметров межпланетной. среды позволяет, так же решить проблему различной продолжительности анализируемых событий. В данном исследовании использовалась классификационная., нейронная сеть типа слоя Кохонена, для которой входньши.параметрами являлись среднее значение магнитного поля; южная компонента магнитного поля, температура, динамическое давление, и электрическое поле солнечного ветра, в качестве меры глобальной геомагнитной активности использовался Оэ^индекс. Предложенная методика нейросетевой: классификации позволяет классифицировать комплексы космической погоды с высокой степенью эффективности (-84%).

В-результате проведенной нейросетевой классификации, были выделены восемь классов комплексов космической погоды «солнечный источник; — тип возмущающего потока - геомагнитное возмущение»: .

Класс 1 — геомагнитные возмущения с поднятием Оэ1;-индекса, источником которых являются потоки от корональных стримеров или^волоконные потоки., Класс 2 - геомагнитные возмущения с поднятием Ов^индекса и- незначительным последующим провалом; вызываемые С1И и высокоскоростными потоками, от корональных дыр.

Класс 3 - слабые магнитные бури, источниками которых были СГО., или комбинации СГО и М88.

Класс 4 — умеренные классические бури, вызываемые МО или МКВВ с ударной волной. Класс 5 - умеренные неклассические бури, источниками которых являются СГО. или комбинации СГО. и НВБ.

Класс 6 — сильные классические бури, вызываемые МКВВ с ударными волнами или комбинациями МО и их оболочек.

Класс 7 - сильные неклассические бури, вызываемые СШ.

Класс 8 - экстремальные классические бури, вызываемые комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля магнитного облака.

Результаты нейросетевой классификации свидетельствуют о том, что основными источниками глобальных геомагнитных бурь являются СГО. и различные комбинации ударных волн, МКВВ/МО и их оболочек. Потоки от корональных стримеров и волокон в основном вызывают только поднятие ББ^индекса. Наиболее сильные (экстремальные) по интенсивности глобальные геомагнитные бури генерируются комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля магнитных облаков

Таким образом, на основе полученных комплексов космической погоды, включающих в себя представления о типе возмущающего солнечного потока и параметры его геомагнитного проявлении, возможно уточнение механизмов воздействия на магнитосферу Земли различных потоков солнечной плазмы и выполнение более точного прогнозирования глобальной геомагнитной обстановки.

Заключение

Диссертация посвящена изучению эволюции крупномасштабных структур солнечного ветра при распространении в межпланетном пространстве, их проявлений в геомагнитной активности и созданию комплексного подхода для описания явлений космической погоды.

Рассмотрены задачи определения начальных параметров КВВ путем численного МГД моделирования их эволюции; исследования геоэффективных свойств магнитных облаков и установления диапазонов значений их параметров, отвечающих за генерацию геомагнитных бурь различной интенсивности; разработки методик определения параметров облаков по начальным спутниковым измерениям в них компонент межпланетного магнитного поля и краткосрочного прогнозирования геомагнитной обстановки, а также классификации комплексов космической погоды с помощью метода ИНС.

Перечислим методы исследований, полученные с их помощью важнейшие результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Определены начальные параметры КВВ с помощью одномерного пространственно-временного МГД моделирования, при учете сферического расширения среды. Установлены особенности различных типов КВВ: наиболее важными с точки зрения геомагнитной возмущенности являются направленные к Земле «сложные» КВВ, поскольку они содержат в своем объеме значительную отрицательную Вг компоненту; КВВ типа «спайк» содержат сильные скачки плотности солнечного ветра, что не наблюдается для событий других классов; КВВ типа «фронт» имеют сильное возмущение Ву компоненты.

3. Проведено исследование влияния параметров магнитного облака на интенсивность геомагнитной бури, ожидаемой при его взаимодействии с магнитосферой Земли, основанное на анализе распределения Вт компоненты в модельных магнитных облаках из специально созданной базы, включающей 2 ООО ООО различных конфигураций модельных облаков.

Определены диапазоны значений параметров облаков, отвечающих за развитие геомагнитных бурь определенного класса интенсивности, и установлено, что главный вклад в геоэффективные свойства облаков дают угол наклона оси облака к плоскости эклиптики и значение магнитного поля на его оси — чем выше эти значения, тем более сильную геомагнитную бурю может вызвать магнитное облако.

На защиту выносится: Диапазоны значений параметров магнитных облаков, определяющие интенсивность геомагнитных бурь, которые они могут генерировать при взаимодействии с магнитосферой Земли

4. Разработана и проверена на реальных событиях методика установления параметров облака по начальным спутниковым измерениям в нем компонент ММП, основанная на сопоставлении регистрируемых компонент ММП и модельных, принадлежащих облакам из специально созданной базы. Установлено, что для определения параметров облака, по которым можно получить полное распределение Вг компоненты магнитного поля в облаке, достаточно использовать измерения компонент ММП вдоль траектории прохождения спутника через облако на первой ее трети.

Выполнено краткосрочное прогнозирование геомагнитных бурь, которые могут быть вызваны магнитными облаками при их взаимодействии с магнитосферой Земли, на основе разработанной методики установления параметров облака по начальным измерениям на КЛ компонент ММП в нем и статистической связи между Вг компонентой вектора ММП и Оэ^индексом. Получено высокое (~80%) соответствие классов интенсивности геомагнитных бурь, вызванных реальных магнитными облаками и ожидаемых от модельных событий. Расхождения в классах реальных и ожидаемых геомагнитных бурь наблюдается для магнитных облаков с геоэффективной оболочкой или комбинацией оболочки и ведущего поля облака.

На защиту выносится: Определение параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды, а также метод краткосрочного прогноза интенсивности ожидаемой магнитной бури на основе измерений компонент межпланетного магнитного поля на начальном этапе прохождения магнитосферы через облако.

5. Проведена классификация комплексов космической погоды, включающая характеристики возмущающего солнечного потока (параметры солнечного ветра и компоненты вектора межпланетного магнитного поля) и его геомагнитное проявление (Бэ^индекс). Реализованы два подхода к классификации. Первый подход основан на сопоставлении геомагнитных возмущений и типов их возмущающих солнечных потоков, определенных по каталогам или по динамике параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. Он не является однозначным в силу сложности установления конкретного солнечного источника возмущения, особенно в годы высокой солнечной активности, и противоречий, встречающихся между каталогами. Второй подход основан на применении для классификации нейронной сети типа слоя Кохонена. Это позволило избежать подобных противоречий, дать количественную оценку эффективности проведенной классификации (-84%), а использование в качестве входных данных параметрических векторов параметров межпланетной среды позволило так же решить проблему различной продолжительности анализируемых.

В результате проведенной нейросетевой классификации, были выделены восемь классов комплексов космической погоды «солнечный источник - тип возмущающего потока — геомагнитное возмущение»:

Класс 1 - геомагнитные возмущения с поднятием Оз1-индекса, источником которых являются потоки от корональных стримеров или волоконные потоки.

Класс 2 - геомагнитные возмущения с поднятием Оз1;-индекса и незначительным последующим провалом, вызываемые СЖ и высокоскоростными потоками (НвБ) от корональных дыр.

Класс 3 — слабые магнитные бури, источниками которых были СЖ, или СЖ и Н88. Класс 4 — умеренные классические бури, вызываемые МО или МКВВ с ударной волной. Класс 5 — умеренные неклассические бури, источниками которых являются СЖ или комбинации СГО и Н88.

Класс б - сильные классические бури, вызываемые МКВВ с ударными волнами или комбинациями МО и их оболочек.

Класс 7 - сильные неклассические бури, вызываемые СЖ.

Класс 8 - экстремальные классические бури, вызываемые комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля МКВВ в виде магнитного облака.

Результаты классификации свидетельствуют о том, что основными источниками глобальных геомагнитных бурь различной интенсивности являются СГО и комбинации ударных волн, МКВВ/МО или оболочек и МКВВ/МО, а наиболее сильные бури генерируются комбинациями ударных волн, оболочки и ведущего поля магнитных облаков. Потоки от корональных стримеров и волокон в основном вызывают только поднятие Оэ1-и11декса.

На защиту выносится: Классы комплексов космической погоды для установления типов солнечного возмущающих потоков и параметров создаваемых ими геомагнитных возмущений.

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 «Космические исследования» и «Геомагнетизм и аэрономия», а также представлены на российских и международных конференциях и научных семинарах НИРФИ, ПГИ КНЦ РАН и ИЗМИР АН.

Личный вклад соискателя

Благодарности

Благодарю моих соавторов и коллектив лаборатории магнитосферных возмущений ИЗМИР АН в лице Анатолия Ефимовича Левитина, Людмилы Ивановны Громовой, Лидии Алексеевны Дремухиной и Юрия Александровича Бурцева за участие в моей работе, полезные советы и дискуссии, а так же коллектив лаборатории физики солнечно-земных связей Нижегородского государственного педагогического университета за поддержку и помощь в решении ряда научных задач.

Список работ по теме диссертации

1. Бархатов H.A., Левитин А.Е, Калинина Е.А. Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности // Тезисы докладов XI Пулковской международной конференции по физике Солнца: Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений, 2-7 июля 2007. Санкт-Петербург. 2007. С. 18.

2. Barkhatov N.A., Levitin А.Е. Kalinina Е.А. Manifestation of configurations magnetic clouds of the Solar wind in geomagnetic activity // 'Груды XI Пулковской международной конференции по физике Солнца: Физическая природа солнечной активности и прогнозирование ее геофизических проявлений, 2-7 июля 2007. Санкт-Петербург. 2007. С. 37.

3. Barkhatov N.A., Kalinina Е.А., Levitin А.Е., Gromova L.I., Dremukhina L.A., Burtsev A.Y. Intensity and duration of magnetic storms as result of different earth's passes through a magnetic cloud // Abstracts of Conference: International Heliophysical Year 2007: New Insights into Solar-Terrestrial Physics, 5-11 November 2007. Zvenigorod. 2007. P. 10.

4 Barkhatov N.A., Kalinina E.A., Dremukhina L.A., Gromova L.I., Levitin A.E., Burtsev A.Y. Intensity and duration of magnetic storms depending on passing Earth's trajectory through magnetic cloud // Abstracts of 31 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 26-29 February 2008. Apatity. 2008. P.24.

5. Бархатов H.A., Калинина E.A., Левитин A.E., Громова JI.JL, Дремухина JI.A, Бурцев А.Я. Зависимость интенсивности и продолжительности магнитных бурь от траектории прохождения магнитного облака через земную магнитосферу // Солнечно-земная физика: сб. ст. Иркугск. 2008. Т.1. №12. С. 148.

6. N. Barkhatov, Е. Kalinina, A. Levitin. Dependence of intensity and duration of magnetic storms on a trajectory of magnetic cloud passage through terrestrial magnetosphere // EGU2008-A-00000. EGU General Assembly, 13-18 April 2008. Vienna. Austria. 2008. V. 10.

7. Бархатов H.A., Калинина Е.А. Определение параметров магнитных облаков солнечного ветра и их геомагнитной активности // Тезисы докладов 13-ой Нижегородской сессии молодых ученых (физика, химия, медицина, биология) 20-25 апреля 2008: Татинец. 2008. С.53.

8. Kalinina Е.А., Barkhatov N.A., Levitin А.Е. The short-term forecast of Solar wind magnetic cloud parameters reaching vicinity of the Earth // Abstracts of 32 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 3-6 March 2009. Apatity. 2009. P.45.

9. Kalinina E.A., Barkhatov N.A., Levitin A.E. The short-term forecast of Solar wind magnetic cloud parameters reaching vicinity of the Earth // Proceedings of the 32 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 3-6 March 2009. Apatity. 2009. P.l 19.

10. Бархатов H.A., Калинина E.A., Левитин А.Е. Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности // Космические исследования. 2009. Т.47. № 4. С. 300.

11. Калинина Е.А., Бархатов Н.А. Установление параметров магнитных облаков солнечного ветра по начальным измерениям параметров межпланетной среды в нем // Тезисы докладов 14-ой Нижегородской сессии молодых ученых, естественнонаучные дисциплины (физика, химия, медицина, биология) 19-24 апреля 2009. Дзержинец. 2009. С.7.

12. Barkhatov N., Revunova E., Levitin A. The forecast of Dst dynamic under the established characteristics of Solar wind magnetic cloud // EGU2010-6590. EGU General Assembly, 2-7 May 2010. Vienna. Austria. 2010. V. 12.

14. Бархатов H.A., Жулина Е.Г., Калинина E.A. Определение парамегров корональных выбросов вещества методом МГД моделирования их эволюции // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т.50. №3. С. 317.

15. Н. А. Бархатов, Е. А. Калинина. Определение параметров магнитных облаков и прогноз интенсивности магнитных бурь // Геомагнетизм и Аэрономия. 2010. Т.50. №4. С. 477.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Ревунова, Елена Алексеевна, Нижний Новгород

1. Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. 4.1,2. М.: Мир, 1974.444 с.

2. Плазменная гелиогеофизика. В 2 т. / Под ред. JI.M. Зеленого, И.С. Веселовского. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008.

3. Хвиюзова Т.А. Солнечные источники',и типы потоков солнечного ветра // Физика околоземного космического пространства: Сб. ст. ПГИ; Апатиты, 2000. Т. 2.

4. Космическая геофизика / Под. ред. А. Энеланда, О. Холтера, А. Омхольта. Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 544 с.

5. Yeraiolaev Yu.I., Stupin V.V. Helium abundance and dynamics in different types of solar wind streams: the Prognoz 7 observations // J. Geophys. Res., 1997. У.102. №A2. P.2125.

6. Ермолаев Ю.И. Новый подход к изучению крупномасштабной структуры солнечной короны по результатам измерения параметров солнечного ветра // Космические исследования. 1990. Т.28. № 6. С. 890.

7. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина, И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976 2000 г. // Космические исследования, 2009. Т.47. № 2. С. 99.

8. Иванов К.Г., Ромашец Е.П. Некоторые типичные и необычные явления солнечно-земной физики в январе-июне 1999 г.// Геомагнетизм,и аэрономия. 2000. Т.40. № 5. С. 15— 24.

9. Emilia К., Huttunen J., Koskinen Hannu E. J., Schwenn Rainer. Variability of magnetospheric storms driven by different solar wind perturbations // J. Geophys. Res., 2002. V. 107. № A7. P. 1121. 10.1029/2001 JA900171.

10. Huang C.-S., Reeves G.D., Borovsky J.E., Skoug R.M., Pu Z.Y., Le G. Periodic magnetospheric substorms and their relationship with solar wind variations// J. Geophys. Res., 2003. V.108. № A6. P. 1255. doi:10.1029/2002JA009704.

11. Kahler S.W., Hudson H.S. Origin and development of transient coronal holes // J. Geophys. Res., 2001. V. 100. № A12. P. 29239.

12. Neugebauer M. Liewer P.C. Creation and destruction of transitory coronal holes and their fast solar wind streams // J. Geophys. Res., 2003. V.108. № Al. P. 1013 doi: 10.1029/2002JA009326.

13. Gosling J.T. The solar flare myth // J. Geophys. Res., 1993. V.98. № Al 1. P.18937-18949.

14. Черток И.М. Корональные выбросы массы и их роль в космической погоде // Солнечно-земная физика: сб.ст. Иркутск, 2002. Вып.2. С.7-10.

15. Bothmer V., Schwenn R. The structure and origin of magnetic clouds in the solar wind // Ann. Geophys., 1998. V.16. P:l.

16. Martin S. F., Panasenco O., Engvold O., Lin Y. The link between CMEs, filaments and filament channels // Ann. Geophys., 2008. V.26. P. 3061.

17. Burlaga L. F., Wang C., Richardson J. D., Ness N. F. Evolution of the multiscale statistical properties of corotating streams from 1 to 95 AU // J. Geophys. Res. 2003. Y.108. №A7. P.1305. doi.10 1029/2003JA009841.

18. Eselevich V.G., Fainshtein V.G. An investigation of the relationship between the magnetic storm Dst indexes and different types of solar wind streams // Ann. Geophys. 1993. V.ll. P.678.

19. Lindsay G.M , Russell C.T , Luhmann J.G. Predictability of Dst index based upon solar wind conditions monitored inside 1 AU // J. Geophys. Res. 1999. V.104. №A5. P. 10335.

20. Neugebauer M., Liewer P.C. Creation and destruction of transitory coronal holes and their fast solar wind streams // J. Geophys. Res. 2003. V.108. №A1. P. 1013. 10.1029/2002JA009326.

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

22. Webb D.F., Cliver E.W., Crooker N.U., Cyr O.C. St., Thompson B.J. Relationship of halo coronal mass ejections, magnetic clouds, and magnetic storms // J. Geophys. Res. 2000. V.105. № A4. P. 7491.

23. Filippov В., Koutchmy S. Causal relationships between eruptive prominences and coronal mass ejections // Ann. Geophys., 2008. V.26. P. 3025.

24. Zhao X. P., D. F. Webb. Source regions and storm effectiveness of frontside full halo coronal mass ejections // J. Geophys. Res. 2003. V.108. №A6. P.1234. doi: 10.1029/2002JA009606.

25. Driel-Gesztelyi L., Attrill G. D. R., Emoulin P. D', Mandrini С. H., Harra L. K. Why are CMEs large-scale coronal events: nature or nurture? // Ann. Geophys., 20081 V.26. P.3077.

26. Иванов К.Г. Структура типичного нестационарного потока межпланетной плазмы по данным непосредственных измерений // Успехи физических наук, 1974. Т.114. № 2. С.382.

27. Иванов К.Г., Микерина Н.В., Евдокимова JI.B. Типичная последовательность сильных разрывов в главной части нестационарного потока межпланетной плазмы // Геомагнетизм и аэрономия, 1974. Т. 14. № 5. С. 777.

28. Иванов К.Г. Мелкомасштабная петля гелиосферного токового слоя как альтернатива модели магнитного облака в волоконно-стримерном потоке межпланетной плазмы 27-28 августа 1978 г. // Геомагнетизм и аэрономия, 2000. Т.40. №4. С. 3.

29. Piddington J.H. The transmission of geomagnetic disturbances through the atmosphere and interplanetary space // Geophys. J. Royal Astronomical Society., 1959. V.2. № 3. P.173.

30. Burlaga L., Sittler E., Mariani F., and Schwenn N. Magnetic loop behind aninterplanctary shock: Voyager, Helios and IMP 8 observations // J. Geophys. Res., 1981. V.86. P.6673.

31. Lepping R., Jones J., Burlaga L. Magnetic field structure of interplanetary magnetic clouds at 1 AU // J. Geophys. Res., 1990. V.95. P. 11,957.

32. Zhang J., Liemohn M. W., Kozyra J. U., Lynch B. J., Zurbuchen Т. H. A statistical study of the geoeffectiveness of magnetic clouds during high solar activity years // J. Geophys. Res., 2004. V.109. A09101. doi: 10.1029/2004JAO 10410.

33. Vandas M., Odstrcil D., Watari S. Three-dimensional MHD simulation of a loop-like magnetic cloud in the, solar wind // J. Gophys. Res., 2002. V.107. № A9. P.1236. doi: 10.1029/2001JA005068.

34. Mulligan Т., Russel C. Multispacecraft modeling of the flux rope structure of interplanetary coronal mass ejections: Cylindrically symmetric versus nonsymmetric topologies // J. Geophys. Res., 2001. V. 106. №A6. P. 10,581.

35. Mulligan Т., Russell С. Т., Anderson B. J., Acuna M. H. Multiple Spacecraft Flux Rope Modeling of the Bastille Day Magnetic Cloud // Geophys. Res. Lett., 2001. V.28. № 23. P. 4417.

36. Du D., Wang C., Hu Q. Propagation and evolution of a magnetic cloud from ACE to Ulysses //J. Geophys. Res., 2007. V.l 12. A09101. doi: 10.1029/2007JA012482.

37. Rodriguez L., Dasso S., Zhukov A. N., Mandrini С. II., Cremades H, Cid C., Cerrato Y., Saiz E., Aran A., Menvielle M., Poedts S., Schmieder B. Magnetic clouds seen at different locations in the heliosphere // Ann. Geophys., 2008. V.26. P. 213.

38. Mostl C., Miklenic C., Farrugia C. J., Temmer M., Veronig A., Galvin А. В., Vrsnak В., Biernat H. K. Two-spacecraft reconstruction of a magnetic cloud and comparison to its solar source // Ann. Geophys., 2008. V.26. P. 3139.

39. Zhao X. P., Hoeksema J. Т., Marubashi K. Magnetic cloud Bs events and their dependence on cloud parameters // J. Geophys. Res., 2001. V. 106. № A8. P. 15,643.

40. Лифшиц E.M., Питаевский Л.П. Физическая кинетика. М.: Наука, 1979. 528 с.

41. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. 620 с.

42. Бархатов Н.А., Бархатова О.М. Введение в солнечно-земную физику: учебно-научное пособие. Н. Новгород: изд-во ГОУ ВПО НГПУ, 2009. 494 с.

43. Detman Т. R., Dryer М., Yeh Т., Han S. М., Wu S. Т., McComas D. J. A time-dependent, three-dimensional MHD numerical study of interplanetary magnetic draping around plasmoids in the solar wind // J. Geophys. Res, 1991. V.96. P.9531.

44. Dryer M., Detman T.R., Wu S.T., Han S.M. Three-dimensional, time-dependent MHD simulations of interplanetary plasmoids // Adv. Space Res., 1989. V.9. № 4. P.475.

45. Dryer M. Interplanetary studies: Propagation of disturbances between the Sun and the magnetosphere // Space Sci. Rev., 1994. V.67. P. 363.

46. Wu C.-C., Dryer M., Wu S.T. Three-dimensional MHD simulation of interplanetary magnetic field changes at 1 AU as a consequence of simulated solar flares // Ann. Geophys., 1996. V.14. № 4. P. 383.

47. Vandas M., Fischer S., Dryer M., Smith Z., Detman T. Simulation of magnetic cloud propagation in the inner heliosphere in two-dimensions 1. A loop perpendicular to the ecliptic plane // J. Geophys. Res., 1995. V.100. №.A7. P. 12,285.

48. Vandas M., Fischer S„ Dryer M., Smith Z., Detman T. Simulation of magnetic cloud propagation in the inner heliosphere in two dimensions 2. A loop parallel to the ecliptic plane and the role of helicity// J. Geophys. Res. 1996. V.101. №.A2. P.2505.

49. Xiong M., Zheng H., Wu S. Т., Wang Y., Wang S. Magnetohydrodynamic simulation of the interaction between two interplanetary magnetic clouds and its consequent geoeffectiveness // J. Geophys. Res., 2007. V.l 12. AI 1103. doi:l0.1029/2007JA012320.

50. Xiong M., Zheng H., Wang S. Magnetohydrodynamic simulation of the interaction between two interplanetary magnetic clouds and its consequent geoeffectiveness: 2. Oblique collision // J. Geophys. Res., 2009. V.l 14. All 101. doi:10.1029/2009JA014079.

51. Бархатов H.A., Зырянова M.C., Иванов К.Г., Фридман В.М., Шейнер O.A. Установление солнечных источников геоэффективных возмущений с использованием МГД моделирования // Геомагнетизм и аэрономия, 2002. Т.42. № 5. С. 594.

52. Бархагов 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 аппарат* // Космические исследования, 2003. Т.41. № 6. С. 563.

53. Бархатов H.A., Гольберг К.Ю., Зырянова М.С., Иванов К.Г. Локальное МГД-моделирование взаимодействия высокоскоростного потока и медленного солнечного ветра // Геомагнетизм и аэрономия, 2004. Т.44. № 1. С. 28.

54. Zhang S., Yi F. A numerical study on global propagations and amplitude growths of large gravity wave packets Hi. Geophys. Res., 2004. V.109. D07106. doi: 10.1029/2003JD004429.

55. Kleimann J., Kopp A., Fichtner H., Grauer R. A novel code for numerical 3-D MHD studies of CME expansion//Ann. Geophys., 2009. V.27. P. 989.

56. Aschwanden M. J. 4-D modeling of CME expansion and EUV dimming observed with STEREO/EUVI //Ann. Geophys., 2009. V.27. P.3275.

57. Mierla M., Inhester В., Antunes A., Boursier Y., Byrne J. P., et al. On the 3-D reconstruction of Coronal Mass Ejections using coronagraph data // Ann. Geophys., 2010. V. 28. P. 203.

58. Бархатов Н.А, Жулина Е.Г., Королев А.В. Установление начальных параметров CMEs методом пространственно-временного моделирования ICMES // Солнечно-земная физика: сб. ст. Иркутск, 2005. Вып.8. С. 197.

59. Яновский Б.М. Земной магнетизм. JI. Изд. Ленинградского университета, 1978. 600 с.

60. Исаев С. И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Л.: Наука, 1972. 244 с.

61. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., Kroehl H.W. Rostoker G. Tsurutani B.T., Vasyliunas V.M. What is a geomagnetic storm? // J. Geophys. Res., 1994. V.99. № A4. P. 5771.

62. Loewe C. A., Prolss G. W., Classification and mean behavior of magnetic storms // J.Geophys.Res., 1997. V.102. P.14209.

63. O'Brien Т., McPherron R. An empirical phase space analysis of ring current dynamics: Solar wind control of injection and decay// J. Geophys. Res., 2000. V.105. P. 7707.

64. Xiaoyan Z., Tsurutani В. T. Interplanetary shock triggering of nightside geomagnetic activity: Substonns, pseudobreakups, and quiescent events // J. Geophys. Res., 2001. V.106. № A9. P. 18957.

65. Wu С. C., Lepping R. P. Effects of magnetic clouds on the occurrence of geomagnetic storms: The first 4 years of Wind // J. Geophys. Res., 2002. V.107. № A10. P. 1314. doi:10.1029/2001JA000161.

66. Echer E., Gonzalez W. D. Geoeffectiveness of interplanetary shocks, magnetic clouds, sector boundary crossings and their combined occurrence // Geophys. Res. Letters., 2004. V.31. L09808. doi: 10.1029/20O3GLO19199.

67. Lundquist, S. Magnetohydrostatic fields //Ark. Fys., 1950. № 2. P. 361.

68. Hidalgo M. A., Nieves-Chinchilla Т., Cid C. Elliptical cross-section model for the magnetic topology of magnetic clouds // Geophys. Res. Letters., 2002. V.29. №13. P. 1637. 10.1029/2001GL013 875.

69. Hidalgo M. A. A study of the expansion and distortion of the cross section of magnetic clouds in the interplanetary medium // J. Geophys. Res., 2003. V.108. №A8. P. 1320. doi: 10.1029/2002JA009818.

70. Ivanov K.G., Harshiladze A.F. Interplanetary hydromagnetic clouds as flare-generated spheromaks // Sol. Phys., 1985. V.98. P. 379.

71. Vandas M. Fischer S., Pelant P., Geranios A. Spheroidal models of magnetic clouds and their comparison with spacecraft measurements // J. Geophys. Res., 1993. V.98. № A7. P. 11.467.

72. Romashets E. P. Vandas V. Dynamics of a toroidal magnetic clouds in the solar wind // J. Geophys. Res., 2001. V.106. № A6. P. 10,615.

73. Hidalgo M. A., Vinas A. F., Sequeiros, J. A non-force-free approach to the topology of magnetic clouds in the solar wind // J. Geophys. Res., 2002. V.106. №A1. P. 1002. 10.1029/2001JA900100.

74. Иванов К.Г. Солнечные источники по гоков межпланетной плазмы на орбите Земли. // Геомагнетизм и аэрономия, 1996. Т.36. № 1. С. 19.

75. Vennerstroem S. Interplanetary sources of magnetic storms: A statistical study // J. Geophys. Res., 2001. V.106. № A12. P. 29175.

76. Бархатов H.A., Левитин A.E., Ревунов C.E. Комплексная классификация глобальных геомагнитных возмущений // Космические исследования, 2006. Т.44. № 6. С. 488-499.

77. Odstrcil D., Linker J. A., Lionello R., Mikic Z., Riley P., Pizzo V. J., Luhmann J. G. Merging of coronal and heliospheric numerical two-dimensional MHD models //J. Geophys. Res., 2002. V.107. № A12. doi:10.1029/2002JA009334.

78. Gonzalez-Esparza J. A. Santill A., Ferrer J. A numerical study of the interaction between two ejecta in the interplanetary medium: one- and two-dimensional hydiodynamic simulations //Ann. Geophys., 2004. V.22. № 10. P.3741.

79. Lynch В., Zurbuchen Т., Fisk L., Antiochos S. Internal structure of magnetic clouds: Plasma and composition // J. Geophys. Res., 2003. V.108. № A6. P. 1239. doi:10.1029/2002JA009591.

80. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика — М.: Мир, 1992. 240 с.

81. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия — Телеком, 2001. 382 с.

82. Медведев B.C., Потёмкин В.Г. Нейронные сети. MATLAB 6. М.: Диалог-МИФИ, 2002. 496 с.

83. Gopalswamy N., Lara A., 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.

84. Cane H. V., Richardson I. G. Interplanetary coronal mass ejections in the near-Earth solar wind during 1996-2002 // J. Geophys. Res., 2003. V.108. №.A4. P.1156. doi: 10.1029/2002J A009817.

85. Leamon R. J., Canfield R. C., Jones S. L., Lambkin K., Lundberg B. J., Pevtsov A. A. Helicity of magnetic clouds and their associated active regions // J. Geophys. Res. 2004. V.109. A05106. doi: 10.1029/2003JA010324.

86. Barkhatov N., Revunov S. Forecast and restoration of geomagnetic activity indices by using the software-computational neural network complex // Geophysical Research Abstracts. EGU General Assembly. 2010. EGU2010-6606. V. 12.

87. Revunov S.E., Barkhatov N.A. Software-computer complex for Space Weather predicting // Abstracts of 33 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», 2-5 March 2010. Apatity. 2010. P.22.

88. Kalinina E.A., Barkhatov N.A., Levitin A.E. The short-term forecast of Solar wind magnetic cloud parameters reaching vicinity of the Earth // Proceedings of the 32 Annual Seminar: Physics < of auroral phenomena, 3-6 March 2009. Apatity. 2009. P.l 19.

89. Revunova E.A., Barkhatov N.A., Levitin A.E. The forecast of geomagnetic activity under the established characteristics of solar wind magnetic cloud // Abstracts of 33 Annual Seminar: Physics of auroral phenomena, 2-5 March 2010. Apatity. 2010. P.47.

Информация о работе

Ревунова, Елена Алексеевна
кандидата физико-математических наук
Нижний Новгород, 2010
ВАК 25.00.29

Диссертация

Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы