Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 103595 10.12737/szf-113202511 ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ 20TH ANNUAL CONFERENCE “PLASMA PHYSICS IN THE SOLAR SYSTEM”. FEBRUARY 10–14, 2025, SPACE RESEARCH INSTITUTE RAS, MOSCOW, RUSSIA ДВАДЦАТАЯ ЕЖЕГОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «ФИЗИКА ПЛАЗМЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ», 10–14 ФЕВРАЛЯ 2025 Г., ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН, МОСКВА, РОССИЯ Meteorological response to changes in ionospheric electric potential caused by disturbed solar wind Метеорологический отклик на изменение электрического потенциала ионосферы, обусловленного возмущенным солнечным ветром Караханян Ашхен Арменовна Karakhanyan Ashkhen Armenovna asha@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Молодых Сергей Иванович Molodykh Sergey Ivanovich sim@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 22 09 2025 22 09 2025 11 3 100 107 18 03 2025 08 07 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/103595/view

Электрический потенциал (ЭП) ионосферы используется в качестве характеристики солнечного воздействия для определения тропосферного отклика во время мощных возмущений. Проведено сопоставление расчетов ЭП, выполненных по версиям 2001 и 2005 г. модели Веймера. Выявлены различия в пространственном распределении ЭП во время мощных геомагнитных бурь в рассмотренных моделях. Представлено поведение аномалий ЭП и контраста ЭП, усредненных для высокоширотной области. Контраст ЭП представляет собой разность аномалий ЭП, усредненных по областям одного знака. Обнаружено, что изменения аномалий ЭП различаются в разных версиях модели, тогда как вариации контраста ЭП, рассчитанные по разным версиям, ведут себя синхронно во время возмущений. Корреляционный анализ изменений усредненного контраста ЭП с вариациями геомагнитного индекса PC показал, что обе характеристики можно использовать в качестве индикатора солнечной активности для изучения изолированных мощных магнитных бурь. Во время возмущений увеличение контраста ЭП сопровождается ростом контраста метеопараметров, особенно контраста верхней облачности.

The ionospheric electric potential (EP) is utilized as a characteristic of the solar forcing to determine the tropospheric response during strong disturbances. We compare EP calculations carried out using the 2001 and 2005 versions of the Weimer model. Differences in the spatial distribution of EP during geomagnetic superstorms have been revealed for the models considered. The behavior of EP anomalies and contrast averaged over high latitudes is shown. The EP contrast is the difference between EP anomalies averaged over regions of the same sign. It has been found that changes in EP anomalies differ in different versions of the model, whereas EP contrast variations, calculated by both versions, behave synchronously during disturbances. Correlation analysis of variations in the averaged EP contrast with variations in the PC geomagnetic index has shown that both can be used as indicators of solar activity to study individual geomagnetic superstorms. An increase in the EP contrast is accompanied by an increase in the contrast of the meteorological parameters, in particular in the contrast of high clouds during disturbances.

 электрический потенциал ионосферы мощная геомагнитная буря геомагнитный индекс уходящая длинноволновая радиация облачность водяной пар климат ionospheric electric potential geomagnetic superstorm geomagnetic index outgoing longwave radiation cloud water vapor climate Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation

Абунина М.А., Шлык Н.С., Белов С.М. и др. О наиболее интересных событиях в солнечном ветре и космических лучах в 2023–2024 гг. Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Труды XVIII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск. 2024, с. 5–7. DOI: 10.62955/0135-3748-2024-5. Abunina M.A., Shlyk N.S., Belov S.M., et al. On the most interesting events in the solar wind and cosmic rays in 2023–2024. Mezhdunarodnaya Baikal'skaya molodezhnaya nauchnaya shkola po fundamental'noi fizike. Trudy XVIII Konferentsii molodykh uchenykh «Vzaimodeistvie polei i izlucheniya s veshchestvom» [The Baikal Young Scientists’ International School on Fundamental Physics. Proc. XVIII Young Scientists’ Conference “Interaction of Fields and Radiation with Matter”]. Irkutsk, 2024, pp. 5–7. (In Russian). Криволуцкий А.А., Вьюшкова Т.Ю., Миронова И.А. Изменения химического состава в полярных областях Земли после протонных вспышек на Солнце (трехмерное моделирование). Геомагнетизм и аэрономия. 2017, т. 57, № 2, с. 173–194. DOI: 10.7868/S0016794017020079. Grechnev V.V., Uralov A.M., Chertok I.M., et al. A challenging solar eruptive event of 18 November 2003 and the causes of the 20 November geomagnetic superstorm. IV. Unusual magnetic cloud and overall scenario. Solar Phys. 2014, vol. 289, iss. 12, pp. 4653–4673. DOI: 10.1007/s11207-014-0596-5. Молодых С.И., Жеребцов Г.А., Караханян А.А. Оценка влияния солнечной активности на уходящий поток инфракрасного излучения. Геомагнетизм и аэрономия. 2020, т. 60, № 2, с. 208–215. DOI: 10.31857/S0016794020020108. Harrison R.G., Lockwood M. Rapid indirect solar responses observed in the lower atmosphere. Proc. Roy. Soc. A. 2020, vol. 476, iss. 2241, 20200164. DOI: 10.1098/rspa.2020.0164. Мохов И.И. Российские климатические исследования в 2019–2022 гг. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023, т. 59, № 7, с. 830–851. DOI: 10.31857/S0002351523070106. Ishkov V.N. Properties and surprises of solar activity XXIII cycle. Sun and Geosphere. 2010, vol. 5, iss. 2, pp. 43–46. Пташник И.В. Континуальное поглощение водяного пара: краткая предыстория и современное состояние проблемы. Оптика атмосферы и океана. 2015, т. 28, № 5, с. 443–459. DOI: 10.15372/AOO20150508. Ishkov V.N. Current solar cycle 25 on the eve of the maximum phase. Geomagnetism and Aeronomy. 2024, vol. 64, iss. 7, pp. 1167–1175. DOI: 10.1134/S0016793224700257. Grechnev V.V., Uralov A.M., Chertok I.M., et al. A challenging solar eruptive event of 18 November 2003 and the causes of the 20 November geomagnetic superstorm. IV. Unusual magnetic cloud and overall scenario. Solar Phys. 2014, vol. 289, iss. 12, pp. 4653–4673. DOI: 10.1007/s11207-014-0596-5. Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. A decline of linear relation between outgoing longwave radiation and temperature during geomagnetic disturbances. JASTP. 2025, vol. 270, iss. 5, 106503. DOI: 10.1016/j.jastp.2025.106503. Harrison R.G., Lockwood M. Rapid indirect solar responses observed in the lower atmosphere. Proc. Roy. Soc. A. 2020, vol. 476, iss. 2241, 20200164. DOI: 10.1098/rspa.2020.0164. Krivolutsky A.A., Vyushkova T.Y., Mironova I.A. Changes in the chemical composition of the atmosphere in the polar regions of the Earth after solar proton flares (3D modeling). Geomagnetism and Aeronomy. 2017, vol. 57, iss. 2, pp. 156–176. DOI: 10.1134/S0016793217020074. Ishkov V.N. Properties and surprises of solar activity XXIII cycle. Sun and Geosphere. 2010, vol. 5, iss. 2, pp. 43–46. Mironova I.A., Aplin K.L., Arnold F., et al. Energetic particle influence on the Earth’s atmosphere. Space Sci. Rev. 2015, vol. 194, iss. 1-4, pp. 1–96. DOI: 10.1007/s11214-015-0185-4. Ishkov V.N. Current solar cycle 25 on the eve of the maximum phase. Geomagnetism and Aeronomy. 2024, vol. 64, iss. 7, pp. 1167–1175. DOI: 10.1134/S0016793224700257. Mokhov I.I. Russian climate research in 2019–2022. Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics]. 2023, vol. 59, iss. 7, pp. 830–851. (In Russian). Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. A decline of linear relation between outgoing longwave radiation and temperature during geomagnetic disturbances. JASTP. 2025, vol. 270, iss. 5, 106503. DOI: 10.1016/j.jastp.2025.106503. Molodykh S.I., Zherebtsov G.A., Karakhanyan A.A. Estimation of solar activity impact on the outgoing infrared-radiation flux. Geomagnetism and Aeronomy. 2020, vol. 60, iss. 2, pp. 205–211. DOI: 10.1134/S0016793220020103. Mironova I.A., Aplin K.L., Arnold F., et al. Energetic particle influence on the Earth’s atmosphere. Space Sci. Rev. 2015, vol. 194, iss. 1-4, pp. 1–96. DOI: 10.1007/s11214-015-0185-4. Ptashnik I.V. Water vapour continuum absorption: short prehistory and current status. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2015, vol. 28, iss. 5, pp. 443–459. (In Russian). Simonova A.A., Ptashnik I.V., Elsey J., et al. Water vapour self-continuum in near-visible IR absorption bands: Measurements and semiempirical model of water dimer absorption. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2022, vol. 277, iss. 1, 107957. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107957. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Elsey J., et al. Water vapour self-continuum in near-visible IR absorption bands: Measurements and semiempirical model of water dimer absorption. J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2022, vol. 277, iss. 1, 107957. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107957. Tinsley B.A. The global atmospheric electric circuit and its effects on cloud microphysics. Reports on Progress in Physics. 2008, vol. 71, iss. 6, 066801. DOI: 10.1088/0034-4885/71/6/066801. Tinsley B.A. The global atmospheric electric circuit and its effects on cloud microphysics. Rep. on Progress in Physics. 2008, vol. 71, iss. 6, 066801. DOI: 10.1088/0034-4885/71/6/066801. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Chri-stensen E. Magnetic activity in the polar cap – A new index. Planet. Space Sci. 1988, vol. 36, iss. 11, pp. 1095–1102. DOI: 10.1016/0032-0633(88)90063-3. Troshichev O.A., Andrezen V.G., Vennerstrom S., Friis-Christensen E. Magnetic activity in the polar cap – A new index. Planet. Space Sci. 1988, vol. 36, iss. 11, pp. 1095–1102. DOI: 10.1016/0032-0633(88)90063-3. Veretenenko S.V., Dmitriev P.B., Dergachev V.A. Long-term effects of solar activity on cyclone tracks in the North Atlantic. St. Petersburg State Polytechnical University Journal: Physics and Mathematics. 2023a, vol. 16, iss. 1.2, pp. 454–460. DOI: 10.18721/JPM.161.269. Veretenenko S.V., Dmitriev P.B., Dergachev V.A. Long-term effects of solar activity on cyclone tracks in the North Atlantic. St. Petersburg State Polytechnical University J.: Physics and Mathematics. 2023a, vol. 16, iss. 1.2, pp. 454–460. DOI: 10.18721/JPM.161.269. Veretenenko S.V., Dmitriev P.B., Dergachev V.A. Long-term changes main trajectories of extratropical cyclones in the North Atlantic and their possible association with solar activity. Geomagnetism and Aeronomy. 2023b, vol. 63, iss. 7, pp. 953–965. DOI: 10.1134/s0016793223070265. Veretenenko S.V., Dmitriev P.B., Dergachev V.A. Long-term changes main trajectories of extratropical cyclones in the North Atlantic and their possible association with solar activity. Geomagnetism and Aeronomy. 2023b, vol. 63, iss. 7, pp. 953–965. DOI: 10.1134/s0016793223070265. Weimer D.R. An improved model of ionospheric electric potentials including substorm perturbations and application to the Geospace Environment Modeling November 24, 1996, event. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001, vol. 106, iss. A1, pp. 407–416. DOI: 10.1029/2000JA000604. Weimer D.R. An improved model of ionospheric electric potentials including substorm perturbations and application to the Geospace Environment Modeling November 24, 1996, event. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001, vol. 106, iss. A1, pp. 407–416. DOI: 10.1029/2000JA000604. Weimer D.R. Improved ionospheric electrodynamic models and application to calculating Joule heating rates. J. Geophys. Res. 2005, vol. 110, iss. A5, A05306. DOI: 10.1029/2004JA010884. Weimer D.R. Improved ionospheric electrodynamic models and application to calculating Joule heating rates. J. Geophys. Res. 2005, vol. 110, iss. A5, A05306. DOI: 10.1029/2004JA010884. Wielicki B.A., Barkstrom B.R., Harrison E.F., et al. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An Earth Observing System Experiment. Bull. American Meteorological Society. 1996, vol. 77, iss. 5, pp. 853–868. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0853:CATERE>2.0.CO;2. Wielicki B.A., Barkstrom B.R., Harrison E.F., et al. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An Earth observing system experiment. Bull. American Meteorological Society. 1996, vol. 77, iss. 5, pp. 853–868. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0853:CATERE>2.0.CO;2. URL: https://zenodo.org/records/2530324 (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://zenodo.org/records/2530324 (accessed April 4, 2025). URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/html/ow_data.html (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/html/ow_data.html (accessed April 4, 2025). URL: https://iszf.irk.ru/usu-optical-instruments/ (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://iszf.irk.ru/usu-optical-instruments/ (accessed April 4, 2025). URL: https://ceres-tool.larc.nasa.gov/ord-tool/jsp/SYN1degEd41Selection.jsp (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://ceres-tool.larc.nasa.gov/ord-tool/jsp/SYN1degEd41Selection.jsp (accessed April 4, 2025). URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/ (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/ (accessed April 4, 2025). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html (accessed April 4, 2025). URL: https://pcindex.org/ (дата обращения 4 апреля 2025 г.). URL: https://pcindex.org/ (accessed April 4, 2025).