с 01.01.2008 по настоящее время
Борок, Россия
Борок, Россия
Борок, Россия
Борок, Россия
Исследована связь Dst-индекса с параметрами гелиосферы во время развития 933 изолированных геомагнитных бурь, наблюдавшихся в 1964–2010 гг. Классификация бурь проводилась по типу начала (внезапное или постепенное) и по интенсивности (слабые, умеренные и сильные). Анализ выполнялся по накопленным методом наложения эпох значениям Dst-индекса, параметров солнечного ветра (СВ) и межпланетного магнитного поля (ММП). Показано, что на временном интервале развития различных по интенсивности бурь с внезапным и постепенным началом кривая изменения Dst в зависимости от гелиосферных параметров на главной фазе бури не совпадает с кривой изменения на фазе восстановления, что является типичным признаком гистерезиса. Во время развития бури Dst образует гистерезисные циклы со всеми анализируемыми параметрами солнечного ветра и ММП. Зависимости Dst(B), Dst(Bz), Dst(Ey), Dst(V), Dst(Pdyn) и Dst() имеют форму петли гистерезиса во время возбуждения слабых, умеренных и сильных бурь. Обнаружено, что форма и площадь петель гистерезиса изменяются в зависимости от параметров гелиосферы и интенсивности бурь. Показано, что форма усредненной кривой изменений Dst при развитии бурь не зависит от их интенсивности, т. е. является инвариантом. Инвариантное поведение характерно также для усредненной динамики параметров гелиосферы во время развития магнитных бурь различной интенсивности. Исходя из нелинейной связи Dst-индекса с межпланетными параметрами и инвариантности его динамики, мы предлагаем интегральное уравнение типа уравнения Вольтерры для описания зависимости Dst от параметров солнечного ветра и ММП. Предложенная модель подходит для интерпретации результатов экспериментального исследования гистерезисных эффектов, обусловленных фазовыми сдвигами между изменениями значений Dst и параметров гелиосферы.
геомагнитные бури, солнечный ветер, параметры гелиосферы, Dst-индекс, гистерезис, инвариантность
1. Бруевич Е.А., Бруевич В.В., Якунина Г.В. Циклические вариации потоков солнечного излучения в начале XXI века. ВМУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2018, № 2, с. 93‒99.
2. Гульельми А.В. О феноменологической теории магнитных бурь. Солнечно-земная физика. 2016, т. 2, № 2, с. 29–34. DOI:https://doi.org/10.12737/18126 / Guglielmi A.V. On the phenomenological theory of magnetic storms. Solar-Terrestrial Physics. 2016, vol. 2, iss. 2, pp. 37–45. DOI:https://doi.org/10.12737/20998.
3. Данилова О.А., Птицына Н.Г., Сдобнов В.E. Явления гистерезиса в отклике геомагнитной активности и параметров космических лучей на вариации межпланетной среды во время магнитной бури. Солнечно-земная физика. 2024, т. 10, № 3, с. 70–78. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-103202408 / Danilova O.A., Ptitsyna N.G., Sdobnov V.E. Hysteresis phenomena in the response of geomagnetic activity and cosmic ray parameters to variations in the interplanetary medium during a magnetic storm. Solar-Terrestrial Physics. 2024, vol. 10, iss. 3, pp. 66–74. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-103202408.
4. Дремухина Л.А., Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г. Динамика межпланетных параметров и геомагнитных индексов в периоды магнитных бурь, инициированных разными типами солнечного ветра. Геомагнетизм и аэрономия. 2019, т. 59, № 6, с. 683–695. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016794019060063.
5. Ермолаев Ю.И., Ермолаев М.Ю., Лодкина И.Г., Николаева Н.С. Статистическое исследование гелиосферных условий, приводящих к магнитным бурям. Космические исследования. 2007, т. 45, № 1, с. 3‒11.
6. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Относительная частота появления и геоэффективность крупномасштабных типов солнечного ветра. Космические исследования. 2010, т. 48, № 1, с. 1–31.
7. Зотов О.Д., Клайн Б.И. Триггерный режим в динамике магнитосферы. Триггерные эффекты в геосистемах: материалы IV Всероссийской конференции с международным участием (Москва, 6–9 июня 2017 г.) / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна; ИДГ РАН. М.: ГЕОС, 2017, с. 442‒449.
8. Костицын В.А. Опыт математической теории гистерезиса. Матем. сб. 1924, т. 32, № 1, с. 192–202.
9. Краснов М.Л. Интегральные уравнения. М.: Наука, 1975, 303 с.
10. Куражковская Н.А., Куражковский А.Ю. Эффект гистерезиса между индексами геомагнитной активности (Ap, Dst) и параметрами межпланетной среды в 21–24 циклах солнечной активности. Солнечно-земная физика. 2023, т. 9, № 3, с. 73–82. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-93202308 // Kurazhkovskaya N.A., Kurazhkovskii A.Yu. Hysteresis effect between geomagnetic activity indices (Ap, Dst) and interplanetary medium parameters in solar activity cycles 21–24. Solar-Terrestrial Physics. 2023, vol. 9, iss. 3, pp. 68–76. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-93202308.
11. Куражковская Н.А., Зотов О. Д., Клайн Б.И. Связь развития геомагнитных бурь с параметром β солнечного ветра. Солнечно-земная физика. 2021, т. 7, № 4, с. 25–34. DOI:https://doi.org/10.12737/szf-74202104 // Kurazhkovskaya N.A., Zotov O.D., Klain B.I. Relationship between geomagnetic storm development and the solar wind parameter β. Solar-Terrestrial Physics. 2021, vol. 7, iss. 4, pp. 24–32. DOI:https://doi.org/10.12737/stp-74202104.
12. Обридко В.Н., Канониди Х.Д., Митрофанова Т.А., Шельтинг Б.Д. Солнечная активность и геомагнитные возмущения. Геомагнетизм и аэрономия. 2013, т. 53, № 2, с. 157–166. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794013010148.
13. Птицына Н.Г., Данилова О.А., Тясто М. И. Явления гистерезиса в жесткости обрезания космических лучей во время супербури 7–8 ноября 2004 г. Геомагнетизм и аэрономия. 2021, т. 61, № 4, с. 418–427. DOI:https://doi.org/10.31857/S0016794021 040131.
14. Ahmed O., Badruddin B., Derouich M. Characteristics and development of the main phase disturbance in geomagnetic storms (Dst≤−50 nT). Adv. Space Res. 2024, vol. 73, iss. 9, pp. 4453–4481. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.01.050.
15. Asikainen T., Maliniemi V., Mursula K. Modeling the contributions of ring, tail, and magnetopause currents to the corrected Dst index. J. Geophys. Res. 2010, vol. 115, no. A12. A12203. DOI:https://doi.org/10.1029/2010JA015774.
16. Bachmann K., White O.R. Observations of hysteresis in solar cycle variations among seven solar activity indicators. Solar Phys. 1994, vol. 150, pp. 347–357. DOI:https://doi.org/10.1007/BF00712896.
17. Balasis G., Papadimitriou C., Daglis I.A., et al. Signatures of discrete scale invariance in Dst time series. Geophys. Res. Lett. 2011, vol. 38, L13103. DOI:https://doi.org/10.1029/2011GL048019.
18. Balasis G., Daglis I.A., Contoyiannis Y., et al. Observation of intermittency-induced critical dynamics in geomagnetic field time series prior to the intense magnetic storms of March, June, and December 2015. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2018, vol. 123, pp. 4594–4613. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JA025131.
19. Borovsky J.E., Denton M.H. Differences between CME-driven storms and CIR-driven storms. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A07S08. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011447.
20. Burton R.K., McPherron R.L., Russell C.T. An empirical relationship between interplanetary conditions and Dst. J. Geophys. Res. 1975, vol. 80, pp. 4204–4214.
21. Dmitriev A.V., Suvorova A.V., Veselovsky I.S. Expected hysteresis of the 23-rd solar cycle in the heliosphere. Adv. Space Res. 2002, vol. 29, iss. 3, pp. 475–479. DOI:https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00615-9.
22. Donnelly R.F. Solar UV spectral irradiance variations. J. Geomagn. Geoelectr. Suppl. 1991, vol. 43, pp. 835–842.
23. Donner R.V., Balasis G. Correlation-based characterisation of time-varying dynamical complexity in the Earth’s magnetosphere. Nonlin. Processes Geophys. 2013, vol. 20, pp. 965–975. DOI:https://doi.org/10.5194/npg-20-965-2013.
24. Hutchinson J.A., Wright D.M., Milan S.E. Geomagnetic storms over the last solar cycle: A superposed epoch analysis. J. Geophys. Res. 2011, vol. 116, A09211. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016463.
25. Ji E.-Y., Moon Y.-J., Gopalswamy N., Lee D.-H. Comparison of Dst forecast models for intense geomagnetic storms. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A03209. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA016872.
26. Johnson J.R. Wing S. Camporeale E. Transfer entropy and cumulant-based cost as measures of nonlinear causal relationships in space plasmas: applications to Dst. Ann. Geophys. 2018, vol. 36, no. 4, pp. 945–952. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-36-945-2018.
27. Loewe C.A., Prӧlss G.W. Classification and Mean Behavior of Magnetic Storms. J. Geophys. Res. 1997, vol. 102, no. A7, pp. 14209–14213. DOI:https://doi.org/10.1029/96JA04020.
28. Love J.J., Mursula K. Challenging ring-current models of the Carrington storm. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2024, vol. 129, e2024JA032541. DOI:https://doi.org/10.1029/2024JA032541.
29. Lyatsky W., Tan A. Solar wind disturbances responsible for geomagnetic storms. J. Geophys. Res. 2003, vol. 108, iss. A3, 1134. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA005057.
30. O’Brien T.P., McPherron R.L. An empirical phase space analysis of ring current dynamics: Solar wind control of injection and decay. J. Geophys. Res. 2000, vol. 105, no. A4, pp. 7707–7719. DOI:https://doi.org/10.1029/1998JA000437.
31. Özgüç A., Kilcik A., Rozelot J.P. Effects of hysteresis between maximum CME speed index and typical solar activity indicators during cycle 23. Solar Phys. 2012, vol. 281, pp. 839–846. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-012-0087-5.
32. Özgüç A., Kilcik A., Georgieva K., Kirov B. Temporal offsets between maximum CME speed index and solar, geomagnetic, and interplanetary indicators during solar cycle 23 and the ascending phase of cycle 24. Solar Phys. 2016, vol. 291, pp. 1533–1546. DOI:https://doi.org/10.1007/s11207-016-0909-y.
33. Reda R., Giovannelli L., Alberti T. On the time lag between solar wind dynamic parameters and solar activity UV proxies. Adv. Space Res. 2023, vol. 71, iss. 4, pp. 2038–2047. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.10.011.
34. Taylor J.R., Lester M., Yeoman T.K. A superposed epoch analysis of geomagnetic storms. Ann. Geophys. 1994, vol. 12, iss. 7, pp. 612–624. DOI:https://doi.org/10.1007/s00585-994-0612-4.
35. Vasyliūnas V.M. Reinterpreting the Burton–McPherron–Russell equation for predicting Dst. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, no. A7, A07S04. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011440.
36. Yermolaev Yu.I., Nikolaeva N.S., Lodkina I.G., Yermolaev M.Yu. Specific interplanetary conditions for CIR-, Sheath- and ICME-induced geomagnetic storms obtained by double superposed epoch analysis. Ann. Geophys. 2010, vol. 28, pp. 2177–2186. DOI:https://doi.org/10.5194/angeo-28-2177-2010.
37. Yermolaev Y.I., Nikolaeva N.S., Lodkina I.G., Yermolaev M.Y. Geoeffectiveness and efficiency of CIR, sheath, and ICME in generation of magnetic storms. J. Geophys. Res. 2012, vol. 117, A00L07. DOI:https://doi.org/10.1029/2011JA017139.
38. Zhang J.-C., Liemohn M.W., Kozyra J.U., et al. A statistical comparison of solar wind sources of moderate and intense geomagnetic storms at solar minimum and maximum. J. Geophys. Res. 2006, vol. 111, A01104. DOI:https://doi.org/10.1029/2005JA011065.
39. Zotov O.D., Klain B.I., Kurazhkovskaya N.A. Stochastic resonance in the Earth’s magnetosphere. Proceedings of the 7th International Conference “Problems of Geocosmos”. (St. Petersburg, May 26–30, 2008). Eds. V.N. Troyan, M. Hayakawa, V.S. Semenov. St. Petersburg, 2008, pp. 360–364.
40. Zotov O., Klain B., Kurazhkovskaya N., Kurazhkovskii A. Hysteresis cycles and invariance of the Dst index form during geomagnetic storm development. 15th International Conference and School Problems of Geocosmos. Abstracts. St. Peterburg, Russia, April 22–26, 2024. GC2024-STP078.
41. URL: http://www.wdcb.ru/stp/geomag/geomagnetic_storms.ru.html (дата обращения 8 ноября 2024 г.).
42. URL: https://spdf.gsfc.nasa.gov/pub/data/omni/low_res_omni/ (дата обращения 8 ноября 2024 г.).
