Влияние условий космической погоды на перемежаемость иррегулярных геомагнитных пульсаций Pi3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние интенсивности суббурь, параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП) на характер распределений амплитуд (перемежаемость) всплесков пульсаций Pi3, наблюдаемых в ночном секторе магнитосферы во время развития суббурь. Для анализа использовались одноминутные цифровые данные наблюдений магнитного поля обсерваторий Арктики и Антарктики (о. Хейса и Мирный). В качестве основной характеристики перемежаемости пульсаций Pi3 рассматривался показатель α, отражающий наклон кумулятивной функции распределения амплитуд всплесков Pi3. Показано, что распределения амплитуд всплесков Pi3 в зависимости от условий космической погоды подчинялись разным степенным законам. Обнаружено, что величина α в северном и южном полушарии была больше во время развития слабых суббурь, чем во время развития сильных и умеренных суббурь. Показано, что значения α в двух полушариях сравнимы, когда всплески Pi3 возбуждались на фоне медленных потоков солнечного ветра, при северном направлении Bz-компоненты ММП и высоком уровне турбулентности плазмы солнечного ветра. При других анализируемых условиях обнаружена асимметрия в изменении показателя α. Предполагается, что показатель перемежаемости α на качественном уровне характеризует уровень турбулентности плазмы в области возбуждения всплесков пульсаций Pi3.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Куражковская

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: knady@borok.yar.ru

Геофизическая обсерватория “Борок”

Россия, Ярославская обл., пос. Борок

Б. И. Клайн

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: klain@borok.yar.ru

Геофизическая обсерватория “Борок”

Россия, Ярославская обл., пос. Борок

А. Ю. Куражковский

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: ksasha@borok.yar.ru

Геофизическая обсерватория “Борок”

Россия, Ярославская обл., пос. Борок

Список литературы

  1. Будаев В.П., Савин С.П., Зеленый Л.М. Наблюдение перемежаемости и обобщенного самоподобия в турбулентных пограничных слоях лабораторной и магнитосферной плазмы: на пути к определению количественных характеристик переноса // УФН. Т. 18. № 9. С. 905–952. 2011. https://doi.org/10.3367/UFNr.0181.201109a.0905
  2. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Антонова Е.Е., Зверев В.Л. Влияние параметров плазмы солнечного ветра на интенсивность изолированных магнитосферных суббурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. С. 311–323. 2018. https://doi.org/10.7868/S001679401803001X
  3. Дэспирак И.В., Любчич А.А., Клейменова Н.Г. Разные типы потоков солнечного ветра и суббури в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 1. С. 3–9. 2019. https://doi.org/10.1134/S001679401901005X
  4. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976-2000 гг. // Космич. исслед. Т. 47. № 2. С. 99–113. 2009.
  5. Захаров В.Е., Пушкарев А.Н., Швец В.Ф., Яньков В.В. О солитонной турбулентности // Письма в ЖЭТФ. Т. 48. Вып. 2. С. 79–82. 1988.
  6. Клайн Б.И., Куражковская Н.А., Куражковский А.Ю. Перемежаемость в волновых процессах // Физика Земли. № 10. С. 25–34. 2008.
  7. Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Биттерли Ж., Биттерли М. Длиннопериодные (T=8‒10 мин) геомагнитные пульсации в высоких широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 38. № 4. С. 38‒48. 1998.
  8. Клейменова Н.Г., Антонова Е.Е., Козырева О.В., Малышева Л.М., Корнилова Т.А., Корнилов И.А. Волновая структура магнитных суббурь в полярных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 785–793. 2012.
  9. Козырева О.В., Мягкова И.Н., Антонова Е.Е., Клейменова Н.Г. Высыпания энергичных электронов и геомагнитные пульсации Pi3 в полярных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49. № 6. С. 777‒785. 2009.
  10. Куражковская Н.А., Клайн Б.И. Влияние геомагнитной активности, параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП) на закономерности перемежаемости геомагнитных пульсаций Pi2 // Солнечно-земная физика. Т. 1. № 3. С. 11–20. 2015. https://doi.org/10.12737/11551
  11. Куражковская Н.А., Клайн Б.И. Поляризационные характеристики высокоширотных геомагнитных пульсаций Pi3 // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 2. С. 195–210. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021010107
  12. Левашов Н.Н., Попов В.Ю., Малова Х.В., Зеленый Л.М. Моделирование турбулентности с перемежаемостью в космической плазме // Космич. исслед. Т. 60. № 1. С. 11–16. 2022. https://doi.org/10.31857/S0023420622010083
  13. Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Современные проблемы нелинейной динамики. М.: Эдиториал УРСС, 335с. 2000.
  14. Моисеев А.В., Стародубцев С.А., Мишин В.В. Особенности возбуждения и распространения по азимуту и меридиану длиннопериодных Pi3 колебаний геомагнитного поля 8 декабря 2017 г. // Солнечно-земная физика. Т. 6. № 3. С. 56–72. 2020. https://doi.org/10.12737/szf-63202007
  15. Пудовкин М.И., Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть II. Короткопериодические колебания геомагнитного поля. Л.: Изд-во ЛГУ, 271 с. 1976.
  16. Akasofu S.I. Roles of north-south component of interplanetary magnetic-field on large-scale auroral dynamics observed by DMSP satellite // Planetary and Space Science. V. 23. № 10. P. 1349–1354. 1975. https://doi.org/10.1016/0032-0633(75)90030-6
  17. Bartucelli M., Constantin P., Doering C.R., Gibbon J.D., Gisselfält M. On the possibility of soft and hard turbulence in the complex Ginzburg-Landau equation // Physica D. V. 44. P. 421–444. 1990. https://doi.org/10.1016/0167-2789(90)90156-J
  18. Consolini G., De Michelis P. Fractal time statistics of AE index burst waiting times: evidence of metastability // Nonlinear Processes in Geophysics. V. 9. P. 419–423. 2002. https://doi.org/10.5194/npg-9-419-2002
  19. Dobias P., Wanliss J.A. Intermittency of storms and substorms: is it related to the critical behaviour? // Ann. Geophys. V. 27. P. 2001–2018. 2009. https://doi.org/10.5194/angeo-27-2011-2009
  20. Fu H., Yue C., Zong Q.-G., Zhou X.-Z., Fu S. Statistical characteristics of substorms with different intensity // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 126, e2021JA029318. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029318
  21. Han D.-S., Yang H.-G., Chen Z.-T., Araki T., Dunlop M.W., Nosé M., Iyemori T., Li Q., Gao Y.-F., Yumoto K. Coupling of perturbations in the solar wind density to global Pi3 pulsations: A case study // J. Geophys. Res. V. 112. A05217. 2007. https://doi.org/10.1029/2006JA011675
  22. Hsu T.-S., McPherron R.L. A statistical study of the relation of Pi2 and plasma flows in the tail // J. Geophys. Res. V. 112. A05209. 2007. https://doi.org/10.1029/2006JA011782
  23. Kubyshkina M., Semenov V., Erkaev N., Gordeev E., Dubyagin S., Ganushkina N., Shukhtina M. Relations between vz and Bx components in solar wind and their effect on substorm onset // GRL. V. 45. 2018. https://doi.org/10.1002/2017GL076268
  24. Martines-Bedenko V.A., Pilipenko V.A., Hartinger M., Partamies N. Conjugate properties of Pi3/Ps6 pulsations according to Antarctica-Greenland observations // Russian Journal of Earth Sciences. V. 22. ES4006. 2022. https://doi.org/10.2205/2022ES000805
  25. Matsuoka H., Takahashi K., Yumoto K., Anderson B.J., Sibeck D.G. Observation and modeling of compressional Pi3 magnetic pulsations // J. Geophys. Res. V. 100. № A7. P. 12103–12115. 1995. https://doi.org/10.1029/94JA03368
  26. Nagano H., Suzuki A., Kim J. S. Pi3 magnetic pulsations associated with substorms // Space Sci. V. 29. №. 5. P. 529‒553. 1981. https://doi.org/10.1016/0032-0633(81)90067-2
  27. Newell P.T., Gjerloev J.W., and Mitchell E.J. Space climate implications from substorm frequency // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 118. P. 6254–6265. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50597
  28. Newell P.T., Liou K., Gjeroev J.W., Sotirelis T., Wing S., Mitchell E.J. Substorm probabilities are best predicted from solar wind speed // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 146. P. 28–37. 2016. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2016.04.019
  29. Phan T.D., Gosling J.T., Paschmann G., Pasma C., Drake J.F, Øieroset M., Larson D., Lin R.P., Davis M.S. The dependence of magnetic reconnection on plasma β and magnetic shear evidence from solar wind observation // Astrophys J. Lett. V. 719:L199˗L203. 2010. https://doi.org/10.1088/2041-8205/719/2/L199
  30. Pilipenko V., Kozyreva O., Hartinger M., Rastaetter L., Sakharov Y. Is the global MHD modeling of the magnetosphere adequate for GIC prediction: the May 27–28, 2017 storm // Cosmic Research. V. 61. № 2. P. 120–132. 2023. https://doi.org/10.1134/S0010952522600044
  31. Saito T. Long period irregular magnetic pulsations Pi3 // Space Sci. Rev. V. 21. P. 427‒467. 1978. https://doi.org/10.1007/BF00173068
  32. Suzuki A., Nagano H., Kim J.S. A statistical study on characteristics of high latitude Pi3 pulsations // J. Geophys. Res. V. 86. № A3. P. 1345–11354. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA03p01345
  33. Tanskanen E.I., Pulkkinen T.I., Viljanen A., Mursula K., Partamies N., Slavin J.A. From space weather toward space climate time scales: Substorm analysis from 1993 to 2008 // J. Geophys. Res. V. 116. A00I34. 2011. https://doi.org/10.1029/2010JA015788
  34. Yagova N.V., Pilipenko V.A., Lanzerotti L.J., Engebretson M.J., Rodger A.S., Lepidi S., Papitashvili V.O. Two-dimensional structure of long-period pulsations at polar latitudes in Antarctica // J. Geophys. Res. V. 109. A03222. 2004. https://doi.org/10.1029/2003JA010166
  35. Wang X., Tu C.-Y., He J.-S., Wang L.-H. Ion-scale spectral break in the normal plasma beta range in the solar wind turbulence // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 123. P. 68–75. 2018. https://doi.org/10.1002/2017JA024813

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типичные примеры наблюдения пульсаций Pi3 (H – компонента) в обсерваториях о. Хейса (9.11.1997) и Мирный (13.03.1995). Справа показаны амплитудные спектры пульсаций Pi3 на интервале их наблюдения. Ниже приведена динамика AL-индекса.

Скачать (295KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость частоты наблюдения N пульсаций Pi3 в HIS и MIR от максимальной спектральной плотности волновых пакетов Smax и соответствующей ей частоты f.

Скачать (385KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость частоты наблюдения N пульсаций Pi3 в HIS и MIR от максимальной интенсивности суббурь, характеризуемой величиной AE-индекса.

Скачать (358KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Суточная вариация частоты наблюдения, нормированной на максимальное число случаев N/Nmax пульсаций Pi3 в HIS и MIR.

Скачать (146KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение частоты появления N пульсаций Pi3 в HIS и MIR от крупномасштабных течений солнечного ветра.

Скачать (106KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость перемежаемости пульсаций Pi3 в HIS и MIR от максимальной интенсивности суббурь. Слева показаны распределения N(A) амплитуд всплесков пульсаций Pi3 в HIS (черная кривая) и MIR (серая кривая). Справа приведены кумулятивные функции распределений CDF амплитуд пульсаций Pi3 в HIS и MIR (темные и светлые кружки соответственно) и их аппроксимация степенной функцией (черная и серая линии соответственно).

Скачать (323KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость перемежаемости пульсаций Pi3 в HIS и MIR от скорости медленного и быстрого потоков солнечного ветра. Обозначения такие же, как на рис. 6.

Скачать (316KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость перемежаемости пульсаций Pi3 в HIS и MIR от направления Bx-, By- и Bz-компонент ММП. Обозначения такие же, как на рис. 6.

Скачать (364KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость перемежаемости пульсаций Pi3 в HIS и MIR от величины плазменного параметра β. Обозначения такие же, как на рис. 6.

Скачать (342KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025