35-летний цикл в солнечной активности в 1000–1900 гг

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведен спектральный анализ солнечной активности в 1000–1900 гг. с помощью Фурье-преобразования и вейвлет-анализа в диапазоне, лежащем между периодом магнитного цикла Хейла (~22 года) и цикла Глейсберга (50−120 лет). В качестве исходных данных были использованы две реконструкции числа солнечных пятен по косвенным данным на основе: а) числа низкоширотных полярных сияний и б) концентрации 14C в кольцах деревьев. Проведенный анализ показал, что в спектрах обеих реконструкций наблюдаются выраженные стабильные вариации с периодом ~30 и ~40 лет, которые присутствуют даже во время гранд-минимумов/максимумов. Источником этой вариации предполагается частотная модуляция циклом Зюсса с периодом ~200 лет основного колебания с периодом ~35 лет, в результате чего образуются две боковые ветви ~30 и ~40 лет. Некоторая разница в полученных спектрах двух реконструкций может быть связана с различным вкладом закрытых и открытых магнитных полей при восстановлении солнечной активности из разных косвенных данных.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Г. Птицына

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: nataliaptitsyna@yahoo.com

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

И. М. Демина

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН

Email: nataliaptitsyna@yahoo.com

Санкт-Петербургский филиал

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Ленард, 528 с. 2016.
  2. Вальчук Т.Е., Лившиц М.А., Фельдштейн Я.И. Зондирование геомагнитным полем высокоширотного магнитного поля Солнца // Письма в Астрон. журн. Т. 4. № 11. С. 515–519. 1978.
  3. Витинский Ю.А., Копецкий М., Куклин Г.В. Статистика пятнообразовательной деятельности Солнца. М.: Наука, 296 с. 1986.
  4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 608 с. 1977.
  5. Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.: Наука, 495 с. 1997.
  6. Наговицын Ю.А. Солнечная активность двух последних тысячелетий: “Служба Солнца” в древнем и средневековом Китае // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 41. № 5. С. 711–720. 2001.
  7. Наговицын Ю.А. Изменения циклических характеристик магнитной активности Солнца на длительных временных шкалах // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 6. С. 723–729. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014060133
  8. Обридко В.Н., Канониди Х.Д., Митрофанова Т.А., Шельтинг Б.Д. Солнечная активность и геомагнитные возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 2. С. 157–166. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794013010148
  9. Обридко В.Н., Наговицын Ю.А. Солнечная активность, цикличность и методы прогноза. СПб.: ВВМ, 466 c. 2017.
  10. Птицына Н.Г., Тясто М.И., Храпов Б.А. 22-летний цикл в частоте появления полярных сияний в XIX веке: широтные эффекты // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 57. № 2. С. 208–216. 2017. https://doi.org/10.7868/S0016794017020110
  11. Птицына Н.Г., Демина И.М. Реконструкция солнечной активности в 1000–1700 гг. по данным о полярных сияниях с учетом вклада главного магнитного поля земли // Геомагнетизм и аэрономия. T. 60. № 4. С. 515−527. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020030153
  12. Птицына Н.Г., Демина И.М. Частотная модуляция как причина возникновения дополнительных ветвей векового цикла Глейсберга в солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 1. С. 52–66. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022010163
  13. Птицына Н.Г., Демина И.М. Влияние цикла Глейсберга на вариации периода 11-летнего цикла солнечной активности в 1700–2021 гг. // Геомагнетизм и аэрономия. T. 63. № 3. С. 284–297. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794022600508
  14. Птицына Н.Г., Демина И.М. Солнечный цикл Швабе в 1000–1700 гг.: вариации длины и амплитуды // Геомагнетизм и аэрономия. T. 64. № 2. С. 217–229. 2024. https://doi.org/10.31857/S0016794024020059
  15. Bertello L., Pevtsov А.А., Ulrich Р.К. 70 years of chromospheric solar activity and dynamics // Astrophys. J. V. 897. № 2. P. 181–195. 2020. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab9746
  16. Brehm N., Bayliss A., Christl M. et al. Eleven-year solar cycles over the last millennium revealed by radiocarbon in tree rings // Nat. Geosci. V. 14. P. 10–15. 2021. https://doi.org/10.1038/s41561-020-00674-0
  17. Borovsky J.E., Denton M.H. Differences between CME-driven storms and CIR-driven storms // J. Geophys. Res. V. 111. № 7. ID A07S08. 2006. https://doi.org/10.1029/2005jA011447
  18. Bothmer V., Desai M.I., Marsden R.G., Sanderson T.R., Trattner K.J., Wenzel K.-P., Gosling J.T., Balogh A., Forsyth R.J., Goldstein B.E. ULYSSES observations of open and closed magnetic field lines within a coronal mass ejection // Astron. Astrophys. V. 316.№ 2. P. 493–498. 1996.
  19. Brückner E. Klimaschwankungen seit 1700. Wien, Olmütz: Ed. Hölzel, 325 p. 1890.
  20. Cliver E.W., Pötzi W., Veronig A.M. Large sunspot groups and great magnetic storms: Magnetic suppression of CMEs // Astrophys. J. V. 938. № 2. ID 136. 2022. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac847d
  21. Clilverd M.A., Clarke E., Ulich T., Rishbeth H., Martin J. Predicting solar cycle 24 and beyond // Space Weather. V. 4. № 9. ID S09005. 2006. https://doi.org/10.1029/2005SW000207
  22. Connor F.R. Modulation. London: Edward Arnold Ltd., 133 p. 1982.
  23. Daubechies I. Ten lectures on wavelets. Philadelphia, PA: Society for industrial and applied mathematics, 369 p. 1992. https://doi.org/10.1137/1.9781611970104
  24. Davies Е.Е, Scolini C., Winslow R.M., Jordan A.P., Möstl C. The effect of magnetic field line topology on ICME-related GCR Modulation // Astrophys. J. V. 959. № 2. ID 133. 2023. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad046a
  25. Echer E., Rigozo N.R., Nordemann D.J.R., Vieira L.E.A. Prediction of solar activity on the basis of spectral characteristics of sunspot number // Ann. Geophys. V. 22. № 6. P. 2239–2243. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-2239-2004
  26. Eddy J.A. The historical record of solar activity / The ancient sun: Fossil record in the earth, moon and meteorites / Proceedings of the Conference. Boulder. CO. October 16–19, 1979. (A81-48801 24-91). New York, Oxford: Pergamon Press. P. 119–134. 1980.
  27. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., Kroehl H.W., Rostoker G., Tsurutani B.T., Vasyliunas V.M. What is a geomagnetic storms? // J. Geophys. Res. V. 99. № 4. P. 5771–5792. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA02867
  28. Grossmann A., Morlet J. Decomposition of Hardy functions of constant shape // SIAM J. Math. Anal. V. 15. № 4. P.723–736. 1984. https://doi.org/10.1137/0515056
  29. Gopalswamy N. The sun and space weather // Atmosphere. V. 13. № 11. ID 1781. 2022. https://doi.org/10.3390/atmos13111781
  30. Feynman J., Gabriel S.B. Period and phase of the 88-year solar cycle and the Maunder minimum: Evidence for a chaotic sun // Sol. Phys. V. 127. № 2. P. 393–403. 1990. https://doi.org/10.1007/BF00152176
  31. Feynman J., Ruzmaikin A. The Centennial Gleissberg Cycle and its association with extended minima // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 8. P. 6027–6041. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019478
  32. Kane R.P. Prediction of the sunspot maximum of solar cycle 23 by extrapolation of spectral components // Sol. Phys. V. 189. № 1. P. 217–224. 1999. https://doi.org/10.1023/A:1005298313886
  33. Keimatsu M., Fukushima N., Nagata T. Archaeo-aurora and geomagnetic secular variation in historic time // J. Geomagn. Geoelectr. V. 20. № 1. P. 45–50. 1968. https://doi.org/10.5636/jgg.20.45
  34. Kudsk S.G., Knudsen M.F., Karoff C., Baittinger C., Misios S., Olsen J. Solar variability between 650 CE and 1900 – Novel insights from a global compilation of new and existing high-resolution 14C records // Quaternary Sci. Rev. V. 292. ID 107617. 2022. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2022.107617
  35. Liritzis Y., Petropoulos B. Latitude dependence of auroral frequency in relation to solar-terrestrial and interplanetary parameters // Earth Moon Planets. V. 39. № 1. P. 75–91. 1987. https://doi.org/10.1007/BF00054435
  36. McCracken K.G., Beer J., Steinhilber F., Abreu J. A phenomenological study of the cosmic ray variations over the past 9400 years, and their implications regarding solar activity and the solar dynamo // Sol. Phys. V. 286. № 2. P. 609−627. 2013. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0265-0
  37. Meng X., Tsurutani B.T., Mannucci A.J. The solar and interplanetary causes of superstorms (minimum Dst ≤ −250 nT) during the space age // J. Geophys. Res. V. 124. № 6. P. 3926–3948. 2019. https://doi.org/10.1029/2018JA026425
  38. Muscheler R., Joos F., Beer J., Müller S.A., Vonmoos M., Snowball I. Solar activity during the last 1000 yr inferred from radionuclide records // Quaternary Sci. Rev. 2006. V. 26. № 1–2. P. 82–97. 2006. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2006.07.012
  39. Peristykh A.N., Damon P.E. Persistence of the Gleissberg 88 year cycle over the last ~12,000 years: Evidence from cosmogenic isotope // J. Geophys. Res. − Space. V. 108. № 1. ID 1003. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009390
  40. Petrovay K. Solar cycle prediction // Living Rev. Sol. Phys. V. 17. ID 2. 2020. https://doi.org/10.1007/s41116-020-0022-z
  41. Raspopov O.M., Shumilov O.I, Kasatkina EA, Turunen E., Lindtholm M. 35-year climatic Bruckner cycle – solar control of climate variability? / Proc. 1st Solar and Space weather Euroconference “The solar cycle and terrestrial climate”. Santa Cruz de Tenerife, Spain. September 25–29, 2000. Ed. A. Wilson. Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division. P. 517. 2000.
  42. Schove D.J. Aurora numbers since 500 B.C. // Journal of the British Astronomical Association. V.72. № 1. P. 31–35. 1962.
  43. Silverman S.M. Secular variation of the aurora for the past 500 years // Rev. Geophys. V. 30. № 4. P. 333–351. 1992. https://doi.org/10.1029/92RG01571
  44. Simon P.A., Legrand J.P. Solar cycle and geomagnetic activity: A review for geophysicists. Part II. The solar sources of geomagnetic activity and their links with sunspot cycle activity // Ann. Geophys. V. 7. № 6. P. 579–593. 1989.
  45. Siscoe G.L. Evidence in the auroral record for secular solar variability // Rev. Geophys. V. 18. № 3. P. 647–658. 1980. https://doi.org/10.1029/RG018i003p00647
  46. Singh Y.P., Badruddin B. Prominent short-, mid-, and long-term periodicities in solar and geomagnetic activity: Wavelet analysis // Planet. Space Sci. V. 96. P. 120–124. 2014. https://doi.org/10.1016/j.pss.2014.03.019
  47. Svalgaard L. Up to nine millennia of multimessenger solar activity // arXiv Preprint: 1810.11952. 2018. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1810/1810.11952.pdf
  48. Travers R., Usoskin I.G., Solanki S.K., Becagli S., Frezzetti M., Severi M., Stenni B., Udisti R. Nitrate in polar ice: a new tracer of solar variability // Sol. Phys. V. 280. № 1. P. 237–254. 2012. https://doi.org/10.1007/s11207-012-0060-3
  49. Tsurutani B., Gonzalez W., Gonzalez A.L.C. et al. Corotating solar wind streams and recurrent geomagnetic activity: a review // J. Geophys. Res. V. 111. № 7. ID A07S01. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011273
  50. Usoskin I.G. A history of solar activity over millennia // Living Rev. Sol. Phys. V. 14. ID 3. 2017. https://doi.org/10.1007/s41116-017-0006-9
  51. Usoskin I.G., Solanki S.K., Kovaltsov G.A. Grand minima and maxima of solar activity: new observational constraints // Astron. Astrophys. V. 471. № 1. P. 301–309. 2007. https://doi.org/10.1051/0004-6361:20077704
  52. Usoskin I.G., Solanki S.K., Krivova N., Hofer B., Kovaltsov G.A., Wacker L., Brehm N., Kromer B. Solar cycle activity over the last millennium reconstructed from annual 14C data // Astron. Astrophys. V. 649. ID A141. 2021. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140711
  53. Vazquez M., Vaquero J.M., Gallego M.C. Long-term spatial and temporal variations of aurora borealis events in the period 1700–1905 // Sol. Phys. V. 289. № 5. P. 1843–1861. 2014. https://doi.org/10.1007/s11207-013-0413-6
  54. Veretenenko S., Ogurtsov M., Obridko V. Long-term variability in occurrence frequencies of magnetic storms with sudden and gradual commencements // J. Atmos. Sol.–Terr. Phy. V. 205. ID 105295. 2020. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2020.105295
  55. Webb D.F., Crooker N.U., Plunkett S.P., St. Cyr O.C. The solar sources of geoeffective structures / Space Weather: Progress and Challenges in Research and Applications. Eds. P. Song, H.J. Singer, G. Siscoe / Geophysical Monograph Series. V. 125. Washington, DC: AGU. P. 123–141. 2001. https://doi.org/10.1029/GM125p0123

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Реконструированные ряды солнечной активности. (а) – по полярным сияниям ряд SN1, (б) – по 14C ряд SN2; (в) – сглаженные и нормированные ряды: сплошной линией показан ряд SN1, штриховой линией – ряд SN2. Вертикальными линиями отмечены гранд-минимумы.

Скачать (286KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры анализируемых временных рядов до (а) и после фильтрации (б).

Скачать (401KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вейвлет-спектр временного ряда SN1. Изолинии ‒ модуль вейвлет-коэффициентов, круги ‒ максимумы 30-летней составляющей, ромбы ‒ максимумы 40-летней составляющей.

Скачать (412KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изменение периода 30−40-летних составляющих, найденных по вейвлет-спектру SN1 и прогнозируемых в рамках гипотезы о модуляции длинноволновым сигналом. Кругами обозначены периоды 30-летней составляющей, ромбами – 40-летней, закрашенные – полученные из вейвлет-спектра, незакрашенные – прогнозируемые.

Скачать (148KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Вейвлет-спектр временного ряда SN2. Условные обозначения те же, что и для рис. 3, звездочками отмечен выделяемый период основного колебания с периодом T = 35±1 год.

Скачать (368KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение периода 30- и 40-летних составляющих, найденных по вейвлет-спектру SN2 и прогнозируемых в рамках гипотезы о модуляции длинноволновым сигналом. Условные обозначения те же, что на рис. 4.

Скачать (135KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение прогнозируемых ветвей 35-летнего основного колебания по вейвлет-спектрам SN1 и SN2. Символами обозначены прогнозируемые периоды 30-летней ветви SN2, символами – то же 40-летней ветви, – то же 30-летней и –40-летней ветви SN1.

Скачать (167KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Взаимные корреляционные функции 40-летней (а) и 30-летней (б) спектральных составляющих в SN1 и SN2. Стрелками отмечены обсуждаемые в тексте максимумы.

Скачать (149KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025