Диссертация (1149666), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Берти с соавторами [15] пытался исключить Sq p вариации, рассчитывая фоновую суточную кривую усреднением за один бартельский период (27 дней) методом наложенныхэпох. И этот способ действительно работает для таких высокоширотных станций, как Туле иВосток, по которым Берти восстанавливал полярность. С понижением широты усиливается влияние среднеширотной Sq токовой системы, вызывающей появление новых вариаций. Кэмпбэлли Мацушита [40] в качестве фонового уровня использовали спокойную суточную кривую, рассчитываемую для каждого месяца по самым спокойным дням (с Kp < 2+).
Но, как уточняютсами авторы, в возмущенные дни Sq вариации могут отличаться от спокойных значений, что50может приводить к ошибкам, а соответственно, и к вероятности возникновения зависимостивосстановленной полярности от геомагнитной активности.б)а)Рисунок 3.11: Рисунки 6 и 7 из работы Свальгарда [11]: Вариации H на станции Годхавн и Z настанции Туле, BY > 0; a) типичные суточные вариации верно отображают полярность; б)суточные вариации Годхавна ошибочно классифицируются как дни положительной полярности.Именно эта неточность результатов восстановленной Свальгардом полярности подвергласьнаибольшей критике [16, 41–43]. Согласно этим работам дни повышенной геомагнитной активности преимущественно классифицировались как дни отрицательной полярности, и наоборот,спокойные дни чаще классифицировались как дни положительной полярности. Объяснение этому феномену дал сам Свальгард.
На рис. 3.11 изображены вариации геомагнитного поля настанции Туле (Z компонента) и на станции Годхавн (H компонента). Слева показаны случаи,когда форма вариаций соответствует типовым суточным кривым для A и T дней (у Свальгарда Tдни обозначены как С). На Годхавне дни положительной полярности соответствуют положительным отклонениям в горизонтальной H компоненте, и наоборот в дни отрицательной полярности.Однако, справа показано, что для T дней, когда азимутальная компонента ММП отрицательна,Годхавн может показывать вариации характерные больше для A дней.
Как видно на верхнемграфике рис. 3.11, подобный феномен происходит в дни пониженной геомагнитной активности(aa < 10). Вероятнее всего Свальгард классифицировал дни “на глаз”, ориентируясь именно наформу суточных вариаций. Отсюда возникали возможные ошибочные определения спокойныхдней как дней положительной полярности.51∆H, nT505000−50−50|BY|<2 nT, aa<30−100BY >0 nT, aa<30−10012UT, hourBY >0 nT, aa>30BY <0 nT, aa<30BY <0 nT, aa>30|B |<2 nT, aa>30|BY|<2 nT, aa<30Y6|BY|<2 nT, aa>3018612UT, hour18Рисунок 3.12: Средние суточные кривые в H компоненте станции Годхавн для BY > 0, BY < 0и |BY | < 2 нТл.
Слева для aa < 30, справа для aa > 30.Учитывая изложенные факты, было принято решение ввести новый способ определения фоновых магнитных вариаций, который способен достоверно отражать Sq вариацию для любойгеомагнитной активности. На рис. 3.12 изображены средние суточные кривые в H компоненте станции Годхавн для спокойных периодов (aa < 30) и для возмущённых (aa > 30).
Расчётпроизводился усреднением часовых значений в интервале ±27 дней для соответствующих зна-чений aa индекса. Отметим, что графики ∆H на рис. 3.12 для большей наглядности усредненытакже за период 1965–2005 гг. Зелёным цветом представлены средние суточные кривые длявсех значений BY ММП. И на левом и на правом графиках спокойных и возмущённых днейсреднесуточные кривые ожидаемо имеют средние значения кривых для A и T дней. Краснаяимеет бо́льшие значения, синяя — меньшие, в соответствие с эффектом Свальгарда-Мансуровав горизонтальной компоненте станции Годхавн.
Зелёным пунктиром на левом и правом графиках изображены средние суточные кривые для возмущённых и спокойных дней соответственно.Хорошо видно, что в спокойные дни среднесуточная кривая, рассчитанная по значениям поля возмущённых дней, лежит как ниже красной, так и ниже синей суточных кривых. То есть, вдни отрицательной полярности использование таких фоновых значений приводит к ошибочномуопределению положительных вариаций эффекта Свальгарда-Мансурова.
Наоборот, в дни повышенной геомагнитной активности среднесуточная кривая, рассчитанная только по спокойнымдням, с 15 до 21 UT лежит выше красной кривой, а в оставшееся время имеет почти такие жезначения. Отсюда возникают упоминавшиеся ошибки в каталоге Свальгарда, когда спокойные Tдни могут классифицироваться как A дни, а возмущенные A дни, наоборот, как дни отрицательной полярности. Эти же графики демонстрируют, что при определении геомагнитных вариацийэффекта BY компоненты ММП с помощью фоновых значений, рассчитанных для соответствующей геомагнитной активности, подобных ошибок не должно возникать.Предлагаемая процедура вычисления значений фонового магнитного поля заключается в поиске и усреднении значений поля в периоды со схожим уровнем геомагнитной активности. Мы52уже отмечали ранее в предыдущей главе, что для определения геомагнитной активности преимущественно будет использоваться aa индекс.
Так как aa доступен только с 1868-го года, впредшествующие годы мы заменяем его на IHV (1d) индекс геомагнитной активности.Сначала необходимо определить, в каком интервале дней ∆N следует искать близкие значения aa индекса. Также необходимо определить, что подразумевается под словом “близкий”, тоесть установить значения ∆aa. Значения aa1 и aa2 близки, если:(aa1 − ∆aa) ≤ aa2 ≤ (aa1 + ∆aa)∆N и ∆aa определяются для каждой станции и для каждой компоненты геомагнитного поля,а также отдельно для каждого месяца. Эти параметры мы находим итерационным способом.Принимается начальное условие, что ∆aa = 20 (∆IHV (1d) = 10) и усреднением значений, длякоторых:aahi ⊂ aah0 ± 20, где i ⊂ (−∆N1 : ∆N1 )рассчитывается значения фонового магнитного поля для каждого часа UT. Здесь h — индексчаса UT, i — порядковый номер дня относительно того, для которого рассчитывается значениефонового магнитного поля.Таким образом, определяются все значения в течение дня и вычисляются отклонения, вызванные азимутальной компонентной ММП разного знака.
Определив полярность, сравниваемеё со спутниковыми данными (более подробно об этом написано в главе 4). В результате получаем точность восстановления отдельно для каждой полярности ММП. Так же находим точностьвосстановления для следующего значения ∆N2 . Варьируя параметр ∆N — интервал дней дляпоиска “близких” aa, получаем зависимость точности восстановления S(∆N). На рис. 3.13апоказан результат применения данной процедуры для горизонтальной компоненты станции Годхавн в январе.
Красным цветом показана точность восстановления положительной полярности,синей — отрицательной полярности, зелёным — общая точность метода. С помощью этого графика выбираем оптимальное значение ∆N, руководствуясь тем, что точность метода должнабыть как можно больше. Различие между S для положительной и отрицательной полярностей,наоборот, должно быть минимальным.
Такой подход предотвратит избыточную классификациюдней одной из полярностей. Таким образом, на примере рис. 3.13а на первом шаге итераций дляянваря было выбрано значение ∆N = 76.На следующем шаге выполняется та же процедура при фиксированных, найденных для каждого месяца ∆N, с варьированием уже параметра ∆aa (∆IHV (1d)). На рис.
3.13б изображёнпример полученной зависимости S(∆aa). Основываясь на тех же принципах, что и при выборе оптимального ∆N, на втором шаге находим, что в январе для горизонтальной компонентыоптимальным является ∆aa = 17.На третьем шаге снова перебираются значения ∆N при фиксированных для каждого месяца∆aa. Вновь определяем новые оптимальные значения, и варьируем ∆aa. Процедура повторяет53ся до тех пор, пока не находим для каждого месяца наиболее оптимальную комбинацию ∆Nи ∆aa. Для Санкт-Петербурга и Хельсинки дополнительно были найдены комбинации ∆N и∆IHV (1d), так как с помощью этих геомагнитных данных полярность восстанавливается до1868-го года.∆aa = 208075S, %706560102030405060708090100∆N∆N = 768075S, %7065604812162024∆aa2832364044Рисунок 3.13: Выбор оптимальных значений ∆N (верхний график) и ∆aa (нижний график) длярасчёта фонового поля H компоненты станции Годхавн в январе на основе значений точностиметода (S) для отрицательной (синяя кривая) и положительной полярностей (красная) и дляобщего значения (зелёная); вертик.
пунктирная линия — оптимальное значение.Представленный метод расчёта фонового магнитного поля позволяет получать значения,адекватно меняющиеся в соответствии с уровнем геомагнитной активности. На рис. 3.14 приведён пример для июля 2005-го года. На верхнем графике представлен индекс геомагнитнойактивности aa. На нижнем графике показаны значения горизонтальной H компоненты Годхавна, а также рассчитанные фоновые значения (зелёная кривая). Хорошо видно, что в период54aa10050H, nT0885087508650BY , nT100∆H, nT−101000−100246810121416 18July, 2005202224262830Рисунок 3.14: Июль 2005: первый график сверху — aa индекс геомагнитной активности, второй— вариации и фоновые значения H компоненты станции Годхавн, третий — BY компонентаММП в системе GSM, четвёртый — отклонения H компоненты от фоновых значений.наибольшей геомагнитной активности с 9-го по 13-ое июля значения фоновой суточной кривойсильно отличаются от спокойных периодов.
Как и ожидалось, Sq вариации приобретают форму,близкую к графикам для aa > 30 на рис. 3.12. Исключение составляет 10 июля, когда по всейвидимости, в интервале ±∆N не обнаружилось достаточное количество соответствующих зна-чений aa. Это свидетельствует о том, что представленная методика не всегда способна адекватноопределить фоновую суточную кривую. Однако, такие исключения не оказывают большого влияния на общий результат. На третьем графике изображены значения BY компоненты ММП вGSM системе координат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
