Диссертация (1149666), страница 12
Текст из файла (страница 12)
На четвёртом — отклонения H компоненты от фоновых значений, тоесть искомые геомагнитные вариации. На станции Годхавн в июле их знак совпадает со знакомBY компоненты ММП. Совпадения наблюдаются как в возмущенные, так и в спокойные дни.Ошибки наблюдаются только 6-го и 24-го июля. Это дни пониженной геомагнитной активности.Вместо отрицательных отклонений мы наблюдаем положительные, при этом BY < 0.
То есть,иногда в спокойные дни вариации геомагнитного поля могут быть интерпретированы ошибочно.Несмотря на это, видим, что с 3-го по 5-ое июля, когда aa≈10, вариации имеют правильный знак.55В итоге, как будет продемонстрировано в главе 4, представленная методика расчёта фоновой суточной кривой даёт результаты, не зависящие от геомагнитной активности. Это утверждениесправедливо для всех используемых в методе станций.3.4 Вычисление значений полярностиВ предыдущей секции было показано, как определяются искомые вариации ∆H, ∆D и ∆Zвызваемые геомагнитным эффектом BY компоненты межпланетного магнитного поля. Для того, чтобы определить среднесуточную полярность, необходимо домножить вариации на соответствующие каждому часу и дню года весовые коэффициенты (W ). Это позволяет исключитьвариации в периоды, когда исследуемый эффект незначителен.
В случае обратного эффекта —знак BY компоненты ММП противоположен знаку геомагнитных вариаций, весовые коэффициенты меняют знак ∆H (∆D, ∆Z). Таким образом, для исследуемого дня (i) получаем наборы∆H́, ∆D́ и ∆Ź, состоящие из 24 значений для каждого часа (h).∆H́hi = ∆Hhi · WhiДля высокоширотных станций, таких как Туле и Восток, можно успешно определять знак BYкомпоненты ММП для каждого часа. Амплитуда эффекта на этих станциях велика, и это обеспечивает хорошую точность восстановления. Более того достаточно хорошо можно восстанавливать и величину |BY | компоненты ММП.
Однако, для большинства станций приемлемые ре-зультаты доступны только для среднесуточных значений полярности. На предыдущем рис. 3.14видно, что в некоторые часы знак вариаций ∆H не соответствует знаку BY . Отметим, правда,неплохую корреляцию ∆H и величины BY . В целом за сутки знак вариаций преимущественносоответствует полярности ММП. Поэтому в данной работе представлены результаты суточныхзначений восстановленной секторной структуры.
Для получения полярности Pi сначала суммируются отклонения за весь исследуемый день i, и затем находится сумма для всех используемыхкомпонент:Pi =PiH+PiZ+PiDδP H·δP DPiH=h=24X∆H́hih=1Для среднеширотных станций в 19-м и в начале 20-го веков в основном отсутстуют измерения вертикальной Z компоненты геомагнитного поля, либо в них слишком много техническихошибок.
В таких случаях итоговые значения полярности определялись только по данным H иD компонент. Так как склонение — величина углового отклонения геомагнитного поля от направления на север, значения D переводятся в единицы нТл. Практически для всех станцийточность восстановления полярности по данным склонения и горизонтальной компоненты примерно одинаковы.
Значит, их вклад в итоговое определение полярности также должен быть56сравним. Поэтому разброс значений P D был скорректирован домножением на отношение стандартных отклонений δP H и δP D . Таким образом, Pi были рассчитаны для всех станций.3.5 Корректировка результатовКачество полученных значений Pi можно улучшить, исходя из двух условий. Первое — утверждение о стационарности солнечного ветра. На рис. 3.15 показана диаграмма полярности межпланетного магнитного поля, так называемый “коврик Бартельса”.
Среднесуточные значения BYкомпоненты межпланетного магнитного поля представлены здесь в рядах по 27 дней, расположенных последовательно друг под другом, а цветом обозначен знак BY . Данный тип диаграммпоказателен, так как позволяет легко увидеть периодичность исследуемых данных.
Вертикальнорасположенные структуры на данных диаграммах формируются значениями, имеющими период27 дней. Если структура на “коврике” имеет наклон вправо или влево — период исследуемыхданных либо больше, либо меньше 27 дней соответственно. Как видим из рис. 3.15, BY компонента ММП и секторная структура, образующиеся в верхних слоях солнечной атмосферы и“вмороженные” в солнечный ветер, в целом обладают тем же периодом, что и средний периодвращения Солнца. На рис. 3.15 справа также показана диаграмма для разности компонент ММП(BY −BX ), которая отражает направление ММП вдоль или против паркеровской спирали, то естьсекторную структуру (подробнее об этом в следующей главе).
Видно, что в секторной структуре(BY − BX ) наблюдается меньше отклонений внутри секторов. Для BY компоненты ММП, и, вбольшей степени для секторной структуры, определим три важных положения:• внутри сектора среднесуточная полярность ММП преимущественно не меняется;• от оборота к обороту секторная структура меняется постепенно;• в основном секторная структура повторяется со средним периодом ∼27 дней.Из первого положения следует, что полярность ММП в основном сохраняется в пределахнескольких дней.
Значит, можно сопоставить полярность в исследуемый день с полярностьюсоседних ячеек диаграммы Бартельса. Из второго и третьего положений следует, что то же самоеможно сказать и о полярности, отстающей или опережающей на ∼27N дней. Поэтому удобнопроводить корректировку полярности именно с помощью диаграмм Бартельса.´ h . Чем больше взвешенныхИсходя из формулы, значения P определяются как сумма всех ∆Hiiотклонений в течение дня совпадает по знаку, тем больше Pi . Соответственно, максимальныезначения восстановленной полярности с наибольшей вероятностью имеют тот же знак, что иазимутальная компонента ММП.
Это позволяет корректировать результаты, ориентируясь навеличину Pi .Таким образом, сравнив модуль Pi в исследуемый день со средним значением соседних ячеек диаграммы Бартельса, можно повысить качество результатов восстановления полярности.57BYBY − BX1997199819992000year2001200220032004200520062007510 15 20 255day10 15 20 25dayРисунок 3.15: Диаграммы Бартельса полярности BY компоненты и (BY − BX ) — полярностиММП с 1997 по 2009 гг., жёлтым квадратом размером [5 × 5] — окно сглаживания.Согласно нашим исследованиям лучше проверять Pi в двух предыдущих и двух последующихстроках (оборотах) в интервале ±2 дня от исследуемого. То есть, выполняется двумерное сгла-живание в “окне” [5 × 5] ячеек.
На рис. 3.15 данное окно изображено жёлтой рамкой, чтобыбыло проще оценить его размер относительно характерных масштабов секторной структуры.Итоговый алгоритм задаётся формулами:P5×5k=2,n=2X1=(Pk,n · Wk,n − P0,0 )·24 k=−2,n=−2Wk,n = 1 −|k| |n|−1151P´0,0 = · (P0,0 + P5×5 )2Здесь P5×5 — среднее взвешенное всех значений Pk,n в “окне” за исключением корректируемогоP0,0 .
Итоговое значение P´0,0 определяем как среднее P0,0 и P5×5 . В результате основное влияние на итоговую полярность оказывают наибольшие значения P . Весовые коэфффициенты Wk,nдля корректировки полярности определялись подбором. Исходя из того, что ближайшие ячейкис наибольшей вероятностью имеют ту же полярность, что и исследуемая, им были назначеныбо́льшие веса.
Отметим, что в соответствии с приведённой формулой, для ячеек из соседних рядов (k) веса несколько больше, чем для соседних столбцов (n). Это обосновано тем, что восста58новленная полярность на удалении ∼ ±27 дней более независима от значения восстановленнойполярности в исследуемый день. График подобранных весов показан на рис. 3.16.Wk,n = 1 −|k|11−|n|50.9W0.80.70.60.5k=0k = ±1k = ±2−2−10n+1+2Рисунок 3.16: Весовые коэффициенты сглаживающего окна; k — номер строки относительноисследуемой ячейки диаграммы, n — номер столбца.Представленная процедура корректировки подразумевает, что вариации, вызванные BY компонентой ММП разного знака, в среднем имеют равную величину. Однако, на некоторых станциях отрицательные вариации в целом имеют бо́льшие значения.
На других станциях эта ситуацияхарактерна только для первой половины года, а во вторую уже положительные значения по модулю превосходят отрицательные. То есть, вариации соответствующего знака сильнее влияют нарезультат корректировки, приводя к необоснованному преобладанию одной из полярностей. Поэтому предварительно средние амплитуды отрицательных и положительных Pi выравниваются.Для этого в интервале двух солнечных оборотов ±27 дней, что обеспечивает приблизитель-но одинаковое количество дней обеих полярностей, находится отношение γ средних амплитудPi > 0 и Pi < 0. Затем значение полярности Pi домножается на γ или γ −1 в зависимости от знака.На рис. 3.17 показан результат восстановления полярности по данным горизонтальной компо-ненты станции Воейково в 1970-м году до (синим) и после (красным) выравнивания среднейамплитуды вариаций. Хорошо видно уменьшение отрицательных значений в первую половинугода, и положительных — во вторую.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
