Диссертация (1149666), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Нижний график:среднегодовые значения Ap индекса (пунктир) и количество С дней в году (сплошная); рисуноких работы [41].774.4 Геомагнитная активность и секторная структураРанее в главе 3.3 упоминалось, что в каталоге полярности Свальгарда обнаружилась зависимость результатов от уровня геомагнитной активности. На рис. 4.10 показаны графики из работыРассэлла и Розенберга [41].
Вверху изображены среднегодовые значения Ap индекса геомагнитной активности для дней положительной (A days) и отрицательной (C days) восстановленныхСвальгардом полярностей. Видно, что после 1963–1964 годов эти значения равны, так же, какони равны и в случае полярности, определённой по спутниковым данным.
Большую часть времени отрицательная полярность соответствует более высоким, чем для положительной полярности, значениям Ap индекса. Из нижнего графика, где изображено количество C дней в году исреднегодовой Ap, следует что отрицательной полярности тем больше, чем выше геомагнитнаяактивность.Аналогичным образом были проанализированы наши результаты. На рис. 4.11 изображенысреднегодовые значения aa и удвоенного IHV (1d) индексов в дни разной полярности. Зависимость от Ap индекса, была заменена зависимостью от aa индекса, так как при усредненииза год между ними нет практически никакой разницы. Кроме того, Ap рассчитывался только с1932-го года. В течение всего исследуемого периода расхождения между красной (розовой) исиней (зелёной) кривыми минимальны.
Соответственно, восстановленная нами полярность неподвержена зависимости от геомагнитной активности.40aa/IHV (1d), nT35IHV (1d) · 2, P < 0IHV (1d) · 2, P > 0aa, P < 0aa, P > 030252015101850 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010Y earРисунок 4.11: Среднегодовые значения aa и удвоенного IHV (1d) (до 1868 г.) индексов дляотрицательных и положительных значений восстановленной полярности.Если рассматривать геомагнитную активность для каждого месяца, то можно увидеть хорошо известную полугодовую волну геомагнитной активности, известную еще с 19-го века [49].В течение года два максимума возникают в периоды равноденствий. Существует три гипотезы,объясняющие такой ход геомагнитной активности.
Первое объяснение, предложенное Корти ещев 1912-м году [50] и получившее название “axial hypothesis” (осевая гипотеза), основано на том,что в периоды равноденствия Земля находится на высоких гелиоширотах, до 7o 15′, где в боль78шей степени наблюдаются как зоны активности, так и источники высокоскоростного солнечного ветра. В соответствии со второй, “equinoctial” (равноденственной) гипотезой, выдвинутойБартельсом [51] и МакИнтошем [52], полугодовые вариации геомагнитной активности вызваны изменением угла между направлением солнечного ветра и осью земного диполя.
В периодысолнцестояния этот угол уменьшается, вызывая снижение геомагнитной активности. Третье объяснение было предложено Рассэллом и МакФерроном [39] и поэтому имеет название эффектаРассэлла-МакФеррона. Согласно этой гипотезе в периоды равноденствия ММП соответствующей полярности образует дополнительную проекцию на ось Z в GSM системе координат. Наданный момент принято считать, что работают все три механизма.
Возникает только вопрос овеличине вклада каждого из них в полугодовую волну геомагнитной активности [53–55].B<0YGSMBYGSM>030allaa, nT28262422201234567Month89101112Рисунок 4.12: Средние значения aa индекса для отрицательных и положительных значений BYкомпоненты ММП (в GSM системе координат) за период 1965–2010 гг.P<0P>0all24aa, nT22201816141234567Month89101112Рисунок 4.13: Средние значения aa индекса для отрицательных и положительных значенийвосстановленной полярности за период 1844–1964 гг.79Нас интересует именно эффект Рассэлла-МакФеррона, так как, согласно ему, полугодовая волна геомагнитной активности все-таки образуется благодаря разной полярности ММП.Это можно увидеть, рассматривая не среднегодовые, а среднемесячные значения индексов.
Нарис. 4.12 для каждого месяца розовым цветом показаны средние значения aa индекса, полученные для периода 1965–2010 гг. Значения посчитаны отдельно для положительных (красныйграфик) и отрицательных (синий) BY GSM компонент ММП. Данный график демонстрирует, чтодве волны геомагнитной активности в разное время года вызваны ММП разной полярности.Весной к повышению геомагнитной активности чаще приводит ММП отрицательной полярности, а осенью — положительной. Здесь демонстрируется график для BY GSM компоненты ММП,так как в дальнейшем наличие эффекта Р-М проверяется в восстановленной полярности, которая на самом деле представляет собой знак BY GSM .
Объяснение эффекта Рассэлла-МакФерронасостоит в следующем. В периоды равноденствия угол между осью Z в GSM и осью Y в GSEQсистемах меньше 90o, достигает минимумов 7 апреля и 11 октября [56]. Возникает ненулеваяпроекция BY GSEQ на ось Z в GSM системе. То есть, ММП соответсвующей полярности, образуяосенью и весной отрицательную геоэффективную компоненту BZGSM , приводит к росту геомагнитной активности и появлению максимумов в средних значениях индекса в марте–апреле и всентябре–октябре.220Month46108010121850186018701880189019001910Year19201930194019501960220Month46108010121850186018701880189019001910Year19201930194019501960Рисунок 4.14: Разница среднемесячных и среднегодовых значений aa индекса дляотрицательных (верхняя диаграмма) и положительных (нижняя) значений восстановленнойполярности за период 1844–1964 гг.Разделим теперь aa (и IHV (1d) до 1868-го года) индекс на две группы по знаку восстановленной полярности и посчитаем среднемесячные значения.
Усреднённый за период 1844–1965 гг.результат c аналогичными обозначениями показан на рис. 4.13. Эффект Р-М отчётливо наблюдается в восстановленной полярности. Весенний пик геомагнитной активности соответствуетдням с отрицательными значениями полярности P , осенний — положительным значениям. Для80большей убедительности мы также приводим диаграммы (рис. 4.14), на которых изображенысреднемесячные значения индексов отдельно для каждого года. Так как aa индекс геомагнитнойактивности с 1868-го по 1964-й года несколько увеличивается, значения на диаграммах получены за вычетом средних для каждого года. На верхней диаграмме изображены значения дляотрицательных значений восстановленной полярности, на нижней — для положительных.
В течение всего исследуемого периода на первой диаграмме наибольшие значения наблюдаются совторого по пятый месяц, в то время как на нижней — с восьмого по одиннадцатый.4.5 ЗаключениеВ этой главе было проведено сравнение восстановленной полярности ММП со спутниковыми значениями полярности (BY − BX в GSEQ системе). Несмотря на то, что в действительностиметод определяет знак BY компоненты ММП, оценки показывают, что ввиду распределения на-правлений ММП преимущественно вдоль спирали Паркера, с одинаковой успешностью можновосстанавливать истинную полярность. Общая точность метода для групп станций, доступных в19-м и в начале 20-го веков, составила от 78 до 82% успешных определений.
При этом величинастандартного отклонения среднегодовых значений составила от 5 до 6%. Отрицательная полярность в целом восстанавливается несколько лучше положительной, но разница между ними непревышает 5%. Таким образом, в представленных результатах отсутствуют какие-либо тенденции определения одной из полярностей.
Для более поздних и высокоширотных станций методдаёт самые высокие результаты ∼90%, близкие к пределу максимальной точности методов, ос-нованных на анализе геомагнитных вариаций.Представленные оценки получены для спутникового периода. Основываясь на том, что суточный ход геомагнитных компонент одинаков в течение всего исследуемого периода, предполагается, что система ионосферных токов также оставалась неизменной.
Поэтому мы считаем, чтокачество восстановленной за период с 1844-го по 1964-й года полярности ММП можно оценить,сравнивая результаты методы для спутникового периода. График точности метода, экстраполированный в прошлое в соответствии с доступным для каждого года набором станций, показанна рис. 4.15.Так как точность метода падает в годы минимумов солнечной и геомагнитной активностей,в перечисленные ниже года количество ошибочных определений полярности возможно большесреднего: 1856, 1867, 1878–1879, 1890, 1901–1902, 1912–1913, 1923–1924, 1934, 1945, 1954–1955,1964.Для самых ранних данных в Санкт-Петербурге, Хельсинки, Екатеринбурге и Потсдаме наблюдается устойчивая корреляция результатов между отдельными компонентами и в целом между станциями.
Исключение составила полярность, полученная по вариациям склонения в Екатеринбурге с 1887-го по 1925-й год, и поэтому соответствующие результаты не использовалисьдля расчёта итоговой полярности.81100Success rate, %908070601845 1855 1865 1875 1885 1895 1905 1915 1925 1935 1945 1955YearРисунок 4.15: Возможные значения точности восстановленной полярности в соответствии соценками по спутниковому периоду; красные пунктирные линии обозначают прибавкустандартных отклонений.Проанализировав значения aa индекса отдельно для дней положительной и отрицательнойполярностей, было обнаружено, что результаты метода не подвержены зависимости от геомагнитной активности. Более того, восстановленная секторная структура находится в соответствиис эффектом Рассэлла-МакФеррона, когда отрицательная полярность геоэффективна весной, аположительная — осенью.Перечисленные факторы дают основания предполагать высокую степень достоверности восстановленной полярности межпланетного магнитного поля.82Глава 5Анализ секторной структуры ММП5.1 Периодичность вращения секторных границ5.1.1 Обзор исследований периодичности солнечных данныхВ предыдущей главе было показано, что достоверность восстановленной полярности достаточна высока и позволяет уверенно исследовать различные свойства секторной структурымежпланетного магнитного поля.Рассмотрим периодичность вращения секторной структуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
