Связь между Dst и Bz для геомагнитных бурь в 23-м солнечном цикле

Хорошо известно [1, 2], что В _z - компонента меж планетного магнитного поля ( ММП ) является глав ным гелиосферным параметром , ответственным за геомагнитные бури .

Например , Акасофу [1] описал связь между пи ковыми значениями геомагнитного индекса D _st и B _z компоненты ММП как

Min D st ( нТл ) » -7.8 1 B zm₁n ( нТл )l + 10 ( нТл ).   (1)

Мы провели аналогичный статистический анализ пиковых значений D _st - индекса для 1497 возмуще ний , обнаруженных за период 1997–2006 гг .

База данных

В работе использованы значения D _st - индекса , взятые с сайта Мирового центра данных в Киото (WDC-C2 KYOTO) [3]. Часовые значения скорости , плотности солнечного ветра , B _x -, B _y -, B _z - компонент ММП за период 1997–2006 гг . были использованы как входные параметры для статистического и ней росетевого анализа . Параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля ( ММП ) регистри ровались космическим аппаратом ACE [4], распо ложенным в либрационной точке между Землей и Солнцем . Мы использовали также базу данных APEV [5] для наиболее сложных случаев .

Статистический анализ пиковых значений D _st и B _z- индексов

На основе имеющегося материала была получена эмпирическая формула связи D _st и B _z :

D st =6.8 B z + 0.23.                               (2)

Эта формула применима для всего набора дан ных (1497 событий ), включая небольшие возмуще ния постоянного уровня шума около 20–30 нТл .

События для D st < –50 нТл (345 случаев , (3)) и D st < –100 нТл (79 случаев , (4)) были рассмотрены отдельно :

D st =7.6 B z – 6.2,                                  (3)

D st = 8.1 B z – 2.5.                                  (4)

Эти формулы уточняют результаты, полученные в [1], и не противоречат им. Они удобны для быстрых оценок и реконструкций гелиосферных и гео- магнитных ситуаций с точностью порядка 10 %.

Наиболее значимые переменные при нейросе тевом прогнозировании D _st- индекса

При помощи анализа весовых коэффициентов нейронных сетей [10, 11] были исследованы взаимо связи между входными переменными и прогнози руемой величиной D _st - индекса . В качестве входных переменных использовались скорость , плотность и B _x , B _y , B _z - компоненты ММП [6–9]. При прогнози ровании непрерывного значения D _st - индекса наибо лее значимыми переменными из всех перечислен ных стали два значения B _z - компоненты ММП , пер вое и последнее во временном окне ( время форми рования прогнозируемой величины – от 6 до 9 ч , на котором обучалась нейронная сеть из комитета . При прогнозировании события с D _st <–100 нТл , для ней ронной сети из комитета , давшей наилучший про гноз , наиболее значимой переменной явились зна чения B _z - компоненты ММП , задержанные на 3–5 ч от момента прогнозирования . Определенную роль сыграли также значения B _y - компоненты ММП , за держанные на 10–12 ч и значения плотности сол нечного ветра , задержанные на 9 ч . Полученные оценки значимости параметров солнечного ветра частично согласуются с [12]. Время задержки между B _z и D _st связано с магнитосферным временем кон векции и неизолированностью потока солнечного ветра . Многократные начала магнитных бурь инициируются постоянными солнечными и меж планетными возмущениями , благодаря нелиней ной суперпозиции которых фаза восстановления длится многие часы .

Заключение

Выполнен статистический анализ пиковых значе ний B _z и D _st - индексов для 1497 событий , выявленных за период 1997–2006 гг . На основе этого материала получены эмпирические формулы связи D _st и B _z , кото рые полезны для быстрых оценок гелиосферных и геомагнитных ситуаций с точностью порядка 10 % .

Применение этих формул может дать косвенную информацию о межпланетной обстановке и B _z во вре мя сильных бурь , наблюдаемых в прошлом , когда не было прямых измерений гелиосферных магнитных полей , но были доступны геомагнитные данные . В

Связь между Dst и Bz для геомагнитных бурь в 23 солнечном цикле этом случае интересны архивы геомагнитных данных таких событий, полученные в доспутниковую эру (например, Кэррингтоновская буря 1859 г.). Значение такого анализа для геомагнитного поля сходно со значением эффекта Мансурова–Свалгаарда для реконструкции секторной структуры.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 07-02-00147, 07-01-0065, 06-05-64500 а так же Меж дународным научным проектом МГУ . Она является также частью исследований по программам фунда ментальных исследований Президиума РАН « Сол нечная активность и физические процессы в системе Солнце – Земля » ( П 16, часть 3) и ОФН РАН « Плаз менные процессы в Солнечной системе » ( ОФН -16).