Соответствие вариаций AE и Apo индексов в 23–24-м солнечных циклах

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Индекс авроральной электроструи АЕ часто используется в прогностических моделях как характеристика источника распространения возмущения в геосфере от полюса к средним и низким широтам. Однако эти данные не предоставляются в цифровом виде с января 2020 г. Вместо АЕ-индекса в данной работе предлагается использовать недавно введенный 1-часовой Apo-индекс, учитывая близкое расположение сетей магнитометров для этих индексов в высоких широтах и наличие Apo-индекса в реальном времени. С этой целью проанализирована их корреляция во время 276 интенсивных бурь за 1995−2017 гг. Профили бурь построены методом совмещения эпох с началом отсчета t0 = 0 при пороговом значении AЕ ≥ 1000 нТл. Проведено сравнение профилей бурь AE(t), Apo(t), межпланетного электрического поля E(t) и скорости солнечного ветра Vsw(t) в течение 72 ч: 24 ч до пика бури t0, и 48 ч после него. Получено хорошее соответствие между рядами AE(t) и Apo(t) с коэффициентом корреляции 0.70. Сравнение с межпланетными параметрами показало корреляцию AЕ(t) и Apo(t) с электрическим полем Е(t) и отсутствие их прямой связи со скоростью солнечного ветра Vsw(t). Выведена двухпараметрическая формула зависимости индекса авроральной электроструи AE(t) от межпланетного электрического поля E(t) и геомагнитного индекса Apo(t) для использования в прогнозах геомагнитных бурь. В случае отсутствия данных E(t) предложены формулы прямой зависимости АЕ(t) от Aро(t) для применения в реальном времени и обратной зависимости Aро(t) от АЕ(t) для реконструкции 1ч Apo-индекса до 1995 г. Проверка предложенных моделей по данным 5 интенсивных бурь в 2018 г. показала соответствие модельных расчетов наблюдательным данным АЕ-индекса с высоким коэффициентом определенности R2 в пределах от 0.62 до 0.81.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Л. Гуляева

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: gulyaeva@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Белюченко К.В., Клименко М.В., Клименко В.В., Ратовский К.Г. Связь возмущений полного электронного содержания с AE-индексом геомагнитной активности во время геомагнитной бури в марте 2015 г. // Солнечно-земная физика. Т. 8. № 3. С. 41−48. 2022. https://doi.org/10.12737/szf-83202206
  2. Гуляева Т.Л. Прогноз глобального электронного содержания в ионосфере в процессе развития геомагнитной бури / Тр. XX Всероссийской ежегодной конф. “Солнечная и солнечно-земная физика – 2016”. СПб, 10–14 октября 2016 г. Ред. А.В. Степанов, Ю.А. Наговицын. С. 85−88. 2016а.
  3. Гуляева Т.Л. Идентичность AE и Apo индексов в 23−24 циклах солнечной активности / Тр. XXVII Всероссийской ежегодной конф. “Солнечная и солнечно-земная физика – 2023”. СПб, 9–13 октября 2023 г. Ред. А.В. Степанов, Ю.А. Наговицын. С. 85−88. 2016б. https://doi.org/10.31725/0552-5829-2023-85-88
  4. Куражковская Н.А., Куражковский А.Ю. Эффект гистерезиса между индексами геомагнитной активности (Ap, Dst) и параметрами межпланетной среды в 21−24 циклах солнечной активности // Солнечно-земная физика. Т. 9. № 3. С. 73−82. 2023. https://doi.org/10.12737/szf-93202308
  5. Шубин В.Н., Иванов-Холодный Г.С., Ситнов Ю.С. Использование интегральных индексов для описания динамики магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 38. № 4. C. 16–23. 1998.
  6. Adebesin B.O. Investigation into the linear relationship between the AE, Dst and ap indices during different magnetic and solar activity conditions // Acta Geod. Geophys. V. 51. № 2. P. 315–331. 2016. https://doi.org/10.1007/s40328-015-0128-2
  7. Bergin A., Chapman S.C., Gjerloev J.W. AE, DST, and their SuperMAG counterparts: The effect of improved spatial resolution in geomagnetic indices // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. № 5. ID e2020JA027828. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA027828
  8. Cade III W.B., Sojka J.J., Zhu L. A correlative comparison of the ring current and auroral electrojects using geomagnetic indices // J. Geophys. Res. – Space. V. 100. № 1. P. 97−105. 1995. https://doi.org/10.1029/94JA02347
  9. Crooker N.U., Gringauz K.I. On the low correlation between long-term averages of solar wind speed and geomagnetic activity after 1976 // J. Geophys. Res. – Space. V. 98. № 1. P. 59–62. 1993. https://doi.org/10.1029/92JA01978
  10. Davis T.N., Sugiura M. Auroral electrojet activity index AE and its universal time variations // J. Geophys. Res. V. 71. № 3. P. 785–801. 1966. https://doi.org/10.1029/jz071i003p00785
  11. Echer E., Gonzalez W. D., Alves M.V. On the geomagnetic effects of solar wind interplanetary magnetic structures // Space Weather. V. 4. № 6. ID S06001. 2006. https://doi.org/10.1029/2005SW000200
  12. Fares Saba M.M., Gonzalez W.D., Cluúa de Gonzalez A.L. Relationships between the AE, ap and Dst indices near solar minimum (1974) and at solar maximum (1979) // Ann. Geophys. V. 15. № 10. P. 1265−1270. 1997. https://doi.org/10.1007/s00585-997-1265-x
  13. Göker Ü.D. Short- and long-term changes in the neurophysiological status of pilots due to radiation exposure caused by geomagnetic storms // Medical Research Archives. V.11. № 9. 2023. https://doi.org/10.18103/mra.v11i9.4395
  14. Gu Y., Wei H.-L., Boynton R.J., Walker S.N., Balikhin M.A. System identification and data-driven forecasting of AE index and prediction uncertainty analysis using a new cloud-NARX model // J. Geophys. Res. – Space. V. 124. № 1. P. 248–263. 2019. https://doi.org/10.1029/1018JA025957
  15. Gulyaeva T.L., Stanislawska I. Magnetosphere associated storms and autonomous storms in the ionosphere−plasmasphere environment // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 72. № 1. P. 90–96. 2010. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.10.012
  16. Gulyaeva T.L. Interaction of global electron content with the Sun and solar wind during intense geomagnetic storms // Planet. Space Sci. 2024. V. 240. ID 105830. https://doi.org/10.1016/j.pss.2023.105830
  17. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Ratovsky K.G., Goncharenko L.P., Sahai Y., Fagundes P.R., de Jesus R., de Abreu A.J., Vesnin A.M. Numerical modeling of ionospheric effects in the middle- and low-latitude F region during geomagnetic storm sequence of 9–14 September 2005 // Radio Sci. V. 46. № 3. ID RS0D03. 2011. https://doi.org/10.1029/2010RS004590
  18. Li Sh., Galas R., Ewert D., Peng J. An empirical model for the ionospheric global electron content storm-time response // Acta Geophys. V. 51. № 1. P.253–269. 2015. https://doi.org/10.1515/acgeo-2015-0067
  19. Luo B., Li X., Temerin M., Liu S. Prediction of the AU, AL, and AE indices using solar wind parameters // J. Geophys. Res. – Space. V. 118. № 12. P. 7683–7694. 2013. https://doi.org/10.1002/2013JA019188
  20. Nesse Tyssøy H., Partamies N., Babu E.M., Smith-Johnsen C., Salice J.A. The predictive capabilities of the Auroral Electrojet index for medium energy electron precipitation // Front. Astron. Space Sci. V. 8. ID 714146. 2021. https://doi.org/10.3389/fspas.2021.714146
  21. Prikryl P., Gillies R.G., Themens D.R., Weygand J.M., Thomas E.G., Chakraborty S. Multi-instrument observations of polar cap patches and traveling ionospheric disturbances generated by solar wind Alfvén waves coupling to the dayside magnetosphere // Ann. Geophys. V. 40. № 6. P. 619–639. 2022. https://doi.org/10.5194/angeo-40-619-2022
  22. Rostoker G. A quantitative relationship between AE and Kp // J. Geophys. Res. − Space. V. 96. № 4. P. 5853−5857. 1991. https://doi.org/10.1029/90JA02752
  23. Samwel S., Miteva R. Correlations between space weather parameters during intense geomagnetic storms: Analytical study // Adv. Space Res. V. 72. № 8. P. 3440−3453. 2023. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.07.053
  24. Schrijver C.J. Socio-economic hazards and impacts of space weather: The important range between mild and extreme // Space Weather. V. 13. № 9. P. 524–528. 2015. https://doi.org/10.1002/2015SW001252
  25. Tsurutani B.T., Goldstein B.E., Smith E.J., Gonzales W.D., Tang F., Akasofu S.I., Anderson R.R. The interplanetary and solar causes of geomagnetic activity // Planet. Space Sci. V. 38. № 1. P. 109–126. 1990. https://doi.org/10.1016/0032-0633(90)90010-N
  26. Yamazaki Y., Matzka J., Stolle C., Kervalishvili G., Rauberg J., Bronkalla O., Morschhauser A., Bruinsma S., Shprits Y.Y., Jackson D.R. Geomagnetic activity index Hpo // Geophys. Res. Lett. V. 49. № 10. 2022. https://doi.org/10.1029/2022GL098860
  27. Yenen S.D., Gulyaeva T.L., Arikan F., Arikan O. Association of ionospheric storms and substorms of Global Electron Content with proxy AE index // Adv. Space Res. V. 56. № 7. P. 1343–1353. 2015. https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.06.025

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Сети магнитометров, поставляющие данные для производства AE- и Apo-индексов.

Скачать (181KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Профили интенсивных бурь за 1995−2017 гг., центрированные к моменту пика АЕ-индекса: (а) профили AE(t); (б) Apo(t); (в) E(t); (г) Vsw(t). Индивидуальные профили − черные линии, медиана − белая кривая.

Скачать (680KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Регрессионные зависимости между индексами АЕ и Apo: (а) зависимость AE от Apo; (б) зависимость Apo от AE.

Скачать (263KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Двухпараметрическая зависимость профиля бурь AE-индекса от параметров E и Apo.

Скачать (185KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Данные наблюдений и расчеты по модели во время бури с 17 по 19 марта 2018 г. (а) 1 − наблюдения АЕ-индекса; 2 − расчет по модели (2); 3 − расчет по модели (4); (б) наблюдения электрического поля E; (в) наблюдения индекса Apo.

Скачать (170KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Аналогично рис. 5 для бури с 25 по 27 августа 2018 г.

Скачать (167KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024