1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 4, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 4, стр. 520-533

Статистические исследования авроральной активности и возмущений геомагнитного поля на средних широтах

Р. Вернер 1, В. Гинева 1, И. В. Дэспирак 2, *, А. А. Любчич 2, П. В. Сецко 2, А. Атанасов 1, Р. Божилова 3, Л. Райкова 1, Д. Валев 1

1 Институт космических исследований и технологий Болгарской академии наук
Стара Загора, Болгария

2 Полярный геофизический институт
Апатиты (Мурманская обл.), Россия

3 Национальный институт геофизики, геодезии и географии Болгарской академии наук
София, Болгария

* E-mail: despirak@gmail.com

Поступила в редакцию 23.12.2022
После доработки 25.03.2023
Принята к публикации 28.03.2023

Аннотация

По данным магнитометров сетей INTERMAGNET, SuperMAG и IMAGE проведен статистический анализ суббуревой активности в авроральных широтах за 2007–2020 гг. и ее связи с магнитными возмущениями на средних широтах. Появления и развитие магнитных возмущений в авроральных широтах контролировалось по IL-индексу (подобен AL-индексу, но рассчитан по данным IMAGE). За период 2007–2020 гг. были отобраны события, которые наблюдались около меридиана сети IMAGE, в ночном секторе (21–03 MLT). Использовались две выборки событий: 1) IL < –200 нТл не менее 10 мин, с дополнительным критерием наличия или отсутствия положительных бухт на станции Панагюриште в Болгарии; 2) изолированные суббури, наблюдавшиеся на меридиане IMAG-E, согласно списка Ohtani and Gjerloev [2020]. Получены распределения IL-индекса, эмпирической и теоретической кумулятивной функции распределения, а также проведены оценки появления экстремальных событий. Показано, что, в целом, распределения IL хорошо описываются экспоненциальными функциями, и из всех событий в ~65% случаях наблюдались события, сопровождающиеся среднеширотными положительными бухтами, причем с ростом интенсивности возмущений их доля увеличивалась. Оказалось, что события с положительными бухтами в средних широтах и изолированные суббури лучше описываются распределением Вейбулла для экстремальных событий. Из обоих распределений выделены годовая и полугодовая вариации: годовые вариации имеют летний минимум и зимний максимум, полугодовые – максимумы около дней равноденствия, что, скорее всего, связано с эффектом Рассела-Макферрона. Показано также, что полугодовая вариация более выражена для событий с сопутствующими среднеширотными положительными бухтами.

Список литературы

  1. – Божилова Р. Автоматизирана система за събиране на геофиизични данни – приложение XLV // Сборник на “Национална конференция по въпроси на обучение по физика”, София, 6–9 Април 2017. С. 55–59. 2017.

  2. – Воробьев А.В., Пилипенко В.А., Сахаров Я.А., Селиванов В.Н. Статистические взаимосвязи вариаций геомагнитного поля, аврорального электроджета и геоиндуцированных токов // Солнечно-земная физика. Т.  5. № 1. С. 48‒58. 2019. https://doi.org/10.12737/szf-51201905

  3. – Дэспирак И.В., Любчич А.А., Клейменова Н.Г. “Полярные” и “высокоширотные” суббури и условия в солнечном ветре // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 5. С. 619‒626. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014050046

  4. – Дэспирак И.В., Клейменова Н.Г., Громова Л.И., Громов С.В., Малышева Л.М. Суперсуббури во время бурь 7–8 сентября 2017 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 3. С. 308–317. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020030049

  5. – Дэспирак И.В., Сецко П.В., Сахаров Я.А., Любчич А.А., Селиванов В.Н., Валев Д. Наблюдения геомагнитных индуцированных токов на Северо-Западе России: отдельные случаи // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 6. С. 721–733. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022060037

  6. – Нусинов А.А., Руднева Н.М., Гинзбург Е.А., Дремухина Л.А. Сезонные вариации статистических распределений индексов геомагнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 55. № 4. С. 511–516. 2015. https://doi.org/10.7868/S0016794015040100

  7. – Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1978. 592 с.

  8. – Akasofu S.-I., Meng C.I. A study of polar magnetic substorms // J. Geophys. Res. V. 74. № 1. P. 293–313. 1969. https://doi.org/10.1029/JA074i001p00293

  9. – Bartels J. Terrestrial-magnetic activity and its relation to solar phenomena // Terr. Magn. Atmos. Electr. V. 37. № 1. P. 1–52. 1932. https://doi.org/10.1029/TE037i001p00001

  10. – Berthelier A. Influence of the polarity of the interplanetary magnetic field on the annual and the diurnal variations of magnetic activity // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 81. № 25. P. 4546–4552. 1976. https://doi.org/10.1029/JA081i025p04546

  11. – Boller B.R., Stolov H.L. Kelvin Helmholtz instability and the semiannual variation of geomagnetic activity // J. Geophys. Res. V. 75. № 31. P. 6073–6084. 1970. https://doi.org/10.1029/JA075i031p06073

  12. – Broun J.A. Observations in magnetism and meteorology made at Makerstoun in Scotland, in 1844. The Aurora Borealis // Trans. R. Soc. Edinburgh. V. 18. 401–402. 1848. https://doi.org/10.1017/S0080456800039077

  13. – Chu X. Configuration and generation of substorm current wedge, Los Angeles: University of California, Los Angeles, 2015. (A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Geophysics and Space Physics).

  14. – Cliver E.W., Kamide Y., Ling A.G. Mountains versus valleys: Semiannual variation of geomagnetic activity // J. Geophys. Res. V. 105. № A2. P. 2413–2424. 2000. https://doi.org/10.1029/1999JA900439

  15. – Coles S. An Introduction to Statistical Modeling of Extreme Values. Springer, London. 2001.

  16. – Cortie A.L. Sun-spots and terrestrial magnetic phenomena, 1898–1911: the cause of the annual variation in magnetic disturbances // Mon. Not. R. Astron. Soc. V. 73. № 1. P. 52–60. 1912. https://doi.org/10.1093/mnras/73.1.52

  17. – 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

  18. – Despirak I.V., Kleimenova N.G., Lubchich A.A., Malysheva L.M., Gromova L.I., Roldugin A.V., Kozelov B.V., Magnetic Substorms and Auroras at the Polar Latitudes of Spitsbergen: Events of December 17, 2012. Bull. Russian Acad. Sci: Physics. V. 86. № 3. P. 266–274. 2022. https://doi.org/10.3103/S1062873822030091

  19. – Echer E., Gonzalez W.D., Tsurutani B.T. Statistical studies of geomagnetic storms with peak Dst ≤ –50 nT from 1957 to 2008 // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. V. 73. № 11–12. P. 1454–1459. 2011. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.04.021

  20. – Fu H., Yue C., Zong Q.-G., Zhou X.-Z., Fu S. Statistical characteristics of substorms with different intensity // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 126. № 8. 2021. e2021JA029318. https://doi.org/10.1029/2021JA029318

  21. – Gjerloev J.W. A global ground-based magnetometer initiative // EOS Trans. AGU. V. 90. № 27. P. 230–231. 2009. https://doi.org/10.1029/2009EO270002

  22. – Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique // J. Geophys. Res. V. 117. № A9. A09213. 2012. https://doi.org/10.1029/2012JA017683

  23. – Gopalswamy N. Chapter 2 – Extreme Solar Eruptions and their Space Weather Consequences / Extreme Events in Geospace – Origins, Predictability, and Consequences, edited by Natalia Buzulukova, Elsevier. P. 37–63. 2018. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812700-1.00002-9

  24. – Grubbs F.E., Beck G. Extension of Sample Sizes and Percentage Points for Significance Tests of Outlying Observations // Technometrics. V. 14. № 4. P. 847–854. 1972. https://doi.org/10.2307/1267134

  25. – Guo J., Feng X., Pulkkinen T.I., Tanskanen E.I., Xu W., Lei J., Emery B.A. Auroral electrojets variations caused by recurrent high-speed solar wind streams during the extreme solar minimum of 2008 // J. Geophys. Res. V. 117. № A4. A04307. 2012. https://doi.org/10.1029/2011JA017458

  26. – Guo J., Liu H., Feng X., Pulkkinen T.I., Tanskanen E.L., Liu C., Zhong D., Wang Z. // MLT and seasonal dependence of auroral electrojets: IMAGE magnetometer network observations // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 119. № 4. P. 3179–3188. 2014. https://doi.org/10.1002/2014JA019843

  27. – Iijima T., Potemra T.A. Large-scale characteristics of field aligned currents associated with substorms // J. Geophys. Res. V. 83. № 2. P. 599-615. 1978. https://doi.org/10.1029/JA083iA02p00599

  28. – Kamide Y., Akasofu S.-I. The auroral electrojet and global auroral features // J. Geophys. Res., V. 80. № 25. P. 3585–3602. 1975.https://doi.org/10.1029/JA080i025p03585

  29. – Kepko L., McPherron R.L., Amm O., Apatenkov S., Baumjohann W., Birn J., Lester M., Nakamura R., Pulkkinen T.I., Sergeev V. Substorm Current Wedge Revisite // Space Sci. Rev. V. 190. P. 1–46. 2015. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0124-9

  30. – Lockwood M., Owens M.J., Barnard L.A., Haines C., Scott C.J., McWilliams K.A., Coxon J.C. Semi-annual, annual and Universal Time variations in the magnetosphere and in geomagnetic activity: 1. Geomagnetic data // J.  Space Weather Space Clim. V. 10. Art. 23. 2020. https://doi.org/10.1051/swsc/2020023

  31. – Love J.J, Rigler E.J., Pulkkinen A., Riley P. On the lognormality of historical magnetic storm intensity statistics: Implications for extreme-event probabilities // Geophys. Res. Lett. V. 42. № 16. P. 6544–6553. 2015. https://doi.org/10.1002/2015GL064842

  32. – Lyatsky W., Tan A. Latitudinal effect in semiannual variation of geomagnetic activity // J. Geophys. Res. V. 108. № A5. 1204. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009467

  33. – Matzka J., Stolle C., Yamazaki Y., Bronkalla O., Morschhauser A. The geomagnetic Kp index and derived indices of geomagnetic activity // Space Weather. V. 19. № 5. e2020SW002641. 2021. https://doi.org/10.1029/2020SW002641

  34. – McIntosh D.H. On the annual variation of magnetic disturbances // Philos. Trans. R. Soc. London, Series A, Mathematical and Physical Sciences. V. 251. № 1001. P. 525–552, 1959. https://doi.org/10.1098/rsta.1959.0010

  35. – McPherron R.L. Growth phase of magnetospheric substorms. J. Geophys. Res. V. 75. № 28. P. 5592–5599. 1970. https://doi.org/10.1029/JA075i028p05592

  36. – McPherron R.L., Russell C.T., Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968: 9. Phenomenological model for substorms, J. Geophys. Res. V. 78. № 16. P. 3131–3149. 1973. https://doi.org/10.1029/JA078i016p03131

  37. – McPherron R.L. The use of ground magnetograms to time the onset of magnetospheric substorms // J. Geomag. Geoelectr. V. 30. № 3. P. 149–163. 1978. https://doi.org/10.5636/jgg.30.149

  38. – McPherron L.R., Chu X. The Mid-Latitude Positive Bay and the MPB Index of Substorm Activity // Space Sci. Rev. V. 206. P. 91–122. 2017. https://doi.org/10.1007/s11214-016-0316-6

  39. – McPherron L.R., Chu X. The midlatitude positive bay index and the statistics of substorm occurrence // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 123. № 4. P. 2831–2850. 2018. https://doi.org/10.1002/2017JA024766

  40. – Mikhailov A.V., Depuev V.Kh., Leschinskaya T.Yu. Geomagnetic activity threshold for F2-layer negative storms onset: Seasonal dependence // International J. Geomagnetism and Aeronomy. V. 6. № 1. 2005. https://doi.org/10.1029/2005GI000098

  41. – Murayama T. Origin of the semiannual variation of geomagnetic Kp indices // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 79. № 1. P.297–300. 1974. https://doi.org/10.1029/JA079i001p00297

  42. – Mursula K., Tanskanen E., Love J. Spring-fall asymmetry of substorm strength, geomagnetic activity and solar wind: Implications for semiannual variation and solar hemispheric asymmetry // Geophys. Res. Let. V. 38. № 6. L06104. 2011. https://doi.org/10.1029/2011GL046751

  43. – Nakamura M., Yoneda A., Oda M., Tsubouchi K. Statistical analysis of extreme auroral electrojet indices // Earth, Planets and Space. V. 67. Art. 153. 2015. https://doi.org/10.1186/s40623-015-0321-0

  44. – Newell P.T., Gjerloev J.W. Evaluation of SuperMAG auroral electrojet indices as indicators of substorms and auroral power // J. Geophys. Res. V. 116. № A12. A12211. 2011a. https://doi.org/10.1029/2011JA016779

  45. – Newell P.T., Gjerloev J.W. Substorm and magnetosphere characteristic scales inferred from the SuperMAG auroral electrojet indices // J. Geophys. Res. V. 116. № A12. A12232. 2011b. https://doi.org/10.1029/2011JA016936

  46. – O’Brien P., McPherron R.L. Seasonal and diurnal variation of Dst dynamics // J. Geophys. Res. V. 107. № A11. 1341. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009435

  47. – Ohtani S., Gjerloev J.W. Is the substorm current wedge an ensemble of wedgelets?: Revisit to midlatitude positive bays // J. Geoph. Res.: Space Physics. V. 125. № 9. e2020JA027902. 2020. https://doi.org/10.1029/2020JA027902

  48. – Rangarajan G.K., Iyemori T. Time variations of geomagnetic activity indices Kp and Ap: an update // Ann. Geophysicae. V. 15. № 10. P. 1271–1290. 1997. https://doi.org/10.1007/s00585-997-1271-z

  49. – Riley P. On the probability of occurrence of extreme space weather events // Space Weather. V. 10. № 2. S02012. 2012. https://doi.org/10.1029/2011SW000734

  50. – Russell C.T., McPherron R.L. Semiannual variation of geomagnetic activity // J. Geophys. Res. V. 78. № A1. P. 92–108. 1973. https://doi.org/10.1029/JA078i001p00092

  51. – Sabine E. On periodical laws discoverable in the mean effects of the larger magnetic disturbances – No. II // Philos. Trans. R. Soc. London. V. 142. P. 103–124, 1852. https://doi.org/10.1098/rstl.1852.0009

  52. – Sergeev V.A., Angelopoulos V., Kubyshkina M., Donovan E., Zhou X.-Z., Runov A., Singer H., McFadden J., Nakamura R. Substorm growth and expansion onset as observed with ideal ground-spacecraft THEMIS coverage // J. Geophys. Res. V. 116. A00I2. 2011. https://doi.org/10.1029/2010JA015689

  53. – Singh A.K., Rawat R., Pathan B.M. On the UT and seasonal variations of the standard and SuperMAG auroral electrojet indices // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 118. № 8. P. 5059–5067. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50488

  54. – Svalgaard L., Cliver E.W., Ling A.G. The semiannual variation of great geomagnetic storms // Geophys. Res. Lett. V. 29. № 16. P. 12-1–12-4. 2002. https://doi.org/10.1029/2001GL014145

  55. – Tanskanen E.I. A comprehensive high-throughput analysis of substorms observed by IMAGE magnetometer network: Years 1993–2003 examined // J. Geophys. Res. V. 114. № A5. A05204. 2009. https://doi.org/10.1029/2008JA013682

  56. – Thomson A.W.P., Dawson E.B., Reay S.J. Quantifying extreme behavior in geomagnetic activity // Space Weather. V. 9. № 10. S10001. 2011. https://doi.org/10.1029/2011SW000696

  57. – Tsubouchi K., Omura Y. Long-term occurrence probabilities of intense geomagnetic storm events // Space Weather. V. 5. № 12. S12003. 2007. https://doi.org/10.1029/2007SW000329

  58. –Tsurutani B.T., Hajra R. The interplanetary and Magnetospheric causes of Geomagnetically Inducted Currents (GICs) > 10A in the Mäntsälä Finland Pipeline:1999 through 2019 // J. Space Weather Clim. V.11. A23. 2021. https://doi.org/10.1051/swsc/2021001

  59. – Viljanen A., Tanskanen E.I., Pulkkinen A. Relation between substorm characteristics and rapid temporal variations of the ground magnetic field // Ann. Geophys. V. 24. № 2. P. 725–733. 2006. https://doi.org/10.5194/angeo-24-725-2006

  60. – Weibull W. A statistical distribution function of wide applicability // J. Appl. Mech.-Trans. ASME. V. 18. № 3. P. 293–297. 1951.

  61. – Werner R., Guineva V., Atanassov A., Bojilova R., Raykova L., Valev D., Lubchich A., Despirak I. Calculation of the horizontal power perturbations of the Earth surface magnetic field / Proceedings of the Thirteenth Workshop “Solar Influences on the Magnetosphere, Ionosphere and Atmosphere”, Primorsko, Bulgaria, 13–17 September 2021. P. 159–164. 2021. https://doi.org/10.31401/WS.2021.proc

  62. – Yermolaev Y.I., Lodkina I.G., Nikolaeva N.S., Yermolaev M.Y. Occurrence rate of extreme magnetic storms, J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 118. № 8. P. 4760–4765. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50467

  63. – Yoshida A. Physical meaning of the equinoctial effect for semi-annual variation in geomagnetic activity // Ann. Geophys. V. 27. P. 1909–1914. 2009. https://doi.org/10.5194/angeo-27-1909-2009

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал