Исследование вариаций параметров солнечного ветра перед началом магнитных бурь тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ХАБАРОВА Ольга Валерьевна

Исследование вариаций параметров солнечного ветра перед началом магнитных бурь

(Специальность 01.03.03 - физика Солнца)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук Обридко Владимир Нухимович (ИЗМИР АН)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Застенкер Георгий Наумович (ИКИ РАН);

доктор физико-математических наук Левитин Анатолий Ефимович (ИЗМИРАН)

Ведущая организация:

Научно-исследовательский радиофизический институт Министерства образования РФ (НИРФИ), Нижний Новгород

Защита состоится 24 февраля 2004г. в {£_ час. ОР мин. в конференц-зале ИЗМИР АН на заседании диссертационного совета Д 002.237.01 в ИЗМИРАН по адресу: 142190, Московская область, Троицк, ИЗМИРАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН Автореферат разослан « » января 2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.237.01 ИЗМИРАН доктор физ.-мат. наук Ю.М.Михайлов

WibsC

Диссертация содержит результаты исследовании различных параметров солнечного ветра и геомагнитного поля. Проведены вэйвлет-анализ и статистическая обработка данных космического аппарата Wind и геомагнитных обсерваторий ИЗМИРАН, Sodankyla, Brorfield, а также индексов геомагнитной активности SYM-H и ASYM-H Использованы данные с одноминутным разрешением за годы минимума (1995г.) и максимума солнечной активности (2000г). Обсуждаются вопросы геоэффективности параметров солнечного ветра; оптимального выделения магнитных бурь программным способом; наличия характерных изменений плотности солнечного ветра, предшествующих началу магнитных бурь и их использование для прогноза магнитных бурь.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования

Исследование причин генерации и особенностей развития магнитных бурь, а также их прогнозирование - ключевые направления солнечно-земной физики. В качестве основных неблагоприятных для человечества последствий возмущенной геомагнитной обстановки традиционно рассматриваются: ухудшение коротковолновой радиосвязи, наводки в линиях электропередач, отрицательное воздействие на спутники (их поверхностная ионизация, выход из строя солнечных батарей и т.п.). В последние десятилетия активно изучается биологический эффект изменений космической погоды и магнитных бурь - их влияние на функциональное состояние живых организмов.

В связи с этим важно знать:

- Какие физические процессы в космической плазме провоцируют начало магнитных бурь и обуславливают их развитие?

- Что происходит в космическом пространстве до начала магнитных бурь?

- Существуют ли особенности изменения параметров солнечного ветра, указывающие на приближение геоэффективных потоков, и можно ли использовать эти особенности для последующего прогноза магнитных бурь?

Многие исследователи считают (см, например, [1-5]), что фактором, оказывающим большое влияние на магнитосферные процессы и даже провоцирующим начало магнитных бурь, является скачок динамического давления солнечного ветра на ведущем крае высокоскоростного потока (динамическое давление D=pVl-mpnV2, где тр -масса протона; п -концентрация протонов, V - скорость солнечного ветра). При этом не вполне ясно, какой из параметров - плотность или скорость вносит основной вклад в геоэффективные изменения кинетической энергии (динамического давления). Реагирует ли магнитосфера именно на изменение динамического давления или физические механизмы отклика магнитосферы на изменения плотности и скорости различны [5,6]?.

Результаты статистических и морфологических исследований по данным с осреднением ~ 1 час и более показывают, что интенсивность магнитной бури преимущественно определяется скоростью солнечного ветра и направлением вертикальной компоненты Вт межпланетного магнитного поля ММП (утверждается, что для начала и развития бури наиболее эффективно отрицательное направление Bz [7-12]). Индексы геомагнитной активности,

осредненные за день, хорошо

--G-V [131 и.выводятся из параметров )С. l^sKOHAJlbHAjr БИБЛИОТЕКА С. Петербург 200#РК

V и В [14-15]. На основании этого часть исследователей придерживается мнения, что главным геоэффективным параметром является поток магнитной

энергии солнечного ветра £ = B2V sin4 (9 / 2) [16,17] (здесь В - напряженность ММП, в - угол между ММП и направлением на зенит) или электрическое поле (произведение К на Л) [18, 19].

Имеются также работы, в которых соединяются обе точки зрения (см., например, [20, 21]) а также вступающие с ними в некое противоречие (например, [22,23]).

В связи с этим назрела необходимость использования адекватных статистических методов для прояснения существующей ситуации и поиска ответов на вопросы, поставленные выше. Тенденции последних лет дают основание надеяться на получение новых статистических закономерностей и подтверждение (или опровержение) ранее выдвинутых гипотез, базирующихся на первичном морфологическом анализе данных.

За последние несколько лет существенно увеличилось количество информации об окружающем космическом пространстве. Вместе с тем скачок возможностей компьютерной техники позволяет сейчас обрабатывать современными математическими методами объем экспериментального материала, немыслимый еще несколько лет назад.

Известно, что результаты статистики хорошо описывают эксперимент лишь при большой величине выборки. Ранее статистическая обработка велась либо для данных с низким временным разрешением за относительно длительный период, либо для данных с высоким разрешением за короткий период. Теперь же можно извлекать статистическую информацию из данных с высоким разрешением за длительный период. Увеличение объема выборки и использование временного шага, соответствующего динамике исследуемых процессов - залог успешного решения поставленной статистической задачи.

Противоречия, обрисованные выше, могут объясняться тем, что анализ данных с низким разрешением, выполненный ранее [7,8] (использовались часовые или трехчасовые индексы геомагнитной активности и данные космических аппаратов с таким же разрешением) не позволяет судить о быстрых процессах (имеющих характерные времена порядка минут) каковыми являются начала магнитных бурь. Для получения ответа на интересующие нас вопросы требуется иной подход. Из большого непрерывного массива данных с малым (минутным) временным шагом должны бьггь выделены относительно редко встречающиеся быстро идущие процессы (начала магнитных бурь), а затем проведен статистический анализ параметров, предшествующих интересующим нас событиям, в сравнении с теми же параметрами для всего массива данных.

Следующая актуальная задача солнечно-земной физики - поиск факторов, позволяющих производить прогноз магнитных бурь. Качество оправдываемое™ среднесрочных прогнозов (за 1-3 дня до начала магнитных бурь) до сих пор является неудовлетворительным, порой снижаясь до 30% в периоды минимума 11-ти летнего цикла солнечной активности. Отчасти это связано с тем, что большинство исследований по улучшению качества прогноза магнитных бурь направлено на мониторинг динамики солнечных процессов. В

2

результате прогнозирования по солнечным данным возникает накапливающаяся ошибка в определении момента и факта начала магнитной бури, складывающаяся из погрешности предсказания вероятности спорадического выброса или истечения рекуррентного потока и погрешности используемой модели солнечного ветра. Кроме того, в большинстве случаев точность прогноза зависит от мастерства и опыта конкретного прогнозиста, то есть прогностические признаки не сформулированы в виде, достаточном для автоматического прогноза с минимальным участием в нем оператора. Очевидно, для улучшения ситуации следует искать прогностические факторы непосредственно в солнечном ветре, представив результат в виде, удовлетворительном для автоматического прогноза.

В некоторых работах были отмечены предикторски важные изменения магнитного поля солнечного ветра, наблюдающиеся за несколько часов до прихода высокоскоростных потоков солнечного ветра [24-27]. Однако корректный статистический анализ частоты встречаемости обнаруженных прогностических признаков, их исследование на большом непрерывном статистическом материале, а также построение модели прогноза бурь по реальным данным выполнены не были.

В связи со всем вышесказанным в диссертационной работе проведен статистический анализ геоэффективности трех ключевых параметров солнечного ветра: скорости, плотности и направления вертикальной компоненты ММП на базе данных с одноминутным разрешением за два полных года: 1995г. (год минимума солнечной активности) и 2000г.(год максимума солнечной активности). На основании результатов данного анализа был произведен поиск прогностических факторов и их первичное тестирование в автоматическом прогнозе магнитных бурь 1995 и 2000гг. . Бури выделялись по нескольким признакам: бури с внезапным началом взяты из списка бурь с SSC (sudden storm commencement) IAGA http://zeus.wdcb.ru/wdcb/stp/sudden com , бури без внезапного начала - по уровню Кр, Dst, морфологическим признакам поведения индексов SYM-H, ASYM-H и по разработанному в диссертационном исследовании методу градиентного определения начала бурь.

Цели работы:

Целью работы являлось экспериментальное изучение (по данным солнечного ветра и геомагнитного поля) физики процессов, предшествующих началу магнитных бурь. В том числе:

а) Статистический анализ геоэффективности параметров солнечного ветра.

б) Вейвлет-анализ непрерывного большого массива данных с целью выявления характерных особенностей изменения осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра до начала магнитных бурь.

в) Статистическое выделение прогностических факторов, сопутствующих началу магнитных бурь.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения: 1. Созданы картины Вейвлет-анализа следующих параметров: плотности, скорости солнечного ветра, SYM-H, ASYM-H индекса, Н-компоненты

геомагнитного поля для трех геомагнитных обсерваторий (данные целиком за 1995г. и 2000г. с шагом 1 мин., диапазон характерных периодов - от 5 до 100 минут).

2. Установлено, что приход к Земле высокоскоростных потоков солнечного ветра, провоцирующих начало магнитных бурь, в 89% случаев от общего числа протестированных магнитных бурь предваряется

а) усилением амплитуды колебаний плотности солнечного ветра с периодами 5-250мин

б) слабым нарастанием значений плотности солнечного ветра от нескольких часов до 5 дней (в среднем, за 2 дня) до прихода геоэффективного потока солнечного ветра.

3. Результаты Вэйвлет-анализа ~150 магнитных бурь из интервала 19912001гг. (1995 и 2000гт целиком) показали, что длиннопериодные осцилляции (5-250 мин) плотности солнечного ветра, предшествующие приходу высокоскоростных потоков, передаются в магнитосферу в 65% случаев от общего числа бурь. Эффект одновременного (или слегка запаздывающего) возбуждения магнитосферных осцилляции с близкими периодами зарегистрирован на трех протестированных магнитометрических станциях, расположенных в интервале 56°-67° с.ш.. Выявлено, что условием передачи осцилляций из солнечного ветра в магнитосферу является отрицательность вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля.

4. Результаты корреляционного анализа и сравнения гистограмм годовых и предбуревых распределений параметров солнечного ветра дают основания полагать, что плотность вносит основной вклад в изменения динамического давления солнечного ветра и является важным геоэффективным фактором, определяющим начало бури, а скорость и направление вертикальной компоненты ММП определяют интенсивность и последующее развитие магнитной бури.

5. Результаты модифицированного оконного кросс-корреляционного анализа показывают, что начало магнитной бури сопровождается сменой знака текущей корреляции (или резким ее увеличением) между компонентами геомагнитного поля и плазменными параметрами солнечного ветра. При длительности бури дольше 12-ти часов корреляция падает, что говорит о временном снижении чувствительности магнитосферы к параметрам солнечного ветра. Появление длиннопериодных осцилляций перед бурями сопровождается усилением корреляции между рядами компонент геомагнитного поля и компонент солнечного ветра, возрастает временной отрезок, внутри которого коэффициент корреляции является высоким, что позволяет судить о внемагнитосферной природе данных осцилляций ГМП.

6. Предложено использование градиентного метода определения начала магнитных бурь по данным индексов геомагнитной активности SYM-H и ASYM-H, являющихся одноминутным аналогом Dst-индекса. Данный метод позволяет автоматически выделять как бури с внезапным началом, так и рекуррентные бури; способен отделять слабые бури от возмущений геомагнитного поля небуревого характера.

Научная новизна работы:

В диссертации приведены результаты, полученные автором в период с 1994 по 2003гг. Большинство из них до сих пор соответствуют требованиям научной новизны:

Выводы о характерных изменениях параметров солнечного ветра перед магнитными бурями, поиск и тестирование прогностических факторов базируются на материале, уникальном по соотношению длина выборки - шаг данных. Произведена визуализация обработанного материала - его представление в виде фильма за 1995г. и 2000г. Использованы прогрессивные методы статистической обработки, Вейвлет-анализ и авторская модификация оконного кросс-корреляционного анализа.

Впервые на базе большого экспериментального материала сделан вывод о прогностически важных характерных вариациях плотности солнечного ветра перед магнитными бурями. Исследованы случаи передачи длиннопериодных (5-250 минут) колебаний плотности солнечного ветра магнитосфере Земли.

Предложена методика среднесрочного прогноза магнитных бурь по вариациям плотности солнечного ветра.

Градиентный метод определения магнитной бури позволяет алгоритмизовать детектирование бурь как с внезапным, так и с плавным началом, выделять бури по морфологическим особенностям поведения Н-компоненты (учитывать ее резкий скачок во время начала магнитной бури и дальнейшее падение).

В приложении к диссертации обсуждается также космобиологический аспект проблемы солнечно-земных связей: высказывается и обосновывается предположение о возможности воздействия длиннопериодных геомагнитных осцилляций на биообъекты посредством возбуждения параметрического резонанса в биологических системах.

Научное и практическое значение работы

Результаты проведенных исследований важны для понимания физики взаимодействия солнечного ветра и магнитосферы, а также процессов, протекающих в ближайшем космическом пространстве.

Предложенный метод детектирования магнитных бурь по градиенту БУМ-Н и АБУМ-Н индексов полезен для выделения слабых бурь (их отделения от небуревых возмущений геомагнитного поля) и может быть использован в любом автоматическом прогнозе магнитных бурь.

Статистически выявлены прогностические признаки в солнечном ветре. Произведена их алгоритмизация и подбор оптимальных прогностических параметров (превышение уровня приращения плотности за 10 часов У10Ал> 0.005 -\/см1 мин и увеличение суммы квадратов амплитуд вейвлет-гармоник с периодами 10-100минут выше определенного уровня). Все это позволяет проводить автоматическое прогнозирование магнитных бурь. Найденные прогностические признаки могут быть использованы как для улучшения качества уже функционирующих прогнозов, так и для создания новых.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, были представлены в 32-х докладах на нижеперечисленных международных конференциях и симпозиумах:

• 2-я всероссийская научная конференция студентов-физиков (Конференция стран СНГ, ВНКСФ-2), Екатеринбург, апрель 1994

• Крымский международный семинар «Космическая экология и ноосфера». Партенит, Октябрь 4-9 1999

• VII Симпозиум по солнечно-земной физике России и стран СНГ, Троицк 1999

• Second international conference «Electromagnetic fields and human health», Moscow, 20-24 September 1999

• Международная молодежная конференция «Геофизика-99». С.-Петербург, Петродворец, ноябрь 1999

• IUGG XXII General Assembly, Birmingham, UK, July 1999

• 33rd COSPAR Scientific Assembly, Warsaw, Poland, 16-23 July 2000

• 3rd International conference «Problems of Geocosmos», St.-Petersburg, Petrodvorets, 22-26 May 2000

• International Congress on Human Meteorology. St-Petersburg, Sept. 2000

• International School of Space Science. 10th course on «Sun-Earth Connection and Space Weather» (L'Aquila 2000)

• Междунароная конференция «Солнечная активность и внутреннее строение Солнца» г. Крым, Научный, Украина, 4 -8 июня 2001

• 4th International Conference «Problems of Geocosmos». St-Petersburg 2002

• Международная конференция: "Международное сотрудничество в области астрономии' состояние и перспективы", Москва, 25мая-2 июня 2002г

• "The Gamow's Odessa Summer Astronomical School for Young Scientists". August 12-18, 2002

• Конференция стран СНГ и Прибалтики «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", НИРФИ, Нижний Новгород июнь 2003

• Конференция стран СНГ «Солнце и Космическая погода». КРАО, Симферополь, июнь 2003

• IUGG-2003, Sapporo, Japan, July 2003

• 10th Jubilee National Conference with International Participation "Contemporary Problems of Solar-Terrestrial Influences", Bulgary, Sofia, Nov.2003

Личный вклад автора

Автору принадлежит постановка научной задачи и выбор метода исследований. Обработка данных, анализ результатов, их обобщение и интерпретация выполнены автором единолично.

Краткое содержание работы Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 150 страниц, включая 45 рисунков, 11 таблиц, библиографию из 160 наименований и список научных трудов автора.

Во Введении диссертации обосновывается актуальность выбора тематики диссертационного исследования, сформулированы ее цели, задачи, дана общая характеристика работы.

В первой главе дан обзор современного состояния проблемы исследования геоэффективности потоков солнечного ветра различной природы, рассмотрены различные точки зрения, экспериментальные и теоретические результаты. Обрисована проблема прогноза магнитных бурь. В виде таблицы представлен список ведущих прогностических лабораторий мира, предоставляющих результаты среднесрочных и краткосрочных прогнозов магнитных бурь в интернет-доступ в режиме реального времени. В таблице также указана заблаговременность, форма прогноза и частота обновления информации, http-адреса лабораторий. Обсуждается необходимость поиска новых прогностических факторов.

Вторая глава посвящена описанию используемых данных. Приведена таблица магнитометрических обсерваторий, по данным которых вычисляются SYM-H и ASYM-H индексы. Предоставлены списки магнитных бурь 1995 и 2000гт. Для выделения начал и длительности магнитных бурь использованы комплексные методы: даты и время начал бурь с SSC взяты из бюллетеня IAGA http://zeus.wdcb ru/wdcb/stp/sudden.com; бури без внезапного начала определялись по уровню Кр>3, Dst<-30, морфологическим признакам поведения индексов SYM-H, ASYM-H и разработанному в диссертационном исследовании методу градиентного определения начала бурь. Продемонстрировано плохое соответствие друг другу (особенно для слабых бурь) классически используемых индексов геомагнитной возмущенности Кр и Dst и показана необходимость развития новых методов определения магнитных бурь. В таблицах указано время начала магнитных бурь и время максимума соответствующего им скачка динамического давления солнечного ветра по данным КА Wind, а также значения плотности, скорости, вертикальной компоненты ММП солнечного ветра в момент скачка; условное время окончания магнитных бурь; характерное для данной бури минимальное значение Dst и максимальное значение Кр.

В третьей главе описываются результаты анализа геоэффективности различных параметров солнечного ветра. Параграф ЗЛ посвящен корреляционному анализу данных с одноминутным разрешением за 1995 и 2000гт - годы соответственно минимума и максимума солнечной активности. Годовой коэффициент линейной корреляции Пирсона между плотностью и динамическим давлением равняется -0.8 как для 1995г., так и для 2000г, а между скоростью (или ее квадратом) и динамическим давлением он статистически незначим.

Показано, что плотность и и динамическое давление D значительно меняются в течение года (очевидно, эти изменения имеют наибольшую амплитуду в моменты прихода геоэффективных потоков солнечного ветра), а

скорость и ее квадрат - не столь значительно. псреднегодаюе =9.25 1 /см3 для 1995г. и псреднегодтгк =6.77 1 /см3 для 2000г., среднеквадратичное отклонение за год от пСреднегодак>е составляет 75% для 1995г. и 89% для 2000г.; ^Wo*« =24.5-Ю-'0Па - 1995г, Осредяегода1Юг = 21.4• Ю-10Па - 2000г. при среднеквадратичном отклонении 70% для 1995 и 107% для 2000, между тем, скорость {Усредиегодовое =429км/с - 1995г. и Усрю)иемдоюе =444км/с-2000г.) имеет

среднеквадратичное отклонение всего 26% в 1995г и 23% в 2000г, а ее квадрат - 55% в 1995 и 51% в 2000. Таким образом, геоэффективные изменения динамического давления солнечного ветра преимущественно определяются его плотностью, а не скоростью. В дальнейшем параметры, входящие в динамическое давление, рассматриваются отдельно для извлечения большего количества информации из результатов статистического анализа.

Указывается, что в исследуемый период около 80% магнитных бурь предварялось как положительным, так и отрицательным скачком плотности солнечного ветра, при этом нарастание скорости существенно запаздывало относительно нарастания плотности на лидирующем крае потока. 18% случаев относится к высокоскоростным потокам с ударной волной на ведущем крае, характеризовавшихся одновременным нарастанием скорости и плотности солнечного ветра.

Параграф Ъ2 посвящен описанию градиентного метода выделения магнитных бурь по данным одноминутных индексов 8УМ-Н и АБУМ-Н. Использование абсолютных значений часовых и трехчасовых индексов геомагнитной возмущенности имеет некоторые недостатки: при осреднении неизбежно теряется значительная часть информации: использование абсолютных значений осредненных индексов не позволяет выделить момент начала магнитных бурь, а также отделить слабую магнитную бурю от обычного осцилляторного возмущения и даже от долгопериодной вариации. Определение же начала магнитных бурь по резкому скачку Н-компоненты позволяет выделить только бури с внезапным началом, при этом рекуррентные бури остаются неучтенными.

В связи с этим большие различия в выводах авторов, статистически исследующих геоэффективность потоков солнечного ветра, отчасти объясняются выбором данных с различным шагом. При использовании геомагнитных индексов и данных солнечного ветра, усредненных хотя бы за час, наибольшая корреляция может наблюдаться между индексами и скоростью солнечного ветра, поскольку скорость устойчиво растет внутри тела высокоскоростного потока одновременно с увеличением геомагнитной возмущенности, а плотность, хоть и имеет скачок на ведущем крае, на целый порядок превышающий слабовозмущенные значения, во время развития магнитной бури резко падает.

Применение сильно осредненных данных не позволяет адекватно оценить процессы, происходящие в солнечном ветре перед началом магнитных бурь. Для подобных оценок необходимо пользоваться данными с максимально возможным разрешением. Показано, что для этой цели хорошо подходят одноминутные индексы, отражающие состояние кольцевого тока: широтно симметричный 8УМ-Н (аналогичен с часовому ББ^индексу Сигуры) и асимметричный АБУМ-Н (вычисляется по аналогии с асимметричным индексом Кавасаки и Акасофу). Недостаточность методик определения магнитной бури по абсолютным значениям популярных индексов Бе! и Кр может быть скомпенсирована использованием скользящих 30-минутных градиентов индексов БУМ-Н и АБУМ-Н: Уз0т,п8УМ-Н и У30тшА8УМ-Н (У30тш - значение тангенса угла наклона авторегрессионной прямой,

проведенной через 30 точек (30 минут), шаг скольжения равен разрешению данных - 1 минута). Появление критического значения |Уз0тш8УМ-Н|>0.5 и |УЗОттА8УМ-Н|>0.04 на фоне возмущенной геомагнитной обстановки (1^301шп$УМ-Н|>0.3 и |Узот1ПА8УМ-Н|>0.03), регистрирующейся хотя бы в интервале ±2 часа относительно этого момента, характеризует начало магнитной бури. Результаты анализа данных параметров показывают, что градиент БУМ-Н лучше отслеживает начало магнитных бурь, а градиент АБУМ-Н - их развитие.

Градиентный метод определения магнитной бури позволяет алгоритмизировать не только детектирование бурь, но и выделять бури по морфологическим особенностям поведения Н-компоненты (учитывать ее резкий скачок во время начала магнитной бури и дальнейшее падение). Данная методика может бьггь применена в автоматических прогнозах магнитных бурь.

В параграфе 33 обсуждается значимость направления вертикальной компоненты ММП перед бурей и во время начала бури. Приводятся примеры магнитных бурь, спровоцированных скачком плотности солнечного ветра при положительном направлении вертикальной компоненты ММП и отсутствии значимых изменений в скорости солнечного ветра. Исследовано распределение абсолютных значений плотности, скорости и вертикальной компоненты ММП для начал бурь 1995 и 2000гг. Методом наименьших квадратов построена поверхность в системе координат плотность-скорость-Вг. Поверхности для обоих годов имеют одинаковый вид: положительные значения Вг соответствуют высоким значениям плотности. При этом скорость практически не оказывает влияния на эту закономерность, за исключением одной области значений: 400-500км\с (провал в поверхности). Данный провал наилучшим образом соответствует классическим представлениям об особенностях в солнечном ветре, предшествующих началу магнитных бурь: преимущественное отрицательное направление Вг, скорость чуть выше невозмущенного уровня, значения плотности могут принимать любые значения. Заметна еще одна хорошо объяснимая особенность: наиболее высокие (также как и наиболее низкие) значения скорости при низких значениях плотности соответствуют наименьшим отрицательным значениям Вг . Однако последние две ситуации -лишь часть общей картины: можно предположить, что сильное уплотнение плазмы солнечного ветра в области перемешивания разнородных потоков (СЖ) «сгребает» линии окружающего магнитного поля преимущественно положительной направленности практически при любых значениях скорости, кроме значений 400-500км\с и очень высоких значений (этими значениями характеризуется соответственно приход рекуррентных потоков и магнитных облаков). Физика этого явления не вполне ясна и требует дальнейшего исследования.

В параграфе ЪЛ проведен анализ гистограмм распределения параметров солнечного ветра за год и в течение 90 "минут до начала магнитных бурь отдельно для 1995 и 2000гг.

Кроме абсолютных значений параметров рассматривалось распределение величины скачков плотности и скорости солнечного ветра. Исследуемая кривая скользящих скачков(градиентов) вычисляется следующим образом: берется 5 последовательных точек, через них проводится прямая методом наименьших квадратов, тангенс угла ее наклона определяет величину пятиминутного градиента, дальше производится сдвиг на 1 минуту и процедура повторяется. Полученные распределения представлены ниже на Рисунке 1.

а)

Скорость

1995

шяшшатшяшятшшшштт, „..........

О 8 12 16 20 24 28 32

Щ

. Скачки ~ плотности Ж) ш ~ и)

Рисунок 1 Гистограммы распределения значений скорости (а,б), плотности (|цг), вертикальной компоненты ММП (д,е), скачков плотности (жр) и скорости (и,к) солнечного ветра перед магнитными бурями и целиком за 1995г. и 2000г. Черный цвет - распределение за год, белый - за 90 минут до начала бурь, серый — области пересечения.

Диссертационное исследование показало, что

- значения плотности перед бурями повышены относительно максимума годового распределения, а значения скорости солнечного ветра понижены.

- амплитуда скачков плотности увеличивается перед бурями, напротив, амплитуда скачков скорости, стремится к нулю.

- вертикальная компонента межпланетного магнитного поля в 1995г. была преимущественно отрицательной перед бурями, но в 2000г. статистически значимо сдвинута как в отрицательную, так и в положительную сторону относительно максимума годового распределения (максимум - около ОнТл).

- гистограммы, полученные только для бурь с внезапным началом (ББС), имеют те же особенности.

Совокупность результатов изложенных в третьей главе указывает на большой вклад плотности в геоэффективность солнечного ветра. Есть основания полагать, что начало магнитной бури преимущественно определяется скачком динамического давления солнечного ветра, а именно его плотности. При этом скорость и направление вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля играют сопутствующую роль. Однако это не исключает того факта, что южное направление В/ облегчает процесс передачи энергии из солнечного ветра в геомагнитное поле, а напряженность ММП оказывает модулирующее воздействие на поведение горизонтальной компоненты геомагнитного поля и, в частности, определяет дальнейшее развитие и интенсивность магнитной бури.

Четвертая глава посвящена анализу вариаций плотности солнечного ветра, предшествующих началу магнитных бурь. В параграфе 4Л обсуждается предикторски важный признак: плавное нарастание плотности солнечного ветра, наблюдающееся от нескольких часов до нескольких дней до начала магнитных бурь. Анализ экспериментальных данных показывает, что при приближении потоков возмущенного солнечного ветра в 80% случаев наблюдается слабое нарастание плотности не только ранее роста скорости, но и ранее основного скачка п, провоцирующего начало магнитной бури.

Проведен анализ гистограмм распределения десятичасового бегущего градиента плотности, вычисленного целиком за 1995 и 2000гг и в течение трех дней до начала магнитных бурь (вычисляется аналогично описанным выше пятиминутным скачкам плотности и скорости, шаг сдвига - 1 минута). Показано, что величина десятичасового градиента перед бурями преимущественно растет. Распределение значений градиента до бури сдвинуто относительно максимума годового распределения (нуля) в сторону больших положительных значений. Таким образом, статистически подтверждается вывод о плавном нарастании плотности перед бурями, основанный на первичном морфологическом анализе данных.

Следующий прогностический признак обсуждается в параграфе 4.2., где приведены результаты анализа осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра перед магнитными бурями. В параграфе продемонстрировано применение Вейвлет-анализа к данным солнечного ветра и геомагнитного поля. Приведены примеры созданного фильма по непрерывным данным 1995 и 2000г., в котором одной из опций можно просматривать результаты вейвлет-

анализа любого из следующих параметров с разрешением 1 минута: плотности и скорости солнечного ветра, Н-компоненты любой магнитометрической станции (в фильме использованы три: ИЗМИРАН, Соданкюля, Брорфилд) или 8УМ-Н(А8УМ-Н) индекса.

На отдельных примерах, а также в результате изучения предбуревых и годовых гистограмм распределения суммы квадратов амплитуд вейвлет-разложения, показано, что в период от нескольких часов до 4.5 дней до начала магнитных бурь наблюдается усиление колебаний Н-компоненты ГМП с периодами 5-250 минут. Это явление зарегистрировано в 65% от общего числа магнитных бурь.

Результаты данного исследования показывают, что колебания геомагнитного поля являются вторичными и возникают при отрицательном направлении вертикальной компоненты ММП только после появления колебаний с близкими периодами в плотности солнечного ветра.

Предбуревое усиление низкочастотных колебаний плотности солнечного ветра наблюдается в период от нескольких часов до 5-ти дней до начала магнитных бурь в 89% случаев от общего числа магнитных бурь. В этом параграфе приведены также результаты исследований изменения осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра перед некоторыми бурями из интервала 1991-2001, вызвавшими наибольший интерес научного сообщества.

В параграфе 43 обсуждается приложение обнаруженных прогностических признаков в плотности солнечного ветра к ретроспективному прогнозированию магнитных бурь. Основы методики прогноза базируются на сочетании оптимальных параметров: (превышении уровня приращения плотности за 10 часов У10Аи> 0.005 Л1смгмин и увеличении суммы квадратов амплитуд вейвлет-гармоник с периодами 10-100минут выше определенного уровня). Реализованный автоматический прогноз магнитных бурь с плавающей заблаговременностью (выбранная заблаговременность: 3 дня для 2000г и 4 дня для 1995г) типа «буря начнется в ближайшие 3(4) дня» дает оправдываемость -90% как для года минимума, так для года максимума солнечной активности.

В пятой главе приведены возможные теоретические объяснения природы наблюдаемых длиннопериодных осцилляций плотности солнечного ветра и горизонтальных компонент геомагнитного поля. Рассматриваются различные механизмы генерации низкочастотных колебаний в плазме солнечного ветра, в том числе: плазменные неустойчивости; колебания, связанные с секторной границей. Обсуждается возможная солнечная природа данного явления.

Шестая глава отражает результаты модифицированного автором оконного кросс-корреляционого анализа параметров солнечного ветра и геомагнитного поля. Обычный оконный кросс-корреляционный анализ позволяет видеть изменение текущего коэффициента корреляции двух рядов при сдвиге вдоль оси времени заранее выбранного интервала, внутри которого считается корреляция. Суть модификации заключается во введении третьей оси, на которой откладывается величина временного интервала, внутри которого вычисляется коэффициент корреляции. Получающуюся трехмерную картину (время - длина отрезка вычисления корреляции - коэффициент корреляции)

легко превратить в двумерную, закрашивая коэффициенты корреляции определенным цветом. Исследованы особенности корреляционных зависимостей в окрестности магнитных бурь. Выявлена смена знака текущей корреляции (редко - резкое ее увеличение) между компонентами ГМП и плазменными параметрами солнечного ветра после начала магнитной бури. При длительности бури дольше 12-ти часов корреляция падает, что говорит о временном снижении чувствительности магнитосферы к параметрам солнечного ветра. Усиление корреляции между рядами компонент геомагнитного поля и солнечного ветра во время наблюдения интенсивных длиннопериодных осцилляций перед бурями в совокупности с обсуждаемыми выше результатами позволяет судить о внемагнитосферной природе данных осцилляций геомагнитного поля.

В заключении сформулированы результаты, выносимые на защиту. Там же обсуждается новизна полученных результатов и проводится их сравнительный анализ с результатами предшественников.

Приложение диссертации касается проблем космической биологии. В этой части работы приводятся результаты проведенных автором проверок статистических гипотез о случайности совпадений биосферной реакции и резких изменений геомагнитного поля и солнечной активности. Представлена развиваемая автором теория параметрического резонанса в живых организмах, на основании которой отчасти можно объяснить реакцию живых организмов на электромагнитные, акустические, механические и т.д. колебания низкочастотного диапазона (от долей герца до 100Гц). Показано, что обнаруженное усиление низкочастотных колебаний геомагнитного поля перед магнитными бурями может являться биоэффективным и быть ответственным за эффект Чижевского-Вельховера (эффект опережающей реакции биосферы на магнитные бури). Основные результаты исследований автора по космобиологической тематике отражены в работах [13-21] (см. список ниже).

По теме диссертационного исследования имеется 51 публикация за период с 1994 по 2004гг., включая тезисы докладов на международных конференциях и препринты. В приложении диссертации приведен полный список работ автора. Основные результаты работы изложены в следующей 21-й публикации:

1. О.В.Рагульская(Хабарова)// Структура и происхождение низкочастотных МГД-осцилляций перед высокоскоростными потоками солнечного ветра. Материалы докладов 2-ой всесоюзной научной конференции студентов-физиков (ВНКСФ-2, Екатеринбург, апрель 1994)//, с. 14-15 Екатеринбург, 1995

2. M.Pudovkin, O.Khabarova //Structure and sources of long-period oscillations near high-speed flows of solar wind.// Proceedings of IUGG XXII General Assembly, July 1999, Birmingham, UK, A.373, (N1600-05)

3. Olga Khabarova// Low-frequency oscillations before recurrent high-speed flows - the possible forerunners of magnetic storms.// Proceedings of IUGG XXII General Assembly, July 1999, Birmingham, UK, B.386, (N0900-10)

4. Olga Khabarova// The influence of cosmic weather on the Earth.// International School of Space Science. Book of Proceedings of the 10th course on «Sun-

Earth Connection and Space Weather» (L'Aquila 2000), Society Italiana di Fisica, 2001, pp.56-62

5. Olga V.Khabarova// The coupling between solar wind disturbances, changes in magnetosphere and biosphere. Geophysical Research Abstracts., EGS publishing, Managing Editor: A.K. Richter 2001, V.3 (CD) 2001

6. Olga V.Khabarova, Evgeniy A.Rudenchik // Conversion of solar wind oscillations into geomagnetic field variations during pre-storms period (results of Wavelet-analysis). Abstracts of the International Conference «Solar activity and internal construction of the Sun», Krimean Astrophysical Observatory, 4 -8 June 2001, p.23.

7. O.V. Khabarova// Correlative couplings between the solar-terrestrial parameters (viewing for 3 years). Book of abstracts. 4lh International Conference «Problems of Geocosmos». St-Petersburg 2002, p.p.89-90

8. O.V. Khabarova // Long-period oscillations of solar wind and corresponding changes in magnetosphere and biosphere. Book of abstracts. 4th International Conference «Problems of Geocosmos». St-Petersburg 2002, p.90

9. О.В.Хабарова, E.A. Руденчик // Геоэффективность изменений плотности солнечного ветра. Основы новой методики прогноза магнитных бурь. Сборник докладов конференции стран СНГ и Прибалтики «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности" - 2003, Нижний Новгород, ИПФРАН 2003, Т.2, с.520-523

Ю.О.В.Хабарова, Е.А.Руденчик.// Об особенностях изменения осцилляторного режима плотности солнечного ветра и магнитного поля Земли перед магнитными бурями - результат вэйвлет-анализа. Вестник Отделения Наук о Земле РАН. №1(21), 2003 http://www.scgis.ru/russian/cpl 251/h dgggms/l-2003/screp-5.pdf

1 l.O.Khabarova, E.Rudenchik// The possibility of magnetic storms prediction due to analysis of solar wind data. Abstracts of IUGG-2003, Sapporo, Japan, July 2003, p.A.337

12.0.V.Khabarova, E.A.Rudenchik // New method of magnetic storm middle-term forecast on the base of solar wind data analysis. Proc. of 10th Jubilee National Conference with International Participation "Contemporary Problems of Solar-Terrestrial Influences", Bulgary, Sofia, Nov.2003, pp.49-52

13.Dmitrieva I.V., Khabarova O.V., Obridko V.N., Ragoulskaia M.V., Reznikov A.E. // Experimental confirmations of the bioeffective influence of magnetic storms. // Astronomical and Astrophysical Transactions 2000, V.19, pp.67-77

М.М.В.Рагульская, О.В.Хабарова// Влияние солнечных возмущений на человеческий организм. Биомед. радиоэлектроника 2001, №2 с.5-15

15.И.В. Дмитриева, В.Н Обридко., М. В.Рагульская, А.Е.Резников, О.В.Хабарова// Реакция организма человека на факторы, связанные с вариациями солнечной активности. Биофизика 2001, №5, с.940-945

16.0.В. Хабарова// Влияние космофизических факторов на биосферу. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника 2002, №2, с. 25-39

17.0.В.Хабарова// Биоэффективные частоты и их связь с собственными частотами живых организмов. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002, №5, с. 56-66

18.0 В. Хабарова, Е.А. Руденчик// Связь между изменениями состояния здоровья населения и вариациями параметров среды обитания реальность или вымысел? Взгляд с точки зрения статистики. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002, № 10-11, с. 32-41 19.М.В.Рагульская, Е.А.Руденчик, В.Н.Обридко, О.В.Хабарова // Результаты 5-летнего мониторингового эксперимента по изучению влияния космической погоды на организм человека. Сборник докладов конференции стран СНГ и Прибалтики «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности" - 2003, Нижний Новгород, ИПФРАН 2003, Т.2, с. 438-441 20.01ga V.Khabarova // Change of geomagnetic oscillatory regime is a possible cause of human sensitivity to "cosmic weather". Proc. of 10th Jubilee National Conference with International Participation "Contemporary Problems of Solar-Terrestrial Influences", Bulgary, Sofia, Nov.2003, pp. 136-139 21 .О.В.Хабарова// Исследование эффекта Чижевского-Вельховера. Биофизика 2004 (в печати).

Литература

1. Nishida,A. Geomagnetic diagnosis of the magnetosphere Springer Verlag,New York, 1978

2. Hughes,W.J. The magnetopause magnetotail, and magnetic reconnection. in Introduction to Space Physics ed.by M.G. Kivelson and С. T. Russel (Cambridge University Press, Cambridge), 1995, pp. 227 -287

3. Fowler, G.; Russell, C. The Response Time of the Magnetosphere to Sudden Solar Wind Pressure Changes. AGU, Spring Meeting 2002, abstract SM51B-10

4. R. Lukianova Magnetospheric response to sudden changes in solar wind dynamic pressure inferred from polar cap index. JGR 2003, V. 108, No. A12,1428

5. Ochabova, P. Influence of the solar wind parameters on the storm-time geomagnetic variations. Electromagnetic field of the earth. Bratislava, Veda-Vydavatelstvo Slovenskej Akademie Vied, 1978, p. 19-29

6. Tan, A.; Lyatsky, W. B. Solar Wind Disturbances Related to Geomagnetic Storms. American Geophysical Union, Fall Meeting 2001, abstract SM42A-0828

7. Vennerstroem S. Interplanetary sources of magnetic storms: A statistical study. JGR 2001, v. 106, No. A12, pp.29175-29184

8. Понявин Д. И. Ключевые параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, ответственные за геомагнитную активность. Тезисы докладов конференции стран СНГ и Прибалтики «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности" - 2003, Нижний Новгород, ИПФРАН, 2003, с.94

9. Eselevich, V. G.; Fainshtein, V. G. An investigation of the relationship between the magnetic storm Dst-index and different types of solar wind streams. Annales Geophysicae (ISSN 0992-7689), 1993, vol. 11, no. 8, p. 678-684

10. Loewe, C. A. ; Prolss, G. W. Classification and mean behavior of magnetic storms J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102, No. A7, p. 14,209

11. Boudouridis et al. Increased geoeffectiveness of high solar wind dynamic pressure fronts under southward IMF orientation. American Geophysical Union, Fall Meeting 2002, abstract SM41D-05

12. Gonzalez Walter D. et al. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Science Reviews, 1999, v. 88, Issue 3/4, p. 529-562

13. Гибсон Э. Спокойное Солнце. M., Мир 1977, с.382

14. Maltsev Yu. P. and Rezhenov В. V. Relation of the Dst index to solar wind parameters. Int. J. of Geomagnetism and Aeronomy. April 2003, V.4, N.l, http://iiga.wdcb.ru/v04/vol4cont.html

15. Петрукович А.А., Климов С.И. Использование измерений солнечного ветра для анализа и прогноза геомагнитной активности.// Косм.исслед. 2000, т.38, №5, сс.463-468

16. Perreault, P. D. An empirical relationship between the energy carried by the solar wind and that expended during magnetospheric storms. American Geophysical Union and NASA, Topical Conference on Electrodynamics of Substorms and Magnetic Storms, Basye, Va., June 11-14, 1974, p. 9

17. Физическая энциклопедия. М.Советская Энциклопедия 1990, с.672

18. Chin-Chun Wu, R.P.Lepping Effect of solar wind velocity on magnetic cloud-assaciated magnteci storm intensity. JGR, 2002, V.107, No A11, pp. 1346-1350

19. W.D.Gonzales et al. What is geomagnetic storm? JGR, 1994, V.99, No.A4, pp.5771-5792

20. Smith J. P. et al. Solar Wind Density as a Driver for the Ring Current in Mild storms. Geophysical Res. Ltrs. 1999 Vol. 26 , No. 13 , p. 1797

21. N.U. Crooker Solar and heliospheric geoeffective disturbances Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62 (2000) 1071-1085

22. Sitar, Robert John Thesis (PhD). Ground magnetic response to sudden changes in the solar wind dynamic pressure and interplanetary magnetic field orientation. The University of Michigan, Source DAI-B 60/06, p. 2579, Dec 1999, 152 pages

23. Freeman, M. P. Et al. The Dense Sheath Region of Magnetic Clouds as an Interplanetary Trigger of Geomagnetic Storms. American Geophysical Union, Fall Meeting 2002, abstract SH42A-0476

24. Шельтинг Б.Д. и др. Флуктуации межпланетного и геомагнитых полей в связи с протонными вспышками. Геомагнетизм и аэрономия, 1984, т.24, №4, с.557-565

25. Обридко В.Н., Шельтинг Б.Д. О характере флуктуаций ММП в диапазоне частот 10 3 ~10~5Гц. Солнечные данные, 1985, №9, с.91-94

26. Иванов К.Г. и др. Спектры флуктуаций межпланетного и геомагнитного полей во время гелиосферной суббури 5-6 августа 1988г. Геомагн. и аэрон. 1998, т.38, №1, с. 41-50

27. Иванов К.Г., Петров В.Г. МГД- структура предвестников межпланетных и геомагнитных возмущений вблизи гелиосферного токового слоя. Геомагн. и аэрон. 1999, т.39, №4, с.З-10

Хабарова Ольга Валерьевна

Исследование вариаций параметров солнечного ветра перед началом магнитных бурь

Подписано к печати 20.01.2004 Усл. печ. л.1. Бесплатно. Заказ Ъ 100 экз.

Отпечатано в ИЗМИР АН 142190, г.Троицк Московской обл.

РНБ Русский фонд

2006-4 967

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ.

1. МАГНИТНЫЕ БУРИ - ЧТО ИХ ВЫЗЫВАЕТ? ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗА МАГНИТНЫХ БУРЬ.

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДАННЫЕ.

3. АНАЛИЗ ГЕОФФЕКТИВНОСТИ ПАРАМЕТРОВ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА.

3.1 корреляционный анализ.

3.2 определение начала магнитной бури по градиенту. индексов бум-н и а8ум-н.

3.3 Примеры реакции магнитосферы на скачок плотности солнечного ветра при положительном направлении'вертикальной компоненты ММП.

3.4 анализ гистограмм распределения параметров солнечного ветра

4. АНАЛИЗ ВАРИАЦИЙ ПЛОТНОСТИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА, ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ НАЧАЛУ МАГНИТНЫХ БУРЬ.

4.1 рост плотности солнечного ветра, наблюдаемый за несколько дней до начала магнитных бурь.

4.2 анализ осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра перед магнитными бурями.

Диссертация содержит результаты исследований связи динамических процессов в солнечном ветре и геомагнитном поле перед началом магнитных бурь. Проведены вэйвлет-анализ и статистическая обработка данных космического аппарата Wind и геомагнитных обсерваторий ИЗМИРАН, Sodankyla, Brorfield, а также индексов геомагнитной активности SYM-H и ASYM-Н. Использованы данные с одноминутным разрешением за годы минимума (1995г.) и максимума солнечной активности (2000г). Обсуждаются вопросы геоэффективности параметров солнечного ветра; оптимального выделения магнитных бурь программным способом; наличия характерных изменений плотности солнечного ветра, предшествующих началу магнитных бурь и их использования для прогноза магнитных бурь.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

- Исследование причин генерации и особенностей развития магнитных бурь, а также их прогнозирование - ключевые направления солнечно-земной физики. В качестве основных неблагоприятных для человечества последствий возмущенной геомагнитной обстановки традиционно рассматриваются: ухудшение коротковолновой радиосвязи, наводки в линиях электропередач, отрицательное воздействие на спутники (их поверхностная ионизация, выход из строя солнечных батарей и т.п.) [1-3]. В последние десятилетия активно изучается биологический эффект изменений космической погоды и магнитных бурь - их влияние на функциональное состояние живых организмов [4-6].

- В связи с этим важно знать:

- Какие физические процессы в космической плазме провоцируют начало магнитных бурь и обуславливают их развитие?

- Что происходит в космическом пространстве до начала магнитных бурь?

- Существуют ли особенности изменения параметров солнечного ветра, указывающие на приближение геоэффективных потоков, и можно ли использовать эти особенности для последующего прогноза магнитных бурь?

Многие исследователи считают (см, например, [7-10]), что фактором, оказывающим большое влияние на магнитосферные процессы и даже провоцирующим начало магнитных бурь, является скачок динамического давления солнечного ветра на ведущем крае высокоскоростного потока динамическое давление 0 = рУ2=трпУ2, где тр -масса протона; п концентрация протонов, V — скорость солнечного ветра). При этом не вполне ясно, какой из параметров - плотность или скорость вносит основной вклад в геоэффективные изменения кинетической энергии (динамического давления). Реагирует ли магнитосфера именно на изменение динамического давления или физические механизмы отклика магнитосферы на изменения плотности и скорости различны [11,12]?.

Результаты статистических и морфологических исследований по данным с осреднением ~ 1 час и более показывают, что интенсивность магнитной бури преимущественно определяется скоростью солнечного ветра и направлением вертикальной компоненты Въ межпланетного магнитного поля ММП (утверждается, что для начала и развития бури наиболее эффективно отрицательное направление Въ [13-18]). Индексы геомагнитной активности, осредненные за день, хорошо коррелируют с V [19] и выводятся из параметров V и В [20-21]. На основании этого часть исследователей придерживается мнения, что главным геоэффективным параметром является поток магнитной энергии солнечного ветра £ = В2У вт4(в/2) [22,23] (здесь В - напряженность ММП, 9 угол между ММП и направлением на зенит) или электрическое поле (произведение V на В) [24,25].

Имеются также работы, в которых соединяются обе точки зрения (см., например, [26, 27]) а также вступающие с ними в некое противоречие (например, [28, 29]).

В связи с этим назрела необходимость использования адекватных статистических методов для прояснения существующей ситуации и поиска ответов на вопросы, поставленные выше. Тенденции последних лет дают основание надеяться на получение новых статистических закономерностей и подтверждение (или опровержение) ранее выдвинутых гипотез, базирующихся на первичном морфологическом анализе данных.

За последние несколько лет существенно увеличилось количество информации об окружающем космическом пространстве. Вместе с тем скачок возможностей компьютерной техники позволяет сейчас обрабатывать современными математическими методами объем экспериментального материала, немыслимый еще несколько лет назад.

Известно, что результаты статистики хорошо описывают эксперимент лишь при большой величине выборки. Ранее статистическая обработка велась либо для данных с низким временным разрешением за относительно длительный период, либо для данных с высоким разрешением за короткий период. Теперь же можно извлекать статистическую информацию из данных с высоким разрешением за длительный период. Увеличение объема выборки и использование временного шага, соответствующего динамике исследуемых процессов - залог успешного решения поставленной статистической задачи.

Противоречия, обрисованные выше, могут объясняться тем, что анализ данных с низким разрешением, выполненный ранее [13,14] (использовались часовые или трехчасовые индексы геомагнитной активности и данные космических аппаратов с таким же разрешением) не позволяет судить о быстрых процессах (имеющих характерные времена порядка минут) каковыми являются начала магнитных бурь. Для получения ответа на интересующие нас вопросы требуется иной подход. Из большого непрерывного массива данных с малым (минутным) временным шагом должны быть выделены относительно редко встречающиеся быстро идущие процессы (начала магнитных бурь), а затем проведен статистический анализ параметров, предшествующих интересующим нас событиям, в сравнении с теми же параметрами для всего массива данных.

Следующая актуальная задача солнечно-земной физики - поиск факторов, позволяющих производить прогноз магнитных бурь. Качество оправдываемости среднесрочных прогнозов (за 1-3 дня до начала магнитных бурь) до сих пор является неудовлетворительным, порой снижаясь до 30% в периоды минимума 11-ти летнего цикла солнечной активности. Отчасти это связано с тем, что большинство исследований по улучшению качества прогноза магнитных бурь направлено на мониторинг динамики солнечных процессов. В результате прогнозирования по солнечным данным возникает накапливающаяся ошибка в определении момента и факта начала магнитной бури, складывающаяся из погрешности предсказания вероятности спорадического выброса или истечения рекуррентного потока и погрешности используемой модели солнечного ветра. Кроме того, в большинстве случаев точность прогноза зависит от мастерства и опыта конкретного прогнозиста, то есть прогностические признаки не сформулированы в виде, достаточном для автоматического прогноза с минимальным участием в нем оператора. Очевидно, для улучшения ситуации следует искать особенности изменения параметров солнечного ветра, предшествующие магнитным бурям, представив результат в виде, удовлетворительном для автоматического прогноза.

В некоторых работах были отмечены предикторски важные изменения магнитного поля солнечного ветра, наблюдающиеся за несколько часов до прихода высокоскоростных потоков солнечного ветра [27-30]. Однако корректный статистический анализ частоты встречаемости обнаруженных прогностических признаков, их исследование на большом непрерывном статистическом материале, а также построение модели прогноза бурь по реальным данным выполнены не были.

В связи со всем вышесказанным в диссертационной работе проведен статистический анализ геоэффективности параметров солнечного ветра, считающихся в наибольшей степени ответственными за способность солнечного ветра вызывать магнитные бури и влиять на их протекание. Эти параметры: скорость, плотность и вертикальная компонента ММП были исследованы на базе данных с одноминутным разрешением за два полных года: 1995г. (год минимума солнечной активности) и 2000г.(год максимума солнечной активности).

На основании результатов данного анализа был произведен поиск прогностических факторов и их первичное тестирование в автоматическом прогнозе магнитных бурь 1995 и 2000гг. Бури выделялись по нескольким признакам: бури с внезапным началом взяты из списка бурь с SSC (sudden storm commencement) IAGA http://zeus.wdcb.ru/wdcb/stp/sudden.com , бури без внезапного начала - по уровню Кр, Dst, морфологическим признакам поведения индексов SYM-H, ASYM-H и по разработанному в диссертационном исследовании методу градиентного определения начала бурь (описание методик выделения бурь см. в главе 2 и параграфе 3.2 ).

Цели работы:

Целью работы являлось экспериментальное изучение (по данным солнечного ветра и геомагнитного поля) физики процессов, предшествующих началу магнитных бурь. В том числе: а) Статистический анализ геоэффективности параметров солнечного ветра. б) Вейвлет-анализ непрерывного большого массива данных с целью выявления характерных особенностей изменения осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра до начала магнитных бурь. в) Статистическое выделение прогностических факторов, сопутствующих началу магнитных бурь.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Созданы картины вейвлет-анализа следующих параметров: плотности, скорости солнечного ветра, БУМ-Н, АБУМ-Н индекса, Н-компоненты геомагнитного поля для трех геомагнитных обсерваторий (данные целиком за 1995г. и 2000г. с шагом 1 мин., диапазон характерных периодов - от 5 до 100 минут).

2. Установлено, что приход к Земле высокоскоростных потоков солнечного ветра, вызывающих начало магнитных бурь, ~ в 90% случаев от общего числа протестированных магнитных бурь предваряется а) усилением амплитуды колебаний плотности солнечного ветра с периодами 5-250мин б) слабым нарастанием значений плотности солнечного ветра от нескольких часов до 5 дней (в среднем, за 2 дня) до прихода геоэффективного потока солнечного ветра.

Эти явления могут быть использованы для среднесрочного прогноза магнитных бурь.

3. Результаты Вэйвлет-анализа ~150 магнитных бурь из интервала 19912001гг. (1995 и 2000гг целиком) показали, что длиннопериодные осцилляции (5250 мин) плотности солнечного ветра, предшествующие приходу высокоскоростных потоков, могут являться причиной аналогичных вариаций ГМП, которые наблюдаются в 65% случаев от общего числа бурь. Эффект одновременного (или слегка запаздывающего) возбуждения магнитосферных осцилляций с близкими периодами зарегистрирован на трех протестированных магнитометрических станциях, расположенных в интервале 56°-67° с.ш. Выявлено, что условием передачи осцилляций из солнечного ветра в магнитосферу является отрицательность вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля.

4. Результаты корреляционного анализа и сравнения гистограмм годовых и предбуревых распределений параметров солнечного ветра дают основания полагать, что плотность вносит основной вклад в изменения динамического давления солнечного ветра и является важным геоэффективным фактором, определяющим начало бури, а скорость и направление вертикальной компоненты ММП определяют интенсивность и последующее развитие магнитной бури.

5. Результаты модифицированного оконного кросс-корреляционного анализа показывают, что начало магнитной бури сопровождается сменой знака текущей корреляции (или резким ее увеличением) между компонентами геомагнитного поля и плазменными параметрами солнечного ветра. При длительности бури дольше 12-ти часов корреляция падает, что говорит о временном снижении чувствительности магнитосферы к параметрам солнечного ветра. Появление длиннопериодных осцилляций перед бурями сопровождается усилением корреляции между рядами компонент геомагнитного поля и компонент солнечного ветра, возрастает временной отрезок, внутри которого коэффициент корреляции является высоким. Это позволяет судить о значительном влиянии осцилляций плотности солнечного ветра на раскачку аналогичных осцилляций в ГМП.

6. Предложено использование градиентного метода определения начала магнитных бурь по данным индексов геомагнитной активности БУМ-Н и АБУМ-Н. Данный метод позволяет автоматически выделять как бури с внезапным началом, так и рекуррентные бури; способен отделять слабые бури от возмущений геомагнитного поля небуревого характера.

Научная новизна работы:

В диссертации приведены результаты, полученные автором в период с 1994 по 2003гг. Большинство из них до сих пор соответствуют требованиям научной новизны:

Выводы о характерных изменениях параметров солнечного ветра перед магнитными бурями, поиск и тестирование прогностических факторов базируются на материале, уникальном по соотношению длина выборки - шаг данных. Произведена визуализация обработанного материала - его представление в виде фильма за 1995г. и 2000г. Использованы прогрессивные методы статистической обработки, вейвлет-анализ и авторская модификация оконного кросс-корреляционного анализа.

Впервые на базе большого экспериментального материала сделан вывод о прогностически важных характерных вариациях плотности солнечного ветра перед магнитными бурями. Исследованы случаи передачи длиннопериодных (5250 минут) колебаний плотности солнечного ветра магнитосфере Земли.

Предложена методика среднесрочного прогноза магнитных бурь по вариациям плотности солнечного ветра.

Градиентный метод определения магнитной бури позволяет алгоритмизовать детектирование бурь как с внезапным, так и с плавным началом, выделять бури по морфологическим особенностям поведения Н-компоненты (учитывать ее резкий скачок во время начала магнитной бури и дальнейшее падение).

В приложении к диссертации обсуждается также космобиологический аспект проблемы солнечно-земных связей: высказывается и обосновывается предположение о возможности воздействия длиннопериодных геомагнитных осцилляций на биообъекты посредством возбуждения параметрического резонанса в биологических системах.

Научное и практическое значение работы

Результаты проведенных исследований важны для понимания физики взаимодействия солнечного ветра и магнитосферы, а также процессов, протекающих в ближайшем космическом пространстве.

Предложенный метод детектирования магнитных бурь по градиенту 8УМ-Н и А8УМ-Н индексов полезен для выделения слабых бурь (их отделения от небуревых возмущений геомагнитного поля) и может быть использован в любом автоматическом прогнозе магнитных бурь.

Статистически выявлены прогностические признаки в солнечном ветре. Произведена их алгоритмизация и подбор оптимальных прогностических параметров (превышение уровня приращения плотности за 10 часов

У10Лл> 0.005 Л/см3мин и увеличение суммы квадратов амплитуд вейвлет-гармоник с периодами 10-100минут выше определенного уровня). Все это позволяет проводить автоматическое прогнозирование магнитных бурь. Найденные прогностические признаки могут быть использованы как для улучшения качества уже функционирующих прогнозов, так и для создания новых.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, были представлены в 32-х докладах на нижеперечисленных международных конференциях и симпозиумах:

• 2-я всероссийская научная конференция студентов-физиков (Конференция стран СНГ, ВНКСФ-2), Екатеринбург, апрель 1994

• Крымский международный семинар «Космическая экология и ноосфера». Партенит, Октябрь 4-9 1999

• УП Симпозиум по солнечно-земной физике России и стран СНГ, Троицк 1999

• Second international conference «Electromagnetic fields and human health», Moscow, 20-24 September 1999

• Международная молодежная конференция «Геофизика-99». С.-Петербург, Петродворец, ноябрь 1999

• IUGG ХХП General Assembly, Birmingham, UK, July 1999

• 33rd COSPAR Scientific Assembly, Warsaw, Poland, 16-23 July 2000 rrl

• 3 International conference «Problems of Geocosmos», St.-Petersburg, Petrodvorets, 22-26 May 2000

• International Congress on Human Meteorology. St-Petersburg, Sept. 2000

• International School of Space Science. 10th course on «Sun-Earth Connection and Space Weather» (L'Aquila 2000)

• Междунароная конференция «Солнечная активность и внутреннее строение Солнца» г. Крым, Научный, Украина, 4 -8 июня 2001

• 4th International Conference «Problems of Geocosmos». St-Petersburg 2002

• Международная конференция: "Международное сотрудничество в области астрономии: состояние и перспективы", Москва, 25мая-2 июня 2002г

• 'The Gamow's Odessa Summer Astronomical School for Young Scientists". August 12-18,2002

• Конференция стран СНГ и Прибалтики «Актуальные проблемы физики солнечной и звездной активности", НИРФИ, Нижний Новгород июнь 2003

• Конференция стран СНГ «Солнце и Космическая погода». КРАО, Симферополь, июнь 2003

• IUGG-2003, Sapporo, Japan, July 2003

• 10th Jubilee National Conference with International Participation "Contemporary

Problems of Solar-Terrestrial Influences", Bulgary, Sofia, Nov.2003

•

Личный вклад автора

Автору принадлежит постановка научной задачи и выбор метода исследований. Обработка данных, анализ результатов, их обобщение и интерпретация выполнены автором единолично.

Краткое содержание работы Во Введении диссертации обосновывается актуальность выбора тематики диссертационного исследования, сформулированы ее цели, задачи, дана общая характеристика работы.

В первой главе дан обзор современного состояния проблемы исследования геоэффективности потоков солнечного ветра различной природы, рассмотрены различные точки зрения, экспериментальные и теоретические результаты. Обрисована проблема прогноза магнитных бурь. В виде таблицы представлен список ведущих прогностических лабораторий мира, предоставляющих результаты среднесрочных и краткосрочных прогнозов магнитных бурь в интернет-доступ в режиме реального времени. В таблице также указана заблаговременность, форма прогноза и частота обновления информации, http-адреса лабораторий. Обсуждается необходимость поиска новых прогностических факторов.

Вторая глава посвящена описанию используемых данных. Приведена таблица магнитометрических обсерваторий, по данным которых вычисляются SYM-H и ASYM-H индексы. Предоставлены списки магнитных бурь 1995 и 2000гг. Для выделения начал и длительности магнитных бурь использованы комплексные методы: даты и время начал бурь с SSC взяты из бюллетеня IAGA http://zeus.wdcb.ru/wdcb/stp/sudden.com: бури без внезапного начала определялись по уровню Кр>3, Dst<-30, морфологическим признакам поведения индексов SYM-H, ASYM-H и разработанному в диссертационном исследовании методу градиентного определения начала бурь. Продемонстрировано плохое соответствие друг другу (особенно для слабых бурь) классически используемых индексов геомагнитной возмущенности Кр и Dst и показана необходимость развития новых методов определения магнитных бурь. В таблицах указано время начала магнитных бурь и время максимума соответствующего им скачка динамического давления солнечного ветра по данным КА Wind, а также значения плотности, скорости, вертикальной компоненты ММП солнечного ветра в момент скачка; условное время окончания магнитных бурь; характерное для данной бури минимальное значение Dst и максимальное значение Кр.

В третьей главе описываются результаты анализа геоэффективности различных параметров солнечного ветра. Параграф ЗЛ посвящен корреляционному анализу данных с одноминутным разрешением за 1995 и 2000гг

- годы соответственно минимума и максимума солнечной активности. Годовой коэффициент линейной корреляции Пирсона между плотностью и динамическим давлением равняется ~0.8 как для 1995г., так и для 2000г, а между скоростью (или ее квадратом) и динамическим давлением он статистически незначим.

Показано, что плотность п и динамическое давление D значительно меняются в течение года (очевидно, эти изменения имеют наибольшую амплитуду в моменты прихода геоэффективных потоков солнечного ветра), а скорость и ее квадрат - не столь значительно. псреднегад(ВОе =9.25 \!смъ для 1995г. и

Среднегодовое =6.77 М смъ для 2000г., среднеквадратичное отклонение за год от п,среднегодовое составляет 75% для 1995г. и 89% для 2000г.; DcpedHesodoeoe =24.5-10"10Па

- 1995г, Эсреднегодовое = 21.4-10"10 Па - 2000г. при среднеквадратичном отклонении

70% для 1995 и 107% для 2000, между тем, скорость (Усреднегодовое = А29км!с

1995г. и vсреднегодовое =444км/с - 2000г.) имеет среднеквадратичное отклонение всего

26% в 1995г и 23% в 2000г, а ее квадрат - 55% в 1995 и 51% в 2000. Таким образом, геоэффективные изменения динамического давления солнечного ветра преимущественно определяются его плотностью, а не скоростью. В дальнейшем параметры, входящие в динамическое давление, рассматриваются отдельно для извлечения большего количества информации из результатов статистического анализа.

Указывается, что в исследуемый период около 80% магнитных бурь предварялось как положительным, так и отрицательным скачком плотности солнечного ветра, при этом нарастание скорости существенно запаздывало относительно нарастания плотности на лидирующем крае потока. 18% случаев относится к высокоскоростным потокам с ударной волной на ведущем крае, характеризовавшихся одновременным нарастанием скорости и плотности солнечного ветра.

Параграф 32 посвящен описанию градиентного метода выделения магнитных бурь по данным одноминутных индексов ЭУМ-Н и А8УМ-Н. Использование значений часовых и трехчасовых индексов геомагнитной возмущенности имеет некоторые недостатки: при осреднении неизбежно теряется значительная часть информации: использование осредненных индексов не позволяет выделить момент начала магнитных бурь, а также отделить слабую магнитную бурю от обычного осцилляторного возмущения и даже от долгопериодной вариации. Определение же начала магнитных бурь по резкому скачку Н-компоненты позволяет выделить только бури с внезапным началом, при этом рекуррентные бури остаются неучтенными.

В связи с этим большие различия в выводах авторов, статистически исследующих геоэффективность потоков солнечного ветра, отчасти объясняются выбором данных с различным шагом. При использовании геомагнитных индексов и данных солнечного ветра, усредненных хотя бы за час, наибольшая корреляция может наблюдаться между индексами и скоростью солнечного ветра, поскольку скорость устойчиво растет внутри тела высокоскоростного потока одновременно с увеличением геомагнитной возмущенности, а плотность, хоть и имеет скачок на ведущем крае, на целый порядок превышающий слабовозмущенные значения, во время развития магнитной бури резко падает.

Применение сильно осредненных данных не позволяет адекватно оценить процессы, происходящие в солнечном ветре перед началом магнитных бурь. Для подобных оценок необходимо пользоваться данными с максимально возможным разрешением. Показано, что для этой цели хорошо подходят одноминутные индексы, отражающие состояние кольцевого тока: широтно симметричный 8УМ-Н (аналогичен с часовому ОБЬиндексу Сугиуры) и асимметричный АБУМ-Н (вычисляется по аналогии с асимметричным индексом Кавасаки и Акасофу). Недостаточность методик определения магнитной бури по значениям популярных индексов Об1 и Кр может быть скомпенсирована использованием скользящих 30-минутных градиентов индексов БУМ-Н и АБУМ-Н: У30тш5УМ-Н и зоттАЗУМ-Н ^зошт - значение тангенса угла наклона авторегрессионной прямой, проведенной через 30 точек (30 минут), шаг скольжения равен разрешению данных - 1 минута). Появление критического значения ^зощц^УМ-Н|>0.5 и |УзоттА.8УМ-Н|>0.04 на фоне возмущенной геомагнитной обстановки (1Узошт$УМ-Н|>0.3 и |УзотшА8УМ-Н1>0.03), регистрирующейся хотя бы в интервале ±2 часа относительно этого момента, характеризует начало магнитной бури. Результаты анализа данных параметров показывают, что градиент БУМ-Н лучше отслеживает начало магнитных бурь, а градиент АБУМ-Н - их развитие.

Градиентный метод определения магнитной бури позволяет алгоритмизировать не только детектирование бурь, но и выделять бури по морфологическим особенностям поведения Н-компоненты (учитывать ее резкий скачок во время начала магнитной бури и дальнейшее падение). Данная методика может быть применена в автоматических прогнозах магнитных бурь.

В параграфе 3;3 обсуждается значимость направления вертикальной компоненты ММП перед бурей и во время начала бури. Приводятся примеры магнитных бурь, спровоцированных скачком плотности солнечного ветра при положительном направлении вертикальной компоненты ММП и отсутствии значимых изменений в скорости солнечного ветра. Исследовано распределение значений плотности, скорости и вертикальной компоненты ММП для начал бурь 1995 и 2000гг. Методом наименьших квадратов построена поверхность в системе координат плотность-скорость-Вг. Поверхности для обоих годов имеют одинаковый вид: положительные значения Вг соответствуют высоким значениям плотности. При этом скорость практически не оказывает влияния на эту закономерность, за исключением одной области значений: 400-500кмЧ; (провал в поверхности). Данный провал наилучшим образом соответствует классическим представлениям об особенностях в солнечном ветре, предшествующих началу магнитных бурь: преимущественное отрицательное направление Вг, скорость чуть выше невозмущенного уровня, значения плотности могут принимать любые значения. Заметна еще одна хорошо объяснимая особенность: наиболее высокие (также как и наиболее низкие) значения скорости при низких значениях плотности соответствуют наименьшим отрицательным значениям Вг . Однако последние две ситуации — лишь часть общей картины: можно предположить, что сильное уплотнение плазмы солнечного ветра в области перемешивания разнородных потоков (СШ) «сгребает» линии окружающего магнитного поля преимущественно положительной направленности практически при любых значениях скорости, кроме значений 400-500км\с и очень высоких значений (этими значениями характеризуется соответственно приход рекуррентных потоков и магнитных облаков). Физика этого явления не вполне ясна и требует дальнейшего исследования.

В параграфе ЗА проведен анализ гистограмм распределения параметров солнечного ветра за год и в течение 90 минут до начала магнитных бурь отдельно для 1995 и 2000гг.

Кроме значений параметров рассматривалось распределение величины скачков плотности и скорости солнечного ветра. Исследуемая кривая скользящих скачков(градиентов) вычисляется следующим образом: берется 5 последовательных точек, через них проводится прямая методом наименьших квадратов, тангенс угла ее наклона определяет величину пятиминутного градиента, дальше производится сдвиг на 1 минуту и процедура повторяется. Диссертационное исследование показало, что

- значения плотности перед бурями повышены относительно максимума годового распределения, а значения скорости солнечного ветра понижены.

- амплитуда скачков плотности увеличивается перед бурями, напротив, амплитуда скачков скорости, стремится к нулю.

- вертикальная компонента межпланетного магнитного поля в 1995г. была преимущественно отрицательной перед бурями, но в 2000г. статистически значимо сдвинута как в отрицательную, так и в положительную сторону относительно максимума годового распределения (максимум - около ОнТл).

- гистограммы, полученные только для бурь с внезапным началом (ББС), имеют те же особенности.

Совокупность результатов изложенных в третьей главе указывает на большой вклад плотности в геоэффективность солнечного ветра. Есть основания полагать, что начало магнитной бури преимущественно определяется скачком динамического давления солнечного ветра, а именно его плотности. При этом скорость и направление вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля играют сопутствующую роль. Однако это не исключает того факта, что южное направление В г облегчает процесс передачи энергии из солнечного ветра в геомагнитное поле, а напряженность ММП оказывает модулирующее воздействие на поведение горизонтальной компоненты геомагнитного поля и, в частности, определяет дальнейшее развитие и интенсивность магнитной бури.

Четвертая глава посвящена анализу вариаций плотности солнечного ветра, предшествующих началу магнитных бурь. В параграфе 4Л обсуждается предикторски важный признак: плавное нарастание плотности солнечного ветра, наблюдающееся от нескольких часов до нескольких дней до начала магнитных бурь. Анализ экспериментальных данных показывает, что при приближении потоков возмущенного солнечного ветра в 80% случаев наблюдается слабое нарастание плотности не только ранее роста скорости, но и ранее основного скачка п, провоцирующего начало магнитной бури.

Проведен анализ гистограмм распределения десятичасового бегущего градиента плотности, вычисленного целиком за 1995 и 2000гт и в течение трех дней до начала магнитных бурь (вычисляется аналогично описанным выше пятиминутным скачкам плотности и скорости, шаг сдвига - 1 минута). Показано, что величина десятичасового градиента перед бурями преимущественно растет. Распределение значений градиента до бури сдвинуто относительно максимума годового распределения (нуля) в сторону больших положительных значений. Таким образом, статистически подтверждается вывод о плавном нарастании плотности перед бурями, основанный на первичном морфологическом анализе данных.

Следующий прогностический признак обсуждается в параграфе 4.2., где приведены результаты анализа осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра перед магнитными бурями. В параграфе продемонстрировано применение вейвлет-анализа к данным солнечного ветра и геомагнитного поля. Приведены примеры созданного фильма по непрерывным данным 1995 и 2000г., в котором одной из опций можно просматривать результаты вейвлет-анализа любого из следующих параметров с разрешением 1 минута: плотности и скорости солнечного ветра, Н-компоненты любой магнитометрической станции (в фильме использованы три: ИЗМИРАН, Соданюоля, Брорфилд) или ЗУМ-ЩАБУМ-Н) индекса.

На отдельных примерах, а также в результате изучения предбуревых и годовых гистограмм распределения суммы квадратов амплитуд вейвлет-разложения, показано, что в период от нескольких часов до 4.5 дней до начала магнитных бурь наблюдается усиление колебаний Н-компоненты ГМП с периодами 5-250 минут. Это явление зарегистрировано в 65% от общего числа магнитных бурь.

Результаты данного исследования показывают, что колебания геомагнитного поля являются вторичными и возникают при отрицательном направлении вертикальной компоненты ММП только после появления колебаний с близкими периодами в плотности солнечного ветра.

Предбуревое усиление низкочастотных колебаний плотности солнечного ветра наблюдается в период от нескольких часов до 5-ти дней до начала магнитных бурь в 89% случаев от общего числа магнитных бурь. В этом параграфе приведены также результаты исследований изменения осцилляторного режима геомагнитного поля и солнечного ветра перед некоторыми бурями из интервала 1991-2001, вызвавшими наибольший интерес научного сообщества.

В параграфе 4.3 обсуждается приложение обнаруженных прогностических признаков в плотности солнечного ветра к ретроспективному прогнозированию магнитных бурь. Основы методики прогноза базируются на сочетании оптимальных параметров: (превышении уровня приращения плотности за 10 часов Утп>0.005-Нем3мин и увеличении суммы квадратов амплитуд вейвлет-гармоник с периодами 10-100минут выше определенного уровня). Реализованный автоматический прогноз магнитных бурь с плавающей заблаговременностью (выбранная заблаговременность: 3 дня для 2000г и 4 дня для 1995г) типа «буря начнется в ближайшие 3(4) дня» дает оправдываемость ~90% как для года минимума, так для года максимума солнечной активности.

В пятой главе приведены возможные теоретические объяснения природы наблюдаемых длиннопериодных осцилляций плотности солнечного ветра и горизонтальных компонент геомагнитного поля. Рассматриваются различные механизмы генерации низкочастотных колебаний в плазме солнечного ветра, в том числе: плазменные неустойчивости; колебания, связанные с секторной границей. Обсуждается возможная солнечная природа данного явления.

Шестая глава отражает результаты модифицированного автором оконного кросс-корреляционого анализа параметров солнечного ветра и геомагнитного поля. Обычный оконный кросс-корреляционный анализ позволяет видеть изменение текущего коэффициента корреляции двух рядов при сдвиге вдоль оси времени заранее выбранного интервала, внутри которого считается корреляция. Суть модификации заключается во введении третьей оси, на которой откладывается величина временного интервала, внутри которого вычисляется коэффициент корреляции. Получающуюся трехмерную картину (время — длина отрезка вычисления корреляции - коэффициент корреляции) легко превратить в двумерную, закрашивая коэффициенты корреляции определенным цветом. Исследованы особенности корреляционных зависимостей в окрестности магнитных бурь. Выявлена смена знака текущей корреляции (редко - резкое ее увеличение) между компонентами ГМП и плазменными параметрами солнечного ветра после начала магнитной бури. При длительности бури дольше 12-ти часов корреляция падает, что говорит о временном снижении чувствительности магнитосферы к параметрам солнечного ветра. Усиление корреляции между рядами компонент геомагнитного поля и солнечного ветра во время наблюдения интенсивных длиннопериодных осцилляций перед бурями в совокупности с обсуждаемыми выше результатами позволяет судить о внемагнитосферной природе данных осцилляций геомагнитного поля.

В заключении сформулированы результаты, выносимые на защиту. Там же обсуждается новизна полученных результатов и проводится их сравнительный анализ с результатами предшественников.

Приложение к диссертации касается проблем космической биологии. В этой части работы приводятся результаты проведенных автором проверок статистических гипотез о случайности совпадений биосферной реакции и резких изменений геомагнитного поля и солнечной активности. Представлена развиваемая автором теория параметрического резонанса в живых организмах, на основании которой отчасти можно объяснить реакцию живых организмов на электромагнитные, акустические, механические и т.д. колебания низкочастотного диапазона (от долей герца до 100Гц). Показано, что обнаруженное усиление низкочастотных колебаний геомагнитного поля перед магнитными бурями может являться биоэффективным и быть ответственным за эффект Чижевского-Вельховера (эффект опережающей реакции биосферы на магнитные бури). По теме диссертационного исследования имеется 51 публикация за период с 1994 по 2004гг., включая тезисы докладов на международных конференциях и препринты. В приложении диссертации приведен полный список работ автора.

Заключение

На базе большого экспериментального материала исследованы особенности изменения параметров солнечного ветра и магнитного поля Земли перед началом магнитных бурь. Использованы прогрессивные методы статистической обработки, вейвлет-анализ и новая модификация кросс-корреляционного анализа.

1. Созданы картины вейвлет-анализа следующих параметров: плотности, скорости солнечного ветра, вУМ-Н, АвУМ-Н индекса, Н-компоненты геомагнитного поля для трех геомагнитных обсерваторий (данные целиком за 1995г. и 2000г. с шагом 1 мин., диапазон характерных периодов - от 5 до 100 минут). Вейвлет-анализ все чаще применяется для исследования свойств геофизических рядов, в частности для выделения скрытых устойчивых периодичностей [64,65]. В последнее время он по достоинству оценен и специалистами по физике магнитосферы [104]. Между тем, в данной области вейвлет-анализ используется либо для исследования отдельных событий (выделенные магнитные бури), либо для оценки крайне длиннопериодных изменений (месяц, годы).

Предложенная автором диссертационного исследования модификация вейвлет-анализа позволяет выделять интенсивные осцилляции из шума: спокойный фон геомагнитной обстановки замаркирован на картинах вейвлет-анализа серым (в отличие от стандартного вейвлет-анализа, где обилие информации не всегда способствует ясности выводов).

Исследована малоизученная область длинных периодов за длительный промежуток времени.

Созданный фильм позволяет отслеживать изменения осцилляторного режима как геомагнитных параметров, так и параметров солнечного ветра одновременно и в течение длительного периода (год).

Детально исследовано изменение осцилляторного режима геомагнитного поля в окрестности ~150 магнитных бурь, произведен параллельный анализ условий в солнечном ветре.

Изменение амплитуды гармоник вейвлет-разложения параллельно используется для прогноза магнитных бурь.

2. Установлено, что приход к Земле высокоскоростных потоков солнечного ветра, вызывающих начало магнитных бурь, ~ в 90% случаев от общего числа протестированных магнитных бурь предваряется а) усилением амплитуды колебаний плотности солнечного ветра с периодами 5-250мин б) слабым нарастанием значений плотности солнечного ветра от нескольких часов до 5 дней (в среднем, за 2 дня) до прихода геоэффективного потока солнечного ветра.

Наличие области уплотненного солнечного ветра перед высокоскоростными потоками, вызывающими магнитные бури, может связываться областью перемешивания потоков различной природы - CIR. Считается, что CIRs ограничены с обеих сторон МГД-разрывами [56-59,105].

Но обнаруженное слабое нарастание плотности СВ, иногда совпадающее с областью интенсификации длиннопериодных колебаний, не имеет резкого начала в виде разрыва, поэтому классификация данной области как CIR спорна. Кроме того, в 2000 году насчитывалось 15 приходов потоков типа CIR перед бурями, а в 1995 как CIR идентифицировано всего лишь 8 (см. список CIRs на сайте INTERNALL http://iki.cosmos.ru//interball в опции Solar, interplanetary and geomagnetic events.).

Таким образом, эффект плавного возрастания плотности солнечного ветра и усиления длиннопериодных осцилляций плотности перед началом магнитных бурь в большинстве случаев не связан с приходом CIR-потоков (в

2000 году 69% бурь предварялось слабым увеличением плотности и осцилляциями, не связанными с CIRs, а в 1995 г. этот эффект наблюдался в 78% случаев).

Возрастание плотности, не связанное с CIR-потоками, насколько известно автору, ранее не исследовалось и не применялось для прогноза.

Если рассматривать те случаи, когда эффект соответствовал приходу СШ, то интересным становится факт столь длительной регистрации области перемешивания потоков (иногда эффект наблюдается за 5 дней до начала бури и, соответственно прихода лидирующего края потока, ее вызывающего). Наиболее распространено мнение, что СЖ-потоки не могут регистрироваться в районе орбиты Земли более 6-ти часов [26,57-59]. Однако автор работы [60] полагает, что СЖ-область может иметь большую протяженность.

Вопрос о размере области повышенной плотности солнечного ветра играет важную роль для понимания физики солнечно-земных связей, поскольку есть основания полагать, что протоны солнечного ветра, инжектируемые в ГМП, увеличивают интенсивность кольцевого тока [47,106], т.е. плотность — существенный геоэффективный фактор, действующий независимо от цикла солнечной активности. В то же время существует мнение [107], что геоэффективное влияние СШб незначительно, проявляется только в годы минимума солнечной активности и возрастание плотности - фактор лишь сопутствующий увеличению геомагнитной активности, а не являющийся причиной бури.

Итак, если связывать обнаруженные прогностические факторы с С1Кв, то диссертационное исследование важно для определения размеров этих регионов и для исследования осцилляторных процессов, протекающих в них.

3. Результаты Вэйвлет-анализа ~150 магнитных бурь из интервала 1991-2001гг. (1995 и 2000гг целиком) показали, что длиннопериодные осцилляции (5-250 мин) плотности солнечного ветра, предшествующие приходу высокоскоростных потоков, могут являться причиной аналогичных вариаций ГМП, которые наблюдаются в 65% случаев от общего числа бурь. Эффект одновременного (или слегка запаздывающего) возбуждения магнитосферных осцилляций с близкими периодами зарегистрирован на трех протестированных магнитометрических станциях, расположенных в интервале

56°-67° с.ш. Выявлено, что условием возникновения осцилляций ГМП является отрицательность вертикальной компоненты межпланетного магнитного поля.

Возбуждение длиннопериодных осцилляций в магнитосфере под действием солнечного ветра обсуждалось в работах многих авторов (см. предыдущую главу). Однако ранее не были тщательно исследованы колебания плотности СВ и их связь с колебаниями ГМП; диапазон теоретических исследований чаще всего ограничен областью 2-40 минут (поскольку в этом диапазоне периодов можно еще говорить о волнах и применять МГД-теорию); считалось, что длиннопериодные колебания солнечного ветра могут оказывать влияние преимущественно на область каспа (в то время как диссертационное исследование показало, что данный эффект наблюдается и на значительно более низких широтах); ранее не была оценена частота и условия встречаемости данного явления. Исследование возможных механизмов передачи колебаний плотности солнечного ветра с периодами более часа магнитосфере, исследование глобальности этого эффекта (анализ данных большого числа разноширотных магнитометрических станций) - дело будущего.

4. Результаты корреляционного анализа и сравнения гистограмм годовых и предбуревых распределений параметров солнечного ветра дают основания полагать, что плотность вносит основной вклад в изменения динамического давления солнечного ветра и является важным геоэффективным фактором, сопровождающим начало бури, а скорость и направление вертикальной компоненты ММП влияют м интенсивность и последующее развитие магнитной бури.

Потенциально геоэффективные параметры, вокруг которых уже много лет идет дискуссия — это динамическое давление и электрическое поле солнечного ветра. Они определяются скоростью, плотностью и Вг-компонентой ММП. Данное исследование показывает, что изменения динамического давления солнечного ветра главным образом зависят от его плотности, в то же время начала магнитных бурь не ассоциируются ни с высокими значениями скорости, ни со скачками скорости, ни с южным направлением Вг, а преимущественно связаны с высокими значениями плотности и ее скачками. В связи с этим можно предположить, что начало большинства бурь связано с изменениями плотности солнечного ветра.

Анализ гистограмм распределения параметров солнечного ветра показывает, что некоторые характеристики солнечного ветра перед бурями (повышенные относительно годового распределения значения плотности, пониженные значения скорости, увеличение амплитуды скачков плотности), соответствуют началам магнитных бурь и сохраняются неизменными еще некоторое время после начала бурь (что соответствует выводам работ [39,40]). Таким образом, выявлен «подготовительный период» (несколько часов) условий солнечного ветра, благоприятствующих началу магнитных бурь. Между тем, наличие «подготовительного периода» пока признавалось только для Въ [25].

Данные утверждения носят статистически-вероятностный характер и не означают полного отсутствия противоположных ситуаций, что прокомментировано в параграфе 3.3.

5. Результаты модифицированного оконного кросс-корреляционного анализа показывают, что начало магнитной бури сопровождается сменой знака текущей корреляции (или резким ее увеличением) между компонентами геомагнитного поля и плазменными параметрами солнечного ветра. При длительности бури дольше 12-ти часов корреляция падает, что говорит о временном снижении чувствительности магнитосферы к параметрам солнечного ветра. Появление длиннопериодных осцилляций перед бурями сопровождается усилением корреляции между рядами компонент геомагнитного поля и компонент солнечного ветра, возрастает временной отрезок, внутри которого коэффициент корреляции является высоким. Это позволяет судить о значительном влиянии осцилляций плотности солнечного ветра на изменение колебательного режима ГМП. б.Предложено использование градиентного метода определения начала магнитных бурь по данным индексов геомагнитной активности 8УМ-Н и

АБУМ-Н. Данный метод позволяет автоматически выделять как бури с внезапным началом, так и рекуррентные бури; способен отделять слабые бури от возмущений геомагнитного поля небуревого характера. Предполагается дальнейшее развитие методики.

Результаты диссертационного исследования говорят в пользу мнений авторов, не пренебрегающих геоэффективным влиянием плотности [712,26,28,34-36,42,106,108,109], а также тех, кто считает ее изменения важным параметром, определяющим начала магнитных бурь [39-41].

Применение обсуждаемых эффектов для построения действующего алгоритма прогноза магнитных бурь было произведено впервые. В будущем планируется провести анализ изменчивости обнаруженного эффекта в течение 11-ти летнего цикла солнечной активности параллельно с прогнозированием магнитных бурь в реальном времени на основе выявленных прогностических признаков.

Хочется выразить искреннюю благодарность В.Н.Обридко за поддержку междисциплинарных исследований автора и ценные замечания; М.И.Пудовкину за инициирование исследований теоретически возможных механизмов возбуждения длиннопериодных колебаний перед высокоскоростными потоками солнечного ветра; В.В.Рагульскому за обсуждение работы, Г.Н.Застенкеру за критику, побуждающую к творческому поиску и самосовершенствованию; А.А.Петруковичу за ценную рекомендацию использования БУМ-Н индекса, а также Е.А.Руденчику за помощь в написании программ обработки данных. Работа поддержана грантами РФФИ № 00-02-17854, № 01-02-16357, № 00-15-96661 и молодёжным грантом РАН 2000-2002, № 41.

1. D.H. Boteler, R.J.Pirjola, H.Nevanlinna The effects of geomagnetic disturbances on electrical systems at the Earth's surface. Adv.Scpace Res., V.22, no. 1, pp. 17-27, 1998

2. Frederickson, A.R. Radiation induced dielectric charging, in "Space Systems and their interactions with the Earth's space environment," Eds. Garett and Pile, Vol 71, 386-412, AIAA, Washington DC, 1980

3. H. Koskinen et al. Space Weather and Interactions with Spacecraft. Final Report of Study of plasma and energetic electron environment and effects. ESTEC 1996

4. А.Л.Чижевский Космический пульс жизни. Земля в объятьях Солнца. Гелиотараксия. М. Мысль 1995

5. Владимирский Б.М. и др. Космос и биологические ритмы. Симферополь 1995

6. Пресман A.C. Организация биосферы и ее космические связи. М., Гео-СИНТЕГ, 1997.

7. Nishida,A. Geomagnetic diagnosis of the magnetosphere Springer Verlag,New York, 1978

8. Hughes,W.J. The magnetopause magnetotail, and magnetic reconnection. in Introduction to Space Physics ed.by M.G. Kivelson and С. T. Russel (Cambridge University Press, Cambridge), 1995, pp. 227 -287

9. Fowler, G.; Russell, C. The Response Time of the Magnetosphere to Sudden Solar Wind Pressure Changes. AGU, Spring Meeting 2002, abstract SM51B-10

10. R. Lukianova Magnetospheric response to sudden changes in solar wind dynamic pressure inferred from polar cap index. JGR 2003, V. 108, No. A12, 1428

11. Ochabova, P. Influence of the solar wind parameters on the storm-time geomagnetic variations. Electromagnetic field of the earth. Bratislava, Veda-Vydavatelstvo Slovenskej Akademie Vied, 1978, p. 19-29

12. Tan, A.; Lyatsky, W. B. Solar Wind Disturbances Related to Geomagnetic Storms. American Geophysical Union, Fall Meeting 2001, abstract SM42A-0828

13. Vennerstroem S. Interplanetary sources of magnetic storms: A statistical study. JGR 2001, v.106, No.A12, pp.29175-29184

14. Eselevich, V. G.; Fainshtein, V. G. An investigation of the relationship between the magnetic storm Dst-index and different types of solar wind streams. Annales Geophysicae (ISSN 0992-7689), 1993, vol. 11, no. 8, p. 678-684

15. Loewe, C. A. ; Prolss, G. W. Classification and mean behavior of magnetic storms J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102 , No. A7 , p. 14,209

16. Boudouridis et al. Increased geoeffectiveness of high solar wind dynamic pressure fronts under southward IMF orientation. American Geophysical Union, Fall Meeting 2002, abstract SM41D-05

17. Gonzalez Walter D. et al. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Science Reviews, 1999, v. 88, Issue 3/4, p. 529-562

18. Гибсон Э. Спокойное Солнце. M., Мир 1977, с.382

19. Maltsev Yu. P. and Rezhenov В. V. Relation of the Dst index to solar wind parameters. Int. J. of Geomagnetism and Aeronomy. April 2003, V.4, N.l, http://ijga.wdcb.ru/v04/vol4cont.html

20. Петрукович А.А., Климов С.И. Использование измерений солнечного ветра для анализа и прогноза геомагнитной активности.// Косм.исслед. 2000, т.38, №5, сс.463-468

21. Физическая энциклопедия. М.Советская Энциклопедия 1990, с.672

22. Chin-Chun Wu, R.P.Lepping Effect of solar wind velocity on magnetic cloud-assaciated magnteci storm intensity. JGR, 2002, V. 107, No A11, pp. 1346-1350

23. W.D.Gonzales et al. What is geomagnetic strom? JGR, 1994, V.99, No.A4, pp.5771-5792

24. Smith J.P. et al. Solar Wind Density as a Driver for the Ring Current in Mild storms. Geophysical Res. Ltrs. 1999 Vol. 26 , No. 13 , p. 1797

25. Crooker N.U. Solar and heliospheric geoeffective disturbances. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62 (2000) 1071-1085

26. Sitar, Robert John Thesis (PhD). Ground magnetic response to sudden changes in the solar wind dynamic pressure and interplanetary magnetic field orientation. The University of Michigan, Source DAI-B 60/06, p. 2579, Dec 1999, 152 pages

27. Freeman, M. P. Et al. The Dense Sheath Region of Magnetic Clouds as an Interplanetary Trigger of Geomagnetic Storms. American Geophysical Union, Fall Meeting 2002, abstract SH42A-0476

28. Шельтинг Б.Д. и др. Флуктуации межпланетного и геомагнитых полей в связи с протонными вспышками. Геомагнетизм и аэрономия, 1984, т.24, №4, с.557-565

29. Обридко В.Н., Шельтинг Б.Д. О характере флуктуаций ММП в диапазоне частот 103 -10~5Гц. Солнечные данные, 1985, №9, с.91-94

30. Иванов К.Г. и др. Спектры флуктуаций межпланетного и геомагнитного полей во время гелиосферной суббури 5-6 августа 1988г. Геомагн. и аэрон. 1998, т.38, №1, с. 41-50

31. Иванов К.Г., Петров В.Г. МГД- структура предвестников межпланетных и геомагнитных возмущений вблизи гелиосферного токового слоя. Геомагн. и аэрон. 1999, т.39, №4, с.3-10

32. Рязанцева М.О. и др. Свойства резких и больших скачков потока ионов(плотности) солнечного ветра. Космические исследования. 2003, т.41, с.405-416

33. Зайцев А.Н., Далин П.А., Застенкер Г.Н.Резкие вариации потока ионов солнечного ветра и их отклик в возмущениях магнитного поля Земли. Геомагнетизм и аэрономия. 2002, т.42, №6, с. 1-8

34. Сайбек Д.Г., Бородкова H.JI., Застенкер Г.Н. Вариации параметров солнечного ветра как источник кратковременных возмущений магнитного поля в дневной магнитосфере. Космические исследования, 1996, т.34, № 3, с.248-263

35. Ковалевский И.В. Кластерный анализ взаимосвязи физических процессов в период главных фаз очень больших (Dst < -200 нТл) геомагнитных бурь. Электронные материалы докладов ASC2002 http://elics.ras.ru/ACS/acs2002/reports/kovalevsky/Koval.doc

36. S.-I. Akasofu et al. A high time resolution study of the solar wind-magnetosphere energy coupling function. Planet. Space Sci., 30, No. 6, 537-543, 1982

37. Ogilvie, K.W., L. F. Burlaga, and T. D.Wilkerson, Plasma observations on Explorer 34, J. Geophys. Res., 1968, 73, 6809-6824.

38. Siscoe, G. L., V. Formisano, and A. J. Lazarus, Relation between geomagnetic sudden impulses and solar wind pressure changes—an experimental investigation, J. Geophys. Res., 1968,73, 4869-4874

39. Samuel Kugblenu, Satoshi Taguchi, and Takashi Okuzawa Prediction of the geomagnetic storm associated Dst index using an artificial neural network algorithm. Earth Planets Space 1999, 51, 307-313

40. Wang, С. В.; Chao, J. K.; Lin, C.-H. Influence of the solar wind dynamic pressure on the decay and injection of the ring current. Journal of Geophysical Research 2003 , Vol. 108, Issue A9, p. 1341

41. Еселевич В. Г. Физические основы прогнозирования возмущений в околоземной среде по характеристикам Солнца. Солнечно-земная физика. Вып. 2. (2002) 57-60 http://bsip.iszf.irk.ru/bsfp2002/articles/Eselevich.htm

42. Ишков В.Н. Солнечные геоэффективные явления: как и когда они воздействуют на околоземное космическое пространство. Солнечно-земная физика. Вып. 2. (2002) 10-12

43. Kudela, Karel; Storini, Marisa; Hofer, Mirjam Y.; Belov, Anatoly. Cosmic Rays in Relation to Space Weather. Space Science Reviews, 2000, v. 93, Issue 1/2, p. 153174

44. Белов A.B., Связь вариаций космических лучей с межпланетными и геомагнитными возмущениями. Диагностика и прогноз. Солнечно-земная физика, 2002, Вып. 2, с.68-73

45. Gruntman, Michael A. Neutral solar wind properties: Advance warning of major geomagnetic storms. Journal of Geophysical Research 1994, vol. 99, no. A10, p. 19,213-19,227

46. Sugiura, M. and D.J. Poros, Hourly values of equatorial Dst for years 1957 to 1970, Rep. X-645-71-278, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1971

47. Kawasaki K., Akasofu S.-I. Low-latitude DS component of geomagnetic storm field. JGR 1971, 76, pp.2396-2405

48. Clauer, C.R. and R.L. McPherron, The relative importance of the interplanetary electric field and magnetospheric substorms on the partial ring current development, J. Geophys. Res. 1980, 85,6747-6759

49. Lindsay G.M. On the sources of interplanetary shocks at 0.7 AU. JGR 1994, V.99, No. Al, pp.11-18

50. Пудовкин М.И. Солнечный ветер. Соросовский образовательный журнал. 1996, №12, с.87-94

51. Gosling J.T., Pizzo V.J. Formation and Evolution of Corotating Interaction Regions and their Three Dimensional Structure. Space Science Reviews 1999, 89 (1-2), 21-52

52. Pizzo, V. J. A three-dimensional model of corotating streams in the solar wind. П Hydrodynamic streams. Journal of Geophysical Research, vol. 85, Feb. 1, 1980, p. 727-743

53. Pizzo, V. J. Global, quasi-steady dynamics of the distant solar wind, 1, Origin of north-south flows in the outer heliosphere J. Geophys. Res. 1994, Vol. 99 , No. A3 , p. 4173-4184

54. Pizzo, V. J. Global, quasi-steady dynamics of the distant solar wind, 2, Deformation of the heliospheric current sheet. J. Geophys. Res. 1994 Vol. 99 , No. A3 , p. 4185-4192

55. Иванов К.Г. Солнечные источники потоков межпланетной плазмы на орбите Земли. Геомагнетизм и Аэрономия, 1996, Т.36, №2, с. 19-27

56. Eselevich, V. G.; Fainshtein, V. G. An investigation of the relationship between the magnetic storm Dst-index and different types of solar wind streams . Annales Geophysicae (ISSN 0992-7689), vol. 11, no. 8, p. 678-684

57. Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Статистический анализ данных на компьютере, М.: ИНФРА-М, 1998, стр. 324

58. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения. Успехи Физических Наук 1996, т. 166, №11, с.1145-1170

59. Фрик П., Соколов Д. Вейвлеты в астрофизике и геофизике. Компьютерра 1998, №8(236), http://www.computerra.ni/offline/1998/236/l 125/.

60. Potemra Т. A. et al., Multisatellite and ground-based observations of transient ULF waves. J. Geophys. Res., 94, No. A3, 2543-2554, Mar. 1989

61. Бережко Е.Г. Генерация МГД-волн в межпланетной плазме потоками солнечных космических лучей // Письма в Астрономический журнал 1990 Т. 16 № 12 С.1123-1132.

62. Gudkov M.G. and Troshichev О.А. Kelvin-Helmholtz instability in a compressible plasma with a magnetic field and velocity shear. // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, Vol. 58, № 5, pp.613-623, 1996

63. Клименко B.A., Мишин B.B. Волны альфвеновского типа в потоках неоднородной плазмы и их связь с геомагнитными пульсациями. Исследования по геом., аэрон, и физике Солнца. 1980, вып.50, с.153

64. Wang S. et al. A mechanism for the formation of plasmoids and kink waves in the heliospheric current sheet. Solar Phys. 1988, v. 117, N1, p. 157

65. Vasques B.J, Hollwed J.V. Formation of arc-shaped alfven waves and rotational discontinuities from oblique lineary polarized wave trains. JGR 1996, v. 101, no.A6, p. 13,527

66. Бархатов H.A. Перенос пучка альфвеновских волн солнечным ветром. Геомагнетизм и аэрономия 1994, т.34, №2, с. 1-8

67. Бархатов H.A. и др. Пространственно-временная динамика непродольного переноса МГД возмущений в солнечном ветре. Геомагнетизм и аэрономия, 2000, Т.40, №4, С.9

68. Зеленый J1.M., Милованов A.B. Динамическая модель флуктуаций межпланетного магнитного поля: фрактонные возбуждения и степенные спектры. Геомагн. и аэрономия 1997, т.37, №1, с.1

69. Плясова-Бакунина Т.А.//Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, 1984, Вып. 70, С 144

70. Korzhov N.P., Mishin V.V. and Tomozov V.M. On the role of plasma parameters and the Kelvin-Helmholtz instability in a viscous interaction of Solar wind streams. // Planet. Space. Sei. Vol. 32, № 9. Pp.1169-1178, 1984

71. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей (в 2-х томах). М., Атомиздат, 1997

72. Хабарова О.В. Структура и источники длиннопериодных МГД-осцилляций, наблюдаемых рядом с высокоскоростными потоками солнечного ветра. Диссертация на соискание ученой степени магистра-физика. Санкт-Петербург, СпбГУ, НИИФ 1997,70 с.

73. Пудовкин М.И., О.М.Распопов, Н.Г.Клейменова Возмущения электромагнитного поля Земли. Т.2 Л.Изд-во Ленингр.Ун-та, 1976, с. 174-175

74. Иванов К.Г., Стяжкин В.А., Ерошенко Е.Г., Ромашец Е.П. Межпланетное магнитное поле по измерениям на КА "Фобос-1,2". Возмущение вблизи секторной границы 25-28 июля 1988г." Геомагнетизм и аэрономия, 1994, т.34, N4, с.52

75. Рунов A.B. Двумерная МГД-модель ранней фазы магнитного пересоединения в применении к гелиосферному токовому слою. Дисс. на соискание степени кандидата физико-математических наук. С.-Петербург, НИИФ,1996

76. Бобова В.П. Спектр колебаний АЕ-индекса и глобальные осцилляции Солнца. Магнитосферные исследования 1989, №13, с.38

77. Yamauchi, Y. Et al. A study of density fluctuations in the solar wind acceleration region. Journal of Geophysical Research, Volume 103, Issue A4, April 1, 1998, pp.6571-6584

78. Ivanov, E.V., Long-term quasi-periodic oscillations of EUV-flux on the Sun., Solar Phys., 1983, 89(1), pp.261-273

79. Гельфрейх Г.Б.и др. Колебания области нулевой поляризации в ядре локального источника NOAA 64/2.- Тез. Конференции стран СНГ и Прибалтики «Активные процессы на Солнце и звездах», С.-Петербург 1-6 июля 2002, с. 17

80. Дмитриев Г.Д., Чариков Ю.Е., Мурсула К. Рентгеновское излучение корональных петель, осцилляции на минутной временной шкале. Тез. Конференции стран СНГ и Прибалтики «Активные процессы на Солнце и звездах», С.-Петербург 1-6 июля 2002, с.47

81. Golovko А.А., Salakhutdinova I.I., Khlystova A.I. Pre-flare dynamics of chromospheric structures and magnetic field in the active region NOAA 907. Proc. 10th European Solar Physics Meeting, Prague, Czech Rep., ESA SP-506, Dec.2002, pp.621624

82. Kobrin M.M. et al. An investigation of the relationship between long-period pulsations of CM radio emission and solar proton flare forecasts, solar-terrestrial predictions V. Proc. Of workshop at Hitachi, Japan, Nov. 1997, RWC Tokyo, pp.200205

83. Pilipenko V. et al. Poleward progressing quasiperiodic disturbances at cusp latitudes: the role of wave processes. JGR, V.105, No.A12, pp.27569-27587, 2000

84. Иванов К.Г. Гелиосферная суббуря 26 ноября-5 декабря 1977г. 3. Наземные геомагнитные возмущения. Геомагн. и аэрономия. 1997, т.37, №5. с.1

85. Большакова О.В., Клайн Б.И., Куражов Н.А. Связь генерации высокоширотных геомагнитных пульсаций с неоднородностями солнечного ветра. Геом. и аэрон., 1991,31, с.989

86. Зайцев А.Н. и др. Некоторые особенности появления геомагнитных пульсаций Ps6 в связи с межпланетной средой и магнитопаузой. Геом. и аэрон., 1992, т.32,№1, с.42

87. Chi P. J., Russell С. Т., Bloom R. М., and Singer Н. J. Solar wind control of ultra-low-frequency wave activity at L = 3 // J. Geophys. Res. Vol. 103 , No. A12, p. 29.467, 1998 (http://www-ssc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/papers/psded/psded.html)

88. Menk F.W., Yeoman Т.К., Wright D. and Lester M.E. // Co-ordinated Observations of Forced and Resonant Field Line Oscillations at High Latitudes. S-RAMP Proceedings of the AIP Congress, Perth, September 1998 http://www.ips.gov.au/SRAMP/aip/fred/fred.htm

89. Waters, C.L., ELF Resonance Structure in the Magnetosphere, Adv. Space Res., 25, pp. 1541-1549, 2000

90. Hasegawa, A., Tsui, К. H. and Ass is, A. S. A theory of long period magnetic pulsations, 3, Local field line oscillations. Geophysical Research Letters 1983, 10: 765768.

91. Waters, C.L., B.G Harrold, F.W. Menk, J.C. Samson and B.J. Fraser, ULF Waveguide Mode Waves at Low Latitudes П. A Model., Field Line Resonance and Waveguide Modes at Low Latitudes 2. A Model. J. Geophys. Res., 105, 7763, 2000

92. Хабарова О.В., Руденчик Е.А. Связь между изменениями состояния здоровья населения и вариациями параметров среды обитания реальность или вымысел? Взгляд с точки зрения статистики. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002, № 10-11, с. 32-41

93. Ballatore, Paola. Reply to Comment on 4NEffects of fast and slow solar wind on the correlations between interplanetary medium and geomagnetic activity" by С. B. Wang and J. K. Chao Journal of Geophysical Research 2003, Volume 108, Issue A10, p. 1387

94. Wang, С. В.; Chao, J. K. Comment on "Effects of fast and slow solar wind on the correlation between interplanetary medium and geomagnetic activity" by P. Ballatore. J. Geophys. Res., Vol. 108, No. A10, 1386

95. Иванов В.В., Ротанова Н.М., Ковалевская Е.В. Применение вейвлет-анализа к исследованию геомагнитных возмущений. Геомагн. и аэрономия, 2001, т.41, №5, с.610-618

96. Saka, О.; Kitamura, T.-I. Distributions of tangential discontinuity in the corotating solar wind structure. Planetary and Space Science, vol. 24, July 1976, p. 621628

97. Borovsky, J. E.; Thomsen, M. F.; Elphic, R. C. The driving of the plasma sheet by the solar wind. J. Geophys. Res. 1998, Vol. 103 , No. A8 , p. 17,617

98. O'Brien T.P, McPherron R.L. An empirical phase space analysis of ring current dynamics: Solar wind control of injection and decay, J. Geophys. Res., 2000, 105, No A4, 7707-7719

99. Бархатов H.A., Левитин A.E., Рябкова Г.А. Искусственные нейронные сети для прогнозирования индексов геомагнитной активности по параметрам околоземного космического пространства . Солнечно-земная физика, 2002, Вып. 2, с.104-106

100. Wu, Bor-Han et al. Magnetospheric response to solar wind dynamic pressure variations: Interaction of interplanetary tangential discontinuities with the bow shock. JGR 1993, v.98, No A12, p.21297-2131