Форбуш-эффекты и геомагнитные бури

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Выделены и исследованы события Форбуш-эффектов в галактических космических лучах (по данным сети нейтронных мониторов) и сопутствующих геомагнитных возмущений за длительный период с 1957 по 2022 гг. Проанализированы статистические связи между различными параметрами вариаций потока космических лучей и индексами геомагнитной активности. Установлено, что величина Форбуш-эффектов нелинейно зависит от класса геомагнитной бури. Найдена умеренная корреляция (до 0.67) между экстремальными значениями различных индексов геомагнитной активности (Ap, Kp, Dst) и характеристиками космических лучей. Показано, что одновременная регистрация экстремальных значений параметров космических лучей и геомагнитной активности происходит далеко не всегда, а зависит от знака Bz-компоненты межпланетного магнитного поля в конкретном событии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Белов

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

Email: nshlyk@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Е. А. Белова

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

Email: nshlyk@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Н. С. Шлык

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

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

М. А. Абунина

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

Email: nshlyk@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

А. А. Абунин

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

Email: nshlyk@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

С. М. Белов

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

Email: nshlyk@izmiran.ru
Россия, Москва, Троицк

Список литературы

  1. Абунин А.А., Абунина М.А., Белов А.В., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Форбуш-эффекты с внезапным и постепенным началом // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 3. С. 313–320. 2012.
  2. Белов А.В., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Струминский А.Б., Янке В.Г. Чем обусловлены и с чем связаны Форбуш-эффекты? // Изв. РАН. Сер. физ. Т. 65. № 3. С. 373–376. 2001.
  3. Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке Г.В., Оленева В.А., Абунина М.А., Абунин А.А. Метод глобальной съемки для мировой сети нейтронных мониторов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. С. 374–389. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018030082
  4. Зверев А.С., Григорьев В.Г., Гололобов П.Ю., Стародубцев С.А. Мониторинг параметров анизотропии космических лучей в реальном времени и краткосрочный прогноз геомагнитных возмущений // Солнечно-земная физика. Т. 6. № 4. С. 42–45. 2020. https://doi.org/10.12737/szf-64202005
  5. Мелкумян А.А., Белов А.В., Шлык Н.С., Абунина М.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Форбуш-понижения и геомагнитные возмущения: 1. События, связанные с разными типами солнечных и межпланетных источников // Геомагнетизм и aэрономия. Т. 63. № 6. С. 699–714. 2023. https://doi.org/10.31857/S0016794023600503
  6. Мелкумян А.А., Белов А.В., Шлык Н.С., Абунина М.А., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Форбуш-понижения и геомагнитные возмущения: 2. Сравнение солнечных циклов 23–24 и событий с внезапным и постепенным началом // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 64. № 1. С. 39–54. 2024. https://doi.org/10.31857/S0016794024010057
  7. Akasofu S.-I. Energy coupling between the solar wind and the magnetosphere // Space Sci. Rev. V. 28. № 2. P. 121–190. 1981. https://doi.org/10.1007/BF00218810
  8. Alhassan J.A., Okike O., Chukwude A.E. Testing the effect of solar wind parameters and geomagnetic storm indices on Galactic cosmic ray flux variation with automatically-selected Forbush decreases // Res. Astron. Astrophys. V. 21. № 9. ID 234. 2021. https://doi.org/10.1088/1674-4527/21/9/234
  9. Aslam O.P.M., Badruddin Study of the geoeffectiveness and galactic cosmic-ray response of VarSITI-ISEST campaign events in solar cycle 24 // Solar Phys. V. 292. № 9. ID 135. 2017. https://doi.org/10.1007/s11207-017-1160-x
  10. Baisultanova L.M., Belov A.V., Yanke V.G. Magnetospheric effect of cosmic rays within the different phases of magnetic storms / Proc. ICRC 24th, August 28 – September 8, 1995, Rome, Italy. V. 4. P. 1090–1093. 1995.
  11. Belov A.V., Eroshenko E.A., Oleneva V.A., Struminsky A.B., Yanke V.G. What determines the magnitude of Forbush decreases? // Adv. Space Res. V. 27. № 3. P. 625–630. 2001. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00095-3
  12. Belov A., Baisultanova L., Eroshenko E., Mavromichalaki H., Yanke V., Pchelkin V., Plainaki C., Mariatos G. Magnetospheric effects in cosmic rays during the unique magnetic storm on November 2003 // J. Geophys. Res. – Space. V. 110. № 9. ID A09S20. 2005. https://doi.org/10.1029/2005JA011067
  13. Belov A.V. Forbush effects and their connection with solar, interplanetary and geomagnetic phenomena / Proc. IAU Symposium. V. 257. P. 439–450. 2009. https://doi.org/10.1017/S1743921309029676
  14. Cane H.V., Richardson I.G., von Rosenvinge T.T. Cosmic ray decreases: 1964–1994 // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № 10. P. 21561–21572. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA01964
  15. Debrunner H., Flueckiger E., von Mandach H., Arens M. Determination of the ring current radii from cosmic ray neutron monitor data for the 17 December 1971 magnetic storm // Planet. Space Sci. V. 27. № 5. P. 577–581. 1979. https://doi.org/10.1016/0032-0633(79)90155-7
  16. Dorman L.I. Progress in Elementary Particle and Cosmic Ray Physics. Eds. J.G. Wilson and S.A. Wouthuysen. New York: Elsevier. 1963.
  17. Dorman L.I. Space weather and dangerous phenomena on the Earth: principles of great geomagnetic storms forеcasting by online cosmic ray data // Ann. Geophys. V. 23. № 9. P. 2997–3002. 2005. https://doi.org/10.5194/angeo-23-2997-2005
  18. Dvornikov V., Sdobnov V. Variation in the rigidity spectrum and anisotropy of cosmic rays at the period of Forbush effect on 12–15 July 1982 // Int. J. Geomag. Aeron. V. 3. № 3. P. 217–228. 2002.
  19. Dungey J.W. Interplanetary magnetic field and the auroral zones // Phys. Rev. Lett. V. 6. № 2. P. 47–48. 1961. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.6.47
  20. Forbush S.E. On world-wide changes in cosmic-ray intensity // Phys. Rev. V. 54. № 12. P. 975–988. 1937. https://doi.org/10.1103/PhysRev.54.975
  21. Forbush S.E. On cosmic-ray effects associated with magnetic storms // Terr. Mag. V. 43. № 3. P. 203–218. 1938. https://doi.org/10.1029/TE043i003p00203
  22. Forbush S.E. World-wide cosmic-ray variations, 1937–1952 // J. Geophys. Res. V. 59. № 4. P. 525–542. 1954. https://doi.org/10.1029/JZ059i004p00525
  23. Kane R. Severe geomagnetic storms and Forbush decreases: interplanetary relationships reexamined // Ann. Geophys. V. 28. № 2. P. 479–489. 2010. https://doi.org/10.5194/angeo-28-479-2010
  24. Kay C., Gopalswamy N. The effects of uncertainty in initial CME input parameters on deflection, rotation, Bz, and arrival time predictions // J. Geophys. Res. − Space. V. 123. № 9. P. 7220–7240. 2018. https://doi.org/10.1029/2018JA025780
  25. Kharayat H., Prasad L., Mathpal R., Garia S., Bhatt B. Study of cosmic ray intensity in relation to the interplanetary magnetic field and geomagnetic storms for Solar Cycle 23 // Solar Phys. V. 291. № 2. P. 603–611. 2016. https://doi.org/10.1007/s11207-016-0852-y
  26. Kubicka M., Möstl C., Amerstorfer T., Boakes P.D., Feng L., Eastwood J.P., Törmänen O. Prediction of geomagnetic storm strength from inner heliospheric in situ observations // Astrophys. J. V. 833. № 2. ID 255. 2016. https://doi.org/10.3847/1538-4357/833/2/255
  27. Kudela K., Storini M., Hofer M.Y., Belov A. Cosmic rays in relation to space weather // Space Sci. Rev. V. 93. № 1–2. P. 153–174. 2000. https://doi.org/10.1023/A:1026540327564
  28. Kudela K., Storini M. Cosmic ray variability and geomagnetic activity: A statistical study // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 67. № 10. P. 907–912. 2005. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2005.02.018
  29. Lingri D., Mavromichalaki H., Belov A., Eroshenko E., Yanke V., Abunin A., Abunina M. Solar activity parameters and associated Forbush Decreases during the minimum between Cycles 23 and 24 and the ascending phase of Cycle 24 // Solar Phys. V. 291. № 3. P. 1025–1041. 2016. https://doi.org/10.1007/s11207-016-0863-8
  30. Lockwood J.A. List of Forbush decreases 1954–1990 // Solar Geophys. Data. V. 549. P. 154–163. 1990.
  31. Mishra R.K., Silwal A., Baral R., Adhikari B., Braga C.R., Gautam S.P., Das P.K., Migoya-Orue Y. Wavelet analysis of Forbush Decreases at high-latitude stations during geomagnetic disturbances // Solar Phys. V. 297. № 2. ID 26. 2022. https://doi.org/10.1007/s11207-022-01948-z
  32. Munakata K., Bieber J.W., Yasue S., Kato C., Koyama M., Akahane S., Fujimoto K., Fujii Z., Humble J.E., Duldig M.L. Precursors of geomagnetic storms observed by the muon detector network // J. Geophys. Res. – Space. V. 105. № 12. P. 27457–27468. 2000. https://doi.org/10.1029/2000JA000064
  33. Papailiou M., Abunina M., Mavromichalaki H., Belov A., Abunin A., Eroshenko E., Yanke V. Precursory signs of large Forbush Decreases // Solar Phys. V. 296. № 6. ID 100. 2021. https://doi.org/10.1007/s11207-021-01844-y
  34. Parnahaj I., Kudela K., Kancirova M., Pastircak B. On cosmic ray decreases, geomagnetic storms and CMEs / Proc. 33rd ICRC, Rio de Janeiro, Brazil, 2–9 July 2013. P. 3583–3586. 2013.
  35. Parnahaj I., Kudela K. Forbush decreases at a middle latitude neutron monitor: relations to geomagnetic activity and to interplanetary plasma structures // Astrophys. Space Sci. V. 359. № 1. ID 35. 2015. https://doi.org/10.1007/s10509-015-2484-3
  36. Rostoker G., Fälthammar C.-G. Relationship between changes in the interplanetary magnetic field and variations in the magnetic field at the Earth’s surface // J. Geophys. Res. V. 72. № 23. P. 5853–5863. 1967. https://doi.org/10.1029/JZ072i023p05853
  37. Vennerstrom S., Lefevre L., Dumbović M., Crosby N., Malandraki O., Patsou I., Clette F., Veronig A., Vršnak B., Leer K., Moretto T. Extreme Geomagnetic Storms – 1868–2010 // Solar Phys. V. 291. № 5. P. 1447–1481. 2016. https://doi.org/10.1007/s11207-016-0897-y
  38. Ye Z.-H., Lu X.-T., Zong Q.-G. The variation of galactic cosmic ray intensity and the Kp category of magnetic disturbance / Proc. 20th ICRC. V. 4. P. 59–62. 1987.
  39. Ye Q., Wang C., He F., Xue B., Zhang X. The frequency-domain characterization of Cosmic Ray Intensity variations before Forbush decreases associated with geomagnetic storms // Space Weather. V. 20. № 3. ID e2021SW002863. 2022. https://doi.org/10.1029/2021SW002863
  40. Yoshida S., Akasofu S.-I. The development of the Forbush decrease and the geomagnetic storm fields // Planet. Space Sci. V. 14. № 10. P. 979–986. 1966. https://doi.org/10.1016/0032-0633(66)90134-6

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Взаимосвязь средних значений параметров КЛ (AF, Ахуmax и Dmin) с Кр-индексом ГА.

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Процентное распределение различных значений Кр-индекса за 1957–2022 гг.

Скачать (189KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Событие 26−28 июля 2004 г., в котором зарегистрирована очень сильная ГМБ (Крmax = 9–) и большой ФЭ (14.4%).

Скачать (129KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Событие 18–22 марта 2006 г., в котором зарегистрирована умеренная ГМБ и ФЭ малой амплитуды (0.7 %).

Скачать (127KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Событие 13–16 апреля 2013 г., в котором не зарегистрирована ГМБ, но наблюдался большой ФЭ (4.4%).

Скачать (127KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Взаимосвязь рекордных ГМБ и ФЭ.

Скачать (99KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Связь минимальных величин Dst-индекса ГА (Dstmin) и амплитуды ФЭ (AF) с параметром VmBm.

Скачать (234KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Связь среднесуточных значений Dst-индекса ГА и плотности потока КЛ (А0) с Bz-составляющей ММП (ромбами показаны величины, усредненные по равным интервалам изменения значений Bz).

Скачать (369KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Взаимосвязь амплитуды ФЭ (AF) с индексами ГА (Apmax, Dstmin) для выделенных групп.

Скачать (428KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Взаимосвязь величины максимального часового понижения плотности КЛ (Dmin) с индексами ГА (Apmax, Dstmin) для выделенных групп.

Скачать (434KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Взаимосвязь величины экваториальной составляющей векторной анизотропии КЛ (Axymax) с индексами ГА (Apmax, Dstmin) для выделенных групп.

Скачать (437KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Взаимосвязь величины северо-южной составляющей векторной анизотропии КЛ (Azrange) с индексами ГА (Apmax, Dstmin) для выделенных групп.

Скачать (476KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024