ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2020, том 21, № 4, с. 51-69. https://doi.org/10.21455/gr2020.4-4
УДК 550.385, 550.386.6
Аннотация Литература Полный текст
ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ МЕРЫ АНОМАЛЬНОСТИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГЕОМАГНИТНОЙ АКТИВНОСТИ
© 2020 г. А.А. Ощенко(1), Р.В. Сидоров(1), А.А. Соловьев(1,2), Е.Н. Соловьева(1,2)
(1) Геофизический центр РАН, г. Москва, Россия
(2) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва, Россия
Исследованы возможности применения меры аномальности (МА) в задачах определения периодов повышенной и пониженной геомагнитной активности, а также зависимости средних значений МА от геомагнитной широты во время разных фаз магнитных бурь. Анализ проводился по пяти бурям, относящимся к завершающему этапу 24-го солнечного цикла и зарегистрированным в период 2015–2018 гг. Использовались данные восьми магнитных обсерваторий, расположенных между 40 и 60° с.ш. и 29 и 158° в.д. В целом, средние значения МА не зависят от широты для каждой бури, поскольку алгоритм учитывает региональный режим магнитных вариаций и дает нормализованную оценку. На начальной фазе бури наблюдается незначительное уменьшение средних значений МА с увеличением геомагнитной широты, что обусловлено ослаблением влияния экваториального кольцевого тока. На фазе восстановления средние значения МА, наоборот, слегка возрастают с широтой из-за бóльшего вклада электроджетов полярной ионосферы, возникающих на заключительной стадии бури при приближении к авроральной зоне. Мера аномальности позволяет также распознавать сигнал внезапного начала бури. Показаны преимущества МА по сравнению с традиционной техникой на основе планетарного Kp-индекса при выборе магнитно-спокойных временных интервалов, что делает возможным применение MA для изучения токовой системы Sq низкоширотной ионосферы и для отбора исходных данных для построения моделей главного магнитного поля.
Ключевые слова: земной магнетизм, магнитная активность, индексы магнитной активности.
Литература
Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р. Определение аномалий на временных рядах методами нечеткого распознавания // Докл. Академии наук. 2008. Т. 421, № 1. С.101–105.
Гвишиани А.Д., Агаян С.М., Богоутдинов Ш.Р., Злотники Ж., Боннин Ж. Математические методы геоинформатики. III. Нечеткие сравнения и распознавание аномалий на временных рядах // Кибернетика и системный анализ. 2008. Т. 44, № 3. С.3–18.
Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Исследование геомагнитного поля и проблемы точности бурения наклонно-направленных скважин в Арктическом регионе // Горный журнал. 2015. № 10. С.94–99. doi: dx.doi.org/10.17580/gzh.2015.10.17
Гвишиани А.Д., Лукьянова Р.Ю. Оценка влияния геомагнитных возмущений на траекторию наклонно-направленного бурения глубоких скважин в Арктическом регионе // Физика Земли. 2018. № 4. С.19–30. DOI: 10.1134/S0002333718040051
Гвишиани А.Д., Соловьёв А.А., Сидоров Р.В., Краснопёров Р.И., Груднев А.А., Кудин Д.В., Карапетян Д.К., Симонян А.О. Успехи организации геомагнитного мониторинга в России и ближнем зарубежье // Вестник ОНЗ РАН. 2018. № 10. NZ4001. doi: 10.2205/2018NZ000357
Петров В.Г. Индексы геомагнитной активности и их роль и исследовании солнечно-земных связей // Астрономия-2018. 2018. С.186–189. doi: 10.31361/eaas.2018-2.047
Соловьев А.А., Смирнов А.Г. Оценка точности современных моделей главного магнитного поля Земли с использованием ДМА-методов распознавания пониженной геомагнитной активности по данным геомагнитных обсерваторий // Физика Земли. 2018. № 6. С.72–86. doi: 10.1134/S0002333718060108
Agayan S., Bogoutdinov S., Soloviev A., Sidorov R. The study of time series using the DMA methods and geophysical applications // Data Science Journal. 2016. V. 15. P.1–21. doi: dx.doi.org/10.5334/dsj-2016-016
Anad F., Amory-Mazaudier C., Hamoudi M., Bourouis S., Abtout A., Yizengaw E. Sq solar variation at Medea Observatory (Algeria), from 2008 to 2011 // Adv. Space Res. 2016. V. 58, N 9. P.1682–1695. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.06.029
Bartels J., Heck N.H., Johnson H.F. The three-hour-range index measuring geomagnetic activity // Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. 1939. V. 44, N. 4. P.411–454.
Bello O.R., Rabiu A.B., Yumoto K., Yizengaw E. Mean solar quiet daily variations in the earth’s magnetic field along East African longitudes // Adv. Space Res. 2014. V. 54, N 3. P.283–289. https://doi.org/10.1016/j.asr.2013.11.058, ISSN 0273-1177.
Chambodut A., Marchaudon A., Lathuillère C., Menvielle M., Foucault E. New hemispheric geomagnetic indices with 15 min time resolution // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120, N 11. P.9943–9958. doi: 10.1002/2015JA021479.
Della-Rose D.J., Sojka J.J., Zhu L. Resolving geomagnetic disturbances using “K-like” geomagnetic indices with variable time intervals // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1999. V. 61, N 15. P.1179–1194.
Elemo E., Rabiu A. Magnetospheric and ionospheric sources of geomagnetic field variations // Open Access Library Journal. 2014. V. 1, N 9. P.1–8. https://doi.org/10.4236/oalib.1101035
Geomagnetic data recorded at Geomagnetic Observatory Klimovskaya (IAGA code: KLI). ESDB repository // Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2015. doi: 10.2205/kli2011
Geomagnetic data recorded at Geomagnetic Observatory Saint Petersburg (IAGA code: SPG). ESDB repository // Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2016. doi: 10.2205/SPG2012
Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., Kroehl H.W., Rostoker G., Tsurutani B.T., Vasyliunas V. M. What is a Geomagnetic Storm? // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 1994. V. 99, N A4. P.5771–5792.
Gvishiani A.D., Lukianova R., Soloviev A., Khokhlov A. Survey of Geomagnetic Observations Made in the Northern Sector of Russia and New Methods for Analysing Them // Surveys in Geophysics. 2014. V. 35, N 5. P.1123–1154. doi: 10.1007/s10712-014-9297-8
Gvishiani A., Soloviev A., Krasnoperov R., Lukianova R. Automated hardware and software system for monitoring the Earth’s magnetic environment // Data Sci. J. 2016a. V. 15. 18 р. https://
doi.org/10.5334/dsj
Gvishiani A., Sidorov R., Lukianova R., Soloviev A. Geomagnetic activity during St. Patrick’s Day storm inferred from global and local indicators // Russ. J. Earth Sci. 2016b. V. 16, N 6. 8 р. ES6007. https://doi.org/10.2205/2016ES000593
Iyemori T., Araki T., Kamei T., Takeda M. Mid-latitude geomagnetic indices “ASY” and “SYM” for 1999 (provisional) // WDC for Geomagnetism, Kyoto, Japan. 2000. 10 р.
Lincoln J.V. Geomagnetic indices // Physics of Geomagnetic Phenomena. 1967. V. 1. P.67–100.
Loewe C.A., Prölss G.W. Classification and mean behavior of magnetic storms // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 1997. V. 102, N A7. P.14209–14213. doi: 10.1029/96JA04020
Love J.J., Chulliat A. An international network of magnetic observatories // Eos. Transactions AGU. 2013. V. 94, N 42. P.373–384. doi: 10.1002/2013EO420001
Mandrikova O.V., Solovyev I.S., Geppener V.V., Klionskiy D.M., Al-Kasasbeh R.T. Analysis of the Earth’s magnetic field variations on the basis of a wavelet-based approach // Digital Signal Processing. 2013. V. 23, N 1. P.329–339. doi: 10.1016/j.dsp.2012.08.007
Mandrikova O.V., Solovev I.S., Zalyaev T.L. Methods of analysis of geomagnetic field variations and cosmic ray data // Earth, Planets and Space. 2014. V. 66, N 1. 148 р. doi: 10.1186/s40623-014-0148-0
Mayaud P.N. Derivation, meaning and use of geomagnetic indices // Geophysical Monograph Series. 1980. V. 22. 154 р.
Menvielle M. About the derivation of geomagnetic indices from digital data // fmi. 1990. Р.117–126.
Menvielle M., Berthelier A. The K-derived planetary indices: description and availability // Reviews of Geophysics. 1991. V. 29, N 3. P.415–432.
Owolabi T.P., Rabiu A.B., Olayanju G.M., Bolaji O.S. Seasonal variation of worldwide solar quiet of the horizontal magnetic field intensity // Applied Physics Research. 2014. V. 6, N 2. Р.82–94. https://doi.org/10.5539/apr.v6n2p82
Rangarajan G.K. Indices of geomagnetic activity // Geomagnetism. 1989. V. 3. P.323–384.
Shepherd S.G. Altitude-adjusted corrected geomagnetic coordinates: Definition and functional approximations // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2014. V. 119, N 9. P.7501–7521. doi: 10.1002/2014JA020264
Siebert M., Meyer J. Geomagnetic Activity Indices // The Upper Atmosphere. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1996. P.887–911.
Soloviev A., Agayan S., Bogoutdinov Sh. Estimation of geomagnetic activity using measure of anomalousness // Annals of Geophysics. 2016. V. 59, N 6. G0653. doi: 10.4401/ag-7116
Soloviev A., Bogoutdinov S., Gvishiani A., Kulchinskiy R., Zlotnicki J. Mathematical Tools for Geomagnetic Data Monitoring and the INTERMAGNET Russian Segment // Data Science Journal. 2013. V. 12. P.WDS114–WDS119. doi: 10.2481/dsj.WDS-019
Soloviev A., Dobrovolsky M., Kudin D., Sidorov R. Minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth's magnetic field from Geomagnetic Observatory Klimovskaya (IAGA code: KLI) // ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2015. doi: 10.2205/kli2011min
Soloviev A., Dobrovolsky M., Kudin D., Sidorov R. Minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth's magnetic field from Geomagnetic Observatory Saint Petersburg (IAGA code: SPG) // ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2016а. doi: 10.2205/SPG2012min
Soloviev A., Kopytenko Yu., Kotikov A., Kudin D., Sidorov R. 2015 definitive data from geomagnetic observatory Saint Petersburg (IAGA code: SPG): minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth's magnetic field // ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2016b. doi.org/10.2205/SPG2015min-def
Soloviev A., Kopytenko Yu., Kotikov A., Kudin D., Sidorov R. 2016 definitive data from geomagnetic observatory Saint Petersburg (IAGA code: SPG): minute values of X, Y, Z components and total intensity F of the Earth's magnetic field // ESDB repository. Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences. 2017. https://doi.org/10.2205/SPG2016min-def
Soloviev A., Smirnov A., Gvishiani A., Karapetyan J., Simonyan A. Quantification of Sq parameters in 2008 based on geomagnetic observatory data // Advances in Space Research. 2019. V. 64, Is. 11. P.2305–2320. https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.08.038
Stankov S., Stegen K., Warnant R. K-type geomagnetic index nowcast with data quality control // Annals of Geophysics. 2011. V. 54, N 3. P.285–295. DOI: 10.4401/ag-4655
Takeda M. Contribution of wind, conductivity, and geomagnetic main field to the variation in the geomagnetic Sq field // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2013. V. 118, N 7. P.4516–4522. https://doi.org/10.1002/jgra.50386
Vichare G., Bhaskar A., Ramesh D.S. Are the equatorial electrojet and the Sq coupled systems? Transfer entropy approach // Advances in Space Research. 2016. V. 57, N 9. P.1859–1870. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.01.020