Source: http://www.libed.ru/konferencii-astronomy/212901-7-issn-0552-5829-rossiyskaya-akademiya-nauk-glavnaya-pulkovskaya-astronomicheskaya-observatoriya-ran-minpromnauki-ro.php
Timestamp: 2019-04-24 05:59:52+00:00

Document:
The solar cycle in the solar and heliospheric characteristics In Fig. 1 the time history of the relative Zurich sunspot number (RZ, panel a) is compared for 1950 - 2003.5 with those of some heliospheric parameters.
The strength of the interplanetary magnetic field BIMF near the Earth is depicted in panel b. Panel c shows the GCR intensity (the monthly count rate N Mu of the omnidirectional Geiger counter in the maximum of the transition curve in the stratosphere at Murmansk – the dotted line, right y-axis) and its modulation with respect to 1965 solar minimum, Mu= (N Mu N Mu )/ N Mu 100,%, where N Mu is 1965 1965 the count rate for 5.1965 (solid lines, left y-axis). The magnetospheric Kp index is shown in panel d. The initial, 27-day or monthly average, data are taken from  and shown by the thin lines, while the thick lines are for the 7 point smoothed data. The thin vertical dotted lines show the maxima (labeled with M) and minima (m) in the 13-month smoothed sunspot number.
As one can see from Fig. 1 the solar cycle in the GCR intensity modulation is the most pronounced and smooth when compared with other heliospheric indices shown. Besides the solar cycle in the GCR intensity modulation reminds that in the sunspot number in the most degree. The probable cause of these facts is that the GCR intensity, even measured at one point in the heliosphere, is in fact the global heliospheric index, as the GCRs effectively “average” relevant heliospheric characteristics along their way to the point of measurement.
We also use Fig. 1, c, to illustrate what GCR effects we keep in mind when we are seeking to isolate the SC extreme phases in the GCR intensity modulation. One can see that at some time (t= t m ) about a few months after the GCR SC minimum the GCR intensity peaks at its local maximum, while at some time (t= t M ) after the maximum in RZ the GCR intensity reaches its local minimum.
GCR If one knows the GCR intensity Jm, corresponding to the minimum of solar activity (and better still, its dependence on the particle energy, position in the heliosphere etc.), it is possible to study the so-called residual GCR intensity modulation, JIS Jm, of the interstellar intensity JIS to that corresponding to the most quiet Sun, Jm. As the Jm changes when one moves to the past solar cycles (it can be done with the GCR radioactive tracers, ), the long-term or secular variation of the heliospheric and solar activity can be studied.
Similarly, knowing also the GCR intensity JM, corresponding to the maximum of solar activity, the 11-year GCR intensity modulation can be studied, Jm JM. Besides one can see that both the value of Jm and the form of the intensity time profile around it are different for the successive solar cycles, which is due to opposite polarity distribution of the large-scale interplanetary magnetic field, which in turn is the manifestation of the 22-year, or magnetic, solar cycle. Around solar activity minima this polarity is usually described by the quantity A=+1 or A=-1, which sign coincides with that of the radial component of the high-latitude magnetic field in the northern photosphere. So the 22-year variation in the GCR intensity, Jm,+ Jm,-, can be studied (the second subscript stands for the sign of A).
However, it is clear that to determine in proper way the above extreme values - Jm,+, Jm,-, and JM - one should consider the GCR behavior in some time intervals t m t t m and t 1 t t M around t m and t M, respectively, when this 1 2 2 GCR GCR M behavior has some features common to the interval in question and distinguishing it from the preceding and following solar cycle phases. We call these intervals the minimum and maximum or extreme phases of the solar cycle.
As one can see from Fig. 1, c, beside being useful in defining the extreme GCR intensity values, the minimum SC phase is characterized by the processes forming the intensity time profiles different for the successive solar cycles while the maximum SC phase is characterized by the double-peak structure (or Gnevyshev Gap effect, see ) in the GCR intensity modulation.
The Vitinsky-Kuklin-Obridko solar cycle phases classification As we are interested in isolating the SC extreme phases in solar cycle in GCR intensity modulation and as this solar cycle is very similar to that in RZ, we looked at the known SC phases classifications for the photospheric (and nearby) activity and we found that of Vitinsky, Kuklin, and Obridko (VKO), [4-6], to be the best as an initial point.
First, let us describe some terms we widely use. The development of the solar cycle can be described as the interaction of the toroidal (T) and poloidal (P) subphotospheric magnetic fields and the alternating transition of the energy from T- to P-fields and back. Accordingly at the photosphere one can see the phenomena of the T-branch of solar activity (sunspots with the ordered toroidal magnetic fields and other objects (active regions) linked to them) and those of the P-branch (much weaker but large-scale poloidal magnetic fields at the polar latitudes and between the active regions, also polar faculae etc).
In Fig. 2 the Carrington rotation averaged sunspot area (, panel a) and latitude range occupied by the spots (b) are shown for each hemisphere for 1980-2000 together with the line-of -sight component of the polar photospheric magnetic field as seen from the Earth, , (panel c). Also shown by the shade are the periods isolated in  as the extreme phases. Note that the polarity of the sunspots (the sign of B) is also reflected in Fig.2, a, b.
the strength of the T-phenomena reaches its minimum, while that of the P-branch attains its maximum • Asc, t mA t t AM, - the Ascending phase, the period when both T- and P phenomena are pronounced, characterized by the spontaneity of the activity • Max, t AM t t MD, - the Maximum phase, the period when the strength of the P-phenomena reaches its minima and their dipole-like polarity changes sign, while the T-branch is at its maximum with the pronounced double peak-structure • Des, t MD t t Dm, - the Descending phase, when again both T- and P phenomena are pronounced, but characterized by the recurrence of the activity.
The boundaries of the main phases (tmA, tAM, tMD, tDm) are determined for the last solar cycles in [5,6] from the careful study of the sunspots, polar faculae, filaments etc. and widely using the data  on the large-scale magnetic fields both on the photosphere and at the base of the heliosphere. It is this particular interest in the very important for the heliosphere solar P-phenomena, that determines our choice of the above classification as the best initial point in our search for the SC phases in the GCR intensity modulation.
Discussion of the SC phases for the GCR intensity modulation In the heliosphere there are also phenomena which are traditionally closely related to T-branch of solar activity as characterized by their strength (not polarity) and not dependent on the phase of the magnetic cycle: the change of the strength of the regular and fluctuating components of the interplanetary magnetic field, the change of the distribution of the solar wind parameters etc.
Similarly, there is a heliospheric phenomenon, which is traditionally related to the development of the P-activity on the Sun: the formation and change of the dipole-like polarity distribution of the interplanetary magnetic field with the global current sheet dividing two magnetic hemispheres. The GCR intensity is governed by the heliospheric factors of both T- and P-branches.
Some notions about the sought-for SC main phase classification for the GCR modulation are quite obvious. For example, the time boundaries of the phases should shift forward as one moves from the Sun to the solar wind termination shock and then gradually wash away by the periphery of the heliosphere due to the superposition of many previous cycles there.
However, first we should decide what physical meaning we ascribe, e.g., to the extreme SC phases for the GCR intensity modulation. There is an important difference between the VKO classification for the solar activity itself and the sought-for SC phase classification for such test particles as the GCRs.
On the Sun even in the extreme phases both T- and P-branches are important.
Contrary, for the GCR modulation the extreme phases in principle could be characterized by the small influence on the GCR intensity of one of the modulating factors. So our initial assumption is that during the SC minimum phase the GCR behavior is mainly determined by the P-branch of the heliospheric activity (the drifts in the dipole-like magnetic field), while in the SC maximum phase the heliospheric T-phenomena (the diffusion in the fluctuating magnetic field) play the decisive role.
the formation of the regular and fluctuating heliospheric magnetic field by the sunspot-like activity on the Sun and not by the large-scale solar magnetic fields etc.
On the role of the very local interstellar medium in the Earth environment The general characteristics of the heliosphere – its dimensions, the form of the main surfaces etc – depend heavily on the properties of the very local interstellar medium, surrounding the heliosphere in the Galaxy. Consequently many properties of the near-the-Earth space would be quite different from the present ones if the Sun were a trifle off its present position – the fact often forgotten in formulating the list of the cosmic factors important for the Earth.
Fig. 3 (Fig. 1 from ) illustrates the position of the Sun with respect to the Scorpion-Centaurs (SCO-CEN) stellar association which center is about 170 Pc from the Sun, while Fig. 4 (Fig. 7 from ) shows much nearer solar surrounding – the Sun’s position with respect to the local HI cloud (about 10 Pc from the Sun) and the dense Sancini-van Woerden filament inside it.
We shall not go into details (see  for them), just mention that now the Sun is in the worm (temperature T104 K) and rather rare (density n 10-1 cm-1) weakly ionized hydrogen, the heliospheric dimensions being about 200 AU. If the Sun shifted to the SCO-CEN association by about 10-20 Pc (compare with the 10 kPc distance from the center of the Galaxy!) it would be surrounded by order of magnitude denser and colder hydrogen and there is even a possibility that the whole heliosphere could be inside the Earth’s orbit – and the Earth would be without any solar wind, the GCR variations etc.! If somebody shifted the Sun 10-20 Pc more it would be in the SCO-CEN cavity with highly rarefied (n 10-3 cm-1) and hot (T106 K) gas and the dimensions of the heliosphere could be even greater than now. However if one is interested in rather quick atmospheric changes, even climatic ones, the Sun could be considered as the only active agent in the heliosphere.
Acknowledgements. The work is done with the partial support from the RFFI (grants № 02–02–16262, 02–02–31013, 01–02–16131) and INTAS (grant № 2000 752).
References 1. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/omniweb/ow.html 2. McCracken K. G., and McDonald F. B. // In: Proc. 27th ICRC, Hamburg, 2001, p.
3. Krainev M. B., Storini M., Bazilevskaya G.A.,et al..// In: Proc. 26th ICRC, Salt Lake City, Utah, USA, 1999, v. 7, p. 155- 4. Vitinsky Ju. I., Kuklin V. G., Obridko V. N. //Solnechnye Dannye (The Solar Data), n10, 1986 (in Russian) 5. Obridko V. N., Shelting B. D.// Solar Physics, v. 137, p. 167-177, 6. Obridko, V.N., and Shelting B.D.// Proceedings of RAS, 2003, in press (in Russian) 7. http://science.nasa.gov/ssl/PAD/SOLAR/greenwch.htm 8. http://quake.stanford.edu/~WSO/ 9. Bochkarev N. G.// The local interstellar medium, Moscow, 1990 (in Russian).
Труды международной конференции, ГАО РАН, Пулково, 7-11 июля ON THE GALACTIC COSMIC RAY BEHAVIOR DURING THE MAXIMUM PHASE OF THE CURRENT (23-RD) SOLAR CYCLE Krainev M.B.1, Webber W.R. Lebedev Physical Institute, RAS, Leninsky Prospect, 53, Moscow, Russia, krainev@fian.
fiandns.mipt.ru New-Mexico State University, Las-Cruces, NM, USA, bwebber@nmsu.edu Abstract The development of the current 23rd solar cycle on the Sun and in the galactic cosmic ray modulation near the Earth is considered. This development is compared with that during the previous four solar cycles. Then we try to estimate what the cosmic ray detectors aboard IMP-8 would measure after its failure in 09.2001 in order to compare the GCR behavior near the Earth with that in the outer heliosphere (r=60-90 AU) according to Voyager-1 and Voyager-2 spacecraft. We discuss some features in the difference between the time profiles of the GCR and low energy cosmic ray intensity at IMP-8 and Voyager-1, 2, which can probably be considered as the manifestation of some change of the local heliospheric properties at r=85-90 AU.
Introduction There are some indications that the current (23-rd) solar cycle (SC) could be unusual when compared with the previous four cycles in the second half of the 20-th century when the galactic cosmic ray (GCR) intensity has been monitored near the Earth surface. Besides, during the last five solar cycles the spacecraft were exploring the heliosphere - the plasma, electromagnetic field and energetic particles there - at progressively greater heliocentric distances. In this paper we study the development of the current SC in the GCR intensity modulation, especially its maximum phase, both near the Earth, where it can be compared to the previous cycles and in the outer heliosphere, where the influence of the nearby termination shock can be searched for.
The Development of the Solar Cycle Fig. 1 shows the time history for1995-2003 of the Carrington rotation averaged sunspot area A (, panel a), the line-of-sight component of the polar photospheric magnetic field as seen from the Earth Bpol (, b) for both solar hemispheres and the pseudo-tilt of the heliospheric current sheet tilt (also , b). The strength of the interplanetary magnetic field near the Earth BIMF, , is depicted in panel c, while panel d shows the monthly averaged GCR intensity (the Climax neutron monitor, ) modulation, MCL, with respect to the average level in minima of solar cycle. The main SC phases according to  are shown by the shaded bands.
One can easily see that the sunspot area in the north solar hemispheres decreases since the beginning and in the south since the second half of 2002. So the maximum phase in SC 23 ended in 2002. The polar magnetic fields in both hemispheres changed sign approximately simultaneously in the end of 1999 beginning of 2000, but soon stopped increasing in strength and were rather small ( 0.5 of their maximum values) during next 3 years. This weak reversal of the polar magnetic fields is reflected in rather large tilt of the heliospheric current sheet. The strength of the heliospheric field near the Earth does not show any systematic decrease up to the end of 2002. The long and rather flat maximum in the GCR intensity modulation in 2000-2003.5 corresponds in general (but not in details) to the behavior of the sunspot area and the IMF strength, though the weak reversal of the high-latitude solar magnetic field also can be important.
Note that up to now (09.2003) the GCR intensity near the Earth does not show any pronounced sign of its increase (see ), that is, even now we are still in the SC maximum phase of the GCR intensity modulation.
In Fig. 2 the Carrington rotation averaged total area of the sunspots (panel a) and the modulation of the GCR intensity (Climax neutron monitor data, b) are shown as functions of the time elapsed since the solar cycle minima for the SC 19-23. Here we attract attention only to two features: (1) the levels of both the sunspot area and the GCR modulation in the current 23rd solar cycle are similar to those of the SC 20 and (2) the maximum phase (defined here as the time interval between two main peaks) of the current SC in the GCR modulation is the longest among the last five cycles.
The GCR Modulation near the Earth and in the Outer Heliosphere In general, in the part of the heliosphere where the solar wind structure does not change with distance, the GCR intensity variations at different heliocentric distances also should be similar. In this connection it is interesting to compare the development of the SC variation in the GCR intensity of the same species and energy near the Earth and in the distant heliosphere. It would be possible for the present solar cycle using the IMP-8, Voyager-1 and Voyager 2 data for 1996-2003 but, unfortunately, the near-the-Earth IMP-8 stopped working in September 2001.
However, we try to estimate what the detectors aboard IMP-8 would measure after 09.2001. Of course it would be better if it could be inferred from the GCR data measured aboard some spacecraft still in operation. For the time being as an alternative we try to use the stratospheric GCR data for this purpose.
In the left three panels of Fig. 3 the pairs of the normalized to monthly or 26d GCR intensity near the Earth are shown for 1968-2003.5, while three right panels show the regression curves between the corresponding pairs.
In the upper left panel the count rate NMu of the omnidirectional Geiger counter in the maximum of the Pfoetzer curve in the Earth stratosphere at Murmansk (the cutoff rigidity Rc=0.6 GV) is shown by the thick line and the measured aboard IMP-8 integral count rate NI8(70) of the nuclei with the kinetic energy T70 MeV is represented by the thin line. One can see that the 11-year variation in NI8(70) is only twice as great as that in NMu and probably the stratospheric data are not so bad for our purpose. The regression between NI8(70) and NMu shown by the thin line in the upper right panel is rather complicated and its part corresponding to 06.2000-09.2001 lies somewhat apart from the general curve.
Now we can compare the behavior of the GCR intensity in the current solar cycle near the Earth and in the distant heliosphere.
In Fig. 4 the 26-day averaged and 6-point smoothed intensities aboard the IMP 8, Voyager-1 and Voyager-2, , are shown for 1995-2003 by the thick lines, while those estimated for IMP-8 are shown as thin lines. The data shown in the panels a, b and c are for the GCR nuclei in the energy ranges t1, t2 and T MeV, respectively. The 26-day average intensities and count rates for Voyager- and Voyager-2 are still not present in the database  for the last, 2003, year. To make some inference of how the GCR intensity changed this year in the outer heliosphere, we supplemented the 26-day integral count rate N(70) data in Fig.
seen as a wide band in panel c).
The main phases for the SC 23 are also shown by the shaded bands in Fig.
4 just to illustrate the noted in  shift of the maximum phase in the GCR modulation when one goes to the outer heliosphere. So the maximum phase on the Sun ended in 2002, for the GCR intensity near the Earth this phase shifted with respect to the Sun by about 1 year, while at r=65-85 AU only half of the maximum phase – the first of two peaks in modulation (or the first of two gaps in intensity) - has passed.
2) The SC maximum phase in the GCR intensity near the Earth is rather flat (that corresponds to very unpronounced Gnevyshev Gap in its modulation, see ), while at Voyager-2 (heliocentric distance r=65 AU) rather fast increase in the intensity started in 2001 and lasted till the end of 2002, and at Voyager-1 (r=80 AU) the intensity of the high-energy particle (t2 and T MeV) in the second half of 2002 even exceeded its maximum level in 1999.
In the first half of 2003 the intensity again started decreasing, that probably corresponds to the end of the Gnevyshev Gap in the GCR intensity modulation at Voyager-1 and formation of the second peak in the intensity modulation.
It is possible that these features are just the characteristics of the gradual change with the heliocentric distance of the double-peak-structure in the GCR intensity modulation. However, it is also possible that rather sharp growth of the high-energy GCR intensity at Voyager-1 in the second half of 2002 is closely related to the very high fluxes of the low-energy heliospheric particles observed at the same time at Voyager-1 and connected by some investigators [11-13] with the proposed crossing by Voyager-1 of the solar wind termination shock.
Acknowledgements The work is done with the partial support from the RFFI (grants № 02– 02–16262, 02–02–31013, 01–02–16131) and INTAS (grant № 2000-752).
References 1. http://science.nasa.gov/ssl/PAD/SOLAR/greenwch.htm 2. http://quake.stanford.edu/~WSO/ 3. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/omniweb/ow.html 4. ftp://ulysses.sr.unh.edu/NeutronMonitor/DailyAverages.1951-.txt 5. Obridko, V.N., and Shelting B.D.// Proceedings of RAS, 2003, in press (in Russian).
6. http://cr0.izmiran.rssi.ru/mosc/main.htm 7. http://voycrs.gsfc.nasa.gov/heliopause/heliopause.html 8. Krainev M. B. // These Proceedings.
9. Webber W. R., and Krainev M. B. // These Proceedings.
10. Krainev M. B., Storini M., Bazilevskaya G.A., Fluckiger E.O., Makhmutov V.S., Sladkova A.I., Starodubtsev S.A.// In: Proc. 26th ICRC, Salt Lake City, Utah, USA, 1999, v. 7, p. 155-158.
11. McDonald F. B., Cummings A. C., Stone E. C., Heikkila B., Lal N., and Webber W. R. //in Proceedings 28th ICRC, Tsukuba, Japan, 2003, p. 3765.
12. Krimigis S.M., Decker R. B., Roelof E. C., and Lario D. // in Proceedings 28th ICRC, Tsukuba, Japan, 2003, p. 3769.
13. Zeldovich M. A., Dmitriev A. V., Kescemety K., Logachev Ju. I., and Veselovsky I. S., in Proceedings 28th ICRC, Tsukuba, Japan, 2003, p. 3785.
Труды международной конференции, ГАО РАН, Пулково, 7-11 июля СВЯЗЬ ВАРИАЦИЙ ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ПРИМОРЬЕ С 11-ЛЕТНИМ ЦИКЛОМ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Крамынин А.П., Кузьменко И.В.
Уссурийская астрофизическая обсерватория, Уссурийск,Россия, kramynin@utl.ru THE RELATIONSHIP OF TEMPERATURE VARIATIONS OF LOWER TROPOSPHERE IN PRIMORSKY REGION WITH 11-YEARS CYCLE OF THE SOLAR ACTIVITY Kramynin A.P., Kuzmenko I.V.
Ussuriisk astrophysical observatory, Ussuriisk, Russia, kramynin@utl.ru Abstract The relationship of temperature variations of lower-troposphere in Primorskii region with 11-year cycle of solar activity was investigated. We used observations of two meteorological stations for the years 1881-2001 that cover few solar cycles. The most significant positive correlation were received for summer and autumn season of the year Проблеме гелиотропосферных связей посвящено огромное количество исследований, результаты которых позволяют сделать вывод о том, что если солнечно-тропосферные связи существуют, то они характеризуются региональностью и нестабильностью во времени [1-7]. Наибольшее количество исследований, выполненных по этой проблеме, связано с выявлением отклика в метеорологических индексах на 11-летний цикл солнечной активности и доказательством его достоверности. Сопоставления различных метеорологических явлений в годы высокой и низкой активности Солнца показали, что экстремумы хода метеорологических параметров часто не всегда совпадают с экстремумами числа пятен в 11-летнем цикле . В большинстве случаев обнаруживаются заметные смещения кривых относительно друг друга.
И эти смещения могут различаться не только у разных метеопараметров, но и у одного и того же параметра при переходе от цикла к циклу или от одного географического региона к другому.
Целью данной работы является выявление взаимосвязи (или ее отсутствия) вариаций приземных температур воздуха в Приморье с 11-летним циклом солнечной активности.
В качестве метеорологических параметров использовались среднегодовые и среднемесячные значения температуры воздуха на станциях Владивосток-порт (за 1881–2001 гг.) и Тимирязевский (за 1911–2001 гг.).
Данные были взяты из таблиц метеорологических ежемесячников, хранящихся в архиве Приморского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета.
Из исходных кривых вариаций среднегодовых и среднесезонных - T, град.
температур были удалены тренды, - связанные с потеплением климата - (рис.1). Долговременный тренд на - - рис.1 был аппроксимирован линейной функцией, где первый коэффициент A t, годы характеризует временной градиент температуры, а второй – значение Рис.1. Вариации среднеянварских температур для станции Владивосток- среднемесячной температуры в порт и их линейная аппроксимация начальный момент. Оказывается, что уравненем T=0,0293(t-1881)-14, значение коэффициента A зависит от значения среднемесячной 0, температуры B (рис.2). Т.е. чем ниже A = -0,0008B + 0, 0, среднемесячная температура, тем A, град/год 0, сильнее проявляется эффект 0, потепления. Это говорит о том, что зимой со временем становится теплее, тогда как летом среднемесячные -0, -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 температуры практически не изменяются.
Для уменьшения влияния Рис.2. Зависимость A=f(B), где A и коротковолновой части спектра на B - коэф ициенты регрессии из уравне ф форму отклика из исходных ний линейной аппроксимации измене температурных кривых были ний среднемесячных температур для станции Владивосток-порт исключены вариации с более короткими, чем солнечный цикл, периодами. Для этого кривые температурных отклонений сглаживались методом скользящего среднего (интервал осреднения 5 лет). Поскольку тропосфера в теплые и холодные месяцы может по-разному реагировать на вариации солнечной активности, были рассмотрены отдельно как среднегодовые температурные отклонения, так и среднесезонные.
В качестве индекса солнечной активности использовались среднегодовые и среднемесячные значения чисел Вольфа.
Временной ход температурных отклонений t для двух станций Владивосток-порт и Тимирязевский имеет сходный характер. Коэффициент корреляции между изменениями среднегодовых температур для этих станций равен 0,9 (значимость p = 99%), где P – достоверность коэффициента корреляции, определяемая по критерию Стьюдента. Поэтому температурные отклики на этих станциях на 11-летний цикл должны иметь сходный вид.
При непосредственном сопоставлении чисел Вольфа W и среднегодовых отклонений температур tгод действительно трудно обнаружить наличие связи между этими величинами (рис.3,а). Коэффициенты корреляции малы (rВл = 0,34, rТим = 0,31, p = 95%), т.е. связь между tгод и W практически отсутствует.
Согласно исследованиям группы Лабицке при разделении всех данных по фазам квазидвухлетних вариаций стратосферных ветров на экваторе должна получаться значимая корреляция для обоих массивов . Мы располагали данными о фазах КДВ только за 1952– гг., поэтому рассматривали именно этот период. Наши исследования показали, что для лет с западной фазой КДВ существует связь между tгод и W (рис.3,б), найденные коэффициенты корреляции составляют rВл = 0,5 и rТим = 0, (p=98%). Для лет с восточной фазой (рис.3,в) можно видеть, что кривые смещены относительно друг друга, т.е. максимумы кривых температурных отклонений приходятся на ветвь спада.
rосень = 0,52 для станции Тимирязевский) со значимостью 95%. В период восточной фазы КДВ корреляция практически отсутствует для любого сезона.
Для определения формы отклика в вариациях приземной температуры воздуха на 11-летний цикл солнечной активности применялся широко используемый в гелиофизике метод наложенных эпох.
Неодинаковая длительность циклов солнечной активности, а также различная длина восходящей и нисходящей ветвей, меняющаяся при переходе от цикла к циклу, осложняют операцию по подгонке лет одного цикла к другому, поэтому приходится производить искусственное приведение 11 летних циклов к единому стандарту, взяв за реперные точки годы минимумов и максимумов. При совмещении циклов мы совместили все минимумы и все максимумы, а растяжению или сжатию подвергались восходящие и нисходящие ветви циклов. Для стандартной длины восходящей ветви была принята длина в 4 фазовых интервала, для нисходящей – в 7. Все данные были нормированы таким образом, что в течение каждого 11-летнего солнечного цикла максимальное по модулю значение исследуемой величины было равно единице. Для станции Владивосток-порт осреднению подвергались данные за десять циклов (№ 13 – № 22), для станции Тимирязевский – за восемь циклов (№ 15 – № 22).
Результаты анализа приземных температур воздуха по сезонам года методом наложенных эпох графически представлены на рис.4. Можно видеть, что максимумы кривых среднегодовых температур для обеих станций смещены относительно максимума кривой чисел Вольфа на 2–3 года (рис.4,а,е). При сдвиге кривых относительно друг друга на величину 2–3 года можно получить значимые коэффициенты корреляции (см. таблицу).
Рис.4. Нормированные вариации годовых и сезонных температур T (сплошная линия) и чисел Вольфа W (пунктир): а–д – для станции Владивосток–порт, е–к – для станции Тимирязевский По форме отклика используемого индекса температур можно предположить, что наиболее высокие температуры летом и осенью на обеих станций наблюдаются в эпоху максимума солнечной активности (рис.4,г,д,и,к).
Действительно наиболее высокие и значимые коэффициенты корреляции получены именно для этих сезонов.
В весенний период на станции Владивосток-порт можно отметить понижение температуры на фазе роста активности Солнца и ее повышение на фазе спада (рис.4в), т.е. наблюдается значительный отрицательный коэффициент корреляции. А для станции Тимирязевский наибольшее положительное значение коэффициента корреляции (см. табл.) наблюдается при сдвиге кривой температурного отклика влево приблизительно на 3 года относительно кривой солнечной активности, а максимальное отрицательное – при сдвиге 1 год вправо.
Коэффициенты корреляции (R) между вариациями температуры и числами Вольфа и их достоверность (p) Владивосток-порт Тимирязевский Cезон R p R p Год 0,23 - 0,34 Сдвиг на 2 года - - 0,93 99% Сдвиг на 3 года 0,93 99% 0,82 99% Зима -0,71 98% 0,28 Сдвиг на 2 года - - 0,81 99% Весна -0,76 98% -0,29 Сдвиг на 3 года - - 0,92 99% Лето 0,89 99% 0,62 95% Осень 0,87 99% 0,93 99% Зимой же картина получается несколько противоречивой (рис.4,б,ж).
Если для станции Владивосток-порт можно предположить, что наиболее холодные зимы соответствовали эпохе максимума солнечной активности, т.е.
0,73 и 0, соответственно. А для зимы и весны они значительно меньше – 0,35 и 0,27, что, по-видимому, связано 5, с некоторым сдвигом 5, кривых отклика 5, Среднегодовая температура, T относительно друг друга.
5, 5, В вариациях 5, солнечной активности следующим по мощности R = 0, 4, после 11-летнего цикла 4, является вековой цикл, 40 50 60 70 который модулирует 11 Числа Вольфа, W летние циклы по Рис.5. Зависимость среднегодовой сглаженной температуры от векового цикла чисел Вольфа амплитуде. С помощью низкочастотной фильтра ции скользящей средней (61 член) из температурного ряда и ряда чисел Вольфа были удалены периодичности короче 60 лет. После этого была построена зависимость между сглаженными значениями среднегодовых температур и чисел Вольфа (рис.5). Достоверность аппроксимации R2=0,9714 получается при зависимости T(W)=0,0005W2 – 0,0431W + 5,8644, т.е. в зависимости присутствует квадратичный член, вклад которого возрастает с ростом W.
1. Показано, что существует положительная корреляция между отклонениями среднегодовых, летних и осенних температур и солнечной активностью при западной фазе КДВ. Для лет с восточной фазой корреляция практически отсутствует в любой сезон года.
2. Среднегодовые температуры в Приморье достигают своего максимума через 2–3 года после максимума солнечной активности.
3. Характер вариаций приземных температур воздуха изменяется в зависимости от сезонов года. Летом и осенью наблюдается положительная корреляция между вариациями температуры и изменениями чисел Вольфа, а зимой и весной – либо отрицательная корреляция между значениями температуры и числами Вольфа, либо максимумы температурных кривых несколько смещены на ветвь спада кривой солнечной активности.
Литература 1. Авдюшин С.И., Данилов А.Д. Солнце, погода и климат: сегодняшний взгляд на проблему. // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т.40, № 5. С.3-14.
3. Пудовкин М.И., Люблич А.А. Проявление циклов солнечной и магнитной активности в вариациях температуры воздуха в Ленинграде // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т.29, №.3. С.359-363.
4. Пудовкин М.И., Морозова А.Л. 11-летние вариации климата в Швейцарии с 1700 по 1989 г. и солнечная активность // Геомагнетизм и аэрономия. 2000.
Т.1, вып.1). 154 с 6. Югов В.А., Николашкин С.В., Игнатьев В.М. Связь температуры субавроральной нижней термосферы с солнечной активностью и фазами квазидвухлетних колебаний // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т.37, № 6.
7. Elling W., Schwentek H. No dependence of the temperature of the troposphere at Berlin on the solar activity cycle // Sol.Phys. 1992. V.137, N.2. P.401-402.
Труды международной конференции, ГАО РАН, Пулково, 7-11 июля МУЛЬТИФРАКТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РЕДУКЦИИ ШУМА В ПАЛЕОДАННЫХ Куандыков Е.Б., Каримова Л.М., Макаренко Н.Г Институт математики, Алматы, Казахстан, e-mail: makarenko@math.kz MULTIFRACTAL METHODS OF NOISE REDUCTION IN PALEODATA Kuandykov E.B., Karimova L.M., Makarenko N.G., Institute of Mathematics, Almaty, Kazakhstan, e-mail: chaos@math.kz Abstract A method of noise reduction based on improving of time series regularity is considered. We propose a simple interpretation of enhancement algorithm  and give some results for real paleodata obtained with the help of computer software FracLab.
В общем случае измеренный временной ряд Y = F ( X, ) является неизвестной функцией F полезного сигнала X и шумовой компоненты.
Практически все известные способы редукции шума [1-6] основаны на различных предположениях относительно F и. Так, если шум аддитивный и гауссовский, X - кусочно-гладкая функция1 с финитным спектром, то используются Фурье-фильтры. Если X продуцируется детерминированной хаотической системой, и топологическая реконструкция сигнала аппроксимируется многообразием низкой размерности, применяют либо локальные [1-5], либо топологические  методы редукции шума. Однако, все эти предположения неприменимы к временным рядам палеоданных, которые обычно представляют собой композицию из многих фрагментов, неоднородно окрашенных шумом различной природы. Для косвенных данных шумовая компонента сама может являться результатом интерференции различных динамических процессов, вклад которых не поддается учету. В этой ситуации полезно иметь метод редукции шума, максимально свободный относительно ограничений, накладываемых на F и, и минимально искажающий корреляционную структуру данных. Недавно был предложен такой метод , основанный на улучшении гладкости или регулярности сигнала. Он предполагает, что функция F произвольная, но непрерывная, а гладкость истинного сигнала X всегда выше гладкости измеренного Y. Очищенный ) от шума сигнал конструируется как новая функция X, которая локально C k, k 1, т.е. она непрерывна, вместе с производными порядка k Например класса близка2 к Y, но имеет предписанную и улучшенную гладкость.
Упомянутый подход основан на нетривиальном формализме, трудном для понимания экспериментаторами. В этой статье мы приводим свою, геометрическую интерпретацию упомянутой идеи и демонстрируем результаты улучшения регулярности временных рядов на реальных данных.
x x h( x ) h ( x0 ) W ( ) f ( s, x0 ) = s 1 C x x0 0 x ( x) dx h k dx = C s s h( x ) и показатель можно извлечь из степенного закона4: W ( ) f ( s, x0 ) " s 0.
k Таким способом для любой функции f ( x ) можно получить ее Гельдеровскую функцию h ( x ).
) Процедура построения X нетривиальна, прежде всего потому, что для заданной X можно построить бесконечное множество кривых, отличающихся на произвольную гладкую функцию из класса C k, k max X. Поэтому, численная реализация алгоритма основана на минимизации сложного нелинейного функционала и требует применения генетического алгоритма. Упрощенный вариант6 реализован в пакете FracLab. Заметим, что распределение Гельдеровских показателей есть ни что иное, как мультифрактальный спектр сингулярностей.
Теперь мы опишем другой подход, сохраняющий основные принципы, но допускающий простую геометрическую интерпретацию.
Вычислим поточечную Гельдеровскую функцию Y временного ряда7.
Декорируем каждую точку графика ряда диском с радиусом, равным ее Гельдеровскому показателю. Эти диски показаны на Рис.1, слева, серым цветом. Увеличим радиусы всех дисков на положительную величину.
отсчеты, соответствующие их Рис.1. Слева: три точки временного ряда декорированные серыми дисками с радиусом, равным исходному показателю. Вертикальный угол 1 " Y. После увеличения радиуса на, смещаем центральный отсчет вниз по вертикали.
уменьшаются лишь значения самых больших выбросов. В заключение, уместно указать на частичную некорректность предложенной интерпретации. Для гладкой кривой множество касательных в каждой точке образуют структуру, называемую касательным расслоением, представляющем собой все точки кривой, снабженные “приклееной” стрелкой – касательным вектором. Для дискретного множества точек, которым является график Y, не существует такого аналога8. Иными словами, Гельдеровские диски “живут” в ином пространстве, чем сам график, и в этом смысле Рис.1 является метафорой.
Результаты Мы проводили численные эксперименты как с помощью упрощенной версии алгоритма в пакете FracLab (среда MatLab-6.1), так и с использованием генетического алгоритма из библиотеки Galib.
Данными служили ряды космогенных изотопов 14 C, 10 Be и уникальный ряд (5510BC-1993AD) среднегодовых июльских температур в северной финской Лапландии, реконструированный по дендрорядам шотландской ели. Последний ряд был любезно предоставлен его авторами[12,13]. Здесь мы приводим лишь некоторые результаты для температурного ряда. На Рис.2 приведены фрагменты отсчетов оригинального ряда и двух = 1.5 и = 3. Соответствующие вариантов его улучшения с Гельдеровские показатели тех же фрагментов показаны на Рис.3. Большое значение параметра, = 3, приводит к неоднородному сглаживанию ряда.
o r ig in a l 15 = 1. tim e s e r ie s = -4 4 0 0 -4 3 5 0 -4 3 0 0 -4 2 5 0 -4 2 0 y e a rs Рис.2. Три фрагмента временного ряда температур: оригинальный и улучшенные с = 1.5 и = 3, соответственно Наиболее близкой концепцией является т.н. касательный комплекс, введенный в .
2. _ o rig in a l 2.0 _ = 1. 1.8 _= 1. 1. 1. 1. 0. 0. 0. 0. 0. -4 4 0 0 -4 3 5 0 -4 3 0 0 -4 2 5 0 -4 2 0 y e ars Рис.3. Гельдеровские показатели для фрагментов рисунка 1.
Гельдеровский показатель улучшенных рядов увеличивается лишь локально. Средние значения регулярности составляют: Y = 0.38 ± 0.20, X ( =1.5) = 0.48 ± 0.22, X ( =3) = 0.66 ± 0.35, соответственно.
) ) На Рис.4 приведены спектры мощности. Высокие частоты на левом рисунке сохранены. На правом периоды меньше 30 лет подавлены.
справа, фрагменты спектра до периода 50 лет оригинального и улучшенного с = 2.5 рядов.
На Рис.5 приведены вложения временных рядов в R 3 с помощью алгоритма Такенса. Улучшенный ряд позволяет различить даже отдельные траектории.
Рис.5. Реконструкция аттракторов из временных рядов: оригинального (слева) и улучшенного с = 3 (справа) с лагом 5.
Мы надеемся, что приведенных предварительных результатов достаточно для того, чтобы привлечь внимание экспериментаторов к “щадящим” методам обработки палеоданных, основанных на самых фундаментальных свойствах наблюдаемого ряда – его показателях регулярности.
Авторы благодарны доктору Matti Eronen (факультет Геологии ун-та Хельсинки) за оригинальные данные.
Работа выполнена благодаря поддержке Гранта ИНТАС №2002-0550.
Литература 1. Kostelich E.J., Yorke J.A. //Phys.Rev A., 38, 1649, (1988) 2. Farmer J.D., Sidorovich J.J.//Physica D 47, 373, (1991) 3. Kostelich E.J., Schreiber T.,//Phes.Rev.E., 48, 1752,(1993) 4. Brcker J., Parlitz U.//Chaos,11, 319,(2001) 5. Brcker J., Parlitz U., Ogorzalek M.// Proc. IEEE 90(5), 898, (2002) 6. Robins V., Rooney N., Bradley E. //Tech.Rep.CU-CS 941-02(2003), http://cs.colorado.edu/~lizb/papers/topo-filtering.html 7. Lvy Vhel J. // IMA Vol. in Mathem. and its Applic. 132, 197, (2002).
8. Daoudi K., Lvy Vhel J., Meyer Y.//Construc.Approxim.,014(03),349, (1998) 9. FracLab//Available http://www-rocq.inria.fr/fractales 10.Carlsson E., Carlsson G, de Silva V. //Preprint,(2003), Available http://math.stanford.edu/comptop/preprints/ 11.Wall M.Galib homepage: http//lancet.mit.edu/ga.MIT 12. Eronen, M., Zetterberg, P., Briffa, K. R., Lidholm, M., Merilinen, J., & Timonen, M. // The Holocene, 12, 673, (2002) 13.Helama, S., Lidholm, M., Timonen, M., Merilinen, J. & Eronen, M.// The Holocene 12, 681, (2002) Труды международной конференции, ГАО РАН, Пулково, 7-11 июля ON TNE MECHANISM OF THE LONG-TERM MODULATION OF GALACTIC COSMIC RAYS IN A HELIOSPHERE Koudriavtsev I.V.1, Kocharov G.E.1, Ogurtsov M.G.1, Jungner H. A.F.Ioffe Physico-Technical Institute, St.-Petersburg, Russia University of Helsinki, Helsinki, Finland О МЕХАНИЗМЕ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ ГАЛАКТИЧЕСКИХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ГЕЛИОСФЕРЕ Кудрявцев И.В.1, Кочаров Г.Е.1, Огурцов М.Г.1, Юнгнер Х. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, С.-Петербург, Россия, Igor.Koudriavtsev@mail.ioffe.ru Университет г. Хельсинки, Хельсинки, Финляндия Абстракт В работе рассматривается возможный механизм долговременной модуляции ГКЛ основанный на изменении кривизны межпланетного магнитного поля. Показано, что такое изменение магнитного поля приводит к долговременной модуляции ГКЛ, в том числе, к 11 летней модуляции.
Many original papers and survey articles devoted to theoretical study of cosmic ray modulation in the heliosphere have been published [1,2].
Investigations of cosmic ray behavior in the heliosphere are based on the pioneer paper of Parker . The basic equation for the distribution function of cosmic ray, propagating in the heliosphere has been obtained there. This equation takes into account diffusion, drifts, convection and adiabatic energy losses. Drifts and global merged interaction regions (GMIR) play a key role in the modern theory of the GCR long-term modulation. Jokipii et al.  showed that the drift speed of a charged particle can be several times greater than the solar wind speed and this is extremely important for the Parker’s equation. The influence of drift effects on the modulation dominates at solar activity minima and allow to describe the different time profiles of the GCR intensity (neutron monitor counting rate) at minima of solar activity, i.e. describes the 22-year modulation of GCR. Jokipii and Thomas  showed that the observed change in the galactic cosmic ray intensity during a solar cycle might possibly be caused by variation in the tilt angle of the wavy neutral sheet. According to the present modulation theory the 11-year modulation may be caused by a few GMIRs [6,7]. GMIRs are interaction regions, which extend around the Sun and they are considered to be related to coronal mass ejections (CMEs). In  the GMIRs were simulated ideally as large-scale, outward propagation regions with diffusion and drift coefficients lower than the background values to reflect their turbulent nature.
To model the deviation of the diffusion tensor from its background values during the passage of GMIRs a simple sinusoidal function was used. GMIRs were assumed to propagate radially outward at the velocity of 400 km s-1, which is the assumed average solar wind speed. Thus the combination of time dependent drift and GMIRs into one time-dependent model can explain the 11 year and 22-year cosmic ray modulation cycles. For example, it was stated that the main features of the 1977-1987 proton modulation cycle might be reproduced with the drift model combined with four GMIRs. This conception is a development of the idea of propagating diffusion barriers, initially suggested by Perko and Fisk .
The concept of GMIRs is the most developed though it is not the single model explaining the 11-year modulation. Cane et al.  noted that the modulation steps were seen at 1 AU well before any global merging could have taken place. They suggest that the appearance of “medium-term modulation events” (steps) in the cosmic ray profile is related to the generation of new magnetic flux at the Sun and is not an effect of merging in the outer heliosphere.
Wibberenz et al.  suggested that the cosmic ray intensity profile can be decomposed into a gradual component with superimposed medium-term modulation events and the gradual component is resulted from the gradual variation of the background cosmic ray transport parameters, scaled with the variation of the IMF magnitude. The model of propagating diffusion barrier was carried out in the works of Wibberenz and Cane , Wibberenz et al. .
is the rate of the solar rotation, A is a numerical coefficient. It is known that the solar wind speed changes with SA. For example, in the work of Belov et al.  it is shown that for the heliolatitudes 20o Vsw decreases when SA rises. Hence, according to equation (1), the curvature of the interplanetary magnetic field (the ratio B/Br) will also change.
Therefore a decrease in the solar wind speed (Vsw) during the rising phase of solar activity leads to a corresponding increase in the IMF’s curvature that in turn results in changes of the GCR concentration in the heliosphere.
Let us consider the motion of GCR particles in the Parker spiral field.
М, е – masse and charge of particle.
(3) 2B First term in (2) describes motion of particle along magnetic field, second and third terms describe drift of particle across magnetic field caused by gradient and curvature of magnetic field respectively. As we have noted above, drift motion of GCR particles is modulated by 22-year magnetic cycle of the Sun. In present work we are interesting in longer-term modulation of CGR flux, which we consider as depending mainly of IMF curvature. The magnetic field at the boundary of heliosphere (85 a.u.) is much smaller than at IMF at the earth’s orbit, hence only particles which velocity is directed almost along IMF lines of force will be able to reach the Earth’s orbit. Other particles will turn back at some distance from the Sun at which their u component of velocity will be equal to zero (see equation (3)). In our analyses we take into account only particles penetrating into heliosphere along the force lines of IMF. Results of solution of the equation of continuity for particles, propagating along the force lines of IMF in the quasi stationary case, are plotted in Figure 1 . From this figure it can be seen that increase of VSW leads to increase of the GCR concentration at the Earth’s orbit. The solar wind velocity is effectively driven by solar activity – when SA is higher VSW is lower and vice versa. Therefore SA strongly modulates the intensity of GCR in the heliosphere. Fig.2 presents the Climax neutron monitor counting rate, the solar wind velocity at the heliospheric latitude 600 and near the Earth. The figure shows that maxima in the solar wind velocity at the heliospheric latitude 600 and the GCR intensity correspond to minima of solar activity during the period 1973-2000 in agreement with Fig. 1.
As can be seen from maps of the solar wind velocity at the heliospheric latitudes higher than 30o (http://stesun5.stelab.nagoya-u.ac.jp) the maxima of the solar wind velosirty occurred in 1974-1976, 1984- 1987, 1995-1996 years. These periods correspond to maxima of the GCR intensity and minima of solar activity. The agreement between neutron monitor data and velocity of the solar wind, measured near the Earth, also is observed for the time interval 1970-1987.
- 1 - VSW =100 km*s, - 2 - VSW =300 km*s, - 3 - VSW =500 km*s ' n(r)/n(85a.u.) - 4 - VSW =700 km*s.
0 2 4 6 8 10 12 r, a.u.
nonstationary processes in astronomy” of Russian Academy and by RFBR grants №№ 03-02-17505, 03-04-48769.
B C A 4400 Neutron monitor, counting rate.
1975 1980 1985 1990 1995 C B A solar wind.
Velocity of 1975 1980 1985 1990 1995 B A C solar wind.
Velocity of 1975 1980 1985 1990 1995 numbers.
4 – Wolf numbers. A, B, C – minima of solar cycle.
References 1. Fisk, L.A., Wenzel, K.P., Balogh, A. et al.: 1998, Space Science Reviews, 83(1-2), 179.
2. Potgieter, M.S., Ferreira, S.E.S.: 2001, Adv. Space Res., 27(3),481.
3. Parker, E.N.: 1965, Planet. Space Sci. 13, 9.
4. Jokipii, J.R., Levy, E.H., Hubbard, W.B.: 1977, The Astrophysical Journal, 213, 5. Jokipii, J.R., Tomas, B.: 1981, The Astrophysical Journal, 243, 1115.
6. Le Roux, J.A., Potgieter, M.S.: 1995, The Astrophysical Journal, 442(2), 847.
7. Potgieter, M.S., Burger, R.A., Ferreira, S.E.S.: 2001,:Space Science Reviews, 97(1-4), 295.
8. Perko, J.S., Fisk, L.A.: 1983, J. Geophys. Res., 88, 9033.
1999, Geophys. Res. Lett. 26, 565.
1999, Proc. 26th Int. Cosmic Ray Conf. 7, 111.
11. Wibberenz, G. and Cane, H.V.: 2000, J. Geophys. Res. 105, 18315.
12. Wibberenz, G., Cane, H.V., Richardson, I.G. and von Rosevinge T.T.: 2001, Space Sci. Rev. 97, 343.
13. Belov, A.V., Gushchina, R.T., Obridko, et al.: 2001. Izv. RAN 65(3), 360 (in Russian).
14. Dnestrovskiy, Yu.N., Kostomarov, D.P.: 1982, Mathematical modeling of plasma, Moscow, ”Nauka”, 320 pp. (in Russian).
15. Koudriavtsev I.V., Kocharov G.E., Ogurtsov M. G., Jungner H.: 2003, Solar Physics, 215, 385.
ВРАЩЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ ПОЛЯРНОСТИ Лейко У.М.
Астрономическая обсерватория Киевского национального университета, Киев, Украина, leiko@observ.univ.kiev.ua THE SOLAR MEAN MAGNETIC FIELD: THE ROTATION OF MAGNETIC FIELDS OF THE OPPOSITE POLARITY Leiko U.M.
Astronomical observatory of Kiev national university, Kiev, Ukraine, leiko@observ.univ.kiev.ua Abstract The rotation of the largescale magnetic fields of the opposite polarity were investigated It were used values of the solar mean magnetic field (SMMF) prepared at Crimean, Mount Wilson and Stanford observatories (1968-2002). For this purpose we calculated the LS-spectra of the time series of the positive and negative polarity measurements of the SMMF. The results of the represented investigations confirm earlier well-known fact of the faster rotation of the magnetic structures of the same polarity and slower rotation of the another polarity. It was also revealed that behavior of this distinctive features is opposite for high and low latitude and possibly varies in the course of time.
Картина внешних проявлений вращения Солнца сложна, иногда противоречива. На фоне дифференциального профиля наблюдаются моды жесткого вращения [1,2] и крутильные колебания [3,4]. Скорость вращения магнитных структур зависит от многих факторов – времени жизни, места локализации, величины магнитного поля, а также уровня солнечной активности [5,6]. Различного рода исследования указывают также на неодинаковую скорость вращения магнитных полей противоположной полярности. Так, Северным в результате анализа измерений общего магнитного поля Солнца (ОМПС) : разность периодов вращения магнитных структур отрицательной и положительной полярностей в 1968 1969 гг. становила 0.8 сут.
В представляемой работе приведены результаты исследования крупномасштабных магнитных полей противоположной полярности по трем независимым временным рядам измерений ОМПС, выполненных в Крымской (1968-1976 гг.), Маунт-Вилсоновской (1970-1982 гг.) и Станфордской обсерваториях (1975-2002 гг.). Результаты представленных исследований подтверждают факт неодинакового вращения магнитных структур противоположной полярности. Также обнаружено, что характер этого различия противоположен для низких и высоких широт и, возможно, изменяется со временем.
Данные и методика их обработки ОМПС, характеризующее Солнце как звезду, представляет собой интегрированное по видимому диску значение продольного компонента поверхностного магнитного поля. По сути, это разбаланс магнитного потока (преобладание потока одной из полярностей) от видимого диска Солнца. ОМПС является глобальной характеристикой солнечной активности, коррелирует со структурой межпланетного и фотосферного магнитных полей и другими индексами солнечной активности.
Измерения ОМПС были начаты Северным  в 1967 г в КрАО, для чего был применен весьма эффективный метод – магнитографические наблюдения Солнца в параллельном пучке. Позже измерения ОМПС в разное время и с различной точностью выполнялись еще в трех обсерваториях. Наименьшую погрешность измерений имеет магнитограф Станфордской обсерватории, регулярные наблюдения на котором были начаты в мае 1975 года и продолжаются сейчас.
Для осуществления поставленной задачи были вычислены LS спектры  для рядов положительной и отрицательной полярности ОМПС отдельно для измерений ОМПС, выполненных в Крымской, Маунт Вилсоновской и Станфордской обсерваториях. Станфордский ряд, наиболее длинный и с наименьшим количеством пропущеных наблюдений, включает почти три цикла солнечной активности. Спектры вычислялись как для всего ряда, так и для отдельных циклов. Для точного определения положения максимума спектры вычислялись с шагом по гармонике m от 0.01 до 0.001, что давало точность определения периода 0.004 сут для станфордских данных, 0.0007 сут для крымских измерений и 0.002 сут для маунт-вилсоновских измерений. Выбор различных шагов по гармонике обусловлен различным количеством измерений обрабатываемых рядов. При обработке рядов положительных и отрицательных значений ОМПС, количество значений ОМПС в которых равно N*, а общее число измерений N, шаг по гармонике становил m* = m N*/N. При этом шаг по периоду в районе доминирующего пика был одинаков для ряда всех значений ОМПС и рядов положительных и отрицательных значений ОМПС.
Вращение магнитных структур противоположной полярности В спектрах временных рядов ОМПС в частотном диапазоне, соответствующем периодам вращения Солнца, наблюдается группа пиков, которые отражают квазижесткое вращение фоновых магнитных полей в отдельных широтных зонах . Доминирующим в этой группе является пик со значением периода около 27 сут. В полученных нами спектрах станфордского ряда ОМПС (1975-2002 гг.) значение периода доминирующего пика равно 26.89 сут, что близко к значению периода вращения 26.87 сут, полученном по станфордским магнитографическим измерениям фотосферного поля за этот же интервал времени .
На рис. 1 приведена кривая зависимости разности угловых скоростей вращения магнитных структур противоположной полярности от значения доминирующих периодов вращения ОМПС. Разность угловой скорости вращения структур противоположной полярности, полученная по всему станфордскому ряду, т.е. для интервала 1975-2002 гг. (верхний график рис.
1), составляет в основном несколько тысячных градуса за сутки.
Исключение составляют периоды 27.35, 28.30 и 28.9 сут, где разность угловых скоростей вращения составляет несколько сотых градуса за сутки (треугольники на графике). В более высоких широтах скорость вращения магнитных структур отрицательной полярности превышала скорость вращения магнитных структур положительной полярности. Исключение составляет полоса, которая вращалась с периодом ~28.32 суток (что соотвествует широте ~30°).
Как известно, режим вращения Солнца меняется как от цикла к циклу, так и внутри циклов. Разбиение интервала 1975-2002 гг. на отдельные циклы дает следующие результаты: в 1976-2002 гг. в приэкваториальной области скорость вращения структур положительной полярности превышала скорость вращения структур отрицательной полярности, на высоких широтах (соответсвующих периодам 28-29 сут, что соотвествует, согласно формуле Снодграса, широтам 25°-30°) быстрее вращались магнитные структуры отрицательной полярности (разность P отрицательна). Разность угловой скорости вращения в 21 цикле в приэкваториальных областях составляет около 0°.04, что хорошо согласуется с результатом, полученым Латушко .
В 1968–1976 гг. (крымские измерения ОМПС) картина противоположная – на низких широтах быстрее вращались структуры отрицательной полярности, на высоких - структуры положительной полярности. Такая же картина следует из маунт-вилсоновского ряда измерений ОМПС, однако более быстрое вращение структур положительной полярности наблюдается не только на высоких широтах, но также и на более низких широтах (соответствующих периоду 27.4 сут или приблизительно 20°). Возможно, это следствие того, что маунт вилсоновский ряд (1970-1982 гг.) частью совпадает с крымским рядом (1970-1976 гг.), частью – со станфордским рядом, анализ которых дает противоположные результаты.
= +,°/сут ° 0. 1976- 0. Станфорд -0. 26 27 28 29 0. 23 цикл 0. 1997- -0. 0. 22 цикл 0. 1987- -0. 0. 21 цикл 0. 1976- -0. 20 цикл 0. 1968- 0. КрАО -0. 0. 1970- 0. Маунт-Вилсон -0. Т, сут 26 27 28 29 Рис.1. Зависимость разности угловой скорости вращения магнитных полей противоположной полярности от значения доминирующих периодов вращения ОМПС.
Таким образом, скорость вращения магнитных структур противоположной полярности в исследуемый период времени была различной, причем, если на низких широтах больше скорость вращения магнитных структур одной полярности, то на высоких широтах – другой. В 1975-2002 г. на приэкваториальных широтах быстрее вращались магнитные структуры положительной полярности (на 0.0320.068 °/сут), на средних широтах – отрицательной полярности (на 0.020.043 °/сут). В 1968 –1975 гг на низких широтах скорость вращения отрицательных структур была на 0.024 °/сут больше угловой скорости вращения магнитных структур положительной полярности, на высоких широтах – на 0.023 °/сут медленнее.
Обсуждение результатов и выводы Неодинаковые свойства магнитных структур противоположной полярности отмечались в литературе неоднократно.
Результаты представленных в данной статье исследований подтверждают факт различного вращения крупномасштабных магнитных полей противоположной полярности. Также обнаружено, что характер этого различия неодинаков на различных широтах (противоположен для низких и высоких широт ) и изменяется со временем. Поскольку ОМПС является разбалансом магнитного потока от всей видимой полусферы, то его измерения не дают возможности определить пространственное распределение скорости вращения магнитных структур. Более быстрое вращение магнитных полей одной полярности на меньших периодах (более низкие широты) и противоположной полярности на средних широтах (с большими периодами) также указывает на сосуществование двух систем квазижесткого вращения. Однако являются ли эти системы низкоширотными и высокоширотными системами магнитных полей, или системами полей, локализованными в северной и южной полусферах, сказать, в силу специфики ОМПС, невозможно.
То, что в течении более чем двух циклов (1975-2002 гг.) характер различия вращения структур противоположной полярности был одинаков, говорит в пользу существования низкоширотной и высокоширотной систем магнитных полей. Однако, в 1968-1976 гг. характер различия вращения был противоположен. Если разность угловой скорости меняет знак от цикла к циклу, то это, по-видимому, говорит в пользу существования двух систем магнитных полей, локализованных в разных полусферах. Таким образом, результаты, полученные по станфордскому ряду ОМПС, говорят в пользу одной гипотезы, по крымскому – другой, по маунт-вилсоновскому – как и положено, занимают промежуточное положение, поскольку интервал наблюдений частью совпадает с крымским, частью – со станфордским. Проверить, является ли полученный результат свойством солнечного магнетизма или следствием различия наблюдений на разных инструментах, может быть можно по подобному анализу более длинных рядов измерений межпланетного магнитного поля и синоптических H-карт.
Автор выражает благодарность сотрудникам Крымской, Маунт Вилсоновской и Станфордской обсерваторий за возможность работать с данными по ОМПС.
Литература 1. Мордвинов А.В., Плюснина Л.А. Когерентные структуры в динамике крупномасштабного магнитного поля Солнца //Астрон. журн. 2001.
2. Степанян Н.Н. Изменение дифференциального вращения фоновых магнитных полей на Солнце // Изв. Крым. астрофиз. обсерв. 1983.
3. Snodgrass H.B. A torsional oscillation in the rotation of the solar magnetic field //Astrophys. J. 1991. 383. P. L85 L87.
4. Макаров В.И., Тлатов А.Г. Крутильные колебания Солнца в период 1990 гг. //Астрон. журн. 1997. 74, №3. С.474-480.
5. Обридко В.Н., Шелтинг Б.Д. Дифференциальное вращение Солнца // Исследования. по геомагнетизму, аэрономии и физ. Солнца. Москва, 1988. Вып. 83. С. 324.
6. Schroter E.H. The solar differential rotation: present status of observations // Solar Phys. 1985. 100, N 1. P.141169.
7. Severny A.B. The polar fields and time fluctuations of the general magnetic field of the Sun // Solar magneticfields: Proc.IAU Symp. N 43 – Dordrecht, 1971. –P. 675–695.
8. Теребиж В.Ю. Анализ временных рядов в астрофизике //1992. М. Наука 399 с.
9. Котов В.А., Левицкий Л.С. Дискретность периодов вращения солнечного и межпланетного магнитных полей //Изв. Крым. астрофиз.
обсерв. 1983. 68. С. 56 68.
10. Васильева В.В., Макаров В.И., Тлатов А.Г. Циклы вращения секторной структуры магнитного поля Солнца и его активности // Письма в Астрон. журн. 2002. 28, №3. С. 228-234.
11. Latushko S. Rotation of the large-scale solar magnetic fields in the equatorial region // Solar Phys. – 1996. – 166, N. 1. – P. 261 – 266.
Труды международной конференции, ГАО РАН, Пулково, 7-11 июля ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВОГО СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА Лотова Н.А.1, Владимирский К.В.2, Обридко В.Н.1, Субаев И.А. Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, г. Троицк, Россия Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия Введение Одной из актуальных проблем современной солнечной физики является проблема источников и процессов формирования солнечного ветра. Данная работа посвящена исследованию закономерностей формирования установившегося сверхзвукового потока.
Экспериментальное изучение механизмов ускорения солнечного ветра связано, преимущественно, с возможностями метода просвечивания, в нашем случае с проведением регулярных радиоастрономических исследований близких к Солнцу областей межпланетной плазмы. Именно эти области являются ключевыми для понимания процессов ускорения, но в то же время они оказываются труднодоступными для изучения. Главное внимание в работе направлено на исследование радиальных характеристик рассеяния вблизи Солнца, на изучение пространственных закономерностей ускорения солнечного ветра.
Lotova, 1992). Переходная область расположена на радиальных расстояниях ~ 10– 40 Rs от Солнца, где Rs – радиус Солнца. В переходной области реализуется режим смешанного течения, в пространстве сосуществуют и взаимодействуют потоки, находящиеся в дозвуковом и сверхзвуковом режимах течения. В этой связи представляет несомненный интерес распространение исследований на более удаленные от Солнца области межпланетной плазмы с тем, чтобы прояснить дальнейшую судьбу потока и его струйной структуры. В 1999 – 2002 г.г. регулярные исследования солнечного ветра были распространены на область радиальных расстояний до 60-70 Rs. В этих экспериментах была накоплена значительная статистика данных, которые обсуждаются ниже.
рис.1б – наблюдения источников: 3С133 -, 3С154 -, 3С162 -, 3С172 - на длине волны =2.9м в июне 1991г.
Незаполненные символы на рис.1 соответствуют фазе сближения источника с Солнцем, восточному полушарию гелиосферы, заполненные – фазе удаления, западному полушарию. На рис.1(а-б) хорошо видна широкая область усиления рассеяния, которая обнаруживается по сравнению с асимптотической зависимостью, 2 ( R) ~ R 1,6, характерной для дозвуковой области Рис.1(а-б). Примеры локализации переходной трансзвуковой области солнечного ветра. Объяснения см. в тексте.
солнечного ветра (Лотова и др., 2000). Важной структурной особенностью является предвестник переходной области, Rp1 – узкая область резко сниженного рассеяния, которая предшествует области усиления рассеяния.
Лотова и др., 1998) показывает, что наблюдаемые в переходной области глубокие изменения в радиальных зависимостях рассеяния и скорости являются взаимосвязанными. Область сниженного рассеяния совпадает с зоной наибольших положительных градиентов скорости потока в процессе ускорения. А область усиления рассеяния – с областью торможения, в которой, однако, поток остается сверхзвуковым.
Выше мы рассматривали характеристики потока солнечного ветра в интервале сравнительно небольших расстояний от Солнца, R~10-30Rs.
на рис.2г – по источнику 3С138 0 - в июне 2000 г. Незаполненные и заполненные символы имеют то же значение, что и на рис.1. Из рис. видно, что в радиальной зависимости угла рассеяния 2 ( R) помимо известной переходной области в более удаленных от Солнца областях повторяется усиление рассеяния на расстояниях R~40-70Rs, причем здесь повторяются те же структурные детали, которые определяют процесс ускорения потока в переходной области: узкая область сниженного рассеяния, предшествующая широкой области усиления.
Лотова и др., 1993). Исходя из повторения структурных особенностей переходной области в более удаленных областях среды, естественно связать вторую область с повторным, дополнительным ускорением потока в зоне альвеновской критической точки. Таким образом, ускорение потока солнечного ветра не является непрерывным и монотонным, оно происходит в дискретных областях, обусловленных критическими точками.
Рис.2 (а-г). Примеры радиальной зависимости угла рассеяния. Объяснения см. в тексте.
ТАБЛИЦА Расположение минимумов рассеяния Rp1, Rp2 в трансзвуковой и – альвеновской областях в процессе ускорения солнечного ветра 1, 2, источ N E/W дата Rp1/RS дата Rp2/RS ник град. град.
3C2 E 18.03.99 15,5 -12 13.03.99 34,0 -6, 1.
3C5 E 20.03.99 16,5 -6,7 15.03.99 35,0 -4, 2.
3C2 E 17.03.00 17,5 -11,1 11.03.00 38,0 -5, 3.
3C2 W 24.03.00 17,5 -7,0 01.04.00 38,0 -2, 4.
3C5 E 19.03.00 18,0 13.03.00 36,0 -4, 5.
3C5 W 28.03.00 19,0 03.04.00 38,0 0, 6.
3C133 W 20.06.00 23,5 30,5 21.06.00 47,5 18, 7.
3C138 W 15.06.00 28,0 -51,2 24.06.00 52,0 -0, 8.
3C144 W 21.06.00 22,5 -5,0 29.06.00 50,5 1, 9.
3C154 E 18.06.00 23,0 17,9 12.06.00 43,0 6, 10.
3C166 E 26.06.00 21,5 -23 19.06.00 46,0 -14, 11.
3C207 W 06.08.00 25,5 -40 15.08.00 54,0 -14, 12.
3C208 W 10.08.00 26,0 -25,3 19.08.00 56,0 -8, 13.
3C212 W 11.08.00 27,0 -18,2 18.08.00 48,0 -8, 14.

References: v. 
 V. 
 V. 
 V. 
 v. 
 v. 
 V.