Связь между индексами геомагнитной активности на главной фазе магнитной бури для различных типов солнечного ветра

ремещениями, величина которых соизмерима с ранее зафиксированными на аналогичных сооружениях на территории РС(Я).

На глубине заложения газопровода температура стенки трубы не опускается ниже температуры вязкохрупкого перехода (-10—-15 °С) и распространение быстрых трещин исключается. На основании результатов мониторинга, проведенного на газопроводе, следует, что для труб с внутренним и внешним слоями из ПЭ100, у которых в диапазоне температур от -15 °С до -20°С разрушения происходят вязко, глубина заложения может быть существенно уменьшена. При этом величина заглубления должна определяться результатами геокриологических изысканий из условия превышения температурой грунта температуры вязкохрупкого перехода -5-0 °С для труб из ПЭ80 и -15--20 °С для ПЭ100, определенным по результатам ранее проведенных исследований [4].

Литература

1. Технический регламент о безопасности сетей газораспределения и газопотребления, ст.69

(утвержден Постановлением Правительства Российской Федерации от 29.10.2010 № 870, вступил в силу 08.11.2011).

2. Демчук В.Ю., Доронин М.С., Тригорлый С.В., Петров Д.А. О разработке системы мониторинга факторов, влияющих на техническое состояние объектов газораспределения // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: Материалы научно-практической конференции, 23 мая 2012 г. Уфа, 2012. С. 328-329.

3. Бабенко Ф.И., Федоров Ю.Ю., Саввина А.В. Температурные ограничения по применению армированных полиэтиленовых труб для газопроводов в условиях холодного климата // Инженерный вестник Дона. 2015, №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3102.

4. Саввина А.В., Бабенко Ф.И., Федоров Ю.Ю. Исследование эксплуатационной надежности армированных полиэтиленовых труб в условиях низких климатических температур // IV Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Якутск, 2013.

Поступила в редакцию 22.07.2016

УДК 523.62

Связь между индексами геомагнитной активности на главной фазе магнитной бури для различных типов солнечного ветра

Р.Н. Бороев, М.С. Васильев

Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН, г. Якутск

Исследована связь между скоростью развития магнитной бури на главной фазе lADstl/AT и средней величиной AE индекса (АЕср) за время главной фазы (AT). Были рассмотрены бури, инициированные высокоскоростными потоками CIR (36 событий) и межпланетными проявлениями коро-нальных выбросов ICME, включающие магнитные облака и Ejecta (36 событий). Показано, что для CIR событий величина среднего значения АЕ индекса увеличивается с ростом скорости развития магнитной бури. Для ICME событий линейная связь между АЕср и скоростью развития магнитной бури отсутствует (r<0,5). Анализ АЕ индекса на главной фазе магнитной бури в зависимости от электрического поля солнечного ветра показал, что для CIR событий величина АЕср коррелирует со средним значением электрического поля. Для ICME событий величина АЕср слабо зависит от электрического поля.

Ключевые слова: магнитная буря, AE индекс, Dst индекс, солнечный ветер, электрическое поле.

БОРОЕВ Роман Николаевич - к.ф.-м.н., с.н.с., boroyev@ikfia.ysn.ru; ВАСИЛЬЕВ Михаил Семенович - м.н.с., m.s.vasiliev@ikfia.ysn.ru.

Relationship between Indexes of Geomagnetic Activity on the Main Phase of a Magnetic Storm for Various Types of Solar Wind

R.N. Boroev, M.S. Vasiliev Yu.G. Shafer Institute of CosmophysicalResearch andAeronomy SB RAS, Yakutsk

In this paper the relationship between the speed of a magnetic storm lADstl/AT and average value of AE index (AEave) for the main phase (AT) is investigated. Magnetic storms initiated by high-speed streams CIR and interplanetary coronal mass ejections ICME, including magnetic clouds and Ejecta (36 events) are considered. It is shown, that for CIR events amplification of auroral activity (AEave) increase with the increase of speed of a magnetic storm development. For ICME events a linear relation between AEave and the speed of development of a magnetic storm is absent (r<0,5). The analysis of AE index for the main phase of a magnetic storm depending on electric field of a solar wind has shown that for CIR events AEave value is correlated with the average value of an electric field. For ICME events AEave value weakly depends on the electric field of the solar wind.

Key words: magnetic storm, AE-index, Dst-index, solar wind, electric field.

Введение

Исследование причин генерации и особенностей развития, крупномасштабных магнито-сферно-ионосферных возмущений (магнитная буря и суббуря), а также их прогнозирование являются ключевыми задачами солнечно-земной физики. Известно, что интенсивность магнитосферно-ионосферных возмущений (МИВ), определяемая индексами геомагнитной активности (AE и Dst), зависит от скорости солнечного ветра (СВ) и вертикальной компоненты (Bz) межпланетного магнитного поля (ММП). Основной вклад в развитие возмущений вносит южно направленная Bz ММП, эффективность, которой связывают с воздействием электрического поля СВ, E=V*Bz [1-3]. Однако интенсивность МИВ также зависит и от типа СВ. В настоящее время выделяют следующие типы СВ: межпланетные проявления корональных выбросов ICME, включающие магнитные облака (МС) и поршни (Ejecta), высокоскоростные потоки (CIR), а также области сжатия перед CIR и ICME (Sheath). Анализ между параметрами СВ для разных типов течений и индексами геомагнитной активности (AE и Dst) показал [4-8], что во время магнитных бурь минимальное значение по модулю Dst индекса (iDstminl) увеличивается с ростом электрического поля СВ (Esw) для всех типов течений. Но для событий ICME (MC + Ejecta) величина |Dstmm| индекса выходит на насыщение при больших значениях Esw. В отличие от Dst индекса величина АЕ индекса на главной фазе магнитной бури не зависит от величины электрического поля Esw почти для всех течений, кроме МС. Наблюдается нелинейная зависимость AE индекса от ESw СВ в событиях МС. Однако, как связаны между собой индексы геомагнитной активности для разных типов СВ - вопрос остается открытым.

Целью данной работы является исследование корреляционной связи между AE и Dst индексами на главной фазе магнитной бури для различных типов солнечного ветра.

Экспериментальные данные

В работе были использованы среднесуточные значения параметров СВ и ММП (http:// www.omniweb.com/). Геомагнитная активность оценивалась индексами АЕ и Dst. Высокоширотный индекс АЕ определяет интенсивность аврорального тока и является индикатором суббуревой активности [9]. Низкоширотный индекс Dst используется для оценки интенсивности кольцевого тока во время магнитных бурь и является мерой геоэффективности межпланетных возмущений [1, 10]. Значения индексов геомагнитной активности (AE и Dst) были взяты с сайта http://swdcwww.kugi.kyoto-u.ac.jp/index.html.

За период 1976-2000 гг. было отобрано 72 магнитные бури, индуцированные CIR и ICME (MC + Ejecta) событиями, из базы данных [11]. Магнитные бури, вызванные областью сжатия перед CIR и ICME (Sheath), в данной работе не рассматривались. Из-за разных временных масштабов развития суббуревых и буревых возмущений для каждого события были вычислены скорость развития магнитной бури на главной фазе (lÀDstl/AT) и среднее значение AE индекса за время главной фазы (ЕАЕ/АТ) (где ЕАЕ -суммарное значение АЕ индекса за время главной фазы магнитной бури). Длительность главной фазы (AT) определялась как временной интервал от момента резкого уменьшения Dst индекса (Dst0) до минимального значения Dstmm, значение lADstl вычислялось по формуле lADstl = iDstmin - Dstûl.

Результаты и обсуждение

На рис. 1 представлена зависимость средней величины АЕ индекса (АЕср) от скорости развития магнитной бури для бурь, инициированных СШ. и 1СМЕ событиями. В табл. 1 показаны уравнения линейных регрессий между величиной АЕср и скоростью развития магнитной бури для двух типов СВ, а также представлены коэффициенты корреляции и вероятности для связи АЕср с величиной Из рис. 1 видно, что

значение АЕср монотонно возрастает для разных типов СВ с ростом скорости развития магнитной бури. Однако результаты анализа показывают (табл. 1), что связь между АЕср и |ДDstl/ДT статистически значима для бурь, индуцированных СШ. (г=0,71), чем для событий 1СМЕ (г=0,33). Таким образом, средняя величина АЕ индекса коррелирует со скоростью развития магнитной бури только для СШ. событий. Для разных типов СВ низкие коэффициенты корреляции указывают на отсутствие связи между АЕср и модулем минимального значения Dst индекса (^Ш).

CIR

1000

LU

<

10

100

Рис. 1. Зависимость величины АЕср от скорости развития магнитной бури (|ADsti/AT) для бурь, индуцированных CIR - (а) и ICME (MC + Ejecta) - (б) событиями. Черные квадраты со сплошной заливкой - отдельные магнитные бури; прямые линии - линейная аппроксимация

Т а б л и ц а 1 Количество бурь, коэффициенты корреляции г, вероятности Р и уравнения линейной регрессии между АЕср и скоростью магнитной бури, параметром

Тип СВ N lADstl/ДТ iDstminl

r P аппроксимация r P

CIR 36 0,71 0,99 lny=0,42lnx + 2,43 0,32 0,95

ICME 36 0,33 0,97 lny=0,14lnx + 2,66 0,26 0,88

Известно, что вариация Dst индекса (d|Dst|/dt) на главной фазе магнитной бури обусловлена электрическим полем СВ [12-14]. Если принять, что вариации Dst индекса связаны с величиной lДDstl/ДT, то тогда скорость развития магнитной бури |ДDstl/ДT будет определяться средней величиной электрического поля СВ [14]. Следовательно, возможно, что АЕср коррелирует со средней величиной электрического поля СВ (Еср) на главной фазе магнитной бури для СШ. событий.

На рис. 2 представлена зависимость средней величины АЕ индекса от Еср для магнитных бурь, инициированных СЖ и 1СМЕ событиями. Из-за отсутствия в некоторых событиях данных об электрическом поле СВ на рис. 2 приведено меньшее количество событий, чем на рис. 1. В

а CIR

1000 CL lu" <   /   у»   /  у/  /

1 10 Е ср б

MC + EJECTA

1000-

l±J° < ч  . .. л-"1.

1 10 E cp Рис. 2. Зависимость величины АЕср от электрического поля СВ для бурь, индуцированных CIR - (а) и ICME (MC + Ejecta) - (б) событиями. Усл. обозначения те же, что и на рис. 1

табл. 2 показаны вероятности, коэффициенты корреляции, а также уравнения линейных регрессий между величиной АЕср и средним значением электрического поля СВ на главной фазе магнитной бури для двух типов СВ. Видно (рис. 2), что АЕср индекс линейно зависит от Еср СВ только для магнитных бурь, индуцированных СЖ событиями (табл. 2). Данный факт вполне согласуется с вышеописанным предположением.

Т а б л и ц а 2 Количество бурь, коэффициенты корреляции г, вероятности Р и уравнения линейной регрессии между АЕср и средним значением электрического поля СВ для

Тип СВ N Еср

r P аппроксимация

CIR 20 0,72 0,99 lny=0,37lnx + 2,67

ICME 20 0,44 0,96 lny=0,29lnx + 2,66

Заключение

Таким образом, в данной работе проведено исследование корреляционной связи между AE и Dst индексами на главной фазе магнитной бури для CIR и ICME событий СВ. Показано, что для CIR событий величина среднего значения АЕ индекса (АЕср) увеличивается с ростом скорости развития магнитной бури. Для ICME событий линейная связь между АЕср и скоростью развития магнитной бури отсутствует (r<0,5). Анализ АЕ индекса на главной фазе магнитной бури в зависимости от электрического поля СВ показал, что для CIR событий величина АЕср коррелирует со средним значением электрического поля. Для ICME событий величина АЕср слабо зависит от электрического поля СВ.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 15-45-05090.

Литература

1. Burton R.K., McPherron R.L., Russell C.T. An empirical relationship between interplanetary conditions and Dst. // J. Geophys. Res. 1975. V. 80. P.4204-4214.

2. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y. et al. What is a geomagnetic storm? // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. P. 5771-5792.

3. Kane R.P. How good is the relationship of solar and interplanetary plasma parameters with geomagnetic storms? // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. doi: 10.1029/2004JA010799.

4. Plotnikov I.Ya., Barkova E.S. Advances in space research nonlinear dependence of Dst and AE indices on the electric field of magnetic clouds // Adv. Space Res. 2007. V.40. P. 1858-1862.

5. Yermolaev Yu.I., Nikolaeva N.S., Lodkina I.G., Yermolaev M.Yu. Specific interplanetary conditions for CIR-, Sheath-, and ICME- induced geomagnetic storms obtained by double superposed epoch analysis // Ann. Geophysicae. 2010. V. 28. P. 2177-2186.

6. Yermolaev Y. I., Nikolaeva N. S., Lodkina I. G., Yermolaev M. Y. Geoeffectiveness and efficiency of CIR, sheath, and ICME in generation of magnetic storms // J. Geophys. Res. 2012a. V. 117. doi: 10.1029/2011JA017139.

7. Liemohn M. W., Katus R. Is the storm time response of the inner magnetospheric hot ions universally similar or driver dependent? // J. Geophys. Res. 2005. V. 117. doi: 10.1029/2011JA017389.

8. Николаева Н.С., Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г. Моделирование временного хода Dst индекса на главной фазе магнитных бурь, генерированных разными типами солнечного ветра // Космические исследования. 2013. Т. 51, № 6. С. 443-454.

9. Davis T.N., Sugiura M. Auroral electrojet activity index AE and its universal time variations // J. Geophys. Res. 1966. 71. P. 785-801.

10. Sugiura M. Hourly Values of the Equatorial Dst for IGY, Annales of the International Geophysical Year 35, Pergamon Press, Oxford, 1964. P. 945-948.

11. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976-2000 гг. // Космические исследования.

2009. Т. 47, № 2. С. 99-113.

12. Kane R.P. Scatter in the plots of Dst(min) versus Bz(min) // Planetary and Space Science.

2010. V. 58. P. 792-1801.

13. Николаева Н.С., Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г. Зависимость геомагнитной активности во время магнитных бурь от параметров солнечного ветра для разных типов течений. 4. Моделирование для магнитных облаков // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 2. С. 163-173.

14. Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г., Николаева Н.С., Ермолаев М.Ю. Зависит ли длительность фазы восстановления магнитной бури от скорости развития бури на ее главной фазе? 2. Новый метод // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56, № 3. С. 296-301.

Поступила в редакцию 29.09.2016