Математическое моделирование возмущения атмосферного электрического поля во время геомагнитной бури 17 марта 2015 года

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Из данных наблюдений следует, что во время геомагнитных бурь происходят изменения электрического поля в атмосфере. В представленной работе мы в рамках квазистационарной модели проводника, состоящего из атмосферы и ионосферы, рассчитываем ионосферные электрические поля в период главной фазы геомагнитной бури 17 марта 2015 г. При этом для описания магнитосферного источника электрического поля используются спутниковые данные о глобальном распределении токов между магнитосферой и ионосферой. Изменение электрического потенциала в ионосфере приводит к изменению электрического поля во всей атмосфере, включая ее приземный слой. Важно, что в период геомагнитной бури обсерватория, в которой измеряется атмосферное электрическое поле, существенно меняет свое положение относительно направления на Солнце. Это приводит к значительным изменениям ионосферной проводимости над обсерваторией, которые влияют как на ионосферное электрическое поле, так и на атмосферную часть глобальной электрической цепи. Из этого следует, что при оценке влияния геомагнитной бури на атмосферное электрическое поле в конкретной обсерватории необходимо учитывать местное время при сопоставлении данных измерений с индексами геомагнитной активности. Для бури 17–18 марта 2015 г. нами получено, что учет вариаций ионосферного электрического поля при расчете атмосферного электрического поля позволяет воспроизвести наблюдаемые в Геофизической обсерватории “Борок” возмущения электрического поля “хорошей” погоды. На основе результатов моделирования показано, что во время экстремально сильных магнитных бурь в некоторых местах на Земле формируются вариации того же масштаба, что и само поле “хорошей” погоды.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Замай

Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Красноярск

В. В. Денисенко

Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Красноярск

М. В. Клименко

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук

Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Калининград

В. В. Клименко

Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук

Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Калининград

С. В. Анисимов

Геофизическая обсерватория “Борок” – филиал Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук

Email: denisen@icm.krasn.ru
Россия, Ярославская обл., пос. Борок

Список литературы

  1. Volland H. Atmospheric electrodynamics. Heidelberg: Spring, 1984.
  2. Шалимов С.Л., Рожной А.А., Соловьева М.С., Ольшанская Е.В. // Физика Земли. 2019. № 1. С. 199; https://doi.org/10.31857/S0002-333720191199-213
  3. Карпов И.В., Борчевкина О.П., Васильев П.А. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 4. С. 63; https://doi.org/10.31857/S0207401X20040081
  4. Лебле С.Б., Смирнова Е.С. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 4. С. 68; https://doi.org/10.31857/S0207401X20040123
  5. Клименко М.В., Ратовский К.Г., Клименко В.В., и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 10. С. 85; https://doi.org/10.31857/S0207401X21100083
  6. Голубков Г.В., Адамсон С.О., Борчевкина О.П. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 531; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050053
  7. Olson D.E. // Pure Appl. Geophys. 1971. V. 84. P. 118.
  8. Апсен А.Г., Канониди Х.Д., Чернышева С.П., Четаев Д.Н., Шефтелъ В.М. Магнитосферные эффекты в атмосферном электричестве. М.: Наука, 1988.
  9. Frank-Kamenetsky A.V., Troshichev O.A., Burns G.B., Papitashvili V.O. // J. Geophys. Res. 2001. V. 106. P. 179; https://doi.org/10.1029/2000JA900058
  10. Никифорова Н.Н., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Кубицки М., Михновски С. // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. Т. 42. № 1. С. 32.
  11. Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Михновски С., Кубицки М. // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48. № 5. С. 650.
  12. Смирнов С.Э., Михайлова Г.А., Капустина О.В. // Геомагнетизм и аэрономия. 2013.Т. 53. № 4. С. 532; https://doi.org/10.7868/S0016794013040147
  13. Анисимов С.В., Шихова Н.М., Клейменова Н.Г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2021. Т. 61. № 2. С. 172; https://doi.org/10.31857/S0016794021020024
  14. Анисимов С.В., Афиногенов К.В., Галиченко С.В. и др. // Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 5. С. 595; https://doi.org/10.31857/S0002351523050024
  15. Richmond A.D. // J. Geomagn. Geoelectr. 1979. V. 31. P. 287.
  16. Axford W.I. // Rev. Geophys. 1969. V. 7. № 1,2. P. 421; https://doi.org/10.1029/RG007i001p₀0421
  17. Pudovkin M.I. // Space Sci. Rev. 1974. V. 16. P. 727.
  18. Gonzalez W.D., Joselyn J. A., Kamide Y., et al. // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. № A4. P. 5771; https://doi.org/10.1029/93JA02867
  19. Ратовский К.Г., Клименко М.В., Ясюкевич Ю.В. и др. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 10. С. 57; https://doi.org/10.31857/S0207401X20100106
  20. Milan S.E., Carter J.A., Korth H. et al. // J. Geophys. Res. Space Phys. 2015. V. 120. P. 10415; https://doi.org/10.1002/2015JA021680
  21. Denisenko V.V., Rycroft M.J., Harrison R.G. // Surv. Geophys. 2019. V. 40. № 1. P. 1; https://doi.org/10.1007/s10712-018-9499-6
  22. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V. et al. // Space Weather. 2017. V. 15. P. 418; https://doi.org/10.1002/2016SW001593
  23. Alken P., Thébault E., Beggan C.D. et al. // Earth Planets Space. 2021. V. 73. P. 49; https://doi.org/10.1186/s40623-020-01288-x
  24. Emmert J. T., Drob D. P., Picone J. M., et al. // Earth Space Sci. 2021. V. 8. P. e2020EA001321; https://doi.org/10.1029/2020EA001321
  25. Weimer D.R. // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. № 1. P. 185.
  26. Denisenko V.V., Zamay S.S. // Planet. Space Sci. 1992. V. 40. № 7. P. 941.
  27. Burrell A.G., Chisham G., Milan S.E. et al. // Ann. Geophys. 2020. V. 38. P. 481; https://doi.org/10.5194/angeo-38-481-2020
  28. Денисенко В.В. // Сиб. мат. журн. 2002. Т. 43. № 6. С. 1304.
  29. Денисенко В.В. Энергетические методы для эллиптических уравнений с несимметричными коэффициентами. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1995.
  30. Лунюшкин С.Б. // Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1988. № 81. С. 181.
  31. Pustovalov K., Nagorskiy P., Oglezneva M., Smirnov S. // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 614; https://doi.org/10.3390/atmos13040614
  32. Harrison R.G. // Surv. Geophys. 2013. V. 34. P. 209; https://doi.org/10.1007/s10712-012-9210-2A
  33. Мареев Е.А. // УФН. 2010. Т. 180. № 5. С. 527; https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201005h.0527
  34. Голубков Г.В., Адамсон С.О. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 531; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050053

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Временной ход индекса Dₛₜ (штриховая линия), суммарного тока I между магнитосферой и ионосферой (жирная линия) и полученной в модельных расчетах разности потенциалов δV в северной полярной шапке (тонкая линия) во время геомагнитной бури 17–18 марта 2015 г.

Скачать (106KB)
Метаданные
3. Рис. 2. а – Интегральная проводимость Педерсена Sₚ, модель для 20 UT 17.03.2015 в координатах местное магнитное время – геомагнитная широта. Линии уровня с шагом 1/3 в логарифмическом масштабе. Штриховые линии: 0.46, 1.0, 2.2, 4.6 См (последнее значение соответствует штриховой линии, ближайшей к первой сплошной); сплошные линии: 10, 22, 46 См. б – Плотность продольного тока в момент времени 20 UT 17.03.2015 в координатах местное магнитное время – геомагнитная широта. Шаг между изолиниями – 0.6 мкА/м², построены линии, соответствующие плотностям тока ±0.3, ±0.9, 1.5, 2.1 мкА/м². Штриховыми линиями показаны отрицательные значения токов (ток, вытекающий из ионосферы в магнитосферу). Граница северной полярной шапки показана точечной линией, положение обсерватории “Борок” отмечено черным кружком (геомагнитные координаты – 124° в.д., 54° с.ш.).

Скачать (326KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение ионосферного электрического потенциала в северном полушарии в момент времени 20 UT в координатах местное магнитное время – геомагнитная широта. Изолинии потенциала построены с шагом между изолиниями в 20 кВ, штриховые линии – это изолинии с отрицательными значениями электрического потенциала. Значения потенциала в показанной северной части ионосферы изменяются от –162 до +171 кВ. Точечной линией проведена граница северной полярной шапки. Черным кружком отмечено положение обсерватории “Борок”.

Скачать (183KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Временной ход вариации напряженности приземного электрического поля dEz, измеренной в обсерватории “Борок” [13], с положительным сдвигом на 68 В/м (тонкая линия). Модельный вклад магнитной бури показан жирной линией; MLT – местное магнитное время в поселке “Борок”.

Скачать (95KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Глобальное пространственное распределение ионосферного потенциала в геомагнитных координатах (долгота–широта), полученное в модельных расчетах для момента времени 14 UT. Изолинии потенциала построены с шагом 50 кВ. Штриховыми линиями показаны изолинии с отрицательными значениями потенциала. В северной полярной шапке потенциал изменяется от –244 до +72 кВ, в южной – от –340 до +280 кВ. Кружками на геомагнитной широте 0º показаны местный полдень (светлый кружок) и местная полночь (темный кружок). Также кружком в северном полушарии отмечено положение обсерватории “Борок”. Точечными линиями показаны геомагнитный экватор и границы полярных шапок.

Скачать (298KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024