Yakutsk, Russian Federation
This paper considers storm days for a period 1966–2015 when the daily average geomagnetic Dst index was <–100 nT. The distribution of the number of days with a high daily average Dst is shown to depend on Earth’s heliolatitude φ: the number of days increases with the absolute value of φ in both solar hemispheres. It is found, as expected, that the seasonal distribution of storm days with Dst<–100 nT has equinoctial maxima. Moreover, there is a noticeable increase in the number of such days in July and November. It is noted that at Earth’s heliolatitudes of 4.1°÷5.0° there is a sharp increase in the number of storm days. It is established that this increase occurs during storm events in July and November, which stand out against the seasonal distribution of highly disturbed days.
geomagnetic Dst index, geomagnetic storm, seasonal variation of magnetic activity, Earth’s heliolatitude
ВВЕДЕНИЕ
Геомагнитные бури являются следствием воздействия на магнитосферу Земли возмущенных структур в солнечном ветре. Они возникают при усилении солнечной активности, когда в межпланетное пространство выбрасываются потоки плазмы из корональных дыр и высокоскоростные потоки солнечного ветра. Эти образования в солнечном ветре, как правило, имеют направленную к югу Bz-компоненту межпланетного магнитного поля (ММП). При такой ориентации ММП происходит пересоединение межпланетного и земного магнитных полей, и энергия от солнечного ветра передается в магнитосферу Земли [Akasofu, 1981]. В магнитосфере генерируется электрическое поле, направленное поперек хвоста с утренней стороны на вечернюю, и происходит конвекция плазмы к Земле, приводящая к усилению потоков частиц в радиационных поясах. Азимутальная циркуляция частиц кольцевого тока приводит к уменьшению горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.
Количественной мерой кольцевого тока является геомагнитный индекс Dst. В индексе Dst имеется вклад также от других токовых систем, таких как токи магнитопаузы и токи магнитного хвоста [Gonzalez et al., 1994; Feldstein et al., 2003]. Индекс Dst определяется по среднечасовым значениям го-ризонтальной составляющей геомагнитного поля, обычно регистрируемой в четырех низкоширотных обсерваториях. Фаза восстановления бури характеризуется распадом кольцевого тока [Яновский, 1978].
Было установлено, что сильные геомагнитные бури вызываются воздействием на магнитосферу Земли выбросов корональной массы в межпланетное пространство (interplanetary coronal mass ejection, IСМЕ) и областей взаимодействия высокоскоростных течений солнечного ветра с медленными течениями (corotating interaction region, CIR). Подробные исследования в этом направлении были проведены в работах [Ермолаев, Ермолаев, 2002; Ермолаев и др., 2017; Echer et al., 2008; Gonzalez et al., 1994, 2011; Gopalswamy, 2009; Watari, 2017]. IСМЕ подразделяются на магнитные облака (magnetic clouds) и поршни (ejecta), среди CIR выделяют области сжатия (sheath). Этим структурам присущи определенные наборы параметров межпланетной среды. В области сжатия на фронте быстрого и медленного течений (события CIR) и перед передним фронтом поршня (события sheath) плазма имеет повышенные значения плотности и температуры, а тепловое давление преобладает над магнитным [Николаева и др., 2011]. Магнитное облако отличается от поршня более высоким и более регулярным магнитным полем. Очень сильные геомагнитные бури генерируются несколькими ICME, взаимодействующими между собой [Yermolaev, Yermolaev, 2008].
Существует сезонная вариация геомагнитных бурь с двумя максимумами около равноденствий. Она связывается с аксиальным и равноденственным механизмами, а также c механизмом Рассела — Мак-Феррона [Echer et al., 2011]. В то же время в работе [Mursula et al., 2011] отмечено, что распреде-ление суббурь и ход геомагнитной активности, характеризуемой индексом Ap, имеют только один го-довой максимум в весенние или осенние месяцы в зависимости от цикла солнечной активности. Годовая вариация геомагнитной активности в периоды интенсивных геомагнитных бурь с максимумом в июле рассматривается в работе [Clúa de Gonzalez et al., 2002]. В этой же работе отмечается наличие пика в годовом распределении сильно магнитно-возмущенных дней в ноябре.
В настоящей работе рассматриваются закономерности распределения магнитно-возмущенных дней, характеризуемых среднесуточным значением геомагнитного индекса Dst ниже –100 нТл, при изменении гелиошироты Земли φ, т. е. гелиошироты проекции Земли на солнечный диск.
1. Akasofu S.-I. Energy coupling between the solar wind and the magnetosphere. Space Sci. Rev. 1981, vol. 28, iss. 2, pp. 121-190. DOI:https://doi.org/10.1007/BF00218810.
2. Bartels J. Terrestrial magnetic activity and its re-lations to solar phenomena. Terrestrial Mag-netism. 1932, vol. 37, pp. 1-52.
3. Clúa de Gonzalez A.L., Silbergleit V.M., Gon-zalez W.D., Tsurutani B.T. Irregularities in the semiannual variation of the geomagnetic activity. Adv. Space Res. 2002, vol. 30, iss. 10, pp. 2215-2218.
4. Cortie A.L. Sunspots and terrestrial magnetic phenomena, 1898-1911. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.1912, vol. 73, pp. 52-60.
5. Echer E., Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Clúa de Gonzalez A.L. Interplanetary conditions causing intense geomagnetic storms (Dst≤−100 nT) during solar cycle 23 (1996-2006). J. Ge-ophys. Res. 2008, vol. 113, A05221. DOI:https://doi.org/10.1029/2007 JA012744.
6. Echer E., Gonzalez W.D., Tsurutani B.T. Statistic studies of geomagnetic storms with peak Dst≤-50 nT from 1957 to 2008. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011, vol. 73, iss. 11-12, pp. 1454-1459. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.04.021.
7. Feldstein Y.I., Dremukhina L.A., Levitin A.E., Mall U., Alexeev I.I., Kalegaev V.V. Energetics of the magnetosphere during the magnetic storm. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2003, vol. 65, iss. 4, pp. 429-446. DOI:https://doi.org/10.1016/S1364-6826(02)00339-5.
8. Gonzalez W.D., Echer E., Tsurutani B.T., Clúa de Gonzalez A.L., Lago A.D. Interplanetary origin of intense, superintense and extreme ge-omagnetic storms. Space Sci Rev. 2011, vol. 158, pp. 69-89. DOI:https://doi.org/10.1007/s11214-010-9715-2.
9. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y., Kroehl H.W., Rostoker G., Tsurutani B.T., Vasyliunas V.M. What is a geomagnetic storm? J. Geophys. Res. 1994, vol. 99, pp. 5771-5792. DOI:https://doi.org/10.1029/93JA02867.
10. Gopalswamy N. Halo coronal mass ejections and geomagnetic storms. Earth, Planets and Space. 2009, vol. 61, pp. 1-3. DOI:https://doi.org/10.1186/BF03352930.
11. Kovalenko V.A. Solnechnyi veter [Solar Wind]. Moscow, Nauka Publ., 1983. 271 p. (In Rus-sian).
12. Mursula K., Tanskanen E., Love J.J. Spring-fall asymmetry of substorm strength, geomagnetic activity and solar wind: implications for semian-nual variation and solar hemispheric asymmetry. Geophys. Res. Lett. 2011, vol. 38, L06104. DOI:https://doi.org/10.1029/2011GL046751.
13. Nikolaeva N.S., Yermolaev Yu.I., Lodkina I.G. Dependence of geomagnetic activity during magnetic storms on the solar wind parameters for different types of streams. Geomagnetism and Aeronomy. 2011, vol. 51, no. 1, pp. 49-65. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793211010099.
14. Uwamahoro J., McKinnell L.-A. Solar and in-terplanetary precursors of geomagnetic storms in solar cycle 23. Adv. Space Res. 2013, vol. 51, iss. 3, pp. 395-410. DOI:https://doi.org/10.1016/j. asr.2012.09.034.
15. Yanovskii B.M. Zemnoi magnetizm [Terrestrial magnetism]. Leningrad, Leningrad State Univer-sity Publ., 1978. 592 p. (In Russian).
16. Yermolaev Yu.I., Yermolaev M.Yu. Statistical relationships between solar, interplanetary, and geomagnetospheric disturbances, 1976-2000. Cosmic Research. 2002. vol. 40, no. 1, pp. 1-14.
17. Yermolaev Y.I., Yermolaev M.Y. Comment on ‘‘Interplanetary origin of intense geomagnetic storms (Dst<-100 nT) during solar cycle 23’’ by W. D. Gonzalez et al. Geophys. Res. Lett. 2008, vol. 35, L01101. DOI:https://doi.org/10.1029/2007GL030281.
18. Yermolaev Y.I., Lodkina I.G., Nikolaeva N.S., Yermolaev M.Y., Riazantseva M.O. Some prob-lems of identifying types of large-scale solar wind and their role in the physics of the magne-tosphere. Cosmic Research. 2017, vol. 55, no. 3, pp. 178-189. DOI:https://doi.org/10.1134/S0010952517030029.
19. Watari S. Geomagnetic storms of cycle 24 and their solar sources. Earth, Planets and Space. 2017, vol. 69, article 70. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-017-0653-z.
20. URL: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dstdir/index.html (accessed April 12, 2018).
21. URL: http://omniweb.gsfc.nasa.gov (accessed April 12, 2018).
22. URL: http://sidc.oma.be (accessed April 12, 2018).
