Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 85055 10.12737/szf-111202506 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Tropospheric response to solar effects during geomagnetic superstorms in solar cycle 23 Отклик тропосферы на солнечное воздействие во время мощных геомагнитных бурь в 23-м цикле солнечной активности Караханян Ашхен Арменовна Karakhanyan Ashkhen Armenovna asha@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Молодых Сергей Иванович Molodykh Sergey Ivanovich sim@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 26 03 2025 26 03 2025 11 1 55 62 05 07 2024 20 11 2024 https://naukaru.ru/en/nauka/article/85055/view

Электрический потенциал (ЭП) ионосферы используется в качестве гелиогеофизического параметра при анализе тропосферного отклика на солнечное воздействие во время мощных геомагнитных бурь в 23-м цикле солнечной активности. На основе наблюдательных данных показано, что отклик метеопараметров происходит одновременно с вариациями ЭП во время очень большой магнитной бури 20 ноября 2003 г., вызванной экстремально геоэффективным событием. Тропосферный отклик сдвигается по времени относительно максимума ЭП во время очень большой магнитной бури 15 июля 2000 г.: увеличение высоты слоя осажденной воды наблюдается через 6 ч; уменьшение уходящей длинноволновой радиации — через 12 ч; увеличение верхней облачности — через 18 ч. Обнаружено, что амплитуда отклика метеопараметров на вариации ЭП примерно вдвое меньше во время магнитной бури 15 июля 2000 г. по сравнению с тропосферным откликом во время геомагнитной бури 20 ноября 2003 г.

The ionospheric electric potential (EP) is used as a heliogeophysical parameter to analyze tropospheric response to solar impacts during geomagnetic superstorms in solar cycle 23. According to observational data, the response of meteoparameters is shown to concur with EP variations during the November 20, 2003 geomagnetic superstorm caused by an extreme geoeffective event. The tropospheric response is time-shifted versus EP maximum during the July 15, 2000 magnetic superstorm: increased precipitable water is observed in 6 hrs; decreased outgoing longwave radiation, in 12 hrs; increased upper cloudiness, in 18 hrs. We have found that the amplitude of the meteoparameters’ response to EP variations during the July 15, 2000 magnetic superstorm is about half as low as that of the tropospheric response during the November 20, 2003 geomagnetic superstorm.

 электрический потенциал ионосферы солнечная активность геомагнитный индекс уходящая длинноволновая радиация облачность водяной пар климат ionospheric electric potential solar activity geomagnetic index outgoing longwave radiation cloudiness water vapor climate Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation

Благовещенская Н.Ф., Благовещенский Д.В., Корниенко В.А. и др. Ионосферные эффекты в главную фазу магнитной бури 20 ноября 2003 г. в Европейском регионе Арктике. Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 1. С. 64–74. Blagoveshchenskaya N.F., Kornienko V.A., Borisova T.D., Moskvin I.V., Berdnikova M.Yu., Yanzhura A.S., Blagoveshchenskii D.V. Ionospheric effects during the main phase of the magnetic storm of November 20, 2003, in the European Arctic regions. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2005, vol. 45, iss. 1, pp. 60–70. (In Russian). Гаврилов Б.Г., Ряховский И.А., Маркович И.Э. и др. О применимости планетарных и станционных индексов геомагнитной активности. Гелиогеофизические исследования. 2016. № 15. C. 42–48. Ermolaev Yu.I., Zelenyi L.M., Zastenker G.N., Petrukovich A.A., Mitrofanov I.G., Litvak M.L., et al. Solar and heliospheric disturbances that resulted in the strongest magnetic storm of November 20, 2003. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2005, vol. 45, iss. 1, pp. 23–46. (In Russian). Ермолаев Ю.И., Зеленый Л.М., Застенкер Г.Н. и др. Солнечные и гелиосферные возмущения, приведшие к сильной магнитной бури 20 ноября 2003 г. Геомагнетизм и аэрономия. 2005. Т. 45, № 1. С. 23–50. Gavrilov B.G., Ryakhovskiy I.A., Markovich I.E., Lyakhov A.N., Egorov D.V. The applicability of the station and the planetary geomagnetic activity indices. Geliogeofizicheskie issledovaniya [Heliogeophys. Res.]. 2016, no. 15, pp. 42–48. (In Russian). Ишков В.Н. Космическая погода и особенности развития текущего 24-го цикла солнечной активности. Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58, № 6. С. 785–800. DOI: 10.1134/ S0016794018060056. Grechnev V.V., Uralov A.M., Chertok I.M., Belov A.V., Filippov B.P., Slemzin V.A., Jackson B.V. A challenging solar eruptive event of 18 November 2003 and the causes of the 20 November geomagnetic superstorm. IV. Unusual magnetic cloud and overall scenario. Solar Phys. 2014, vol. 289, iss. 12, pp. 4653–4673. DOI: 10.1007/s11207-014-0596-5. Караханян А.А., Молодых С.И. Электрический потенциал ионосферы — альтернативный индикатор солнечного воздействия на нижнюю атмосферу. Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9, № 2. С. 111–115. DOI: 10.12737/szf-92202313 // Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. Ionospheric electric potential as an alternative indicator of solar effect on the lower atmosphere. Solar-Terrestrial Physics. 2023. Vol. 9, iss. 2. P. 103–106. DOI: 10.12737/stp-92202313. Harrison R.G., Lockwood M. Rapid indirect solar responses observed in the lower atmosphere. Proc. the Royal Society A. 2020, vol. 476, iss. 2241, p. 20200164.DOI: 10.1098/rspa.2020.0164. Ким В.П., Мин К.В., Хегай В.В. и др. Региональные особенности морфологии возмущений электронной концентрации в максимуме F2 слоя на средних широтах во время магнитной супербури 15 июля 2000 г. Геомагнетизм и аэрономия. 2011. Т. 51, № 2. С. 257–269. Ishkov V.N. Properties of the current 23rd solar-activity cycle. Solar System Research. 2005, vol. 39, iss. 6, pp. 453–461. Клейменова Н.Г., Козырева О.В. Восстановительная фаза сверхсильной магнитной бури 15–17 июля 2000 г.: суббури и ULF пульсации. Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 3. С. 321–334. Ishkov V.N. Space weather and specific features of the development of current solar cycle. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2018, vol. 58, iss. 6, pp. 753–767. DOI: 10.1134/S0016793218060051. (In Russian). Кондратьев К.Я. Глобальный климат. СПб.: Наука, С.-Петербургское отд-ние. 1992. 359 с. Karakhanyan A.A., Molodykh S.I. Ionospheric electric potential as an alternative indicator of solar effect on the lower atmosphere. Solar-Terrestrial Physics. 2023, vol. 9, iss. 2, pp. 103–106. DOI: 10.12737/stp-92202313. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф. Радиационный баланс Земли как индикатор глобального экологического равновесия. Исследование Земли из космоса. 2006. № 1. С. 3–9. Kim V.P., Hegal V.V., Min K.W., Lee J.J. Regional morphology features of electron concentration disturbances at the midlatitude F2-layer maximum during magnetic superstorm of July 15, 2000. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2011, vol. 51, iss. 2, pp. 254–266. DOI: 10.1134/S0016793211020083. (In Russian). Молодых С.И., Жеребцов Г.А., Караханян А.А. Оценка влияния солнечной активности на уходящий поток инфракрасного излучения. Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, № 2. С. 208–215. DOI: 10.31857/S0016794020020108. Kleimenova N.G., Kozyreva O.V. The recovery phase of the superstrong magnetic storm of July 15–17, 2000: substorms and ULF pulsations. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2009, vol. 49, iss. 3, pp. 60–70. DOI: 10.1134/S0016793209030049. (In Russian). Harrison R.G., Lockwood M. Rapid indirect solar responses observed in the lower atmosphere. Proceedings of the Royal Society A. 2020. Vol. 476, iss. 2241. P. 20200164. DOI: 10.1098/rspa.2020.0164. Kniveton D.R., Tinsley B.A., Burns G.B., Bering E.A., Troshichev O.A. Variations in global cloud cover and the fair-weather vertical electric field. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008, vol. 70, iss. 13, pp. 1633–1642. DOI: 10.1016/j.jastp. 2008.07.001. Grechnev V.V., Uralov A.M., Chertok I.M., et al. A challenging solar eruptive event of 18 November 2003 and the causes of the 20 November geomagnetic superstorm. IV. Unusual magnetic cloud and overall scenario. Solar Phys. 2014. Vol. 289, iss. 12. P. 4653–4673. DOI: 10.1007/s11207-014-0596-5. Kondratyev K.Ya. The global climate. SPb.: Nauka, St. Petersburg branch, 1992, 359 p. Ishkov V.N. Properties of the current 23rd solar-activity cycle. Solar System Res. 2005. Vol. 39, iss. 6. P. 453–461. Kondratyev K.Ya., Krapivin V.F. Earth’s radiation budget as an indicator of the global ecological equilibrium. Issledovanie Zemli iz kosmosa [Research of the Earth from Space]. 2006, no. 1, pp. 3–9. (In Russian). Kniveton D.R., Tinsley B.A., Burns G.B., et al. Variations in global cloud cover and the fair-weather vertical electric field. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. Vol. 70, iss. 13. P. 1633–1642. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.07.001. Molodykh S.I., Zherebtsov G.A., Karakhanyan A.A. Estimation of solar activity impact on the outgoing infrared-radiation flux. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2020, vol. 60, iss. 2, pp. 205–211. DOI: 10.1134/ S0016793220020103. (In Russian). Tinsley B.A. Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere. Space Sci. Rev. 2000. Vol. 94, iss. 1-2. P. 231–258. Tinsley B.A. Influence of solar wind on the global electric circuit, and inferred effects on cloud microphysics, temperature, and dynamics in the troposphere. Space Sci. Rev. 2000, vol. 94, iss. 1-2, pp. 231–258. Weimer D.R. An improved model of ionospheric electric potentials including substorm perturbations and application to the Geospace Environment Modeling November 24, 1996, event. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001. Vol. 106, iss. A1. P. 407–416. Weimer D.R. An improved model of ionospheric electric potentials including substorm perturbations and application to the Geospace Environment Modeling November 24, 1996, event. J. Geophys. Res.: Space Phys. 2001, vol. 106, iss. A1, pp. 407–416. Wielicki B.A., Barkstrom B.R., Harrison E.F., et al. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An Earth Observing System Experiment. Bulletin of the American Meteorological Society. 1996. Vol. 77, iss. 5. P. 853–868. Wielicki B.A., Barkstrom B.R., Harrison E.F., Lee III R.B., Smith G.L., Cooper, J.E. Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An Earth Observing System Experiment. Bulletin of the American Meteorological Society. 1996, vol. 77, iss. 5, pp. 853–868. Yamazaki Y., Matzka J., Stolle C., et al. Geomagnetic activity index Hpo. Geophys. Res. Lett. 2022. Vol. 49, iss. 10. e2022GL098860. DOI: 10.1029/2022GL098860. Yamazaki Y., Matzka J., Stolle C., Kervalishvili G., Rauberg J., Bronkalla O., et al. Geomagnetic activity index Hpo. Geophys. Res. Lett. 2022, vol. 49, iss. 10, e2022GL098860. DOI: 10.1029/2022GL098860. URL: CERES_SYN1degEd4.1SubsettingandBrowsing (дата обращения 5 июля 2024 г.). URL: CERES_SYN1degEd4.1SubsettingandBrowsing (accessed July 5, 2024). URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/html/ow_data.html (дата обращения 5 июля 2024 г.). URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/html/ow_data.html (accessed July 5, 2024). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html (дата обращения 5 июля 2024 г.). URL: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html (accessed July 5, 2024).