Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды высокоэнергетических событий, обусловленных солнечной
advertisement
Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды высокоэнергетических событий, обусловленных солнечной активностью Руководитель научной школы: Доктор физико-математических наук, профессор Бархатов Николай Александрович Назначение научной школы Научные исследования по направлениям Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды повышенной солнечной активности Мониторинг и прогноз негативных последствий гелиогеофизической активности для технических средств коммуникаций Состав научной школы Бархатов Николай Александрович Ревунов Сергей Евгеньевич – доцент Бархатова Оксана Михайловна – доцент ННГАСУ Ревунова Елена Алексеевна – ст. преподаватель ННГАСУ Косолапова Наталия Валентиновна – преподаватель медлицея Романов Роман Владимирович – свободный ученый Виноградов Александр – аспирант Базина Инна - аспирант Главацкий Юрий - аспирант Манакова Юлия - студент Пехтелева Ксения - студент Место научно-исследовательской деятельности научной школы в образовательных программах вуза • Аспирантура Физика Солнца Физика атмосферы и гидросферы • Учебные курсы Астрофизика Введение в солнечно-земную физику Распространение радиоволн в магнитоактивной плазме • Выполнение курсовых и выпускных квалификационных работ Партнеры научной школы • Научно-исседовательский радиофизический институт (НИРФИ) • Институт прикладной физики РАН • Институт космических исследований РАН • Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН • Полярный геофизический институт КФ РАН Основные результаты деятельности научной школы в области научной организации (ЗАЩИЩЕННЫЕ КАНДИДАТСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ) 2002 год Сахаров Сергей Юрьевич, Кандидатская диссертация: «Исследование элементов магнитосферной активности методами компьютерного моделирования» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Емельянов Николай Николаевич, Магистерская диссертация: «Методика моделирования пространственновременной волновой динамики в космической плазме» Зырянова Марина Сергеевна, Магистерская диссертация: «Изучение гелиосферной бури методом моделирования студентами физических специальностей». 2003 год Королев Алексей Викторович, Кандидатская диссертация: «Исследование количественной связи элементов солнечной активности с магнитосферной возмущенностью» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Бархатова Ольга Александровна, Магистерская диссертация: «Искусственные нейронные сети для прогнозирования космической погоды» 2004 год Дудкина Инна Станиславовна, Магистерская диссертация: «Изучение проявления солнечной активности в геомагнитных возмущениях в рамках факультативного курса «Солнечно-Земная физика» 2005 год Ревунов Сергей Евгеньевич, Магистерская диссертация: Изучение солнечно-земных связей при прогнозировании ионосферных параметров в рамках факультативного курса «Искусственные нейронные сети в геофизических приложениях» 2006 год Улыбина Римма Ивановна, Магистерская диссертация: «Прогнозирование ионосферных параметров в высоких широтах: научно – методические аспекты» Основные результаты деятельности научной школы в области научной организации (ЗАЩИЩЕННЫЕ КАНДИДАТСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ) 2007 год Жулина Елена Геннадьевна, Кандидатская диссертация: «Геомагнитная активность, связанная с солнечными корональными выбросами вещества» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Калинина Елена Алексеевна, Магистерская диссертация: «Проявление конфигураций магнитных облаков солнечного ветра в геомагнитной активности» 2008 год Ревунов Сергей Евгеньевич, Кандидатская диссертация: «Крупномасштабные явления в солнечном ветре и магнитосферно-ионосферная активность» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Глузман Ростислав Львович, Магистерская диссертация: «Ревизия индекса глобальной геомагнитной активности Кр» Гурьяшкина Анна Александровна, Магистерская диссертация: «Поиск и определение параметров магнитных облаков солнечного ветра» 2009 год Бархатова Оксана Михайловна, Кандидатская диссертация: «Исследование ионосферно-магнитосферных токовых систем и их воздействия на ионосферные процессы в периоды геомагнитных возмущений» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Мочалова Елена, Магистерская диссертация: «Вечерний выступ плазмосферы как причина асимметрии в кольцевом токе» Панчук Ася, Магистерская диссертация: «Геомагнитная эффективность магнитного облака в зависимости от траектории прохождения через него магнитосферы Земли» 2010 год Ревунова Елена Алексеевна, Кандидатская диссертация: «Связь буревой геомагнитной активности с характеристиками магнитного облака и траектории движения через него магнитосферы Земли» по специальности - 25.00.29 – «Физика атмосферы и гидросферы» Основные результаты деятельности научной школы (в области выполнения научных проектов) Проекты Российского фонда фундаментальных исследований 94-02-06108-а Распространение магнитогидродинамических волн в околоземном пространстве. 1994 1995 98-05-64380-а Модельная динамика взаимодействия магнитогидродинамических возмущений с магнитосферой . 1998 - 1999 00-05-64689-а Генерация геоэффективных параметров солнечного ветра в системе Солнце-Земля. 2000 2002 00-05-74767-з Участие в Первой S-RAMP конференции (программа по солнечно-земной энергетике: результаты, применение, моделирование). 2000 03-05-65137-а Количественная оценка геомагнитной активности на основе современных представлений о ее генерации. 2003 - 2005 05-05-08011офи_п Разработка и создание опытного образца аппаратно-программного ЛЧМ комплекса наклонного зондирования ионосферы для оперативной диагностики ионосферного канала и адаптации систем КВ радиосвязи к текущему состоянию ионосферы. 2005 - 2006 06-05-64482-а Соответствие между геомагнитной возмущенностью в овале полярных сияний и Dst вариацией в периоды геомагнитных бурь. 2006 -2008 08-05-12051офи Связь состояния геомагнитного поля и ионосферы с динамикой параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля . 2008 -2009 09-05-00495-а Электромагнитное состояние магнитосферы, определяемое процессами в межпланетном пространстве. 2009 – 2011 12-05-00425-а Природа сезонной вариации геомагнитной активности. 2012 - 2014 Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 1. Обнаружено резонансное рассеяние альвеновских волн в другие типы МГД волн на неоднородностях плотности плазмы и магнитного поля в солнечном ветре. Предложен новый механизм затухания альвеновских волн и объяснена значительная магнитозвуковая возмущенность в солнечном ветре. 2. Определены коэффициенты эффективного линейного взаимодействия между разными типами альвеновских волн сопровождаемого энергообменом волн с потоком плазмы и приводящее к возрастанию волновых амплитуд ниже по потоку солнечного ветра. Определены границы области взаимодействия и установлена зависимость амплитуды пучка альвеновских волн от параметров солнечного ветра, связанных с солнечной активностью. 3. Обнаружено явление двойного лучепреломления альвеновских волн в межпланетной среде. Найдены трассы переноса пучков альвеновских волн, переизлучаемых неоднородностью в межпланетной среде и рассчитана эволюция формы пучков вдоль трасс. Анализ наблюдаемого спектра пространственных поперечных масштабов альвеновских волн позволяет делать вывод о расположении источника волн в солнечной короне. 4. Определены условия сильной асимметрии излучения пучков МГД возмущений генерируемого естественными излучателями расположенными в солнечном ветре. Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 5. Установлены параметры пространственно-временной динамики столкновения интенсивных МГД возмущений в плазме солнечного ветра и выявлено образование нелинейных режимов, выражающееся в формировании ударных волн с осциллирующими фронтами. 6. Установлена ответственность различных сферических слоев околосолнечного пространства за МГД неоднородности разных масштабов, наблюдаемых в окрестностях Земли. 7. Определены явления, сопровождающие пространственно-временную динамику взаимодействия высокоскоростного потока с медленным солнечным ветром и эволюцию геоэффективных долгоживущих импульсов параметров солнечного ветра. Сопоставление результатов выполненного для этого численного МГД моделирования с соответствующими данным с орбиты Земли показало согласующиеся структурные характеристики. 8. Найдены условия устойчивого существования геоэффективных проявлений солнечной активности на протяженных трассах. Анализ пространственно-временной модификации МГД возмущений различных параметров ММП и солнечного ветра позволил разработать методику ответственного установления типов наиболее вероятных солнечных источников крупномасштабных уединенных геоэффективных возмущений наблюдаемых в окрестности Земли. Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 9. Решена обратная задача по определению начальных параметров возмущающих потоков, причиной которых являются корональные выбросы вещества и установлены их начальные параметры соответствующие внутренней солнечной короне (магнитное облако, ударный фронт, потоковая трубка, выброс и других) c учетом сферического расширение среды. 10. Установлены условия проникания низкочастотных возмущений из солнечного ветра внутрь магнитосферы через отошедшую ударную волну и переходную область (магнитослой). 11. Найдены значительные эволюции волнового распределения вблизи ударного фронта связанные с перекачка энергии заданной альвеновской волны в магнитозвуковые волны и, соответственно, в возмущения плотности среды, которое регистрируется и при наблюдениях на космических аппаратах. 12. Решена задача о степени ослабления МГД возмущений вследствие их рассеяния на магнитной турбулентности в переходной области. При этом удалось показать возможность проникания импульса МГД возмущения даже через подсолнечную часть магнитослоя, найдены условия ее «просветления». Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 13. Установлена зависимость среднего уровня турбулентности магнитослоя от величины и ориентации ММП. Получены теоретические оценки для характеристик макроскопического солнечного ветра и ММП, определяющие возникновения турбулентных движений в переходной области. Показано, что средний уровень турбулентности в переходной области должен возрастать при незначительных величинах тангенциальных к ударной волне компонентах ММП. 14. Установлены корреляционные связи параметров турбулентности в переходной области с величиной модуля и ориентацией ММП, вмороженного в солнечный ветер. Уровень турбулентности антикоррелирован с величиной ММП и возрастает в тех случаях, когда вектор ММП лежит вблизи нормали к отошедшей ударной волне. Сделан вывод об определяющем вкладе турбулентности магнитослоя в радиомерцания. 15. Выполнена оценка степени геоэффективности параметров солнечного ветра и ММП для пространственно-временной динамики взаимодействия потока замагниченной плазмы солнечного ветра с системой магнитосфера-Земля. Отмечена особая эффективность воздействия неоднородности продольной скорости солнечного ветра, приводящей к значительному импульсу геомагнитного поля. Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 16. Обнаружен эффект выметания плазмы из областей вблизи ионосферных границ магнитосферы вызванной высокоэнергичным внутримагнитосферным событием. 17. Обнаружены эффекты появления долгоживущих магнитосферных скачков плотности и нагрева магнитосферной плазмы связанные с многократным отражением МГД волн между магнитосопряженными ионосферами. 18. Разработаны нейросетевые принципы долгосрочного прогнозирования индексов солнечной активности. Они позволяют выполнять прогнозирование среднегодовых чисел Вольфа и среднемесячных значений потока излучения Солнца на частоте 2800 Мгц (SF) с эффективностью прогнозирования свыше 90%. Прогноз среднегодовых чисел Вольфа на оставшуюся часть 23 и 24 цикл подтвердился. 19. Определены диапазоны значений параметров магнитных облаков солнечного ветра, определяющие интенсивность геомагнитных бурь, которые они могут генерировать при взаимодействии с магнитосферой Земли. 20. Разработан алгоритм определения параметров магнитных облаков по данным патрульного спутника, регистрирующего параметры межпланетной среды, а также метод краткосрочного прогноза интенсивности ожидаемой магнитной бури на основе измерений компонент межпланетного магнитного поля на начальном этапе прохождения магнитосферы через облако. Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 21. Создана методика комплексной классификации глобальных геомагнитных возмущений, основанная на их причинно-следственных связей с проявлениями солнечной активности в солнечном ветре. Выделены основные классы комплексов возмущенных параметров, отвечающих разным событиям космической погоды, каждый из которых отвечает соответствующей глобальной магнитосферной ситуации. 22. Применение классификационного метода выявило характерные особенности в реакции геомагнитного поля на приход к Земле солнечных возмущений конкретной природы: вспышки, корональные дыры, активизировавшиеся волокна (протуберанцы), корональные выбросы масс и их сочетания. Выделенные классы отождествлены с конкретным типом возмущений параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. 23. Разработана методика часового прогноза динамики индекса глобальной геомагнитной активности Dst с качеством 85% по параметрам околоземной плазмы и межпланетного магнитного поля, получаемым в режиме "on line" с патрульных космических аппаратов находящихся в солнечном ветре перед земной ударной волной. 24. Создана нейросетевая методика позволяющая по данным, полученным на спутниковой системе OMNI, с хорошей точностью проводить прогноз зависимости асимметрии кольцевого тока от времени, прошедшего с момента начала геомагнитной бури. 25. Создана методика восстановления записей возмущений горизонтальной составляющей геомагнитного поля на выбранной магнитной станции по данным других магнитных станций расположенных вблизи геомагнитного экватора с объективной оценкой качества в 95%. Основные результаты деятельности научной школы (в области научных и прикладных результатов) 26. Создана методика коррекции современных индексов интенсивности авроральных электроструй, определяемых по данным меньшего числа магнитных обсерваторий, чем были получены классические индекса АЕ. Разработан способ восстановления классических индексов АЕ(12), получаемых ранее по данным 12 магнитных обсерваторий, по современным индексам АЕ(N), где число обсерваторий меньше 10. 27. Предложена и разработана классификационная нейросетевая методика определения пространственного положения полярной шапки, аврорального овала и субавроральной зоны высокоширотного пространства по геомагнитным данным меридиональной цепочки магнитных станций. При этом возможна оценка границ полярной шапки и аврорального овала в реальном масштабе времени. 28. Разработан алгоритм прогнозирования критической частоты ионосферного слоя F2 на интервалы времени в широком диапазоне с учетом с геоэффективных явлений в космическом пространстве и уровня геомагнитной активности. 29. Разработан алгоритм прогнозирования максимально наблюдаемой частоты (МНЧ) для ионосферной КВ радиосвязи. Установлена связь МНЧ с изменениями ключевых параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля, определяющих последовательность развития магнитосферно-ионосферных возмущений, приводящих к изменению условий КВ радиосвязи. Определены характерные времена ионосферной реакции. Достигнуты максимальные результаты прогнозирования до 99% на 0,5-1,5 часа вперед. 30. Созданы основы классификации ионосферной возмущенности. Стратегия развития научной школы Выяснение природы геомагнитных и плазменных возмущений в околоземном пространстве вызванных проявлениями солнечной активности и высокоэнергичными геофизическими явлениями. Оценка уровня их негативного воздействия на работу коммуникаций наземного и космического базирования, а также спутниковых систем позиционирования. Конкретные задачи: физические явления в магнитных облаках солнечного ветра; связь высокоширотных суббурь с параметрами магнитных облаков солнечного ветра, как наиболее геоэффективных событий; фундаментальная связь предшествующего солнечной вспышке ионизирующего электромагнитного излучения Солнца с интенсификацией долгопериодных геомагнитных колебаний; динамика магнитосферной структуры во время глобальных геомагнитных возмущений; ионосферная и геомагнитная возмущенности, обусловленные магнитогравитационными волнами, вызываемыми высокоэнергичными геофизическими событиями. Использование полученных результатов для создания систем прогноза и восстановления гелиогеофизических параметров, в том числе и методами искусственного интеллекта. Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды высокоэнергетических событий, обусловленных солнечной активностью Спасибо за внимание!
