CC BY
20НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2013, №1
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 550.380
Международный проект MAGDAS: первые результаты геомагнитных наблюдений на территории Якутии
Д.Г. Баишев, А.В. Моисеев, Р.Н. Бороев, Г.А. Макаров, И.Н. Поддельский, А.И. Поддельский, Б.М. Шевцов, K. Yumoto
Дано краткое описание международного проекта MAGDAS и роли российских научных учреждений в проекте. Представлены первые результаты геомагнитных наблюдений с помощью сети магнитометров MAGDAS-9 на территории Якутии.
Ключевые слова: геомагнитные наблюдения, магнитометр MAGDAS, космическая погода.
International project MAGDAS and a contribution of Russian scientific research institutes to this project are briefly discussed. First results of geomagnetic observations using a chain of MAGDAS-9 magnetometers in the territory of Yakutia are presented.
Key words: geomagnetic observations, MAGDAS magnetometer, space weather.
Введение
Многие геофизические и климатические процессы, происходящие на Земле, обусловлены процессами, протекающими на Солнце и в околоземном космическом пространстве. Этим определяется важность изучения солнечно-земных связей, как для повседневной человеческой деятельности, так и для получения новых знаний об околоземной среде. Во многих странах в на-
БАИШЕВ Дмитрий Гаврильевич - к.ф.-м.н., зав. лаб. ИКФИА СО РАН, [email protected]; МОИСЕЕВ Алексей Владимирович - к.ф.-м.н., с.н.с. ИКФИА СО РАН, [email protected]; БОРОЕВ Роман Николаевич - к.ф.-м.н., с.н.с. ИКФИА СО РАН, [email protected]; МАКАРОВ Георгий Афанасьевич - к.ф.-м.н., с.н.с., ученый секретарь ИКФИА СО РАН, [email protected]; ПОДДЕЛЬСКИЙ Игорь Николаевич - зав. геофизической обсерваторией «Магадан» Института космофизиче-ских исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, [email protected]; ПОДДЕЛЬСКИЙ Алексей Игоревич - м.н.с. геофизической обсерватории «Магадан» Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, [email protected]; ШЕВЦОВ Борис Михайлович - д.ф.-м.н., директор Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, [email protected]; YUMOTO Kiyohumi - PhD, директор International Center for Space Weather Science and Education (ICSWSE), Kyushu University, Japan, [email protected].
стоящее время приняты национальные программы, нацеленные на изучение этих связей, которые получили условное общее название «космическая погода». Реализуется также ряд международных программ, направленных на углубленные исследования условий в околоземном космическом пространстве и их влияния на среду обитания человека, а также на изучение глобальных климатических изменений на Земле. Среди них такие продолжающиеся программы, как International Living with a Star (ILWS) Program, Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES), International Space Weather Initiative (ISWI).
Развитие современных методов и средств комплексной диагностики динамических процессов в системе ионосфера-магнитосфера, по данным наземных наблюдений, позволяет проводить комплексные исследования механизмов переноса энергии, импульса и частиц в магнитосферу и ионосферу Земли, определяющих динамику и состояние околоземной плазмы. В частности, изучение причин и закономерностей геомагнитных возмущений, являющееся одной из основных фундаментальных задач исследования космического пространства, успешно решается с помощью глобальной цепочки магнитных станций по проекту MAGDAS/CPMN.
Международное сотрудничество с Японией
В 1990-х годах ИКФИА СО РАН, ИКИР ДВО РАН и ТОИ ДВО РАН заключили международ-
БАИШЕВ, МОИСЕЕВ, БОРОЕВ, МАКАРОВ, ПОДДЕЛЬСКИЙ, ПОДДЕЛЬСКИЙ, ШЕВЦОВ, YUMOTO
ное сотрудничество с Нагойским университетом (Япония). Было установлено 7 цифровых ферро-зондовых магнитометров на северо-востоке России, работающих по международным проектам «2100 магнитный меридиан (ММ)» (1992-1995) [1] и Circum-pan Pacific Magnetometer Network (CPMN, 1996-2004) [2]. Российские станции стали продолжением глобальной цепочки вдоль 210" ММ на высокие широты в Северном полушарии, обеспечивая геомагнитные наблюдения в авроральной зоне.
В 2005 г. Центром космических исследований (Университет Кюсю, Япония) был инициирован новый международный проект MAGDAS (MAGnetic Data Acquisition System) [3] (рис.1). Руководитель проекта - проф. К. Юмото. В рамках проекта решаются следующие задачи: замена магнитометров на станциях цепочки CPMN на новые магнитометры MAGDAS, продолжение мониторинга вариаций магнитного поля Земли с получением магнитных данных в режиме реального времени, построение глобальной трехмерной токовой системы и исследования магнитосферно-ионосферных процессов от высоких широт до экватора по проекту «Передача энергии при взаимодействии солнечного ветра с магнитосферой», входящему в Программу сотрудничества между Россией и Японией.
В 2006 г. сотрудники ИКИР ДВО РАН первыми в России произвели замену магнитометров цепочки CPMN на новые магнитометры MAGDAS на трех станциях - Паратунка, Стекольный (Магадан) и мыс Шмидта (Чукотка) (станции PTK, MGD, CST на рис.1).
В осенний период 2011 г. сотрудниками ИКФИА СО РАН произведена установка пяти магнитометров MAGDAS-9 на территории Яку-
тии. Ниже приведены первые результаты геомагнитных наблюдений с помощью магнитометров MAGDAS-9.
Экспериментальные данные и результаты
В 2011 г. выполнена установка 5 новых магнитометров MAGDAS в следующих пунктах: о. Котельный (76°00' с.ш., 137°54' в.д.), Тикси (71°36' с.ш., 128°47' в.д.), Жиганск (76°00' с.ш., 137°54' в.д.), Якутск (61°57' с.ш., 129°39' в.д.) и Чокурдах (70°37' с.ш., 147°55' в.д.). Создана система передачи магнитных данных в квазиреальном времени в единый центр, расположенный в ИКФИА СО РАН, из базовых филиалов института - в Тикси и Якутске.
На рис.2 представлены вариации геомагнитного индекса Dst, H компоненты магнитного поля на станциях Тикси, Чокурдах, Якутск и Магадан за март 2012 г. Для сопоставления магнитных вариаций в обсерваториях Якутск и Магадан дополнительно приведены данные по проекту INTERMAGNET (http://www.intermagnet.org). Описание магнитометрической аппаратуры, используемой в обсерватории Якутск, дано в работе [4].
Как известно, геомагнитная активность усиливается в периоды весеннего и осеннего равноденствия (см., например, [5]). Поэтому был выбран март 2012 г. Использовалась классификация магнитных бурь по Dst индексу [6]. Действительно, в этот месяц наблюдались магнитные бури, среди которых выделяются одна сильная магнитная буря с Dst< -100 нТл в период 8-11 марта и четыре умеренные бури с -50 < Dst < 100 нТ в периоды 7-8, 12-13, 15-16 и 2728 марта 2012 г. На авроральных широтах (Тик-
си, Чокурдах) в эти периоды видны усиления интенсивности западного электро-джета, особенно заметные во время сильной магнитной бури. Станции расположены примерно на одинаковой широте,
Рис. 1. Станции, оснащенные магнитометрами MAGDAS (открытые кружки), и планируемые (серые кружки)
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОЕКТ MAGDAS: ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОМАГНИТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Рис. 2. Вариации Б81 индекса, Н компоненты магнитного поля на станциях Тик-си, Чокурдах, разности величин данных магнитометра МАОБА8-9 и магнитометрической системы ШТЕКМАОЫЕТ на станциях Якутск, Магадан в марте 2012 г. Пунктирная кривая -вариации температуры датчика на станции Якутск. Размерность приведенных на рис. 2 величин: Б81 -индекс, Н - компонента, разность, нТл, температура - 0С
поэтому наблюдаемые отрицательные бухты сопоставимы по величине (до -1000 нТл).
На станциях Якутск и Магадан усиления в Н компоненте в виде отрицательных бухт наблюдались 7, 10, 12 и 15 марта 2012 г. в период максимального развития кольцевого тока, соответствующие минимумам в Dst индексе [см., например, 7]. Проявление магнитной бури 27-28 марта 2012 г. на средних широтах оказалось слабым.
Сопоставление данных магнитометра МАОБА8-9 и данных магнитометрической системы по проекту INTERMAGNET на станциях Якутск и Магадан в марте 2012 г. показывают хорошее согласие. Полученная разность величин Н компоненты магнитного поля свидетельствует о температурной зависимости, на что указывает поведение температуры датчика на станции Якутск и суточные колебания разности
величин Н компоненты по данным станции Магадан (нижняя панель). Такое поведение разности величин Н компоненты обусловлено расположением датчика МАОБА8-9 в неотапливаемом месте, а большая разность (около 300 нТл) указывает на удаленность датчиков друг от друга, т.е. в уличных условиях.
Выводы
Магнитные обсерватории ИКФИА СО РАН (Якутск) и ИКИР ДВО РАН (Магадан), работающие в рамках проекта INTERMAGNET, охватывают огромный северо-восточный сегмент сети магнитных обсерваторий, выполнявших до 90-х годов прошлого столетия программу наблюдений на пунктах векового хода, их восстановление является шагом для возобновления этих наблюдений. Создание современной магнитометрической сети на северо-востоке России по международному проекту MAGDAS позволяет решить ряд задач по прогнозу «космической погоды». Также обеспечиваются наземные наблюдения в рамках выполнения проекта International Space Weather Initiative (ISWI) с участием японских геостационарных спутников.
Приведены экспериментальные данные магнитометров MAGDAS-9 на высоких (Тикси,
НИКОЛАШКИН, ТИТОВ, МАРИЧЕВ, БЫЧКОВ, КУРКИН, ЧЕРНИГОВСКАЯ, НЕПОМНЯЩИЙ
Чокурдах) и средних (Якутск, Магадан) широтах в марте 2012 г. и выполнено сопоставление данных магнитометров MAGDAS-9 на станциях Якутск и Магадан с данными магнитных обсерваторий стандарта INTERMAGNET в Якутске и Магадане. Получено хорошее соответствие данных.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке по интеграционному проекту СО РАН № 106.
Литература
1. Yumoto K., Osaki H., Fukao K. et al., 210 MM Magnetic Observation Group. Correlation of high- and low-latitude Pi 2 magnetic pulsations observed at 2100 magnetic meridian chain stations // J. Geomag. Geo-electr. - 1994. - Vol.46, № 11. - P.925-935.
2. Yumoto K. and the CPMN Group. Characteristics of Pi 2 magnetic pulsations observed at the CPMN
stations: A review of the STEP results // Earth Planets Space. - 2001. - Vol. 53. - P.981-992.
3. Yumoto K. and the MAGDAS Group. MAGDAS project and its application for space weather // Solar Influence on the Heliosphere and Earth's Environment: Recent Progress and Prospects / Edited by N. Gopal-swamy and A. Bhattacharya. - 2006. - P.399-405.
4. Моисеев А.В., Макаров Г.А., Неустроев Н.И. Геомагнитные исследования на северо-востоке России // Вестник ОНЗ РАН. - 2011. - NZ5004. -doi:10.2205/2011NZ000106.
5. Данилов А.А. Стационарная структура межпланетного магнитного поля и геомагнитная активность. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1993. - 148 с.
6. Gonzalez W.D., Joselyn J.A., Kamide Y. et al. What is a geomagnetic storm ? // J. Geophys. Res. - 1994. -Vol.99, № A4. - P.5771-5792.
7. Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. - М.: Мир, 1980. - 209 с.
Поступила в редакцию 03.12.2012
УДК 551.524.77
Лидарные исследования поведения внезапных зимних стратосферных потеплений на территории Сибири и Дальнего Востока
С.В. Николашкин, С.В.Титов, В.Н. Маричев, В.В.Бычков, В.И. Куркин, М.А. Черниговская, Ю.А. Непомнящий
Приведены результаты лидарных исследований возмущений температурного режима средней атмосферы Земли, связанных с событиями, так называемых внезапных зимних стратосферных потеплений, наблюдавшихся над регионами Западной, Восточной Сибири и Дальнего Востока России по данным лидаров, установленных в г. Томске, г. Якутске и с. Паратунка (Камчатский край). Для комплексного анализа пространственно-временного распределения температуры средней атмосферы совместно с данными лидарных измерений используются спутниковые данные по температуре, полученные СВЧ зондом MLS Aura и Британского центра метеоданных (BADC) за 2010-2012 гг. Рассмотрены особенности развития потепления в различных регионах. Обсуждается связь вариаций температуры с волновой активностью средней атмосферы во время зимних стратосферных потеплений. Показано, что потепление вызвано диссипацией планетарной волны с волновым числом 1 и охватывает значительный объем атмосферы, постепенно опускаясь на более низкие высоты и перемещаясь на запад.
Ключевые слова: лидар, внезапные стратосферные потепления, динамика атмосферы, температура атмосферы.
The results of the LIDAR research of the Earth's middle atmosphere temperature regime disturbances related with the events of so-called sudden winter stratospheric warmings (SSW), observed over the regions
НИКОЛАШКИН Семен Викторович - к.ф.-м.н., зав. лаб. ИКФИА СО РАН, [email protected]; ТИТОВ Семен Вячеславович - м.н.с. ИКФИА СО РАН, [email protected]; МАРИЧЕВ Валерий Николаевич - г.н.с. Института оптики атмосферы СО РАН, [email protected]; БЫЧКОВ Василий Валентинович - с.н.с. Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, [email protected]; КУРКИН Владимир Иванович - зам. директора Института солнечно-земной физики СО РАН, [email protected]; ЧЕРНИГОВСКАЯ Марина Артуровна - с.н.с. Института солнечно-земной физики СО РАН, [email protected]; НЕПОМНЯЩИМ Юрий Александрович - м.н.с. Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, [email protected].
