А.Е. Левитин

1. А.Е. Левитин

2. АВТОРЫ используют понятие: ПЛАНЕТАРНАЯ ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ, на самом деле, понимая под этим активность, которую описывает индекс Кр; она определяется взаимным положением вектора электрического поля солнечного ветра Е= - [Vсв xBммп]ивектора геодиполя М. Для магнитологов есть различие в понятии ПЛАНЕТАРНАЯ ГЕОМАГНИТНАЯ АКТИВНОСТЬ и понятием planetary, вкладываемым создателями индекса Кр символ р[lanetary].Он означает только, что индекс Kpотражает наличие геомагнитной ситуации, когда геомагнитное возмущение носит планетарный характер, то есть,оно охватывает всю территорию планеты, в отличие от ситуации, когда геомагнитное возмущение носит локальный характер, иактивность (возмущенность) проявляется только • в полярной шапке, • в полярном овале (авроральные электроджеты), • в районе экватора (экваториальная электроструя).

3. Индекс Кр - это индикатор наличия магнитной бури. В годы создания Kp индекса, магнитная буря связывалась с развитием кольцевого тока,магнитное возмущение от которого действительно фиксируется и хорошо выделяется на записях всех обсерваторий мировой сети. Магнитные возмущения, возникающие в период магнитных бурь, занимают всего 5-10% времени года. Реальная планетарная геомагнитная активность – это интегральная по всей планете активность геомагнитных вариаций в данный временной интервал. Хорошо ее количественно описать сложно – мала плотность сети магнитных наблюдений.

4. Обсерватории индекса Кр специально были выбраны в широтном поясе, отстоящим на достаточном расстоянии от овала полярных сияний, чтобы не возникала ситуация, что они будут фиксировать возмущение, а оно носит не планетарный характер, а является локальным магнитным возмущением в авроральной зоне. Локальные возмущения возникают в авроральной зоне регулярно в течение почти каждых суток. Они связаны с высыпаниями частиц (проводимость) и с усилением магнитосферной конвекции (электрическое поле), эти возмущения являются результатом реализации незначительных, по сравнению с периодами магнитных бурь, и коротких по времени порций энергии, поступающих в магнитосферу из межпланетной среды. В период главной фазы магнитной бури, происходит смещение авроральной зоны к югу, и обсерваторииKр индекса начинают фиксировать, главным образом, не поле, которое носит планетарный характер (о нем настоящую информацию дает специально созданный Dst индекс), а локальное поле от авроральных электроструй. Но, без сомнения, Кр индекс в любом случае отражает динамику энергетического состояния магнитосферы, в том числе и динамику поступления в нее энергии из солнечного ветра.

5. Но, без сомнения, Криндекс в любом случае отражает динамику энергетического состояния магнитосферы, в том числе и динамику поступления в нее энергии из солнечного ветра. Соответственно, для меня вывод, который делают авторы настоящего достижения, звучит так: Темп поступления энергии в магнитосферу из межпланетной среды определяется взаимным положением вектора электрического поля солнечного ветраЕ= - [Vсв xBммп]ивектора геодиполя М. Против такого вывода нельзя возражать, так как он давно сделан на основе анализа связи индексов геомагнитной активности и данных обсерваторий с параметрами солнечного ветра.

6. В настоящее время, для всех исследователей, которые используютпараметры солнечного ветра всвоих моделях расчета количественной оценки состояния - геомагнитного поля, - электрического поля, - интенсивности полярных сияний, - состояния ионосферы - и т.п Очевидно: Лучшей входной информацией для моделей является параметрV×Bz Это следует из того, что знак и амплитуда Bz лучше всего на уровне статистики характеризует временное поведение магнитосферных процессов, контролируемых спутниковыми наблюдениями, радарами, ионозондами, магнитными обсерваториями. V придает V×Bzфизический смысл электрического поля.

7. Для корреляционных связей скорость солнечного ветра V не столь важна, так как она меняется от 300 до 1000 км/с (на самом деле, не больше чем в 1,5 – 2 раза в анализируемыйинтервал бури), тогда какBzменяется в пределах от +40нТл до – 40 нТл, поэтому можно брать для расчета толькоBz. При этом, так как активность выше приВz <0, то часто берут величинуBs: Bs = 0 при Bz > 0 и Bs = -Bz при Bz > 0. Также хорошо и давно известно, что пространственно - временное поведение конкретной геомагнитной вариации связано с положением вектора магнитного диполя в околосолнечном пространстве. Давно обозначены причины такой связи. Магнитное поле – это ток, ток это – электрическое поле и проводимость.

8. Проводимость ионосферы - это волновая проводимость, ее распределение хорошо описывать в географических координатах и корпускулярная проводимость, которая живет в геомагнитных, а точнее, в исправленных геомагнитных, координатах. Пересчет распределения волновой проводимости из географической системы в геомагнитную приводит к тому, что ее распределение зависит от сезона года и от мирового времени (суточное изменение положения диполя). На самом деле необходимо иметь модель проводимости на каждый час UT. В высоких широтах с UT ходом проводимости связывают UT-изменения геомагнитных вариаций. Отдельные ученые полагают , что она может достигать 100%. Распределение электрического поля в магнитосфере зависит от взаимодействия диполя с солнечным ветром, которое теоретически очень трудно рассчитать. Причин для этого несколько, но приведем один факт, который уже дает представление о сложности конкретного расчета.

9. Параметры межпланетной среды получаются на основе спутниковых наблюдений в солнечном ветре. При этом спутник чаще всего находится в точке, удаленной приблизительно на полтора миллиона километров (20 Re). Эти параметры, которые мы все используем в наших исследованиях, не остаются неизменными после измерения, а значительно меняются прежде чем дойдут до границ магнитосферы. На расстоянии около 12 Re солнечный ветер наткнется на ударную волну и изменит свои параметры, попав в переходный слой, который примыкает к магнитопаузе на расстоянии около 10 Re. Уже по такой причине мы никогда не сможем получать высокоточные корреляционные соотношения с параметрами солнечного ветра ( это - современные наборы межпланетных данных, представленные в ИНТЕРНЕТе), которые способны очень хорошо описывать искомую величину внутри магнитосферы непрерывно час за часом, хотя статистические корреляционные уравнения имеют коэффициенты корреляции на уровне 0,9. Понимая, что взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем зависит от положения диполя, исследователи уже давно перешли к специальным системам координат.

10. В первые годы использования параметров межпланетного магнитного поля компоненты вектора ММП Bx, By, Bz рассматривались в солнечно-эклиптической системе координат(GSE): плоскость X-Y это плоскость эклиптики Земли (ось Х – вдоль линии Солнце - Земля), ось Z - перпендикуляр к этой плоскости. Чтобы учесть роль положения диполя при взаимодействии с солнечным ветром, все перешли очень скоро к солнечно-магнитосферной системе(GSM): ось Х в ней остается той же самой, но остальные оси получаются так – на каждый момент мирового времени в данный день года проводится плоскость через ось Х и ось диполя. Перепендикуляр к оси Х в этой плоскости и будет осью Z. Ось Y будет перпендикуляр к плоскости XOZ. При переходе от By, Bz в солнечно -эклиптической системе к By,Bz в солнечно- магнитосферной системе, эти компоненты могут измениться значительно; Bx компонента при таком переходе не меняется. Посмотрим на реальных данных, как меняются компоненты вектора ммп при таком переходе в зависимости от знака и амплитуды By компоненты. Ниже представлены конкретные данные спутниковых измерений в солнечном ветре в двух системах координат солнечно- эклиптической GSE и солнечно – магнитосферной GSM.

12. Используя параметры ММП в солнечно-магнитосферной системе координат, исследователи уже учитывают роль геометрии (положение электрического поля солнечного ветра относительно диполя). Роль такого пересчета видна на представленном примере. Как я понимаю, авторы считают, что, переходя к еще более правильной системе координат, в которой первую скрипку играет проекция вектора электрического поля солнечного ветра на геомагнитный диполь, они получают дополнительное влияние геометрии на 50% от того, что мы имеем при использовании солнечно-магнитосферной системы. Я в этом сомневаюсь. Чтобы развеять эти сомнения, необходимо сначала убрать роль той геометрии, которая учитыается всеми, кто работает в солнечно-магнитосферной системе координат, и показать, что после этого остается еще значительное, не учтенное пока никем, влияние именно геометрии проекции вектора электрического поля солнечного ветра на геомагитный диполь.

13. Это сделать можно достаточно просто: Проводим корреляцию, используемых авторами массивов данных Kp с V×Bz в форме Kp = a×V×Bz + c. Очищаем массив Kp от вклада V×Bz: Каждое i-тое значение Kpi меняем на Kpi- a×Vi×Bzi И начинаем дальше работать с этим новым, очищенным массивом. Я уверен, что уже сопоставление старого и нового массивов Kpпозволит увидеть какая амплитудная часть индекса остается неубранной геометрией солнечно-магнитосферной системы координат. Еще один момент мешает мне согласиться с авторами обсуждаемого результата. Dst индекс был предложен специально для оценки магнитного возмущения, связанного с кольцевым током. В настоящее время существует много моделей временного поведения этого индекса. Алгоритмы нескольких моделей позволяют достаточно хорошо описывать Dst(t) в периоды магнитных бурь, что достигается использованием величины V×Bz в качестве входного параметра модели.

14. Neural networksH. Lundstedt and P. Wintoft:Prediction of geomagnetic storms from solar wind data with the use of a neural network, Аnnales Geophysicae 12, 19-24, 1994.H. Gleisner, H. Lundstedt and P. Wintoft:Predicting geomagnetic storms from solar-wind data using time-delay neural networks, Annales Geophysicae 14, 679-686, 1996.J.-G. Wu and H. Lundstedt:Prediction of geomagnetic storms from solar wind data using Elman recurrent neural networks,Geophysical Research Letters 23, 319-322, 1996.H. Lundstedt, H. Gleisner, and P. Wintoft:Operational forecasts of the geomagnetic Dst index,Geophysical Research Letters 29, submitted, 2002. • Linear filtersR.L. McPherron, D.N. Baker, and L.F. Bargatze:Linear filters as a method of real time prediction of geomagnetic activity, in Solar Wind Magnetosphere Coupling, edited by Y. Kamide and J.A. Slavin, p. 85-92, 1986.K.J. Trattner and H.O. Rucker:Linear prediction theory in studies of solar wind-magnetosphere coupling, Annales Geophysicae 8, 733-738, 1990. • Differential equationsR.K. Burton, R.L. McPherron, and C.T. Russell:An empirical relationship between interplanetary conditions and Dst, Journal of Geophysical Research 80, 4204-4214, 1975.F.R. Fenrich and J.G. Luhmann:Geomagnetic response to magnetic clouds of different polarity,Geophysical Research Letters 25, 2999-3002, 1998.T.P. O'Brien and R.L. McPherron:An empirical phase space analysis of ring current dynamics: solar wind control of injection and decay, Journal of Geophysical Research 105, 7707-7719, 2000.T.P. O'Brien and R.L. McPherron:Forecasting the ring current index Dst in real time,Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62, 1295-1299, 2000.

15. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА Dst по модели T.P. O'Brien and R.L. McPherron:Forecasting the ring current index Dst in real time,Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62, 1295-1299, 2000. МЕТОД : Differential equations . d(Dst*)/dt = Q(VBs) – Dst*/(VBs) Dst* = Dst – b(Pdyn)1/2 + C КОНКРЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ Q(VBs), (VBs), b, C

17. Пример использования модели прогноза Kр индекса в реальном масштабе времени. Входным параметром является V×Bz (http://www.sec.noaa.gov/rpc/costello/index.html) ISEE-3 data. Period from August 17, 1978 - February 16, 1980, about 18 months near the maximum of solar cycle 21. Conditional Distribution Quartiles

18. Не возражаю, против представления данного результата в печать, как результата, потому что в этом случае результат имеет фамилию авторов. И они могут его считать достижением любого уровня. Но я против его представления, как важное достижение, под фамилией ИЗМИРАН, под которой я тоже значусь, так как для меня, как специалиста, это достижение не выглядит важным. Оно не сопоставлено с известными существующими результатами и яне вижу в нем, что конкретно даетиспользование описание Kp,на основе модели авторов, по сравнению с тем, что уже известно ииспользуется на практике.