Спектральний склад флуктуацій геомагнітного поля впродовж геокосмічних бур 21–23 березня 2017 р.

  • Л. Ф. Чорногор Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0001-5777-2392
  • К. П. Гармаш Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-0844-5456
  • С. Г. Леус Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
  • Y. Luo Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-3376-5814
  • В. А. Поднос Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
  • А. М. Цимбал Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна https://orcid.org/0000-0002-5274-8876
  • М. Б. Шевелев Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
DOI: https://doi.org/10.26565/2311-0872-2022-36-03
Ключові слова: магнітна буря, геомагнітне поле, спектральні складові, часові варіації

Анотація

Актуальність. Магнітні бурі вивчаються давно. Особлива увага приділяється унікальним бурям, число яких 1–3 у циклі сонячної активності. Число помірних бур набагато більше. Встановлено, що магнітні бурі відрізняються великою різноманітністю. Кожна буря по-своєму індивідуальна. Тому представляє інтерес детальне вивчення будь-якої магнітної бурі.

Мета цієї роботи – виклад результатів спектрального аналізу флуктуацій геомагнітного поля протягом геокосмічної бурі 21–23 березня 2017 р. та у сусідні дні.

Методи і методологія. Для аналізу рівня флуктуацій горизонтальних H і D компонент геомагнітного поля в діапазоні періодів 1–1000 с використовувалася база даних вимірювань, проведених у Магнітометричній обсерваторії ХНУ імені В. Н. Каразіна (географічні координати: 49°38' пн.ш., 36°56' сх.д.) за допомогою магнітометра-флюксметра. Часові варіації H(t) і D(t) піддавалися системному спектральному аналізу, що базується на взаємодоповнюючих віконному перетворенні Фурʼє, адаптивному перетворенні Фурʼє (АПФ) та вейвлет перетворенні. АПФ має кращу роздільну здатність за періодом.

Результати. Проведено системний спектральний аналіз флуктуацій рівня горизонтальних компонент геомагнітного поля в діапазоні періодів 1–1000 с, а також окремо для трьох піддіапазонів: 1–50 с, 50–200 с та 200–1000 с. Найбільшу інтенсивність мали складові у піддіапазоні 200–1000 с. У контрольні дні рівень флуктуацій зазвичай не перевищував ±(0.2–0.5) нТл. Під час магнітних бур він збільшувався до ±(4–6) нТл для першої бурі та до ±2 нТл для другої бурі. Протягом раптового початку першої бурі період переважаючого в спектрі коливання був близький до 350 і 600 с. Протягом головної фази магнітних бур період переважаючого в спектрі коливання становив 800–900 с. Протягом фази відновлення магнітних бур рівень флуктуацій геомагнітного поля зазвичай не перевищував ±(1–2) нТл, а період переважаючого коливання – 700–900 с. Рух ранкового та вечірнього сонячного термінатора супроводжувався збільшенням рівня флуктуацій геомагнітного поля.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Біографії авторів

Л. Ф. Чорногор, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

К. П. Гармаш, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

С. Г. Леус, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

Y. Luo, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

В. А. Поднос, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

А. М. Цимбал, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

М. Б. Шевелев, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна

майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна

Посилання

1. Chernogor LF, Domnin IF. Physics of geospace storms: Monograph. Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University, Institute of Ionosphere NAS and MES of Ukraine; 2014. 408 p. [in Russian].
2. Chernogor LF. Physics of Geospace Storms. Space Science and Technology. 2021;27(1(128)):3-77.
[in Ukrainian].
3. Emelyanov LY, Katsko SV, Chernogor LF. Ionospheric effects of geospace storms on December 21–24, 2016 and March 21–23, 2017. Bulletin of the NTU “KhPIˮ. Radio Physics and Ionosphere. 2019;25(1350):78-85. [in Russian].
4. Katsko SV, Emelyanov LY, Chernogor LF. Ionosphere response to space weather events on 21–23 March 2017 in the central region of Europe. 2021 XXXIVth General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (URSI GASS). 2021:01-04. https://doi.org/10.23919/URSIGASS51995.2021.9560587
5. Luo Y, Chornogor LF, Garmash KP. Magneto-ionospheric effects from geospace storm of March 21–23, 2017. Kinematics and Physics of Celestial Bodies. 2022;38(2):61-72.
6. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Zheng Yu. Effects of the Strong Ionospheric Storm of August 26, 2018: Results of Multipath Radiophysical Monitoring. Geomagnetism and Aeronomy. 2021;61(1):73-91.
7. Chernogor LF, Shevelev MB. Latitudinal dependence of quasi-periodic variations in the geomagnetic field during the greatest geospace storm of September 7—9, 2017. Space Sci. & Technol. 2020;26(2):72-83. [in Russian].
8. Chornogor LF. Statistical characteristics of geomagnetic storms in the 24th cycle of solar activity. Kinematics and Physics of Celestial Bodies. 2021;37(4):49-59. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/kfnt2021.04.049
9. Chornogor LF, Holub MYu, Luo Y. Statistical characteristics of geomagnetic storm activity during solar cycle 24, 2009–2020. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series “Radio Physics and Electronics”. 2020;33:69-77. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2020-33-06
10. Blagoveshchensky DV, Sergeeva MA. Impact of geomagnetic storm of September 7–8, 2017 on ionosphere and HF propagation: A multi-instrument study. Adv. Space Res. 2019;63(1):239-256. https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.07.016
11. Blagoveshchensky DV, Zhbankov GA, Maltseva OA. Observed and Calculated Ionograms of Oblique Ionospheric Sounding on HF Radio Paths During a Magnetic Storm of September 7–8, 2017. Radiophysics and Quantum Electronics. 2019;61(12):881-892. https://doi.org/10.1007/s11141-019-09944-3
12. Bolaji OS, Fashae JB, Adebiyi SJ, Owolabi C, Adebesin BO, Kaka RO, Ibanga J, Abass M, Akinola OO, Adekoya BJ, Younas W. Storm Time Effects on Latitudinal Distribution of Ionospheric TEC in the American and Asian‐Australian Sectors: August 25–26, 2018 Geomagnetic Storm. J. Geophys. Res. 2021;126(8). id. e2020JA029068. https://doi.org/10.1029/2020JA029068
13. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Luo Y, Rozumenko VT, Zheng Y. Ionospheric storm effects over the People’s Republic of China on 14 May 2019: Results from multipath multi-frequency oblique radio sounding. Adv. Space Res. 2020;66(2):226-242. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.03.037
14. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT. Zheng Y. Radio Wave Characteristics Distorted During Geospace Storm: Results of Multi-Frequency Multiple Path Oblique Sounding of Ionosphere. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, August 26-28. 2021:151-156. https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9576010
15. Chernogor LF, Zheng Y, Guo Q, Luo Y, Garmash KP, Rozumenko VT. Features of Ionospheric and Magnetic Effects of August 5–6, 2019 Noticeable Geospace Storm Over China and Ukraine. Problems of Geocosmos – 2020. Chapter 28. Springer Nature Switzerland AG. 2022:379-396.
16. D’Angelo G, Piersanti M, Alfonsi L, Spogli L, Clausen LBN, Coco I, Li G, Baiqi N. The response of high latitude ionosphere to the 2015 St. Patrick’s day storm from in situ and ground based observations. Adv. Space Res. 2018;62(3):638-650. https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.05.005
17. Despirak IV, Kleimenova NG, Gromova LI, Gromov SV, Malysheva LM. Supersubstorms during Storms of September 7–8, 2017. Geomagn. Aeron. 2020;60(3):292-300. https://doi.org/10.1134/S0016793220030044
18. Dmitriev AV, Suvorova AV, Klimenko MV, Klimenko VV, Ratovsky KG, Rakhmatulin RA, Parkhomov VA. Predictable and unpredictable ionospheric disturbances during St. Patrick’s Day magnetic storms of 2013 and 2015 and on 8–9 March 2008. J. Geophys. Res. 2017;122(2):2398-2423. https://doi.org/10.1002/2016JA023260
19. Fejer BG, Navarro LA, Sazykin S, Newheart A, Milla MA, Condor P. Prompt Penetration and Substorm Effects Over Jicamarca During the September 2017 Geomagnetic Storm. J. Geophys. Res. 2021;126(8). id. e2021JA029651. https://doi.org/10.1029/2021JA029651
20. Feng J, Zhou Y, Zhou Y, Gao S, Zhou C, Tang Q, Liu Y. Ionospheric response to the 17 March and 22 June 2015 geomagnetic storms over Wuhan region using GNSS-based tomographic technique. Adv. Space Res. 2021;67(1):111-121. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.10.008
21. Ghodpage RN, Patil PT, Gurav OB, Gurubaran S, Sharma AK. Ionospheric response to major storm of 17th March 2015 using multi-instrument data over low latitude station Kolhapur (16.8°N, 74.2°E, 10.6°dip. Lat.). Adv. Space Res. 2018;62(3):624-637. https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.05.003
22. Imtiaz N, Younas W, Khan M. Response of the low-to mid-latitude ionosphere to the geomagnetic storm of September 2017. Ann. Geophys. 2020;38(2):359-372. https://doi.org/10.5194/angeo-38-359-2020
23. Jiang C, Yang G, Liu J, Yokoyama T, Liu T, Lan T, Zhou C, Zhang Y, Zhao Z, Komolmis T, Supnithi P, Yatini CY. Equatorial and low-latitude ionospheric response to the 17-18 March 2015 great storm over South East Asia longitude sector. J. Geophys. Res. 2017;122(5):5756-5767. https://doi.org/10.1002/2017JA024134
24. Jimoh O, Lei J, Zhong J, Owolabi C, Luan X, Dou X. Topside Ionospheric Conditions During the 7–8 September 2017 Geomagnetic Storm. J. Geophys. Res. 2019;124(11):9381-9404. https://doi.org/10.1029/2019JA026590
25. Jin S, Jin R, Kutoglu H. Positive and Negative Ionospheric Responses to the March 2015 Geomagnetic Storm from BDS Observations. J. Geodes. 2017;91(6):613-626. https://doi.org/10.1007/s00190-016-0988-4
26. Jonah OF, Coster A, Zhang S, Goncharenko L, Erickson PJ, de Paula ER, Kherani EA. TID Observations and Source Analysis During the 2017 Memorial Day Weekend Geomagnetic Storm Over North America. J. Geophys. Res. 2018;123(10):8749-8765. https://doi.org/10.1029/2018JA025367
27. Kumar S, Kumar VV. Ionospheric Response to the St. Patrick's Day Space Weather Events in March 2012, 2013, and 2015 at Southern Low and Middle Latitudes. J. Geophys. Res. 2019;124(1):584-602. https://doi.org/10.1029/2018JA025674
28. Kumar VV, Parkinson ML. A Global Scale Picture of Ionospheric Peak Electron Density Changes during Geomagnetic Storms. Space Weather. 2017;15(4):637-652. https://doi.org/10.1002/2016SW001573
29. Lei J, Huang F, Chen X, Zhong J, Ren D, Wang W, Yue X, Luan X, Jia M, Dou X, Hu L, Ning B, Owolabi C, Chen J, Li G, Xue X. Was magnetic storm the only driver of the long-duration enhancements of daytime total electron content in the Asian-Australian sector between 7 and 12 September 2017? J. Geophys. Res. 2018;123(4):3217-3232. https://doi.org/10.1029/2017JA025166
30. Li S. Temporal evolution analysis of storm-enhanced density during an intense magnetic storm on March 2015. Adv. Space Res. 2021;67(5):1570-1579. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.12.004
31. Lissa D, Srinivasu VKD, Prasad DSVVD, Niranjan K. Ionospheric response to the 26 August 2018 geomagnetic storm using GPS-TEC observations along 80°E and 120°E longitudes in the Asian sector. Adv. Space Res. 2020;66(6):1427-1440. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.05.025
32. Liu G, Shen H. A severe negative response of the ionosphere to the intense geomagnetic storm on March 17, 2015 observed at mid- and low-latitude stations in the China zone. Adv. Space Res. 2017;59(9):2301-2312. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.02.021
33. Liu J, Zhang D-H, Coster AJ, Zhang S-R, Ma G-Y, Hao Y-Q, Xiao Z. A case study of the large-scale traveling ionospheric disturbances in the eastern Asian sector during the 2015 St. Patrick’s Day geomagnetic storm. Ann. Geophys. 2019;37(4):673-687. https://doi.org/10.5194/angeo-37-673-2019
34. Luo Y, Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Yu. Dynamic processes in the magnetic field and in the ionosphere during the 30 August 2 September, 2019 geospace storm. Ann. Geophys. 2021;39(4). https://doi.org/10.5194/angeo-39-657-2021
35. Luo Y, Guo Q, Zheng Y, Гармаш КП, Черногор ЛФ, Шульга СМ. Ефекти геокосмічної бурі 5—6 серпня 2019 р. Космічна наука і технологія. 2021;27(2)(129):45-69. https://doi.org/10.15407/knit2021.02.045
36. Mansilla GA, Zossi MM. Longitudinal Variation of the Ionospheric Response to the 26 August 2018 Geomagnetic Storm at Equatorial/Low Latitudes. Pure Appl. Geophys. 2020;177(12):5833-5844. https://doi.org/10.1007/s00024-020-02601-1
37. Ngwira CM, Habarulema J-B, Astafyeva E, Yizengaw E, Jonah OF, Crowley G, Gisler A, Coffey V. Dynamic Response of Ionospheric Plasma Density to the Geomagnetic Storm of 22-23 June 2015. J. Geophys. Res. 2019;124(8):7123-7139. https://doi.org/10.1029/2018JA026172
38. Nykiel G, Zanimonskiy YM, Yampolski YuM, Figurski M. Efficient usage of dense GNSS networks in central Europe for the visualization and investigation of ionospheric TEC variations. Sensors. 2017;17(10). id. 2298. https://doi.org/10.3390/s17102298
39. Olwendo OJ, Cesaroni C, Yamazaki Y, Cilliers P. Equatorial ionospheric disturbances over the East African sector during the 2015 St. Patrick’s day storm. Adv. Space Res. 2017;60(8):1817-1826. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.06.037
40. Paul B, De BK, Guha A. Latitudinal variation of F-region ionospheric response during three strongest geomagnetic storms of 2015. Acta Geodaetica et Geophysica. 2018;53(4):579-606. https://doi.org/10.1007/s40328-018-0221-4
41. Piersanti M, Cesaroni C, Spogli L, Alberti T. Does TEC react to a sudden impulse as a whole? The 2015 Saint Patrick’s day storm event. Adv. Space Res. 2017;60(8):1807-1816. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.01.021
42. Polekh N, Zolotukhina N, Kurkin V, Zherebtsov G, Shi J, Wang G, Wang Z. Dynamics of ionospheric disturbances during the 17–19 March 2015 geomagnetic storm over East Asia. Adv. Space Res. 2017;60(11):2464-2476. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.09.030
43. Ray S, Roy B, Paul KS, Goswami S, Oikonomou C, Haralambous H, Chandel B, Paul A. Study of the effect of 17–18 March 2015 geomagnetic storm on the Indian longitudes using GPS and C/NOFS. J. Geophys. Res. 2017;122(2):2551-2563. https://doi.org/10.1002/2016JA023127
44. Rubtsov AV, Maletckii BM, Danilchuk EI, Smotrova EE, Shelkov AD, Yasyukevich AS. Ionospheric disturbances over eastern Siberia during April 12-15, 2016 geomagnetic storms. Sol.-Terr. Phys. 2020;6(1):60-68. https://doi.org/10.12737/STP-61202007
45. Şentürk E. Investigation of global ionospheric response of the severe geomagnetic storm on June 22–23, 2015 by GNSS-based TEC observations. Astrophys. Space Sci. 2020;365(7). id. 110. https://doi.org/10.1007/s10509-020-03828-z
46. Shpynev BG, Zolotukhina NA, Polekh NM, Ratovsky KG, Chernigovskaya MA, Belinskaya AY, Stepanov AE, Bychkov VV, Grigorieva SA, Panchenko VA, Korenkova NA, Mielich J. The ionosphere response to severe geomagnetic storm in March 2015 on the base of the data from Eurasian high-middle latitudes ionosonde chain. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018;180:93-105. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.10.014
47. Shreedevi PR, Choudhary RK, Thampi SV, Yadav S, Pant TK, Yu Y, McGranaghan R, Thomas EG, Bhardwaj A, Sinha AK. Geomagnetic Storm-Induced Plasma Density Enhancements in the Southern Polar Ionospheric Region: A Comparative Study Using St. Patrick’s Day Storms of 2013 and 2015. Space Weather. 2020;18(8). id. e2019SW002383. https://doi.org/10.1029/2019SW002383
48. Spogli L, Sabbagh D, Regi M, Cesaroni C, Perrone L, Alfonsi L, Mauro DDi, Lepidi S, Campuzano SA, Marchetti D, Santis ADe, Malagnini A, Scotto C, Cianchini G, Shen X, Piscini A, Ippolito A. Ionospheric Response Over Brazil to the August 2018 Geomagnetic Storm as Probed by CSES-01 and Swarm Satellites and by Local Ground-Based Observations. J. Geophys. Res. 2021;126(2). id. e2020JA028368. https://doi.org/10.1029/2020JA028368
49. Sun W-J, Ning B-Q, Zhao B-Q, Li G-Z, Hu L-H, Chang S-M. Analysis of ionospheric features in middle and low latitude region of China during the geomagnetic storm in March 2015. Acta Geophysica Sinica. 2017;60(1):1-10.
50. Uryadov VP, Vybornov FI, Pershin AV. Features of the HF Signal Propagation on Oblique Sounding Paths During Solar and Magnetic Activity in September 2017. Radiophys. Quantum Electr. 2019;62(2):85-98. https://doi.org/10.1007/s11141-019-09956-z
51. Venkatesh K, Tulasi Ram S, Fagundes PR, Seemala GK, Batista IS. Electrodynamic disturbances in the Brazilian equatorial and low-latitude ionosphere on St. Patrick’s Day storm of 17 March 2015. J. Geophys. Res. 2017;122(4):4553-4570. https://doi.org/10.1002/2017JA024009
52. Verkhoglyadova OP, Komjathy A, Mannucci AJ, Mlynczak MG, Hunt LA, Paxton LJ. Revisiting ionosphere-thermosphere responses to solar wind driving in superstorms of November 2003 and 2004. J. Geophys. Res. 2017;122(10):10,824-10,850. https://doi.org/10.1002/2017JA024542
53. Wang Z, Zou S, Liu L, Ren J, Aa E. Hemispheric Asymmetries in the Mid-latitude Ionosphere During the September 7–8, 2017 Storm: Multi-instrument Observations. J. Geophys. Res. 2021;126(4). id. e2020JA028829. https://doi.org/10.1029/2020JA028829
54. Xu Z., Hartinger M., Clauer C., Peek T., Behlke R. A comparison of the ground magnetic responses during the 2013 and 2015 St Patrick’s Day geomagnetic storms. J. Geophys. Res. 2017. 122, Is. 4. P. 4023—4036. DOI: 10.1002/2016JA023338
55. Younas W, Amory-Mazaudier C, Khan M, Fleury R. Ionospheric and Magnetic Signatures of a Space Weather Event on 25–29 August 2018: CME and HSSWs. J. Geophys. Res. 2020;125(8). id. e2020JA027981. https://doi.org/10.1029/2020JA027981
56. Zakharenkova I, Cherniak I, Krankowski A. Features of Storm-Induced Ionospheric Irregularities From Ground-Based and Spaceborne GPS Observations During the 2015 St. Patrick’s Day Storm. J. Geophys. Res. 2019;124(12):10728-10748. https://doi.org/10.1029/2019JA026782
57. Zhang S-R, Erickson PJ, Zhang Y, Wang W, Huang C, Coster AJ, Holt JM, Foster JF, Sulzer M, Kerr R. Observations of ion-neutral coupling associated with strong electrodynamic disturbances during the 2015 St. Patrick’s Day storm. J. Geophys. Res. 2017;122(1):1314-1337. https://doi.org/10.1002/2016JA023307
58. Zolotukhina N, Polekh N, Kurkin V, Rogov D, Romanova E, Chelpanov M. Ionospheric effects of St. Patrick’s storm over Asian Russia: 17–19 March 2015. J. Geophys. Res. 2017;122(2):2484-2504. https://doi.org/10.1002/2016JA023180
59. Chernogor LF, Garmash KP, Podnos VA, Tyrnov OF. The V. N. Karazin Kharkiv National University Radio Physical Observatory – the tool for ionosphere monitoring in space experiments. In: Zasukha SA and Fedorov OP, eds. Space Project “Ionosat-Micro”. Kyiv, Ukraine: Academperiodika Publ., 2013. 160-182. [in Russian].
60. Chernogor LF. Advanced methods of spectral analysis of quasiperiodic wave-like processes in the ionosphere: Specific features and experimental results. Geomagnetism and Aeronomy. 2008;48(5):652-673. [in Russian].
61. Chernogor LF. Geomagnetic pulsations accompanied the solar terminator moving through magnetoconjugate region. Radio Phys. Radio Astron. 2012;17(1):57-67. [in Russian].
Опубліковано
2022-06-28
Цитовано
Як цитувати
Чорногор, Л. Ф., Гармаш, К. П., Леус, С. Г., Luo, Y., Поднос, В. А., Цимбал, А. М., & Шевелев, М. Б. (2022). Спектральний склад флуктуацій геомагнітного поля впродовж геокосмічних бур 21–23 березня 2017 р. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка», (36), 30-48. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2022-36-03
Номер
№ 36 (2022): Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Радіофізика та електроніка»
Розділ
Оригінальна стаття