Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды высокоэнергетических событий, обусловленных солнечной активностью

Руководитель научной школы:

Доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры физики, математики и физико-математического образования НГПУ им. К. Минина

Цель: 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.

Задачи:

исследование физических явлений в магнитных облаках солнечного ветра;
установление связи высокоширотных суббурь с параметрами магнитных облаков солнечного ветра, как наиболее геоэффективных событий;
изучение фундаментальной связи предшествующего солнечной вспышке ионизирующего электромагнитного излучения Солнца с интенсификацией долгопериодных геомагнитных колебаний;
анализ динамики магнитосферной структуры во время глобальных геомагнитных возмущений;
причины ионосферной и геомагнитной возмущенности, обусловленные магнитогидродинамическими волнами, вызываемыми высокоэнергичными геофизическими событиями;
использование полученных результатов для создания систем прогноза и восстановления гелиогеофизических параметров, в том числе и методами искусственного интеллекта.

Направления деятельности:

Природа магнитосферно-ионосферных возмущений в периоды повышенной солнечной активности
Мониторинг и прогноз негативных последствий гелиогеофизической активности для технических средств коммуникаций

Основные результаты научной деятельности школы:

Определены диапазоны значений параметров магнитных облаков солнечного ветра, являющихся наиболее геоэффективным проявлениями солнечной активности и определяющие интенсивность геомагнитных бурь.
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.
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 соответствующим глобальной магнитосферной ситуации.
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.
Создана нейросетевая методика позволяющая по данным OMNI, получаемым с патрульных космических аппаратов, с высокой точностью проводить прогноз зависимости асимметрии магнитосферного кольцевого тока от времени, прошедшего с момента начала геомагнитной бури.
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%.
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.
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.
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.
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.
Созданы основы классификации ионосферной возмущенности.
Предложено и обосновано новое объяснение сезонной вариации геомагнитной активности, которая по нашему мнению обусловлена не только ранее известными факторами, как ориентация земного диполя и гелиопроекция Земли, но и тем, что геоэффективные магнитные облака имеют конкретную ориентацией относительно плоскости эклиптики. Вследствие этого они могут становиться источниками магнитных бурь различной интенсивности в зависимости от их ориентации по отношению к земному диполю, направление которого меняется в зависимости от сезона.
Обнаружен высокий уровнь связи (коэффициент корреляции r = 0,9) ориентаций магнитных полей активных областей в момент зарождения конкретных плазменных потоков типа магнитных облаков с ориентаций выбранных магнитных облаков в окрестности Земли. Сформулирован вывод об степени эволюции ориентации магнитных облаков на трассе Солнце-Земля - большинство магнитных облаков на трассе сохраняет свою ориентацию.
Получена связь интенсивности геомагнитных бурь и высокоширотных суббурь с расположением и ориентацией солнечных источников МО. Установлены причинно-следственные связи динамики высокоширотной геомагнитной активности (по индексу AL) в виде полярных суббурь с типом магнитного облака солнечного ветра.
Достигнута успешность восстановления суббуревой динамики индекса авроральных электроджетов AL по используемым магнитным и плазменным спутниковым данным с эффективностью до 80%.
Установлена нелинейная связь AL с параметрами магнитного облака солнечного ветра.
Показано, что в условиях развития суббури в МГД диапазоне быстрых магнитозвуковых магнитосферных волн с периодами 35 - 50 минут на большом широтно-долготном пространстве может синхронно регистрироваться среднеширотная ионосферная и наземная геомагнитная возмущенности, которые стимулированы возмущениями межпланетного магнитного поля.

2019-2023

Грантовая деятельность

Проект «Фундаментальные причины высокоширотных суббурь и разработка методов их прогноза» в рамках государственного задания на выполнение научно-исследовательской работы Министерства науки и высшего образования РФ (2017-2019гг.)

Основные публикации

Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Ундалова И.С. Нейросетевая классификация суббуревой активности, вызываемой магнитными облаками солнечного ветра // Physics of auroral phenomena. 2019. Том: 42. № 1. С.36-39.
Бархатова О.М., Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Долгова Д.С. Частотные особенности структур магнитных облаков солнечного ветра // Physics of Auroral Phenomena. 2019. Т. 42. № 1. С. 111-114.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Бархатова О.М., Ревунова Е.А., Ягодкина О.И. Классификация геомагнитной активности в авроральной зоне, обусловленной межпланетными магнитными облаками // Труды Кольского научного центра РАН. 2019. Т. 10. № 8-5. С. 11-20.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Бархатова О.М., Ягодкина О.И. Суббуревая активность и ориентация фронта ударной волны межпланетного магнитного облака // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 4. С. 427-436.
Бархатов Н.А., Долгова Д.С., Ревунова Е.А. Зависимость геомагнитной активности от структуры магнитных облаков // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 1. С. 19-29.
Бархатов Н.А., Ревунова Е.А., Романов Р.В., Бархатова О.М., Ревунов С.Е. Исследование связи параметров локализации солнечных источников магнитных облаков с их характеристиками и суббуревой активностью // Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5. № 3. С. 70-80.
Бархатов Н.А., Ревунов С.Е., Бархатова О.М., Ревунова Е.А., Косолапова Н.В. Алгоритм обнаружения экстремальной солнечной вспышки 06.09.2017 по её геомагнитным предвестникам // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 10. С. 729-735.
Barkhatov N.A., Revunov S.E., Smirnova Zhanna V., Cherney O.T. Observing of polar cap dynamic by greenland chain of magnetic stations // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020. Т. 8. № 5. С. 1552-1555.
Barkhatov N.A., Revunov S.E., Smirnova Z.V., Cherney O.T., Semahin E.A. Neural network classification of space plasma parameter discontinuities // International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering. 2020. Т. 9. № 3. С. 3143-3149.
Barkhatov N.A., Revunov S.E., Smirnova Z.V., Cherney O.T., Mukhina M.V. Recovery of gaps in records of geomagnetic observatories by neural network // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020. Т. 8. № 4. С. 1243-1246.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунова Е.А., Ундалова И.С. Статистическое исследование связи квм с солнечными вспышками // Physics of Auroral Phenomena. 2020. Т. 43. № 1. С. 65-68.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунова Е.А., Ягодкина О.И., Ундалова И.С. Нейросетевая классификация причинно-следственной связи суббуревой активности с параметрами магнитных облаков солнечного ветра // Physics of Auroral Phenomena. 2021. Т. 44. № 1. С. 32-35.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Ревунова Е.А. Исследование статистической связи корональных выбросов массы с солнечными вспышками // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2021. Т. 85. № 3. С. 326-330.
Бархатова О.М., Воробьев В.Г., Бархатов Н.А., Ревунов С.Е. УНЧ возмущения, вызванные турбулентной оболочкой межпланетных магнитных облаков // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2021. Т. 85. № 3. С. 331-335.
Бархатов Н.А., Воробьев В.Г., Ревунов С.Е., Бархатова О.М., Ревунова Е.А., Ягодкина О.И. Нейросетевая классификация причинно-следственной связи суббуревой активности со структурными элементами магнитных облаков солнечного ветра // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2022. Т. 86. № 3. С. 329-334.
Бархатов Н.А., Ревунова Е.А., Барсукова А.Е. Сопоставление низкочастотных характеристик модельного спирального магнитного облака солнечного ветра с наблюдаемыми возмущениями // Physics of Auroral Phenomena. 2022. Т. 45. № 1. С. 87-90.

Награды

Представители научной школы (Бархатов Н.А., Ревунов С.Е.) - Лауреаты Макариевской премии по естественным наукам 2020 года в номинации «Научные исследования в области естественных и точных наук, имеющие высокое общественное и гражданское значение».