1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 5, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 5, стр. 609-618

Нелинейная зависимость от геомагнитной активности отношения максимального потока заряженных частиц на геостационарной орбите к минимальному

С. В. Смолин *

Сибирский федеральный университет
Красноярск, Россия

* E-mail: smolinsv@inbox.ru

Поступила в редакцию 29.01.2023
После доработки 16.04.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Предложена новая математическая модель с использованием обыкновенного дифференциального уравнения, описывающая аналитически (когда индекс геомагнитной активности Kp = const или Kp ≈ const) или численно (если Kp(t) ≠ const) перпендикулярные (для питч-угла 90°) дифференциальные или интегральные потоки релятивистских электронов на геостационарной (геосинхронной) орбите, а также на любой круговой орбите в магнитосфере Земли. В модели предполагается, что потоки зависят от местного времени LT на орбите, Kp, параметра Мак-Илвейна L и перпендикулярного дифференциального потока или интегрального потока релятивистских электронов, взятых для 00 LT. Используются наблюдения потоков релятивистских (>2 МэВ) электронов, усредненные по местному часу LT вдоль орбиты космического аппарата GOES с 1995 по 2009 г. Выполнено сравнение модели с этими данными. Получено практически идеальное согласие наблюдений с моделью при эффективности предсказания точности модели PE = 0.9989. Использование аналогичных данных аппарата GOES 10 позволяет получить PE = 0.9924. Предложенные формулы позволяют находить, например, среднюю величину перпендикулярного интегрального потока релятивистских электронов за сутки и прогнозировать приблизительно на сутки вперед максимальный перпендикулярный интегральный поток релятивистских электронов на геостационарной орбите. Нелинейный эффект теоретически прогнозируется в виде нелинейной зависимости отношения максимального перпендикулярного интегрального потока к минимальному потоку заряженных частиц на геостационарной орбите от Kp-индекса геомагнитной активности. Пока сравнение модели с усредненными интегральными потоками релятивистских электронов произведено для диапазона 0 ≤ Kp < 6 с прогнозируемым максимальным отношением потоков в 24.4139 раза при Kp = 8 и с PE = 0.8678.

Список литературы

  1. – Мягкова И.Н., Широкий В.Р., Шугай Ю.С., Баринов О.Г., Владимиров Р.Д., Доленко С.А. Краткосрочное и среднесрочное прогнозирование потоков релятивистских электронов внешнего радиационного пояса Земли методами машинного обучения // Метеорология и гидрология. № 3. С. 47–57. 2021. https://doi.org/10.52002/0130-2906-2021-3-47-57

  2. – Смолин С.В. Влияние питч-углового распределения на плазменные процессы в ночной магнитосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 33. № 5. С. 17–25. 1993.

  3. – Смолин С.В. Моделирование питч-угловой диффузии в магнитосфере Земли. Красноярск: редакционно-издательское предприятие “Либра”, 205 с. 1996.

  4. – Смолин С.В. Моделирование питч-углового распределения на дневной стороне магнитосферы Земли // Журн. Сибирского федерального университета. Сер. Математика и физика. Т. 5. № 2. С. 269–275. 2012.

  5. –Смолин С.В. Моделирование потока релятивистских электронов на геостационарной орбите в магнитосфере Земли // Пространство, время и фундаментальные взаимодействия. № 2. С. 75–85. 2018а. https://doi.org/10.17238/issn2226-8812.2018.2.75-85

  6. – Смолин С.В. Простое аналитическое описание для потока релятивистских (>2 МэВ) электронов на геосинхронной орбите / Материалы 12-ой Межд. школы-конф. “Проблемы геокосмоса”. Санкт-Петербург, 8–12 октября 2018 г. Ред. Н.Ю. Бобров, Н.В. Золотова, А.А. Костеров, Т.Б. Яновская. СПб.: Издательство ВВМ. С. 372–378. 2018б.

  7. – Смолин С.В. Аналитическое описание потока протонов кольцевого тока Земли для питч-угла 90 градусов // Пространство, время и фундаментальные взаимодействия. № 2. С. 70–74. 2019. https://doi.org/10.17238/issn2226-8812.2019.2.70-74

  8. –Baker D.N., McPherron R.L., Cayton T.E., Kebesadel R.W.  Linear prediction filter analysis of relativistic electron properties at 6.6 RE // J. Geophys. Res. – Space. V. 95. № 9. P. 15 133–15 140. 1990. https://doi.org/10.1029/JA095iA09p15133

  9. –Borovsky J.E., Friedel R.H.W., Denton M.H. Statistically measuring the amount of pitch angle scattering that energetic electrons undergo as they drift across the plasmaspheric drainage plume at geosynchronous orbit // J. Geophys. Res. – Space. V. 119. № 3. P. 1814–1826. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019310

  10. – Borovsky J.E., Cayton T.E., Denton M.H., Belian R.D., Christensen R.A., Ingraham J.C. The proton and electron radiation belts at geosynchronous orbit: Statistics and behavior during high-speed stream-driven storms // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. № 6. P. 5449–5488. 2016. https://doi.org/10.1002/2016JA022520

  11. – Efitorov A.O., Myagkova I.N., Dolenko S.A. Prediction of maximum daily relativistic electron flux at geostationary orbit by adaptive methods / Proceedings of the 11th International School and Conference “Problems of Geocosmos”. St. Petersburg, October 3–7, 2016. Eds: V.S. Semenov, M.V. Kholeva, S.V. Apatenkov, N.Yu. Bobrov, A.A. Kosterov, A.A. Samsonov, N.A. Smirnova, T.B. Yanovskaya. SPb.: VVM Publishing. P. 206–212. 2016.

  12. – Fok M.-C., Horne R.B., Meredith N.P., Glauert S.A. Radiation Belt Environment model: Application to space weather nowcasting // J. Geophys. Res. – Space. V. 113. № 3. ID A03S08. 2008. https://doi.org/10.1029/2007JA012558

  13. – Kalegaev V., Kaportseva K., Myagkova I., Shugay Yu., Vlasova N., Barinova W., Dolenko S., Eremeev V., Shiryaev A. Medium-term prediction of the fluence of relativistic electrons in geostationary orbit using solar wind streams forecast based on solar observations // Adv. Space Res. V. 70. 2022. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.08.033

  14. – Khazanov G.V., Gamayunov K.V., Jordanova V.K. Self-consistent model of magnetospheric ring current and electromagnetic ion cyclotron waves: The 2–7 May 1998 storm // J. Geophys. Res. – Space. V. 108. № 12. ID 1419. 2003. https://doi.org/10.1029/2003JA009856

  15. – Li X., Temerin M., Baker D.N., Reeves G.D., Larson D. Quantitative prediction of radiation belt electrons at geostationary orbit based on solar wind measurements // Geophys. Res. Lett. V. 28. № 9. P. 1887–1890. 2001. https://doi.org/10.1029/2000GL012681

  16. – Li X. Variations of 0.7-6.0 MeV electrons at geosynchronous orbit as a function of solar wind // Space Weather. V. 2. № 3. ID S03006. 2004. https://doi.org/10.1029/2003SW000017

  17. – Ling A.G., Ginet G.P., Hilmer R.V., Perry K.L. A neural network-based geosynchronous relativistic electron flux forecasting model // Space Weather. V. 8. № 9. ID S09003. 2010. https://doi.org/10.1029/2010SW000576

  18. – Lyatsky W., Khazanov G.V. A predictive model for relativistic electrons at geostationary orbit // Geophys. Res. Lett. V. 35. № 15. ID L15108. 2008. https://doi.org/10.1029/2008GL034688

  19. – Nishida A. Geomagnetic diagnosis of the magnetosphere. N.Y.: Springer-Verlag, 301 p. 1978.

  20. – O’Brien T.P. SEAES-GEO: A spacecraft environmental anomalies expert system for geosynchronous orbit // Space Weather. V. 7. № 9. ID S09003. 2009. https://doi.org/10.1029/2009SW000473

  21. – Pinto V.A., Bortnik J., Moya P.S., Lyons L.R., Sibeck D.G., Kanekal S.G., Spence H.E., Baker D.N. Radial response of outer radiation belt relativistic electrons during enhancement events at geostationary orbit // J. Geophys. Res. – Space. V. 125. № 5. ID e2019JA027660. 2020. https://doi.org/10.1029/2019JA027660

  22. – Smolin S.V. Modeling the pitch angle distribution on the nightside of the Earth’s magnetosphere // Geomagn. Aeronomy. V. 55. № 2. P. 166–173. 2015. https://doi.org/10.1134/S0016793215020152

  23. – Smolin S.V. Ring current proton dynamics driven by wave-particle interactions during a nonstorm period // J. Sib. Fed. Univ. Math. Phys. V. 14. № 1. P. 98–104. 2021. https://doi.org/10.17516/1997-1397-2021-14-1-98-104

  24. – Su Y.-J., Quinn J.M., Johnston W.R., McCollough J.P., Starks M.J. Specification of >2 MeV electron flux as a function of local time and geomagnetic activity at geosynchronous orbit // Space Weather. V. 12. № 7. P. 470–486. 2014. https://doi.org/10.1002/2014SW001069

  25. – Turner D.L., Li X. Quantitative forecast of relativistic electron flux at geosynchronous orbit based on low-energy electron flux // Space Weather. V. 6. № 5. ID S05005. 2008. https://doi.org/ 2008.https://doi.org/10.1029/2007SW000354

  26. – Turner D.L., Li X., Burin des Roziers E., Monk S. An improved forecast system for relativistic electrons at geosynchronous orbit // Space Weather. V. 9. № 6. ID S06003. 2011. https://doi.org/10.1029/2010SW000647

  27. – Ukhorskiy A.Y., Sitnov M.I., Sharma A.S., Anderson B.J., Ohtani S., Lui A.T.Y. Data-derived forecasting model for relativistic electron intensity at geosynchronous orbit // Geophys. Res. Lett. V. 31. № 9. ID L09806. 2004. https://doi.org/10.1029/2004GL019616

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал