Способ прогноза уровня геомагнитной возмущенности

 

Использование: для долгосрочного прогноза уровня геомагнитной активности (A_p - индекса) по значениям прогностического индекса гелиосферных возмущений HS и по наблюдаемым значениям A_p - индекса. Сущность изобретения: для целей прогноза комплекс детекторов космических лучей дополнен магнитометрическими приборами. На основе сопоставления временных вариаций на интервале M сут индекса гелиосферных возмущений HS, рассчитанных по данным комплекса детекторов космических лучей, и A_p - индекса, рассчитанных по данным комплекса магнитометрических датчиков, определяют параметры функции связи между этими индексами, описывающей закономерность возмущений потенциально геоэффективных образований в гелиосфере взрывными процессами на Солнце. По экстраполированным на n сут вперед значениям этой функции (n = 1,2,3..., 25) и прогностическому индексу HS прогнозируют значения A_p - индекса. 1 ил.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для прогноза уровня геомагнитной возмущенности по значениям потенциала гелиосферного электрического поля, определяемым по наземным измерениям вариаций интенсивности космических лучей и наблюдаемым значениям A_p - индекса.

Известный способ прогноза (Дворников В.М., Сдобнов В.Е., Сергеев А.В. Патент РФ N 1769602) позволяет по данным прогностического индекса геомагнитных возмущений HS с заблаговременностью ≈ 27 сут и с оправдываемостью ≈ 85% предсказывать периоды с повышенной (A_p > 20) геомагнитной возмущенностью.

В известном способе прогноза уровня геомагнитной возмущенности детекторы космических лучей размещают в пунктах, распределенных равномерно по поверхности земного шара таким образом, что на каждом участке поверхности, равному одному стерадиану, размещают от двух до четырех пунктов, причем в тех пунктах, где жесткость геомагнитного обрезания находится в пределах 1,5 - 15 ГВ размещают от двух до пяти детекторов, чувствительных к изменениям пороговой жесткости пункта наблюдения, максимумы энергетической чувствительности которых разнесены на величину, превышающую 0,3 ГВ, измеряют в указанных пунктах амплитуды вариаций интенсивности вторичных космических лучей за интервалы накопления от одного до четырех часов при статистической точности от 0,1 до 0,2%, определяют по результатам измерений амплитуды вариаций плотности потока первичных космических лучей в диапазоне жесткостей от 2 до 6 ГВ с интервалом 1 ГВ, после чего находят по среднесуточным значениям полученных амплитуд вариаций потенциал гелиосферного электрического поля за данные сутки, рассчитывают по полученным значениям потенциала прогностический индекс спорадических геоэффективных возмущений солнечного ветра HS_i, по величине которого с заблаговременностью 27⁺¹_-2 сут судят только о возможности геомагнитного возмущения.

Целью предлагаемого изобретения является прогноз уровня геомагнитной возмущенности, характеризуемого величиной A_p - индекса. В отличие от известного способа цель достигается путем учета закономерности возмущений геоэффективных образований гелиосферы взрывными процессами на Солнце.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что комплекс детекторов космических лучей, данные которого используются для определения прогностического индекса гелиосферных возмущений HS, дополняют магнитометрическими приборами. Распределение магнитометрических датчиков по земному шару должно соответствовать требованиям, предъявляемым существующей методике расчета A_p - индекса. С помощью данного комплекса измеряют амплитуды вариаций геомагнитного поля, по которым рассчитывают значения A_p - индекса. На основе сопоставления на временном интервале M сут наблюдаемых значений A_p - индекса в моменты времени t_i+τ со значениями индекса HS, рассчитанных для моментов времени t_i, где τ - период обращения потенциально геоэффективных образований в гелиосфере вследствие вращения Солнца, определяют параметры функции связи f(t) между этими индексами. По экстраполированным на n суток вперед значениям функции f(t) и значениям индекса HS рассчитывают прогнозируемые значения A_p- индекса по формуле A_p(t_i+τ+n)=f(t_i+τ+n)·HS((t_i+n), где n = 1,2,3...,25.

Прогноз осуществляется следующим образом. Для учета закономерности возмущений потенциально геоэффективных образований в гелиосфере взрывными процессами на Солнце вводится периодическая функция с неизвестными параметрами a_k, T и t₀, описывающая указанную закономерность. N - количество слагаемых, k - текущий индекс. Неизвестные параметры периодической функции f(t) определяются на обучающей выборке данных при решении системы уравнений, описывающих связь между величинами прогностического индекса гелиосферных возмущений HS_i, рассчитанных для моментов времени t_i и наблюдаемых значений A_p - индекса в моменты времени t_i + τ, где τ - период обращения активных областей гелиосферы вследствие вращения Солнца.

Полученная система уравнений решается путем минимизации функционала Объем обучающей выборки и количество неизвестных параметров периодической функции f(t) подбираются таким образом, чтобы система уравнений не была плохо обусловлена и вместе с тем функция f(t) с достаточной точностью описывала бы временные вариации A_p- индекса на обучающей выборке данных. Прогноз A_p - индекса осуществляется по экстраполированным на n суток вперед (n = 1,2,3. . . .25) значениям периодической функции f(t_i+τ+n) и значениям прогностического индекса HS(t_i+ n) по формуле
Работоспособность метода проверена на 180 суточной выборке данных за период с 30.05 по 26.11.72 г. при объеме обучающей выборки M = 120 сут и при восьми (N = 5) неизвестных параметрах периодической функции f(t). Результаты представлены на фигуре. Сплошной кривой приведены наблюдаемые значения A_p - индекса, пунктирной - прогнозируемые с заблаговременностью а - n = 1 сут, б - n = 10 сут, в - n = 15 сут, г - n = 20 сут. Коэффициент корреляции между наблюдаемыми и прогнозируемыми значениями A_p - индекса ≈ 0,7 - 0,8.

Формула изобретения

Способ прогноза уровня геомагнитной возмущенности, при котором детекторы космических лучей размещают в пунктах, распределенных равномерно по поверхности земного шара таким образом, что на каждом участке поверхности, равном одному стерадиану, размещают от двух до четырех пунктов, причем в тех пунктах, где жесткость геомагнитного обрезания находится в пределах 1,5 - 15 ГВ, размещают от двух до пяти детекторов, чувствительных к изменениям пороговой жесткости пункта наблюдения, максимумы энергетической чувствительности которых разнесены на величину, превышающую 0,3 ГВ, измеряют в указанных пунктах амплитуды вариаций интенсивности вторичных космических лучей за интервалы накопления от 1 до 4 ч при статистической точности от 0,1 до 0,2%, определяют по результатам измерений амплитуды вариации плотности потока первичных космических лучей в диапазоне жесткостей от 2 до 6 ГВ, с интервалом 1 ГВ, после чего находят по среднесуточным значениям полученных амплитуд вариаций потенциал гелиосферного электрического поля за данные сутки, рассчитывают по полученным значениям потенциала прогностический индекс спорадических геоэффективных возмущений солнечного ветра HS_i, по величине которого с заблаговременностью 27⁺¹_-2 суток судят о возможности геомагнитного возмущения, отличающийся тем, что комплекс детекторов космических лучей дополняют магнитометрическими приборами и распределяют их по земному шару в соответствии с требованиями, предъявляемыми существующей методикой расчета А_р-индекса, измеряют амплитуды вариаций геомагнитного поля, по которым рассчитывают значения А_р-индекса, сопоставляют на временном интервале в М ≥ 90 суток наблюдаемые значения А_р-индекса в моменты времени t_i+τ со значениями прогностического индекса гелиосферных возмущений HS, рассчитанных для моментов времени t_i, где τ период обращения потенциального геоэффективных образований в гелиосфере вследствии вращения Солнца, на основе этого сопоставления определяют параметры функции связи f(t) между данными индексами и по экстраполированным на n суток вперед значениям функции f(t) и по значениям индекса HS прогнозируют значения А_р-индекса по формуле
A_p(t_i+τ+n)=f(t_i+τ+n)·HS((t_i+n),
где n = 1, 2, 3...25.

РИСУНКИ

Рисунок 1