Тема КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА. Исследования воздействия солнечной активности на магнитосферу, ионосферу, биосферу и техносферу Земли.

Гос. регистрация № 0120.0403350

 

Научный руководитель д.ф.-м.н. А.А. Петрукович.

 

1.     Выполнено исследование вариаций среднегодовых чисел различных крупномасштабных явлений солнечного ветра в течение 2.5 циклов солнечной активности

 

На основе нашего «каталога явлений 1976-2000» (см. сайт ftp://ftp.iki.rssi.ru/omni/) были исследованы временные вариации числа различных явлений солнечного ветра: быстрых и медленных потов, гелиосферного токового слоя, CIR (corotating interaction region – область сжатия на фронте быстрого и медленного потоков), магнитное облако (МС) и ICME (interplanetary CME или Ejecta) и Sheath (области сжатия перед ними). При обработке данных предполагалось, что на участках отсутствия измерений в анализируемом году темп появления всех типов солнечного ветра такой же, как и на участках наличия измерений в данном году.  Результаты представлены на рисунке, средние значения и дисперсии за весь период представлены слева для каждой панели.

 

Ермолаев Ю.И., Н.С. Николаева, И.Г. Лодкина, М.Ю. Ермолаев, Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976-2000г.,  «Космические исследования», 2009, №2 (принято в печать)

Ермолаев Ю.И., Н.С. Николаева, И.Г. Лодкина, М.Ю. Ермолаев Относительная частота появления и геоэффективность крупномасштабных типов солнечного ветра, «Космические исследования», 2009 (направлено в печать)

Ермолаев Юрий Иванович, зав.лаб., д.ф.-м.н., т.333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

2.     Выполнено исследование вариаций геоэффективности крупномасштабных явлений солнечного ветра в течение 2.5 циклов солнечной активности

 

На основе нашего «каталога явлений 1976-2000» (см. сайт ftp://ftp.iki.rssi.ru/omni/) были исследованы геоэффективности различных явлений солнечного ветра: CIR (corotating interaction region – область сжатия на фронте быстрого и медленного потоков), магнитное облако (МС) и ICME (interplanetary CME или Ejecta) и Sheath (области сжатия перед ними). Эти данные представлены в таблице.

 

Таблица. Геоэффективности разных типов солнечного ветра.

Тип событий

Всего

событий

Из них  в Dst

Геоэффект.

событий

CIR

717

145

0,202

SHМС

79

12

0,152

SHE

563

84

0,149

MC с SH

79

50

0,633

MC без SH

22

12

0,545

Ejecta c SH

563

115

0,204

Ejecta без SH

575

46

0,08

Из таблицы следует, что 145 магнитных бурь вызваны событиями CIR (18% от всех магнитных бурь), 96 магнитных бурь (12% ) – событиями Sheath (12, т.е 1.5%, от SHMC и 84, т.е. 10.5%, от SHEj), 62 магнитных бурь (7.5%) – связаны с магнитными облаками (50 от MC c Sheath (6%), и 12 от MC без Sheath (1.5%)), и 161 магнитные бури (20%) – с событиями EJECTA (115 (~14%) от Ejecta с Sheath, 46 (~6%) от Ejecta без Sheath). Таким образом, только для 464-х магнитных бурь (58% всех магнитных бурь) было найдено соответствующее событие в солнечном ветре. Источник остальных 334 магнитных бурь (42% из 798-ми бурь) оказывается неопределенным, и это в основном связано с отсутствием данных по плазме и ММП и невозможностью идентификации типа солнечного ветра для этого интервала.

 

Ермолаев Ю.И., Н.С. Николаева, И.Г. Лодкина, М.Ю. Ермолаев, Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976-2000г.,  «Космические исследования», 2009, №2 (принято в печать)

Ермолаев Ю.И., Н.С. Николаева, И.Г. Лодкина, М.Ю. Ермолаев Относительная частота появления и геоэффективность крупномасштабных типов солнечного ветра, «Космические исследования», 2009 (направлено в печать)

 

Ермолаев Юрий Иванович, зав.лаб., д.ф.-м.н., т.333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

 

3.     Исследована возможная связь между силой солнечной вспышки и величиной магнитной бури.

 

Проанализированные данные о корреляции между классом солнечной вспышки и величиной магнитной бури, т.е. сделана попытка получить ответ на вопрос: «Зависит ли сила геомагнитной бури от класса солнечной вспышки?»  Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы.

1. Если взять произвольные солнечную вспышку и магнитную бурю, разнесенные на время распространения солнечного ветра от Солнца до Земли, то связь «класс вспышки – величина бури» статистически находится на уровне «шума», т.е. ответ на вынесенный в начало вопрос отрицательный. Это связано, прежде всего, с низкой геоэффективностью вспышек, т.е. очень низка вероятность того, что для выбранной пары событий вообще существует причинно-следственная связь.

2. Если взять не произвольную солнечную вспышку, а ассоциированную с двигающимся в сторону Земли СМЕ, то для такой вспышки и бури, отстоящей на время распространения возмущения до Земли, наблюдается  статистически слабая положительная корреляция «класс вспышки – величина бури», т.е. ответ на вынесенный в начало вопрос -  «возможно да». Этот результат объясняется более высокой геоэффективностью СМЕ, так как большая часть выбранных таким образом вспышек имеют реальную причинно-следственную связь с бурями.

 

Ермолаев Ю.И., М.Ю. Ермолаев «Зависит ли сила геомагнитной бури от класса солнечной вспышки?» «Космические исследования», 2009 (принято в печать)

 

Ермолаев Юрий Иванович, д.ф.-м.н., т.333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

 

4.     Критически исследованы данные о геоэффективности СМЕ.

 

Исследованы последствия неправильной интерпретации данных по СМЕ, связанной с тем, что измеряемые коронографами изображения не содержат данных о солнечном диске (вырезаются затмевающим диском из поля зрения). Показано, что привлечение для определения «положения СМЕ» данных других экспериментов позволяет лишь статистически (т.е. с определенной степенью вероятности) привязать СМЕ к явлениям на солнечном диске. В частности, отнесение СМЕ к «явлениям на обратной стороне Солнца», если не обнаружены явления на диске другими астрономическими инструментами, не является обоснованным и может приводить к завышенной геоэффективности СМЕ.

 

Ермолаев Ю.И. Комментарий к статье N. Gopalswamy, S. Yashiro, and S. Akiyama

“Geoeffectiveness of halo coronal mass ejections” (J. Geophys. Res. 2007. 112. A06112. doi:10.1029/2006JA012149), Космич.Исслед., 2008, №6, 571

 

Ермолаев Юрий Иванович, д.ф.-м.н., т.333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

 

5.     Исследованы солнечные источники экстремальных магнитных бурь.

 

На примере достаточно большой статистики показано, что практически все экстремально большие магнитные бури на Земле были возбуждены областью взаимодействия 2 и более магнитных облаков, образовавшихся в результате столкновения нескольких выбросов корональной массы (СМЕ) вблизи Солнца.

 

Yermolaev, Y. I., and M. Y. Yermolaev (2008), Comment on “Interplanetary origin of intense geomagnetic storms (Dst < −100 nT) during solar cycle 23” by W. D. Gonzalez et al., Geophys. Res. Lett., 35, L01101, doi:10.1029/2007GL030281.

 

Ермолаев Юрий Иванович, д.ф.-м.н., т. 333-13-88, yermol@iki.rssi.ru

 

 

6.     Анализ статистических свойств наиболее сильных Солнечных и гелиосферных возмущений.

 

Создана новая база данных об экстремальных солнечных и гелиосферных событиях, включающая в себя 87 таких случаев по наблюдениям  в основном с 1940 г. При отборе событий была использована стандартная пятибалльная классификация НОАА с тремя практически важными критическими параметрами. Этими параметрами явились: поток рентгеновского излучения (R), поток протонов солнечных космических лучей (S) и сила геомагнитной бури (G). Улучшение существующей неоднородной классификации за счет изменения критериев отбора для протонных событий приводит  к выводам,  в целом подтверждающим «синдром больших событий» с возможностью существенных отклонений от него для нескольких самых мощных и редких экстремальных возмущений. Иными словами, события, экстремальные по одному из параметров, не всегда экстремальны по всем остальным своим характеристикам. Экстремальные возмущения возможны на любой фазе солнечного цикла, включая минимум активности. 

 

Veselovsky I.S., Yakovchouk O.S., Mursula K. Statistical properties of the most powerful solar and heliospheric disturbances. Advances in Space Research, 2008. doi:10.1016/j.asr.2008.09.025

 

Веселовский И.С. д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru

 

 

7.     Исследование комплексного влияния внешней среды (космической и метеорологической погоды) на человека.

 

Одной из основных проблем гелиобиологии является катастрофическое падение высокой корреляции между биосферными эксцессами и параметрами космической погоды при переходе от рассмотрения длиннопериодных процессов (с характерными временами и осреднениями от года и более) к процессам короткопериодичным (уровень корреляции падает от 0.8 до 0.2-0.4). Этот эффект постоянно приводит к дискуссиям о наличии артефактов в обработке тех или иных био-медицинских  экспериментов и даже ставит под сомнение существование биосферно-солнечных связей вообще.

Наблюдаемое падение корреляции может определяться следующими причинами:

а) методическими: неправомерностью использования линейной корреляции для анализа отклика био-систем с плавающим временем задержки реакции в частности и нелинейных систем в целом.

б) физическими: отсутствием учета широтного эффекта в анализе связи параметров био-медицинской статистики с вариациями геомагнитного поля; отсутствием учета фазы солнечного цикла: отсутствием длительных однотипных экспериментов, выполненных одновременно в разных точках земного шара.

в) медицинскими: отсутствием учета комплексного влияния различных факторов внешней среды на живые организмы.

Показано, что

а) Наиболее простыми и перспективными для демонстрации космо-биологических связей являются методы наложения эпох и их модификации, а также методы проверки стат.гипотез о случайности совпадения событий в био-медицинских рядах с резким изменением параметров внешней среды [1-3]

б) Широтный эффект может быть выявлен в результате международных экспериментов, использующих единую методику измерений. Многолетние исследования физиологических параметров обследуемых (измерения артериального давления и пульса, измерения электрических характеристик кожи) в Антарктиде, Баку, Софии, Симферополе, Одессе, Москве, Санкт-Петербурге и Якутске показывают наличие следующего эффекта: обитатели верхних широт оказываются наиболее чувствительными к изменениям космической погоды, а нижних – к изменениям метеорологических параметров [4-8].

в) Известно, что организм человека реагирует единым образом на совершенно различные неблагоприятные факторы путем запуска адаптивной стресс-реакции. Причем одновременное воздействие нескольких неблагоприятных факторов, каждый из которых по отдельности может и невершенно то организм человека реагирует единым образом на различные неблагоприятные факторы путем реализации адаптивной-стреес вызывать стресс-реакцию, приводит к выраженному отклику организмов (Афонин, Рагульская 2003). Этот эффект называется в медицине потенцированием неблагоприятных воздействий и может приводить к отсутствию очевидной связи между неблагоприятным воздействием изменений космической погоды и состоянием биосферы. В работах [2, 3, 9] показано, что совместное рассмотрение метеорологических параметров и параметров космической погоды приводит к наилучшим результатам при попытках моделирования рядов медицинских данных (см. рис. 1).

Рис. 1. Сравнение коэффициэнтов корреляции между артериальным давлением (среднее по группе из 83 человек за 1.5 месяца ежедневных измерений) и погодным индексом (Weather strength=S), , числами Вольфа (Sunspot number), Kp-индексом и ULF индексами геомагнитной активности, а также комплексным параметром

 

1.      Хабарова О.В.  Гелиобиология – современное состояние и пути развития. V  Конференция молодых ученых «Фундаментальные и прикладные космические исследования» Москва, ИКИ РАН, 8-9 апреля 2008, http://www.iki.rssi.ru/12apr2008 

2.      Khabarova O., Heliobiology – current state, problems and ways of development. Russian-Bulgarian Conference Fundamental Space Research; Sunny Beach, Bulgaria, September 22-28, 2008

3.      Khabarova O.V. SPACE WEATHER AND METEOROLOGICAL WEATHER'S INFLUENCE ON HUMAN HEALTH STATE - REVIEW OF RESULTS FROM A.L.TCHIJEVSKY TO NOWDAYS. 9th International congress “Health & education millennium” 27-30th November 2008 Moscow, (IX международный конгресс "Здоровье и образование в XXI веке" "Влияние космической погоды на биологические системы в свете учения А.Л. Чижевского" 27-30 ноября 2008 г.) РУДН (приглашенный)

4.      Хабарова О., Рагульская М., Бабаев Э., Димитрова С., Самсонов С. Результаты международного эксперимента по исследованию влияния изменений внешней среды на здоровье человека. Вестник Российской Военно-медицинской Академии. прил.2, 3(23), сс.412-413, 2008

5.      Рагульская М.В., Вишневский В.В., Григорьев П.Е., Самсонов С.Н., Хабарова О.В. Географические особенности влияния космической погоды на организм человека. // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского (КМ N 534 ISSN 1606 – 3716) Серия "Физика". Т. 17-18(56-57), N 2. 2008

6.      Рагульская М.В., Вишневский В.В., Григорьев П.Е., Самсонов С.Н., Хабарова О.В. Географические особенности влияния космической погоды на организм человека. // Международная научная конференция «Ландшафтные чтения, посвященные 90-летию Григория Евдокимовича Гришанкова»,  Симферополь, АР Крым, Украина 24 – 26 сентября 2008 г.

7.      Gorgo Yu.P., Ragulskaya M.V. Khabarova O.V. INFLUENCING OF LOW FREQUENCY FLUCTUATIONS OF ATMOSPHERIC PRESSURE AND MAGNETIC FIELD OF EARTH ON HUMAN FUNCTIONAL CONDITION IN ANTARCTIDA Материалы X Международной конференции по бионике и прикладной биофизике,27-28 сентября 2008г, Киев, Украина, стр.29

8.      O.V. Khabarova, M.V. Ragulskaya, E.S. Babayev Human sensibility to environmental parameters’ changes in dependence on geographic latitude (results of international experiment). European Geosciences Union General Assembly. Vienna, Austria, 13 – 18 April 2008 Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-00815, 2008, SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2008-A-00815 (invited report)

9.      Khabarova O.V., Dimitrova S. Some proves of integrated influence of geomagnetic activity and weather changes on human health. Fundamental Space Research, Proc. of International Conference, Sunny Beach, Bulgaria, 21-28 Sep 2008; ISBN 978-954-322-316-9, pp.306-309; http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0810/0810.0457.pdf

 

Хабарова О. В., к.ф.-м.н., т. 333-13-88, olik3110@list.ru

 

8.     Исследование относительного вклада факторов космической и обычной погоды в отклик биологических объектов на их воздействие.

 

Сопоставление вклада трех факторов (температуры воздуха (∆T), атмосферного давления (Р) и уровня геомагнитной активности (ГМА- Кр -индекс) в возникновение тяжелых сердечно-сосудистых патологий (инфарктов миокарда и инсультов) выявило, что основной биотропный вклад вносят изменения температуры (∆T : Kp : P = 9 : 6 : 4). Вклад ГМА составляет 30%.Тепловая волна – когда температура держится выше +25o  в течение 5-7 суток, дает прирост числа инфарктов миокарда (ИМ) на 23%, в то время как холодовая  волна, когда температура держится ниже  – 17o на протяжении 5-7 дней, дает рост числа ИМ на 37% выше среднего значения за сезон.

 

Gurfinkel Y.I., Ozheredov V.A, Breus T.K., Revich B., Mitrofanova T. Effects of Meteorological and  Geomagnetic parameters on Morbidity (Myocardial Infarction and Brain Strock), Abst. 5-th European Space weather week, 17-21 Nov.2008, p.60;

Ozheredov V.F., Breus T,K, Gurfinkel Y.I., Application of forecasting procedures to the quest of revealing influence factors hierarchy, Fundamental Space Research, Recent Development in Geoecology monitoring, Sunny Beach, Bulgaria, 21-28 Sept.2008, p.310-311.

 

Ожередов В.А., 333-30-12, ojymail@mail.ru

 

9.     Изучение биотропности микропульсаций геомагнитного поля.

 

Сезонный ход инфарктов миокарда (ИМ)  имеет максимум в осенне-зимне-весенний сезон (80% весенне-осенних магнитных бурь и 90% зимних бурь  сопровождаются возрастаниями ИМ) и это совпадение характерно для различных географических пунктов, людей разного пола (м и ж на рисунке) в городах (г) и селах (д) (Москва, Болгария). Из известных факторов геомагнитной активности, имеющим идентичный сезонный ход с ИМ, он наблюдается только у микропульсаций Рс1 (0.5–2.0 Гц, т.е. в диапазоне ритмов сердца ) и в  повышении амплитуд Рс5 пульсаций (T~ 3-10 мин, f = 2-7 Мгц).. Летом даже очень большие бури не вызывают возрастание числа инфарктов (3%). Имеются основания предполагать, что микропульсации являются наиболее биотропным агентом геомагнитной активности, а также, что устойчивость организма в летнее время обеспечивается эффектом гормона эпифиза – мелатонина.

Рис.1. На верхних графиках отчетливо видна идентичность сезонного хода с минимумом в летнее время у внезапной смерти и суммарного числа сердечно-сосудистых патологий  в различных географических регионах, таких как Москва и села и города Болгарии. Это могло быть связано с одним и тем же фактором воздействия – микропульсациями Рс1, в частотном диапазоне ритма сердца, имеющих аналогичный сезонный ход, отличный от сезонного хода Кр-индекса геомагнитной активности..

 

Kleimenova N.G., Kozyreva O.V., Breus T.K. Some seasonal aspects of the magnetic storms influence to myocard infarctions // Abs. 31-st Ann. Seminar "Physics of auroral phenomena" 26-29 Feb. 2008, Apatity. P.83-84.

Kozyreva O. V., Kleimenova N.G. Storm-time Pc5 geomagnetic pulsations  analysis based on a new ULF-index  // Abs. 7-th Intern. Conf. "Problems  of Geocosmos", 26-30 May 2008 St. Petersburg. p. 88.

Kleimenova N.G. , Kozyreva O.V., Breus T.K., Rapoport S.I. Season  variations of magnetic storm influence on myocardial infarctions // Abs. Fourth UN/ESA/NASA Workshop " Intern. Heliospher. Year and Basic Space Sciences. P. 68., Sozopol, 2-6 June 2008.

 

Клейменова Н.Г. дфмн. Бреус Т.К.дфмн, т. 333 30 12, breus36@mail.ru

 

10.  Магниточувствительность здоровых людей и больных, страдаюших артериальной гипертонией.

 

Выявлена магниточувствительность здоровых людей и пациентов, страдающих артериальной гипертонией. (Общая база данных 96 здоровых людей и 47 гипертоников). Магниточувствительностью считалась реакция повышения артериального давления (систолического - САД и диастолического - ДАД)  на 30 ммHg  относительно характерной для данного индивидуума средней величины. Отношение нечувствительных к магниточувствительным у здоровых людей составило  40% к 60%. У  гипертоников магниточувствительность составила 84%, в то время как нечувствительных было  16%.  Больные гипертонией пациенты реагировали на геомагнитные бури с запазданием на 1–2 дня, в то время как здоровые волонтеры реагируовали кратковременным подъемом давления без запаздывания.  Реакция «опережения» на одни сутки, наблюдавшаяся у нескольких здоровых волонтеров, была связана с магнитными бурями, которым предшествовало  внезапное начало, обусловленными  приходом к Земле ударной волны от Солнца и возрастанием потока протонов. В этот же период наблюдался рост ULF – индекса, характеризующего появление микропульсаций в диапазоне Рс1 и Рс5.

 

Зенченко Т.А., Цагареишвили Е.В., Ощепкова Е.В., Рогоза А.Н., Бреус Т.К. К вопросам влияния геомагнитной и метеорологической активности на больных артериальной гипертонией. “Клиническая медицина”, 2007, №1, стр 31-35.

Ozheredov V.A., Dimitrova S. Defining magnetosensitive people by forecasting based on Space weather conditions as a validation, Abst. 5-th European Space weather week, 17-21 Nov. 2008, p.61; 

Ozheredov V.A., Breus, T.K. Gurfinkel Y.I., Application of forecasting procedures to the quest of revealing influence factors hierarchy, Fundamental Space Research, Sunny Beach, Bulgaria, 21-28 Sept.2008, p.310-311.

 

Зенченко Т.А., к.ф.-м.н., Т.К. Бреус, д.ф.-м.н., т. 333 3012, breus36@mail.ru

 

 

11.  Проведен анализ статистического поведения стандартно измеряемых параметров в мониторинге космической погоды.

 

Согласно классификации NOAA Space Weather Scales явлений, связанных с космической погодой http://www.sec.noaa.gov./NOAAscales, рассматриваются три типа событий: нарушения радиосвязи, солнечные радиационные бури и геомагнитные бури. Для характеристики этих эффектов используются измерения следующих физических параметров: класс и интенсивность рентгеновских вспышек,  поток протонов с энергией > 10 MeV, индексы геомагнитной активности. Для оперативного оповещения о спорадических возрастаниях солнечной активности необходимо иметь правильное представление о статистической зависимости между величинами, используемыми для мониторинга космической погоды. Большая часть статистических выводов, представленных в этой работе,  основана на данных, полученных за последние три цикла солнечной активности (1976-2007гг.) со спутников серии GOES (Geosynchronous Operational Environmental Satellites).

 

Smirnova N.F. and E.I. Morozova, On statistical behavior of routinely measured parameters in space weather monitoring, In: Plasma Phenomena in the Solar System: Discoveries of Prof. K.I. Gringauz – a view from the XXI century. Program and Abstracts. Moscow, June 9-11, 2008, p. 30.

 

Смирнова Нинель Федоровна, т. 333-10-23, nsmirnova@romance.iki.rssi.ru

 

12.  Сформулирована и разрабатывается новая гипотеза о возможных причинах изменения климата Земли.

 

Согласно этой гипотезе, наряду с другими многочисленными и сложными факторами важную роль могут играть совершенно ничтожные и трудно уловимые изменения теплового сопротивления земной коры. Показано, что при постоянном тепловом потоке из  недр Земли и прочих равных условиях увеличение эффективной теплопроводности коры на 0,1% способно привести к повышению температуры земной поверхности на 1 градус. Такие изменения возможны за счет конвективной составляющей в порах, трещинах и кавернах под действием сейсмических и тектонических процессов, увеличивающих  или уменьшающих их число, размеры, форму и т.п.

 

Веселовский И.С., Елдышев Ю.Н.. Причины изменений климата – под Землей и в космосе. Экология и жизнь 9(82), 48-55, 2008.

 

Веселовский И.С. д.ф.-м.н., проф., т. 939-1298, veselov@dec1.sinp.msu.ru