Тема КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА

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. Исследование механизмов генерации магнитных бурь разными типами солнечного ветра.

На основе архива данных OMNI для периода 1976-2000 годов выполнен анализ межпланетных источников 798 геомагнитных бурь с Dst < -50 нТ для следующих крупномасштабных типов солнечного ветра: CIR (145 магнитных бурь), Sheath (96); магнитные облака МС (62); Ejecta (161), источник остальных 334 магнитных бурь оказался неопределенным. Для данного анализа был впервые использован двойной метод наложения эпох, в котором за опорные времена взяты моменты онсета магнитной бури и минимума Dst индекса. С одной стороны, с помощью этого метода были подтверждены ранее полученные результаты, а с другой стороны, получены новые результаты: (1) впервые получены указания, что существуют различия в эффективности двух подклассов межпланетных СМЕ: MC и Ejecta, а также Sheath перед ними, (2) независимым методом нами был убедительно показан тот факт, что существует «память о предыстории» процесса генерации магнитной бури.

Ермолаев Ю.И., И.Г. Лодкина, Н.С. Николаева, М.Ю. Ермолаев, Статистическое исследование влияния межпланетных условий на геомагнитные бури, Космические исследования, 2010 (в печати)

Yermolaev Y.I., N.S. Nikolaeva I.G. Lodkina, M.Yu. Yermolaev, Specific interplanetary conditions for CIR-, Sheath-, and ICME-induced geomagnetic storms obtained by double superposed epoch analysis, Adv.Space Res., 2010 (in press)

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

2. Анализ радиоизлучения во время геоэффективных солнечных событий.

Проанализированы радиовсплески в диапазоне частот 100-1500 кГц, зарегистрированные в 1998-2000гг на ИСЗ Интербол-1 во время солнечных вспышек, предшествующих сильным геомагнитным бурям с Dst < -100 нТ. Наблюдаемые длинноволновые радиовсплески III типа солнечного происхождения на частотах 1460 и 780 кГц отличались большой величиной потока Sf = 10^-15 – 10^-17 Вт/м² Гц и продолжались не менее 10 мин. Быстрый частотный дрейф всплеска продолжался до частоты 250 кГц, что свидетельствовало о распространении возбуждающего агента (пучка энергичных электронов) от Солнца к Земле. Для всех таких вспышек было характерно появление корональных выбросов массы (СМЕ) типа гало, наблюдаемых на коронографе LASCO/SOHO и наличие южной компоненты межпланетного магнитного поля, измеренного на КА ACE и Wind. Вскоре после радиовсплесков на ИСЗ Интербол-1 регистрировались потоки энергичных электронов с энергией более 40 кэВ. Таким образом, регистрация радиовсплесков повышает надежность предсказания возбуждения магнитных бурь, а в случае отсутствия измерений СМЕ в определенной степени восполнить отсутствие этой информации.

Прокудина В.С., Курильчик В.Н., Ермолаев Ю.И., Кудела К., Сливка М. Особенности длинноволновых радиовсплесков от солнечных вспышек, предшествующих мощным геомагнитным бурям, Космические Исследования, 2009, Т.47. №1. с.17-24

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

3. Обзор современных представлений о солнечных и межпланетных источниках магнитных бурь.

Приведен краткий обзор современных представлений о солнечно-земных связях, отвечающих за передачу солнечных возмущений и генерацию магнитных бурь на Земле. Даны количественные оценки вероятности возбуждения магнитных бурь различными солнечными и межпланетными явлениями; сравнивается эффективность процессов генерации бурь различными типами течений солнечного ветра. Анализ публикаций по геоэффективности солнечных и межпланетных явлений и результаты, полученные авторами, позволил авторам сделать следующие выводы.

ü Оценка геоэффективности зависит от методов идентификации и классификации явлений, а также от методов и направления поиска корреляций между явлениями (обратная трассировка не дает оценок геоэффективности).

ü Геоэффективность (вероятность процесса генерации магнитной бури) для CME и вспышек составляет 40-60% , что лишь немного превышает вероятность случайных процессов.

ü Прогноз геомагнитных бурь на основании солнечных наблюдений может содержать большой процент «ложных тревог».

ü Геоэффективность ICME (Sheath + MC) составляет 60-80%.

ü Геоэффективность CIR (Corotating Interaction Region) составляет 20-35%.

ü Не обнаружено существенных различий в «peak-to-peak»-зависимостях Dst – Bz и Dst – Ey для магнитных бурь, генерированных MC, Sheath и CIR, хотя существуют различия в их развитии.

ü Минимальная величина Bz-компоненты ММП наблюдается в МС, а минимальное значение Dst-индекса – в Sheath, т.е. эффективность физического процесса генерации бури во время Sheath более высока, чем во время МС. Возможно, это объясняется более высоким уровнем вариаций поля и давления в Sheath.

Полученные результаты, и прежде всего различия, связанные с различными типами солнечного ветра, позволяют построить более надежные схемы прогноза магнитных бурь.

Ермолаев Ю.И. , М.Ю. Ермолаев, Солнечные и межпланетные источники геомагнитных бурь: аспекты космической погоды, Геофизические процессы и биосфера , 2009, T. 8, № 1, с. 5–35

Парновский А. С., Ю. И. Ермолаев, Космическая погода: история исследования и прогнозирование, Космическая наука и технология, 2009 (в печати)

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

4. Влияние температурных волн и волн атмосферного давления на здоровье людей.

Выявлены биотропные формы температурных волн и волн перепадов атмосферного давления, эффективных в отношении возникновения инфаркта миокарда в Москве. Температурные волны делятся на несколько видов – одни из них существуют в области очень высоких положительных температур – выше + 25 ⁰С. Другие представляют собой достаточно быструю смену температурного режима между уровнями ниже +20⁰С и выше +20⁰С. Температура +20⁰С считается оптимальной для нормального существования человеческого организма, а поэтому при быстрых переходах через этот уровень включаются разные компенсаторные механизмы, что может приводить к. разлаживанию адаптационной системы человеческого организма. Холодовые волны представляют собой биотропные резкие смены температур в области ниже 0⁰С. (Рис.1а)

а) б)

Рис.1. Биотропные волны изменения температуры (а) и давления (б).

Биотропными волнами изменения атмосферного давления являются релаксации (быстрые подъемы и спады) (Рис.1 б) к наивероятнейшему нормальному давлению для московского региона (737-747 мм.рт.ст.) (Рис.2).

Рис.2. Гистограмма атмосферного давления в Москве за период измерений 1995-2001 гг.

В соответствующие периоды температурных волн и волн атмосферного давления наблюдается возрастание числа случаев инфаркта миокарда вплоть до 2-х раз, причем изменения атмосферного давления является более биотропным фактором, чем температура.

Ожередов В. А., Т.К. Бреус, Ю.И. Гурфинкель, Б.А .Ревич, Т.А Митрофанова Влияние космической и земной погоды на развитие острых кардиологических патологий // Биофизика, ноябрь 2009г

Ozheredov V. A., T. K. Breus, Yu. I. Gurfinkel, B. A. Revich, T. A. Mitrofanova, Revealing of Abnormal Space and Terrestrial Weather Conditions for Prediction of Brain Stroke and Myocardial Infarction Morbidity Increases // Global Telemedicine and eHealth Updates: Knowledge Resources, 2009, Vol. 2, Editors: Malina Jordanova, Frank Lievens, p.384-388.

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

5. Зависимость острых заболеваний кардиологической системы от космической и обычной погоды.

Получена функциональная зависимость острых нарушений мозгового кровообращения (ОНМК) от обычной и космической погоды методом прогноза на основе прямого восстановления зависимости по данным двух больниц (ЦКБ №1 «РЖД» и Госпиталь Ветеранов в Москве) за 1994-2002 гг.. Показана прогнозируемость временного ряда заболеваемости ОМНК по параметрам атмосферноых Т и Р и геомагнитной активности (K- индекса). С помощью метода кроссвалидации убедительно доказано, что при исключении К-индекса из совокупности воздействующих переменных, задача прогнозирования заболеваемости острыми нарушениями мозгового кровообращения (ОМНК) перестает иметь решение удовлетворительного качества, тогда как при наличии К-индекса среди этих переменных (атмосферная температура и давление) спрогнозированный ряд ОМНК вполне отвечает экспериментально полученному ряду. Это означает, что существенной зависимостью заболеваемости ОНМК от К-индекса пренебрегать не следует.

Ожередов В. А., Т.К. Бреус, Ю.И. Гурфинкель, Б.А. Ревич, Т.А. Митрофанова Влияние космической и земной погоды на развитие острых кардиологических патологий // Биофизика, ноябрь 2009г

Ozheredov V. A., T. K. Breus, Yu. I. Gurfinkel, B. A. Revich, T. A. Mitrofanova, Role of Space Weather Factors in Health Status of People with Cardiovascular Pathology // Global Telemedicine and eHealth Updates:, Knowledge Resources, 2009, Vol. 2, Editors: Malina Jordanova, Frank Lievens, p.388-393.

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

Бреус Тамара Константиновна, Гл.н.с., д.ф.-м.н., 333-30-12, breus36@mail.ru

6. Исследование влияния циклических вариаций солнечной и геомагнитной активности на вариабильность случаев смертности от инфаркта миокарда по месячным данным Болгарии за 26 лет (1970-1995).

Данные сначала были переведены в годовые, а затем «очищены» от линейного тренда, который несколько различен до и после 1985 г. Медицинские данные за 1985-1988 г.г. соответствуют периоду социальной нестабильности и резкого ухудшения условий жизни в Болгарии, что, по-видимому, соответствовало росту .числа случаев инфарктов в это время. После снятия тренда данные были нормализованы на годовое число случаев инфарктов. На рис.1 показано сопоставление медицинских данных с вариациями геомагнитной активности и геомагнитными пульсациями Рс5 (период 2-8 мин).

Рис.1 Сопоставление нормированных годовых значений числа ИМ с вариациями геомагнитной активности (Кр –индексом) и геомагнитными пульсациями Рс5.

В качестве меры геомагнитной возмущенности использовалось число дней в году с суммой Кр>24 (возмущенные дни) и число дней с дневными (03-17 MLT) среднеширотными пульсациями Рс5, уровень амплитуды которых был выше величины, соответствующей спокойным условиям. Видно, что циклические вариации магнитной активности и появления Рс5 повторяют друг друга, при этом число дней с Рс5 больше числа возмущенных дней. Это следствие того, что Рс5 наблюдаются как в главную, так и в восстановительную фазу магнитной бури, когда индекс Кр уже резко уменьшается. Кроме этого на рис.2 показано распределение числа дней с сильными магнитными бурями (сумма Кр >40) и числа дней с интенсивными Рс5 пульсациями с амплитудой, превышающей спокойный уровень на порядок. Эти распределения оказались подобными, за исключением отдельных годов (1973-1974 и 1984) на конце спада солнечного цикла (перед минимумом). Число дней с сильными бурями и интенсивными Рс5 одинаково. Таким образом, геомагнитные пульсации Рс5 могут быть четким индикатором геомагнитной активности причем основные максимумы геомагнитной активности (общей возмущенности с суммой Кр >24 и сильных магнитных бурь с суммой Кр >40) наблюдались на спаде цикла солнечной активности.

Сопоставление медицинских и геомагнитных данных показало, что максимумы инфарктов четко совпадают с пиками геомагнитной возмущенности на фазе спада цикла солнечной активности (зеленые стрелки). В случае сильных магнитных бурь определяющими являются пульсации Рс5. Возрастание числа инфарктов отмечалось и на фазе роста 21-го цикла солнечной активности (1977-1978 гг).

Выполненный анализ показал, что для человека наиболее «негативными» являются не периоды максимума солнечной активности, а периоды ее спада, сопровождаемые геомагнитными возмущениями и интенсификацией геомагнитных пульсаций. Определяющим является не солнечная, а геомагнитная активность.

Клейменова Наталия Георгиевна, д.ф.-м.н., 333-30-12, kleimen@ifz.ru

7. Разработка методики оценки индивидуальной магнито и метеочувствительности организма человека для различных широт, с учетом динамической взаимозависимости различных показателей погоды и гелиогеофизических факторов.

Методика разработана на основе результатов длительного мониторинга показателей артериального давления (АД) 118 здоровых волонтеров и 33 пациентов с диагнозом артериальная гипертония. Установлены границы применимости различных линейных и спектральных методов анализа к данной задаче с учетом недостатков временных рядов физиологических показателей (зашумленность, нестационарность, пропуски, малые длины рядов). Установлены характерные типы реакции показателей АД на действие геомагнитной активности (ГМА) и метеорологических факторов. Показано, что, ответ организма на действие геомагнитной активности носит характер кратковременного (обычно в течение одних суток), синхронного с магнитной бурей повышения показателей АД. Реакция на действие метеорологических факторов выражается в совпадении медленных волн колебаний показателей АД и метеорологических параметров с периодом 4-9 суток (рис 1,2).

А Б В

Рис 1. Кросскорреляционные функции значений систолического артериального давления пациента с диагнозом артериальная гипертония с Кр-индексом (а), температурой воздуха (б) и атмосферным давлением (в). Сплошная черная линия - расчет произведен по исходным рядам данных (после вычитания начального тренда в течение первого месяца, обусловленного началом приема гипотензивных средств). Пунктирная линия – расчет произведен по временному ряду данных после вычитания низкочастотной составляющей (граница низкочастотного фильтра >7 сут).

Рис 2. Сравнение спектров мощности временного ряда значений ежедневных показателей САД здорового волонтера и временных рядов температуры воздуха (слева) и Кр-индекса (справа). Видно, что в спектре значений САД все основные периоды (9 сут, 13-14 сут, 22 сут, 27 сут, 35 сут) присутствуют в спектре хотя бы одного из анализируемых внешних факторов. При этом пик, соответствующий 7 сут, является далеко не самым выраженным.

Зенченко Т.А., С. Димитрова, И. Стоилова, T.K. Бреус. Индивидуальные типы реакций артериального давления практически здоровых людей на действие геомагнитной активности. “Клиническая медицина”, 2009, № 4, стр 18-23.

Zenchenko T. A., T. K. Breus, E. V. Tsagareishvili, A. N. Rogoza, P. Е. Grigoriev, Typology of Typical Reactions on the Space and Usual Weather Variations for Patients Suffering From Hypertension and for Healthy People In Jordanova M., Lievens F. (Editors) Global Telemedicine / eHealth Updates: Knowledge Resources, Vol. 2, Publ. Luxexpo, Luxembourg, 2009, ISSN 1998-5509, pp. 409-413.

Зенченко Т.А., Мерзлый А.М., Поскотинова Л.В. Методика оценки индивидуальной метео- и магниточувствительности организма человека и ее применение на различных географических широтах. Экология человека, 2009, № 10, стр 3-11.

Зенченко Татьяна Александровна, к.ф-м.н., 333-30-12, zench@mail.ru

Бреус Тамара Константиновна, Гл.н.с., д.ф.-м.н., 333-30-12, breus36@mail.ru (соисполнители ИТЭБ РАН, STII-BAS -Болгария, ГКБ №60 г. Москвы, Симферопольский инженерно-педагогический институт (Крым, Украина))

8. Построение динамической карты связей параметров космической погоды для различных фаз цикла солнечной активности (СА).

С целью выявления наиболее биотропных показателей космической погоды проведено исследование динамики суточных значений гелиосферных и геомагнитных показателей. Показано, что в период максимума СА повышения плотности солнечного ветра (СВ) и рост Кр-индекса обычно происходят синхронно (рис 1), в то время как в минимуме СА подъемы плотности СВ на сутки предшествуют дням повышенных значений Кр-индекса. Это обстоятельство может послужить основной для объяснения описанных в литературе фактов опережающей реакции биообъектов на действие магнитных бурь.

Сравнение динамики планетарных среднеширотных индексов геомагнитной активности (ГМА): Кр-индекс, ULF (Ultra Low Frequency-index, Пилипенко, Козырева, ИФЗ РАН), PC-индекс (Polar Cap index, Трошичев, ААНИИ) показало, что для задачи оценки индивидуальной чувствительности организма к факторам космической и земной погоды эти индексы практически равнозначны, поскольку динамика их суточных значений является тесно скоррелированной (рис 2). Этот вывод правомерен как для периодов максимума, так и минимума СА.

Сравнение динамики локальных К-индексов с показателями атмосферного давления в трех городах показало, что ежесуточные значения параметров космической и обычной погоды допустимо рассматривать как независимые, а два подпространства метео и геомагнитных параметров – как ортогональные друг другу.

Рис. 1. Динамика плотности СВ в дни магнитных бурь и возмущений в периоды максимума (синяя кривая) и минимума (зеленая кривая) СА.

Рис. 2. Синхронность динамики и пропорциональность различных индексов ГМА

Зенченко Т.А., Мерзлый А.М.«Построение динамической карты взаимосвязи факторов космической и обычной погоды в задаче оценки степени индивидуальной чувствительности организма к внешним факторам. Часть I – взаимосвязь гелиогеофизических показателей», Судак, Крым, Украина, 28.09-03.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр 85-87.

Мерзлый А.М., Зенченко Т.А. «Зависимость метеорологических показателей от факторов космической погоды» Судак, Крым, Украина, 28.09-03.10.2009, тезисы VIII Международной крымской конференции «Космос и биосфера», стр 87-88.

Зенченко Татьяна Александровна, к.ф-м.н., 333-30-12, zench@mail.ru

Мерзлый А.М., к.т.н., тел: 3333012