Структура и прогнозирование солнечной цикличности

К настоящему времени в физике Солнца накоплен огромный наб, но дате гьныи материал по различным прояв тениям солнечной активности, указывающий на то что сотнечная активность есть i тобальныи процесс охватывающий практически все с юи Солнца Изучение цикшчносш как вариации г тоба шных им тексов сотенной активности (СА) имеет ботыпое значение как т 1я понимания структуры и шнамики сотнечной циктичности в це юм 1ак и т тя разработки физических мо те ien С.

Сопоставление вариации разшчных прояв тении С позвошет изчтпь их вну треннюю взаимосвязь с це тыо бо тее т тубокою понимания хо та развития С бо тес точною ее npoi позирования.

Несмотря на наличие длинных ря тов наб, но гении некоторых нн тексов С анализ их остожнен такими факторами как нестационарность, внутренняя нео цторо нтость riepei у тярность опрете тения на тичие значительных ошибок (особенно в юты низкои активности) IIoitomn мнот ие свойства со тнечнои цикшчносш все еще не юнаючно хорошо изучены и тпжтаюня в бо тее тета [ьном рассмотрении кроме тою практически все закономерности сотнечной цикшчносш завися! oi (|)азы ll-ieuiuo и вековою ник юв и поюм закономерности вы ie icinibic на о шои фазе не мот i быт. обобщены i тя тр I их фа з.

О шои из важнейших проб тем is нес те тованиях С о ища яв [яется выяв icnnc и ана тпз закономерностей вариации С на разшчных временных масштабах Временная шка ia таких вариации зак ночена в очень широких пре те iax от неско п. ких секн т то сотен и 1ысяч iei 11омом с о шои стороны важным явтяется вопрос о ю повременных вариациях С X с труюи сюроны о бо тее кратковременных ее прояв юниях и взаимосвязи т шнных и коротких перио тичноиеи.

Нема юважныи вк та i в общий ровень (внося! то нонерио тическис состав 1яющие со шечнои цикшчносш в частости вековая состав тяюшая В основном именно вк та том вековой соиав1яющеи оире те тяются высоп. т П-тешпх пик юв С При пом с ишои точки зрения на мею I вы те тения ноп состав штощетт не смцествует Ошосше тыто неботыние временные ря ты нн тексов активности также затрудняют ана пи вековых вариации С.

В нос те типе юты все ботынее внимание у тешемся поиску и изчению так называемых квази твух тетттих вариации (КДВ) С перио ты которых распо южены в шаиаюне 01 М ю 1 ^ 4 iei Чк1а1ыккгь исс ic ювания вариации с икими квалшерио ими обьяснясчся нес ко 1ькими причинами Во-первых икие вариации вносяI е mecIвенный вк ia i в общин ровень акшвносш Вюрая причина связана с заимей нротоза С б см чеи закономерностей Kopoi конерио шческих вариации невозможно ючное и своевременное про1позирование как со щечных iак и со шечнооб) с юв lennbix ючпффекшвных яв icihih имеющее важное прик ia шос значение Все бо iee очеви щои синовшся и связь них вариации с механизмами телащими в основе С Л 11оном ильнеишее исс ie ювание коропюперио шческих вариации имеем ф н имен ia п>ное значение пя понимания нрнро u>i 11-ienicii цик IH4H0CIH и феномена со темной акшвносш вообще щес I венные рез типы в исс ic ювании иерио шмнос iси на ка, анных временных маеппабах быт порчены шип" в нос ie тис (ссяпмсшя Ьо ice юю Biiioib ю нос ie шею времени само емцееiвованис некоюрых перио шчносicn пахо щ ioci, по 1 сомнением, а некоюрые и вовсс бы ш неизвесшы) ю обьясняекя значиie п. ными ip щоыями в выяв ieinm и инкрпреiацип 1аких вариации кал ия из 1аких перио и1чпос1 ей npeiciai! яе i собой cmikc ibciiho нес i ацпопарныи процесс ко трот все основные нарамемры (амп ни и фаза перио i и форма) с! ожп1>11 образом меняюiся со временем Кроме юю рез н. кпы hiioi u си п>по завися! oi применяемой мею щки oopaooiKH нехо щых ынпых Именно но>тм ю п>ко с нояв 1ением юскпочно хороших ря юв наб по (еиии по i менпы ия mhoihx пн ickcob С с помощью специа 1Ы1ЫХ мею юв oopaooiMi появи nici, |а н. ш к возможное ш пя le ia п. ных псе ie ювании в uhiioii об ие i и.

К!а1ЫЮС1Ь [СХ1Ы опре 1С iЯС1 не щ П за ими ШсесриЦИОННО! О Нее ie ювання Щ ЛЬЮ paooibi яв1яюе!> ieia п>пое пзченпе i юба и>ных харак lepiic i нк со темной ак i пвнос I и В рамках нос i ав lemioii не ш реша шсь с ie i ющие 1 Д Ч11.

1 юмненне иввеспи, 1х и выяв кчше новых закономерное icii цик шмеских вариации со шеччоп акi ивнос i и.

2 Разрабо1ка и применение специа п. ною мею и нее ie ювания юнкои с i рх к i х ры 1 I-1еших цик юв и цик юв бо напей i ппе и.носш.

Опре ie icime основных сое ив шющих ео шечиои цикшчноеш и их ко шчеывенною вк ia и в общий чровень акшвносш 4 Вы ie lemie п изчение к ваш цзх1С1них вариации со темной акшвносш на основе применения современных мею юв ана шва пескшнопарных временных ря юв.

5. Разработка меюда прогноза 11-летних солнечных циклов с большой заблаговременност ыо. позволяющего прогнозировать как основные характеристики, так и тонкую структуру будущих циклов. ОБЪЕКТОМ исследования являются наиболее надежные временные ряды глобальных индексов солнечной активности, определяемые регулярно в течение 25 -300 лет. ПРКДМНТОМ исследования являкися основные свойсжа и хараклерисшкп лих временных рядов.

ИСХОДНЫМ МАП-.РИАЛЫ. на которых проводилось исследование В рабою использованы данные о глоба п. ных индексах солнечной акшвносш sa большой промежуток времени: числа Вольфа — начиная с 1750 юла. суммарные площади солнечных пяюн — с 1848 юда: плопккль нонжа радиои s. iy чення Солнца на длине волны 10.7 см с 1447 юдавспышечный индекс Клечека с 1976 юда и данные о солнечной посюянной — с 1478 юда. Данные о hcciлажеппых среднемесячных значениях чисел Вольфа получены с сервера Брюссельскою всемирною центра данных по индексам солнечных nnien http:/<'sidc.oma.be. Значения чисел Вольфа, использованные в насюящей paooie. опреде шююя на основании наб по leiiini нескольких деся1ков асiрономических обсеркаюрий всею мира Данные о нютосш ноIока радиои s. iy чения Солнца па длине во шы 10 7 см (поюк /• щ -) по i чены с сервера http vswu.drao.nrc.ca/icarus/ www sol home. shlml Канадкою нациопа n. noi о исследоваюльско! о совеiа. Данные о суммарных п ющадях солнечных iimich i ринвичский ряд с 1878 до 1()81 юда и ряд М)\ нос ie 1981 юда. ра$мещенные на caiiie NOAA http.' sciences.mslc.nasa gov ssl pad solar greenweh htm I жедневные.lainn.ie о щачении солнечной посюянной — со спутников imbus-7. S1l CRIj 1 п II. NASA l-.RBS. VIRCiO. Данные о вспышечном индексе Клечека по пчены с сервера Национального ieoi ра (|)ическою цешра данных США ftp- 'ftp ngde noaa gov S 11' SOLAR DAI A/SOLAR H ARI-S INDl X.

Ml-1 ОДЫ НССЛ1ДОВА11ИЯ Временные ряды ыобальпых индексов со шечноп акшвности щучены разрабокшным авюром насюящей paoon. i меюдом суповых средних. Коропчопериодическис вариации ручались доно. пппе п.но. с применением меюда сишулярнот ciicki рально! о ана.ппа. широко рас и рос i раненною при анаппе с I ру к I ры временных рядов pai шчною происхождения.

Д0С10В1-.РН0С1 Ь И ОБОСНОВАННОСТЬ полученных рему п. кнов обусловлена проведением исследования на основании широко и шестых временных рядов глобальных индексов солнечной акшвносш. пришанных и исполыуемых учеными всею мира. На большой объем наблюдательных данных не накладывались никакие предварительные условия. вытекающие и? теорежчееких предпосылок. Для уменьшения ошибок временных рядов и снятия нестационарное-&tradeбыла применена специальная меюдика. Применение фаювото усреднения позволило естественно у величить достоверность и с га i не т ичсскх то значимость получаемых результатов НАУЧНАЯ НОВИЗНА реп лыаюв работы включается в следу ющем.

1 Впервые раздельно выявлены три основные составляющие солнечной цикличноеы — 11-лешяя. вековая и квазидвухлетняя. описывающие около 93°'" дисперсии исходною ряда. Определен вклад каждой и", составляющих в общий уровень С’А.

2 Выполнен структурный анализ квазидвух ieiних вариаций во времетпп.1х рядах 1лобалытых индексов (А Выявлено существование КДВ в периоды низкой активности Солнца.

3 Для анализа свойств 11-леших ттттк. тов предложен метод фазовых средтптх С ею помощью уточнены основные параметры последних двух вековых пик над Д тя описания сверхвековых и течений С предложен орт пнальнып вил тренда.

4 Получен нерасходяшийся чип ноз-прот нот цичла 23 и пропни пики 24 тля основных индексов СЛ. позволяющий полу чаи" не юп. ко высоту и длите тытоеть. ной восстанавливать топку ю стру кту ру циклов.

IIOPI ШЧНСКЛЯ И ПРЛК1ИЧ1СКЛЯ ЗПЛЧИМОСЧЬ ретулыаюв работы Ремульки 1>т настоящею исследования ioiyi бытт> исно тьзованы при разработке физической модели солнечно! цикличноеiтт I Io. iy ченные закономерности мот т также с 1жип> шнирическои базой дли получения иропюзов (. необходимых как в об lacn физики Солнца, итк и в прикладных, в частости, i еофп зических псе телованиях ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСПМЫ1- Н ЗИЩШУ.

1 Представление цикличности солнечной акшвпосш су перпо зициеи трех осиовш. тх составляющих: 1) 11-лешей. 2) вековот’т: 3) квазидву хлешей Оире те leinie количесчBCTiiioiо вклада каждой из них состав шютцтр в общий ровень активное! и.

2 Взаимосвязь между циклическими вариациями СА различно! дли тельноеi и В!.тявление модулирующею воздействия вековой составляющей на амп титулы 11-лешей и квазидву хлетней составляющих солнечной пик шчпоети.

3 Определение временной зависимости основных характеристик И-теших цик юв солнечной акшвносш: длинмытосш. амплитуды. асиммечрии. длины вешен роста и спада на протяжении последних двух вековых циклов.

4 Детальный структурный анализ свойств квазидвухлетних вариаций для ня! И глобальных индексов СЛ. 5. Эпигноз-прогноз цикла 23 и прогноз цикла 24. Уточненные характеристики текущего векового цикла. СТРУКТУРА И ОБЪКМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состой] ш Введения, четырех глав. Заключения, списка нитруемой штературы Общий обьем диссертации составляем 117 cipainm машинописною текста, включая 17 рисунков. П таблиц и 147 наименований ли lepaiypi.i.

АПРОБАЦИЯ. Основные релльины диссертационной работ были доложены на международных, всероссийских и региональных конференциях Pei иональноп копференцпи слудешов. аспиранюв и молодых ученых по фишке (Владивосток. ДВГУ. 200(1) — Ipeibeii всероссийской научной конференции «Фншчеекие проблем!,! жологии (жолот ическая фишка)» (Москва. МГУ. 2001): Международной конференции «Солнце в эпоху смены шака маши гною поля» (Санкт-I Iciepoy рт. ГАО РАН. 2001): 6-ii международной конференции «Системный анализ и управление космическими комплексами» (1 впаюрня. 2001). Всероссийской астрономической конференции (CaiiKi-I leiepoy pi. CI 161 У. 2001). Научно-пракшческой кон (|)еренцип. посвященной 70- leiiHiio асмрежомичсскеж обсерваюрии ИГУ (Ирку ick. Ill у. 2001). Между народной кон (|)ереиции «Солнечный цикл п космическая поюда» SOI SP -2001 (Пкыпя. 2001). Конференции стран CI11 и Прибалтики «Активные процессы на Сопите и шеиах» (Санк1−1 Iciepoy pi. 2002). 10-м I вропсйском собрании по (|)1иике Со ища «Со щечная переменное т i>: о т ядра к внешним слоям» SPM-10 (Чехия. I Ipai а. 2002).

Рсмл1.таи>1 исследования были неодпокра! по доложены авюром на нау чных семинарах, проводимых в ГАИШ МГУ. в ИИИЯФ МГУ. вФишческом ипсипу ie Pll. а также на ежеюдных Ломоносовских чтениях Ml У (2001 и 2002 11.).

ПУБЛИКАЦИИ И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД ABIOPY, Но теме диссертации опубликовано 18 paooi. Личный вклад автора: авюру принадлежи! участие в постановке шдачи ттсс тедования.

введение

и расчем фаговых средних шаченни ия нескольких рядов ]добальпых индексов со шечной актвпосш. аналт основных параметров 1 l-.ieinnx цик юв па основе представления о фаговых ере щих. выяв icinie основных составляющих солнечной цикличное! и и определение их количественною вкладаразработка и применение меюдики сверхдолюсрочнеио промина солнечной активности: анализ полученных регудыаюв.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ IV.

1 Анализ различных меюдов долгосрочною и сверхдо. п осрочною прогноза солнечной активности указывает на офаниченную применимость правила Гневышева-Оля при прогнозировании различных солнечных циклов.

2 Методом (разовых средних получен нрот нов со шечных циклов 23 и 24 Характеристики никла 23: высот мавною максимума 126. вюричпот I 10. общая продолжительность 10.8 тет. длина ветви роста 4 юла. вторичный макснмхм выражен достаточно ярко и отстоит от т тавпою максимума примерно на 1 5 тола (первая половина 2002 т.) Характеристики цикла 24: высота i lairrioio максимума 124 (эпоха максимума начало 2011 !.). вюричною 123. общая продолжи тельное г ь — 10 8 лет. длина вензн роста — около 4 лет. вюрнчный максимум по мощности совпадает с мавным it oictottt от нею примерно на 1 5 юда. Ожидается, чю будущий цикл 24 заверши! текущий вековой цикл активности Солнца.

3. Показывается, что наиболее успешными являются сверхдолюсрочные прошозы СА. опирающиеся на существование длительных цик юв активности, ю есть учитывающие всю предысторию временною ряда чисел Вольфа При ном также показывается, что успешность прогноза во мнотм зависит от исходных предположений.

Выполненный эпигноз нескольких прошедших 11-летних циклов доказал эффективность примененной методики прогнозирования. Отмечается, чю наибольшие ошибки эпигноза характерны для фазы максиму ма циклов, что связано, видимо, с наибольшей амплитудой флуктуаций С Л в указанную эпоху.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В заключение приведем основные результаты, полученные в настоящей диссерт ационной работе.

1. В результате анализа временных рядов основных индексов солнечной активности установлено, что цикличность солнечной активности является суперпозицией, но крайней мерс, трех основных составляющих: 1) 11-летней: 2) вековой: 3) квачидву хлетней. Найдено, чю на эти составляющие приходится соответственно 64. 18 и 11 процентов дисперсии исходною ряда. Выявлено модулирующее воздействие вековой составляющей на амплитуды 11-летней и квачидвухлетней составляющих солнечной цикличности, из чего следует, что энергетика солнечного цикла определяется вековой вариацией солнечной активности.

2. При помощи специально разработанною метода фазовых средних определены временные зависимости основных характеристик 11-летних циклов солнечной активности: длительности, амплитуды, асимметрии, длины ветвей роста и спада. Получены уравнения связи между этими характеристиками. Найдены существенные отличия в тесноте связей между фазовыми средними чисел Вольфа и суммарных площадей солнечных пятен на разных фазах II-летних циклов: наименьшие коэффициенты корреляции соответствуют критическим ючкат на вепзях росла и спада 11-летних ннклов. наиболее юеные — второму максимуму и началу ветви спада цикла.

3. Получены основные характеристики текущею вековою цикла: длительность 100−5 лет. амплитуда в пределах от 5 до 35 в шкале чисел Вольфа для разных фаз 11-летних циклов. Найдена сходная тикая с тру кту ра дву х последних вековых циклов. Предложен оригинальный вид тренда для описания сверхвековых изменений солнечной активности.

4. Во временных рядах нескольких глобальных индексов солнечной активное! и выявлена сходная в разных циклах структура квачидву x.'iei них вариаций в виде цугов колебаний. Показано, что амплитуда и длительность отдельных квачидвухлетиих импульсов существенно меняемся как внутри одного П-лсчнею цикла, так и от цикла к циклу. Наибольший вклад указанные вариации внося' на фачах роста и максимума 11-летних циклов.

5. Найденные закономерноегн и связи между основными параметрами 11-летних циклов использованы для получения прогноза чисел Вольфа в циклах 23 и 24. Выполненный эпигноз предыдущих солнечных циклов доказывает эффективность примененной методики прогнозирования. Установлено, что цикл 24 завершит текущий вековой цикл солнечной активности. Полученные единые формулы связи между числами Вольфа и радиопотоком на длине волны 10.7 см позволили выполнить прогноз радиопотока Fнпв указанных циклах.