Динамика УНЧ электромагнитных колебаний и ионосферных токов в ходе атмосферных и космических возмущений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Марчук Роман Александрович

• Марчук Роман Александрович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Марчук Роман Александрович

Введение

1 Различные типы геомагнитных возмущений. Обзор литературы

1.1 Длиннопериодные геомагнитные вариации (возмущения)

1.1.1 Магнитосферные бури

1.1.2 Суббури

1.1.3 Пилообразные события (БТЕ)

1.1.4 Стационарная магнитосферная конвекция

1.2 Короткопериодные геомагнитные вариации или геомагнитные пульсации

1.3 Выводы к Главе

2 Данные наблюдений и методы анализа геомагнитных возмущений

2.1 Источники используемых данных

2.2 Метод анализа УНЧ электромагнитных колебаний (геомагнитных пульсаций)

2.3 Построение карт распределения продольных токов с помощью техники инверсии магнитограмм ИСЗФ СО РАН

2.4 Выводы к Главе

3 Всплески геомагнитных пульсаций, вызванные импульсами давления солнечного ветра в ходе магнитосферных бурь, и их связь с продольными токами

3.1 Анализ магнитосферной бури, наблюдаемой 21 октября 2001 года

3.2 Исследование проявлений импульсов давления во время магнитосферной бури 20 декабря 2015 года

3.3 Выводы к Главе

4 Динамика широкополосных геомагнитных пульсаций и токовых систем во время различных типов геомагнитных возмущений

4.1 Всплески широкополосных пульсаций и распределение продольных токов во время пилообразных суббуревых событий (STE)

4.1.1 Пилообразное суббуревое событие в ходе бури 6 ноября 2000 года

4.1.2 Проявление STE во время бури 4 октября 2000 года

4.2 Особенности проявлений геомагнитных вариаций в ходе сильной суббури во время бури 20 декабря

4.3 Всплески геомагнитных пульсаций во время событий стационарной магнитосферной конвекции

4.4 Выводы к главе

5 Развитие локализованного геомагнитного события (ЛГС), наблюдаемого на станциях ИСЗФ СО РАН в околополуночном секторе

5.1 Геомагнитные условия, сопровождающие локализованное геомагнитное событие

5.2 Источники развития ЛГС

5.3 Особенность развития пульсаций во время ЛГС

5.4 Выводы к Главе

6 Синхронные, глобально наблюдаемые ультракороткопериодные импульсы (УКИ)

6.1 Обзор результатов наблюдений УНЧ-КНЧ излучений в атмосфере

6.2 Анализ наблюдений УКИ на разных долготах

6.3 Связь УКИ с глобальной грозовой активностью

6.4 Анализ связи УКИ с возникновением красных спрайтов

6.5 Вывод к главе

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность темы исследования

Изучение космической погоды остается одной из ключевых задач современной солнечно-земной физики, поскольку магнитосферные бури, суббури и другие геомагнитные возмущения оказывают значительное влияние на технологические системы и инфраструктуру. Эти явления возникают при воздействии возмущенного солнечного ветра (СВ) на магнитосферу Земли после солнечных вспышек и корональных выбросов массы. В результате в системе магнитосфера-ионосфера-атмосфера формируются сложные возмущения геомагнитного поля и плазмы, способные вызывать значительные помехи и неисправности в технических системах. Особый интерес при этом представляет динамика границ аврорального овала, где высыпания электронов вызывают полярные сияния, а также усиление ионосферных и продольных токов (ПТ). Наблюдения последних лет выявили тенденцию смещения аврорального овала в ходе интенсивных геомагнитных возмущений в восточном полушарии на более низкие широты, чем это считалось ранее, вплоть до средних широт (в том числе до среднеширотных станций ИСЗФ СО РАН, используемых в анализе в диссертационной работе) в результате ускоренного смещения геомагнитного полюса из Канады к полуострову Таймыр [Logachev and Stozhkov, 2022; Srivastava et al., 2025].

Актуальным направлением является также разработка методов таймирования начала активной фазы суббурь и других типов геомагнитных возмущений. Традиционные подходы, основанные на анализе длиннопериодных геомагнитных пульсаций типа Pi2/Pi3, обладают ограниченным временным разрешением, что затрудняет исследование быстрых процессов. Регистрация геомагнитных пульсаций современными индукционными магнитометрами с частотой опроса более 10 Гц открывает новые возможности для детального анализа короткопериодных пульсаций, сопровождающих взрывную фазу суббури.

Совместный анализ этих данных и временных рядов карт распределения ПТ — выходного продукта техники инверсии магнитограмм, разработанной в ИСЗФ СО РАН позволит уточнить временную структуру развития суббурь, что важно для понимания их механизмов и прогнозирования космической погоды.

Кроме того, геомагнитные пульсации широко используются для исследования системы «атмосфера—ионосфера» и волновой диагностики возникающих в ней электрических высокоатмосферных разрядов в холодной плазме, способных влиять на локальную электродинамику и химический состав верхней атмосферы. Современные магнитометры, имеющие достаточно высокую частоту дискретизации и чувствительность датчиков, позволяют изучать радиоволны в слабоизученном, но перспективном для геофизических исследований диапазоне крайне низких частот (КНЧ), в котором фиксируются сигналы атмосферных разрядов. Также актуальным остаётся интерес к проблемам космической погоды, радиосвязи, навигации и устойчивости технических систем, чувствительных к ионосферным возмущениям.

Описанные проблемы определяют актуальность настоящей диссертационной работы, в которой во время ряда событий различных типов геомагнитных активизаций проведены детальные исследования морфологических свойств всплесков широкополосных геомагнитных пульсаций типа PiB, динамики распределения в ионосфере поперечных и продольных токов, а также свечения ночного неба.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика УНЧ электромагнитных колебаний и ионосферных токов в ходе атмосферных и космических возмущений»

Цель работы

Изучить особенности развития геомагнитных пульсаций типа PiB и систем продольных токов в ходе различных типов геомагнитной активности. Показать новые возможности короткопериодных колебаний геомагнитного поля для таймирования, детектирования и анализа атмосферных и космических возмущений.

Для этого решаются следующие задачи:

• Исследовать события с разными типами геомагнитных возмущений (импульсы динамического давления солнечного ветра, пилообразные события, стационарная магнитосферная конвекция и магнитосферные бури и суббури);

• Изучить связь возникновения всплесков свечения ночного неба и пульсаций PiB с параметрами межпланетного магнитного поля, солнечного ветра и динамикой положения электроджетов и продольных токов;

• Адаптировать вейвлет-преобразования Морле для построения спектров геомагнитных пульсаций, свечения ночного неба, параметров ММП и СВ;

• Доказать возможность таймирования быстрых активизаций во время суббури и других типов геомагнитных возмущений с использованием цуга пульсаций PiB.

• Провести анализ обнаруженных ультракороткопериодных всплесков в вариациях геомагнитного поля и поиск источника их генерации;

Методология и методы исследования

В работе приведен анализ наземных данных о вариациях магнитного поля Земли в диапазоне геомагнитных пульсаций. Используются записи наблюдений компонент X, Y (либо Н, D) вариаций геомагнитного поля с временным разрешением от 0.1 до 0.0156 с, полученные на сети станций комплексной магнито-ионосферной обсерватории ИСЗФ и канадской сети станций CARISMA. Использовались также магнитные данные станции Патроны (ЖТ) с временным разрешением 1 с и данные вариаций ночного свечения среднеширотной станции Торы (обе станции принадлежат ИСЗФ СО РАН).

Помимо этого, в работе используются следующие данные спутниковых наблюдений, доступные на сайте НАСА https://cdaweb.gsfc.nasa.gov/index.html: параметров СВ — скорости V и динамического давления, межпланетного

магнитного поля (ММП) — вектора В; а также потоков электронов на геосинхронных орбитах по данным спутников LANL-1989 и LANL-1994. Кроме того, используются значения индексов авроральной активности (АЕ, SME) и

магнитной активности (Dst, SYM-H, SMR) по данным сайтов WDC Kyoto и SuperMAG. Для обработки данных использовались такие методы, как вейвлет-анализ для проведения спектрально-временного анализа геомагнитных пульсаций и свечения ночного неба, а также техника инверсии магнитограмм (ТИМ) ИСЗФ СО РАН для построения временных рядов карт ПТ — по магнитным вариациям, зарегистрированных на глобальной сети магнитометров, доступных на сайте SuperMAG. Для изучения взаимосвязи электрических разрядов холодной плазмы, возникающих в мезосфере и термосфере с регистрацией глобально наблюдаемых ультракороткопериодных импульсов, использованы результаты пространственной и временной фиксации красных спрайтов в Северном Китае [Wang et al., 2019].

Научная новизна:

1. Впервые установлено, что импульсы динамического давления СВ при южной ориентации ММП инициируют усиление ионосферных и продольных токов, что сопровождается расширением частотного диапазона короткопериодных геомагнитных пульсаций типа PiB.

2. Продемонстрировано, что малая длительность цуга коротковолновой части всплеска PiB (пульсаций Pi1B) — позволяет с высокой точностью (до десятков секунд) таймировать взрывные начала геомагнитных возмущений независимо от их интенсивности.

3. Впервые выявлено локализованное геомагнитное событие, возникающее на фоне спада суббуревой активности в ходе магнитосферной бури с использованием данных комплекса геофизических обсерваторий ИСЗФ СО РАН.

4. Разработан и реализован комплексный подход для анализа геомагнитных возмущений, объединяющий использование данных и их методы обработки: ионосферных и продольных токов, геомагнитных пульсаций, свечения ночного неба, параметров ММП и плазмы СВ, локальных и интегральных индексов геомагнитной активности.

5. Выполнена глобальная регистрация высокочастотных вариаций геомагнитного поля одновременно с возникновением красных спрайтов над

Северным Китаем, на основе чего предложен новый способ их детектирования на межконтинентальной сети магнитных станций.

Научная и практическая значимость работы заключается в доказательстве возможности использования геомагнитных вариаций типа Pi1B для оперативного мониторинга геомагнитных возмущений и КНЧ диапазона как отклика на атмосферные явления. Установленные зависимости пульсаций от уровня активности позволяют улучшать методы диагностики состояния магнитосферы, что важно для систем прогнозирования событий с повышенным уровнем геомагнитной активности. Выявленные преимущества РйВ--пульсаций перед Pi2 в точности определения времени активизации возмущений открывают перспективы для улучшения существующих систем мониторинга. Связь PiB-пульсаций с положением авроральных электроджетов и ПТ расширяет возможности комплексного анализа ионосферных процессов. Полученные данные применимы для уточнения моделей магнитосферно-ионосферного взаимодействия и интерпретации спутниковых наблюдений. Предложен способ получения статистических характеристик Q-всплесков с использованием данных геомагнитных вариаций на широкой сети геомагнитных станций.

Положения, выносимые на защиту:

1. Импульсы давления солнечного ветра при южном ММП, а также суббури, пилообразные события и события стационарной магнитосферной конвекции вызывают генерацию всплеска пульсаций типа РПВ с длительностью цуга менее 0.5 мин, что позволяет точнее, чем по цугам пульсаций Pi2-3, определять начало активных фаз указанных геомагнитных возмущений.

2. Во время сильной суббури в вечернем секторе полярной шапки втекание продольных токов и образование западного электроджета севернее восточного приводят к возникновению там интенсивных геомагнитных возмущений.

3. Совместный анализ пульсаций PiB и свечения атомарного кислорода на длинах волн 630.0 нм и 557.7 нм позволил обнаружить "локальное геомагнитное событие" в интервале между двумя суббурями на средних широтах в околополуночном секторе с интенсивностью пульсаций и свечения вдвое большей, чем во время сильной суббури.

4. На разнесенных на 180 градусов по долготе меридиональных цепочках индукционных магнитометров обнаружен ряд событий регистрации затухающих электромагнитных импульсов длительностью менее 2 секунд, связанных с возникновением красных спрайтов над северным Китаем.

Достоверность полученных результатов в данном исследовании обеспечивается применением стандартизированного геофизического оборудования, включая наземные и спутниковые приборы, использованием общепринятых индексов геомагнитной активности, а также современными методами обработки и анализа данных. Ключевые выводы диссертации согласуются с ранее опубликованными научными данными и дополняют их новыми аспектами.

Апробация работы.

Основные результаты и выводы, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих мероприятиях:

• Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике "Физические процессы в космосе и околоземной среде" (Иркутск, 2022).

• Российско-Китайская конференция по космической погоде (Иркутск,

2024).

• Российско-Монгольская международная конференция по астрономии и геофизике "Солнечно-земные связи и геодинамика Байкало-Монгольского региона" (Иркутск, 2023).

• Interntonal conferense on substorms ICS-15 (Deqing, China, 2023).

• IX Всероссийская школа-семинар по электромагнитным зондированиям Земли имени М.Н. Бердичевского, Л.Л. Ваньяна и В.И. Дмитриева» (Иркутск 2025).

• Семинары Annual seminar "Physics of Auroral Phenomena" (ПГИ КНЦ РАН, Апатиты, 2023, 2024, 2025).

• Школа-конференция с международным участием «Проблемы Геокосмоса (Санкт-Петербург, 2024).

• Конференции "Физика плазмы в Солнечной системе" (ИКИ РАН, Москва, 2023).

• Научные семинары ИСЗФ СО РАН.

Личный вклад автора

Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором или на равных правах с соавторами публикаций. Автором выполнены первичная подготовка и обработка данных, проведен вейвлет-анализ с помощью написанных лично программах, получены графические представления результатов. Интерпретация результатов анализа данных в исследованиях проводилась лично автором либо в тесной коллаборации с соавторами. Диссертант принимал непосредственное участие в подготовке публикаций по теме диссертации.

Соответствие паспорту специальности

Задачи диссертационной работы и полученные результаты соответствуют областям исследований специальности 1.3.1 Физика космоса, астрономия в части пунктов 1, 11 и 13.

Публикации

Результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 6 статьях в рецензируемых научных изданиях, включенных в список ВАК или в международные реферативные базы данных Scopus и Web of Science:

Marchuk R. A., Potapov A. S., Mishin V. V. (2022). Synchronous globally observable ultrashort-period pulses // Solar-Terrestrial Physics. No. 2. pp. 47-55. https://doi.org/10.12737/stp-82202207.

Marchuk R. A., Mishin V. V., Penskikh Y. V., Klibanova Y. Yu., Mikhalev A. V. (2025). Geomagnetic disturbances and midlatitude airglow during the 20 December 2015 magnetospheric storm. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 130, e2025JA033979. https://doi.org/10.1029/2025JA033979

Marchuk R. A. (2025). Bursts of geomagnetic pulsations during stationary magnetospheric convection events. System Analysis and Mathematical Modeling, Vol. 7, № 1, 124-133. https://doi.org/10.17150/2713-1734.2025.7m.124-133

Mishin V.V., Marchuk R.A., Penskikh Y.V. (2025). Effect of Substorms on the Development of Magnetic Storms in Different MLT Sectors. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 89, 639-648. https://doi.org/10.1134/S1062873825710955

Mishin V. V., Klibanova Yu. Yu., Marchuk R. A., Mikhalev A. V., Penskikh Y. V. (2024). Midlatitude bursts of PiB geomagnetic pulsations and night airglow during stormtime sawtooth events. Advances in Space Research, *73*(7), 3708-3721. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.06.032

Mishin V. V., Klibanova Yu. Yu., Medvedev A. V., Mikhailov A. V., Penskykh Yu. V., Marchuk R. A. (2022). Bursts of geomagnetic pulsations and night airglow caused by solar wind pressure changes during a magnetic storm. Doklady Earth Sciences, Vol. 504, № 2, 189-194. https://doi.org/10.31857/S2686739722060123

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 129 страниц, включая 40 рисунок. Список цитируемой литературы состоит из 150 наименований.

1 Различные типы геомагнитных возмущений. Обзор литературы

1.1 Длиннопериодные геомагнитные вариации (возмущения)

По периоду Т геомагнитные возмущения делятся на 2 типа: длиннопериодные вариации (10 мин < Т < 1-3 суток) и короткопериодные колебания (или геомагнитные пульсации, 0.2 с < Т < 40 мин). Основными объектами космической погоды — активно развиваемого направления солнечно-земной физики являются возмущения 1-го типа — магнитосферные бури длительностью порядка суток, а также менее длительные активизации — изолированные суббури, пилообразные возмущения и события стационарной магнитосферной конвекции длительностью от 1 часа до полусуток. Такие возмущения сопровождаются глобальными изменениями геомагнитного поля, высыпаниями в атмосфере энергичных частиц, усилениями ионосферных и ПТ, свечениями ночного неба на высоких и средних широтах. Их возникновение связано с внешними факторами — появлением южной и азимутальной компонент ММП, а также усилением динамического давления Pd СВ. В результате воздействия области СВ с южным ММП происходит его пересоединение с геомагнитным полем и перенос пересоединенных силовых линий с дневной стороны в доли геомагнитного хвоста. Поскольку проводимость ионосферы в спокойное время низка, то на начавшейся подготовительной фазе суббури скорость загрузки энергии в доли хвоста превосходит скорость ее разгрузки в ионосфере. В результате происходит накопление магнитного потока и усиление магнитного давления в долях хвоста, что приводит к сжатию плазменного слоя хвоста и вызывает пересоединение в нейтральном слое. Кроме того, усиление динамического давления СВ также может вызывать утоньшение дневной магнитопаузы и нейтрального слоя и усиливать там магнитное пересоединение. Последнее вызывает развитие начала взрывной фазы суббури — быстрых процессов разгрузки накопленной магнитной энергии хвоста, что приводит к широкому спектру явлений, которые сопровождаются высыпанием энергичных частиц в ионосферу Земли, образованием аврорального и среднеширотного свечения, генерацией

короткопериодных колебаний геомагнитного поля и изменением глобальных токовых систем.

Далее будут описаны несколько событий — длиннопериодных геомагнитных возмущений разного типа, для которых в ходе выполнения диссертационной работы был проведен анализ динамики токовых систем и сопровождавших их короткопериодных колебаний магнитного поля — ультранизкочастотных (УНЧ) электромагнитных колебаний или геомагнитных пульсаций.

1.1.1 Магнитосферные бури

Наиболее глобальным типом длиннопериодных геомагнитных возмущений является магнитосферная буря. Этот класс явлений связан с длительными периодами повышенного динамического давления Pd СВ, вызванными корональными выбросами массы или быстрыми потоками СВ. В научной литературе представлен ряд фундаментальных исследований, посвященных изучению физических процессов, сопровождающих магнитные бури. Классические работы в данной области принадлежат [Акасофу, Чепмен, 1975; Нишида, 1980], а также [Kamide, Baumjohann, 1993], где рассмотрены базовые механизмы развития геомагнитных возмущений в ходе магнитосферных бурь. Теоретические и экспериментальные работы отечественных ученых [Базаржапов и др., 1979; Пудовкин и др., 1975; Сергеев, Цыганенко, 1980; Веселовский, Кропоткин, 2010; Dmitriev et al, 2014] существенно расширили понимание динамики магнитосферных процессов во время бурь.

Геомагнитная буря состоит из трех фаз. Во время внезапного начала бури SSC (Storm Sudden Commencement) под действием ударного фронта неоднородности СВ с резким скачком динамического давления происходит сжатие магнитосферы, приближение магнитопаузы к Земле, усиление на магнитопаузе направленного на восток тока Чепмена-Ферраро [Акасофу, Чепмен, 1975]. На земле в это время наблюдается резкий положительный скачок горизонтальной Н компоненты геомагнитного поля. Длительность начальной фазы в основном

зависит от структуры источника СВ и направления ММП. Если за фронтом следует область СВ с северным ММП, то начальная фаза будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет поворот ММП на юг. После этого начинается главная фаза бури — усиление кольцевого тока, вызывающего спад горизонтальной компоненты геомагнитного поля (dH/dt < 0). После достижения минимума отрицательной вариации Н компоненты наблюдается фаза восстановления — период подъема (dH/dt > 0). В целом вариация горизонтальной компоненты геомагнитного поля напоминает вид бухты в береговой линии и потому говорят о бухтообразном профиле индекса Dst вариации в ходе бури (storm time disturbance). Ударная волна обычно наблюдается на переднем фронте коронального выброса массы и других резких неоднородностей солнечного ветра (СВ), если скорость движения фронта V относительно фонового СВ больше скорости звука. Однако это бывает не всегда, и буря может начинаться без скачка Н-компоненты перед главной фазой [Koskinen, 2011].

Остановимся теперь на классификации импульсов СВ. Все резкие скачки динамического давления Pd называются внезапными импульсами Si (sudden impulses). Те из них, которые предшествуют развитию магнитосферных бурь и суббурь, называются SSC — внезапными началами бури (суббури) и сопровождаются генерацией цугов широкополосных геомагнитных пульсаций. Остальные импульсы Si, в отличие от SSC, не связаны с южным ММП и не инициируют развитие полномасштабных геомагнитных бурь или суббурь [Нишида, 1980]. Существенное отличие SI от SSC заключается в отсутствии значительного энерговыделения в магнитосфере. Типичным сопутствующим эффектом SI является возбуждение быстро затухающих геомагнитных пульсаций, что было подробно документировано в ходе многолетних наблюдений [Пудовкин и др., 1976].

В среднем магнитосферные бури могут длиться от нескольких часов до несколько дней [Kamide, Maltsev, 2007]. Главная фаза бури (вторая фаза) является основным периодом бури, когда происходит накачка в магнитосферу энергии СВ.

Эта фаза может продолжаться от нескольких часов в случае слабых бурь и вплоть до суток в случае экстремальных или супербурь (наиболее интенсивных бурь). В ходе нее наблюдается усиление кольцевого тока, радиационных поясов и токов хвоста магнитосферы в результате поступления в них заряженных частиц. На дневной стороне они проникают через входной пограничный слой и каспы, а на ночной стороне — через хвост и затем испытывают ускорение при переносе конвекцией к Земле. В момент, когда приток энергии из СВ прекращается (обычно это связано с поворотом ММП на север), кольцевой ток начинает ослабевать и начинается фаза восстановления бури. Эта фаза обычно более длительна, чем главная, так как процесс ослабления кольцевого тока — релаксации его высокоэнергичных заряженных частиц — происходит медленнее его усиления.

Для классификации мощности магнитосферных бурь используются глобальные индексы геомагнитной активности. Первым индексом, введенным для анализа состояния возмущенности магнитосферы, был индекс Kp [Bartels J., 1949, 1957]. Kp индекс — это трёхчасовой квазилогарифмический индекс с шагом от 0 до 9 (позже расширенный до 28 уровней с шагом по 1/3) в интервалах UT (00-03, ..., 21-24), показывающий усредненную степень отклонения горизонтальной составляющей геомагнитного поля Земли от спокойного тренда на 13 станциях (в диапазоне от 44 до 60 градусов северной или южной геомагнитной широты). Для обозначения состояния наблюдаемой и предсказания геомагнитной активности NOAA [NOAA Space Weather Prediction Center, 2025] использует пятиуровневую систему, называемую G-шкалой.

Сугиура [Sugiura M., 1964] ввел часовой индекс Dst для анализа интенсивности кольцевого тока по вариациям H компоненты магнитного поля на четырех экваториальных станциях, рисунок 1 . Этот индекс активно используется для отслеживания развития геомагнитных бурь, и в работе [Gonzalez et al., 1994] на его основе была предложена и позднее дополнена в [Loewe, Prölss, 1997] классификация магнитосферных бурь, табл. 1.

Таблица 1. Классификация магнитосферных бурь по индексу Dst

Тип бури Диапазон Dst индекса, нТл

Слабая От -30 до -50

Умеренная От -50 до -100

Сильная От -100 до -200

Очень сильная буря От -200 до -350

Экстремальная буря < -350

13 15 17 19 21 23 01 03 05 07 09

ит

Рисунок 1. Вариации Х-составляющей магнитного поля на низкоширотных станциях (Hermanus, Kakioka, Honolulu и San Juan) в ходе магнитосферной бури 21-22 октября 2001 года. Начальная фаза — 1, главная фаза — 2 и фаза восстановления — 3. Красной линией показан индекс Dst.

Индекс Dst был дополнен среднеширотными минутными индексами SYM-H и ASY-H [Iyemori et al., 1992], рассчитываемыми по 6 среднеширотным

станциям. Эти индексы используются для оценки симметричной и асимметричной составляющих кольцевого тока.

Позднее Newell, Gjerloev [2011a] ввели индекс SMR. Он определяется, по гораздо большему числу станций (100 станций между -50 и +50 градусами геомагнитной широты) и, кроме того, дает возможность изучить динамику кольцевого тока в четырех шестичасовых секторах MLT (21-03, ..., 15-21). Комплексное сравнение этих индексов было показано в работе [Bergin, 2023]. Пример всех индексов кольцевого тока показан на рисунке 2. Как можно видеть, динамика индексов Dst, SYM-H и SMR в целом очень близка, за исключением незначительных быстрых вариаций, которые не могут быть отражены в часовом индексе Dst. Для разных же секторов MLT динамика кольцевого тока может значительно отличаться, что можно видеть на примере индексов частичного кольцевого тока SMR MLT. На нижней панели рисунка 2 вблизи 00 UT 22.10.2001: видна отрицательная вариация индекса SMR-18 (красная кривая, усиление частичного кольцевого тока в вечернем секторе) и положительная вариация (ослабление) в остальных секторах.

Рисунок 2. Верхняя панель: сравнение индексов кольцевого тока: Dst, SYM-H, SMR. Нижняя панель: индексы кольцевого тока по секторам SMR МЦГ. Сверху

обозначены значения Кр индекса.

Изначально считалось, что магнитосферная буря является последовательностью отдельных эпизодов — суббурь, в ходе которых происходит взрывообразное высвобождение энергии в магнитосфере и ионосфере Земли [Chapman, Ferraro, 1931; Акасофу, Чепмен, 1975; Hamilton et al., 1988; Daglis et al., 1994; Gonzalez et al., 1994]. Однако в последнее время идет обсуждение о том, что эти два явления развиваются параллельно и не связаны напрямую [Alexeev I. I., 1996; De Michelis, 2011]. При этом предполагают, что источником магнитосферных бурь, усиливающим кольцевой ток, в первую очередь является магнитосферная конвекция, вызванная устойчивым южным ММП [Kamide, 1992]. Другие обсуждаемые факторы, влияющие на динамику кольцевого тока в ходе бури — потеря его частиц в ионосфере при суббуревом разрушении частичного кольцевого тока и формировании токового клина во время взрывной фазы и наоборот поток ионов, выбрасываемых из ионосферы в магнитосферу. Таким образом, проблема взаимосвязи между магнитосферной бурей и суббурями в ходе нее продолжает оставаться в центре внимания современной магнитосферной физики [Baumjohann et al., 1996; Tanskanen et al., 2002; Akasofu, 2020; Alberti et al., 2022].

Рассмотрим теперь процесс развития суббуревого процесса более детально.

1.1.2 Суббури

Суббуря представляет собой ключевой процесс в магнитосферной динамике, при котором энергия, поступающая из СВ, накапливается в магнитосфере, а затем высвобождается в виде взрывоподобного выброса, поступая в верхнюю атмосферу и вызывая там развитие авроральных сияний в приполярных областях и интенсификацию ионосферных токов в E-слое ионосферы — электроструй (электроджетов/electrajets). Весь этот процесс сопровождается характерными изменениями в глобальной токовой системе магнитосферы Земли, высыпанием заряженных частиц и вариациями магнитного поля Земли. В ходе длительного изучения данного явления, удалось выделить 3 характерные фазы, описывающие динамику суббури: подготовительную (growth), или фазу

зарождения, взрывную или фазу расширения (expansion) и восстановительную (recovery) [McPherron et al., 1973; Акасофу, Чепмен, 1975].

Подготовительная фаза является фазой накопления энергии в хвосте и может продолжаться от нескольких десятков минут до 2-4 часов [Tanskanen et al., 2002], начинаясь обычно с поворотом ММП на юг. В результате пересоединения магнитных линий на дневной стороне магнитосферы и переброса магнитного потока в доли хвоста там происходит его непрерывное накопление. Это приводит к усилению давления магнитного поля долей хвоста на нейтральный слой, его сжатию и сопровождается усилением тока утро-вечер в нейтральном слое, удлинением и утончением нейтрального слоя, вытяжением магнитных силовых линий и расширением полярной шапки [Koskinen, 2011]. Совокупность этих процессов вызывает увеличение скорости и масштабов конвекции в магнитосфере, что увеличивает потоки энергии в ионосферу Земли.

В конце подготовительной фазы в долях хвоста накапливается достаточно большое количество энергии для того, чтобы обеспечить энерговыделение во время взрывной фазы. Последняя начинается также и в результате утоньшения нейтрального слоя, что вызывает развитие тиринг-неустойчивости и пересоединение разомкнутых линий магнитного поля, что приводит к преобразованию магнитной энергии в кинетическую энергию плазменных быстрых потоков (BBF), направленных к Земле. Пересоединение вызывает также процесс диполяризации, когда вытянутые силовые линии начинают сокращаться и двигаться к Земле вместе с вмороженной плазмой, которая при этом дополнительно разгоняется в результате бетатронного ускорения. В ближнем хвосте магнитосферы происходит разрушение тока хвоста и образование токового клина суббури, который имеет форму клина, образованного током, который на экваторе течет с вечера на утро и замыкается в ионосферу на западный электроджет парой ПТ, рисунок 3.

Mog№frc Perfurcation

I?

УоГ\

ад/ \fn

/ TU' №te \ / L = 6,0 4

Рисунок 3. Схема формирования суббуревого токового клина, предложеннная в

[McPherron et al., 1973]

В результате ослабления частичного кольцевого тока и формирования токового клина интенсивность западного электроджета увеличивается. При этом в ионосфере образуется электрическое поле поляризации, направленное по меридиану с севера на юг. Это поле при наличии почти радиального геомагнитного поля, направленного к Земле вызывает ток Холла в направлении на запад и усиливает тем самым западный электроджет. При смещении электроджета на запад в его головной части в ночном секторе формируется поток высыпающихся электронов, который вызывает высокоширотные свечения в атмосфере и формирование овала полярных сияний. На средних широтах при этом может наблюдаться среднеширотное красное свечение, вызванное высыпанием сверхтепловых электронов из области пересечения кольцевого тока и плазмосферы [Russell, Thorne, 1970].

При формировании токового клина в околополуночном секторе разрушение частичного токового клина вызывает положительную вариацию на низких и средних широтах, а перетекание ПТ в ионосферу — усиление западного электроджета и отрицательную вариацию в виде бухт в H компоненте на авроральных широтах на Земле [McPherron et a!., 1973]. Во время подготовительной фазы суббури расширение долей хвоста сопровождается расширением полярной

шапки и всего овала ПТ. В случае достаточно интенсивных суббурь (обычно в ходе экстремальных бурь) авроральный овал может смещаться вплоть до средних широт [ШэЫп ^ а1., 2016].

В ходе взрывной фазы происходит разгрузка накопленной в хвосте магнитной энергии и после ее окончания начинается фаза восстановления. Во время этой фазы наблюдается увеличение толщины плазменного слоя в хвосте магнитосфере, сопровождающееся значительным снижением интенсивности аврорального излучения в полярных областях. Параллельно отмечается уменьшение плотности потоков вторгающихся авроральных электронов и снижение активности авроральных электроструй. По истечении временного интервала продолжительностью 2-3 часа с момента инициации суббури происходит постепенная релаксация геомагнитной активности до фонового уровня, что соответствует завершению восстановительной фазы суббуревого процесса. Данная стадия характеризуется стабилизацией параметров магнитосферной плазмы, восстановлением квазистационарной конфигурации магнитного поля, нормализацией характеристик ионосферных токовых систем. Завершение восстановительной фазы знаменует собой переход магнитосферно-ионосферной системы в равновесное состояние, соответствующее предсуббуревым условиям.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Марчук Роман Александрович, 2026 год

Список литературы

• Акасофу С. И., Чепмен С. (1975). Солнечно-земная физика. Т. 2; [пер. с англ.]. -М.: Мир. 510 с.

• Базаржапов А. Д., Матвеев М. И., Мишин В. М. (1979). Геомагнитные вариации и бури. - Новосибирск: Наука. - 248 с.

• Веселовский И. С., Кропоткин А. П. (2010). Физика межпланетного и околоземного пространства: учебное пособие. - М.: Университетская книга. -116 с.

• Гершман Б.Н., Угаров В.А. (1960). Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере. УФН. 1960. Т. 72. С. 235-271. DOI: 10.1070/PU1961v003n05ABEH005809.

• Гульельми А. В., Троицкая В. А. (1973). Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы / - М.: Наука. - 208 с.

• Гульельми А.В. (1979). МГД-волны в околоземной плазме. М.: Наука. 139 с

• Лунюшкин С.Б., Пенских Ю.В. (2019) Диагностика границ аврорального овала на основе техники инверсии магнитограмм. Солнечно-земная физика. Vol. 5, no. 2, pp. 97-113. http://doi.org/10.12737/szf-52201913

• Малла С. (2005). Вэйвлеты в обработке сигналов: Пер. с англ. — М.: Мир. - 671 с., ил.

• Нишида А. (1980). Геомагнитный диагноз магнитосферы / Пер. с англ. - М.: Мир. - 299 с.

• Пархомов В. А. & Рахматулин Р. А. (1975). Локализация и широтный дрейф источника Pi1B // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. - М.: Наука. - Вып. 36. - С. 132-138.

• Пархомов В.А., Сафаргалеев В.В., Рахматулин Р.А., Казанцев Л.В. (2022). Q-всплески, генерируемые при контакте межпланетной ударной волны с магнитосферой // Известия Байкальского государственного университета. — Т. 32, № 1. — С. 170-180. — DOI 10.17150/2500- 2759.2022.32(1).170-180

• Пенских Ю.В. (2020). Применение метода наибольших вкладов в технике инверсии магнитограмм. Солнечно-земная физика. vol. 6, no. 4, pp. 67-76. http://doi.org/10.12737/szf-64202009

• Пенских Ю.В., Лунюшкин С.Б. (2021). Автоматическая диагностика авроральных овалов в двух полушариях Земли на основе техники инверсии магнитограмм, in Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ: RU 2021613895, edited, Роспатент, Москва

• Пенских Ю.В., Лунюшкин С.Б., Капустин В.Э. (2021). Геомагнитный метод автоматической диагностики границ авроральных овалов в двух полушариях Земли. Солнечно-земная физика. Vol. 7, no. 2, pp. 63-76. http://doi.org/10.12737/szf-72202106

• Пономарев Е.А. (1985). Механизмы магнитосферных суббурь - М.: Наука.

• Потапов А. С. (1974). Возбуждение геомагнитных пульсаций типа Рс3 перед фронтом околоземной ударной волны пучком отраженных протонов // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. - Вып. 34. - С. 312.

• Пудовкин М. И., Распопов О. М., Клейменова Н. Г. (1975). Возмущения электромагнитного поля Земли. Ч. 1: Полярные магнитные возмущения. - Л.: Изд-во ЛГУ. - 220 с.

• Пудовкин М. И., Распопов О. М., Клейменова Н. Г. (1976). Возмущения электромагнитного поля Земли. Ч. 2: Короткопериодные колебания геомагнитного поля. - Л.: Изд-во ЛГУ. - 271 с.

• Распопов O.M., Троицкая B.A., Шлиш P., Лизункова И.С., Казак Б.Н., Кошелевский В. К. (1967). О поведении пульсаций геомагнитного поля типа Pi2 в сопряженных точках // Геомагнетизм и аэрономия. 7. N 5.С. 858-.

• Сергеев В. А., Цыганенко Н. А. (1980). Магнитосфера Земли. - М.: Наука. - 174 с.

• Троицкая В. А., Гульельми А. В. (1969). Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы / // Успехи физических наук. - Т. 97. - С. 453-495.

• Троицкая В.А. (1956). Короткопериодные возмущения электромагнитного поля Земли // Вопросы изучения переменных электромагнитных полей. - М.: Наука. - С. 27-61.

• Швец А.В., Кривонос А.П., Сердюк Т.Н., Горишняя Ю.В. (2015). Оценка параметров профиля проводимости нижней ионосферы на основе анализа твик-атмосфериков. Радиофизика и электроника. № 20. С. 40-47. DOI: 10.15407/rej2015.01.040.

• Addison P. S. (2002). The Illustrated Wavelet Transform HandBook: Introductory Theory and Applications in Science, Engineering, Medicine and Finance. Institute of Physics Publishing, Bristol, 353 p.

• Akasofu S.-I. (2017), Auroral Substorms: Search for Processes Causing the Expansion Phase in Terms of the Electric Current Approachm, Space Science Reviews, 212(1-2), 341-381, http://doi.org/10.1007/s11214-017-0363-7.

• Akasofu S-I. (2020). Relationship Between Geomagnetic Storms and Auroral/Magnetospheric Substorms: Early Studies. Front. Astron. Space Sci. 7:604755. doi: 10.3389/fspas.2020.604755

• Alberti T., Faranda D., Consolini G., et al. (2022). Concurrent Effects between Geomagnetic Storms and Magnetospheric Substorms. Universe. 8, 226. https://doi.org/ 10.3390/universe8040226

• Alexeev I. I., Belenkaya E. S., Kalegaev V. V., et al. (1996). Magnetic storms and magnetotail currents // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 101, № A4. - P. 7737-7747.

• Allcock G.McK. (1960). Propagation of Whistlers to Polar Latitudes. Nature. Vol. 188. pp. 732-733. DOI: 10.1038/188732a0.

• Baker D. N. (2019). Geomagnetic Field Sources: From Earth's Core to the Sun. In: Mandea M, Korte M, Yau A, Petrovsky E, eds. Geomagnetism, Aeronomy and Space Weather: A Journey from the Earth's Core to the Sun. Special Publications of the International Union of Geodesy and Geophysics. Cambridge University Press; - P. 41-47.

• Bartels J. (1949). The standardized index, Ks, and the planetary index, Kp // IATME Bulletin. - Vol. 12b. - P. 97-120.

• Bartels J. (1957). The technique of scaling indices K and Q of geomagnetic activity // Annals of the International Geophysical Year. - Vol. 4. - P. 215-226.

• Baumjohann W., Kamide Y. and Nakamura R. (1996). Substorms, storms, and the near-Earth tail, J. Geomagn. Geoelectr., 48, 177.

• Belyaev P.P., Polyakov C.V., Rapoport V.O. et al. (1989). Experimental studies of the spectral resonance structure of the atmospheric electromagnetic noise background within the range of short-period geomagnetic pulsations. Radiophys Quantum Electron. - 32, 491-501. https://doi.org/10.1007/BF01058169

• Bergin A., et al. (2023). Extreme event statistics in Dst, SYM-H, and SMR geomagnetic indices // Space Weather. - Vol. 21. - e2022SW003304.

• Blakeslee R.J., Mach D.M., Bateman M.G., Bailey J.C. (2014). Seasonal variations in the lightning diurnal cycle and implications for the global electric circuit. Atmos. Res. Vol. 135-136, pp. 22-243. DOI: 10.1016/j.atmosres.2012.09.023.

• Boccippio D.J., Williams E.R., Heckman S.J., Lyons W.A., Baker I.T., Boldi R. (1995). Sprites, ELF Transients and Positive Ground Strokes. Science, vol. 269, pp. 1088-1091. DOI: 10.1126/science.269.5227.1088.

• Bosinger T., Alanko K., Kangas J., et al. (1981). Correlations between PiB type magnetic micropulsations, auroras and equivalent current structures during two isolated substorms. Journal of Atmosphenc and Terrestrial Physics. - 43(9), 933-945. https://doi.org/10.1016/0021-9169(81)90085-4

• Bosinger T., Yahnin A. G. (1987). Pi1B type magnetic pulsations as a high time resolution monitor of substorm development. Annales Geophysicae. - 5, 231-238.

• Chapman S., Ferraro V. C. A. (1931). A new theory of magnetic storms, Terr. Magn. Atmos. Electr. v. 36, - P. 77-97.

• Cheng C. C., Russell C. T., Angelopoulos V. et al. (2009). Themis observations of consecutive bursts of Pi2 pulsations: The 20 April 2007 event // Journal of Geophysical Research. - Vol. 114. - № A00C19.

• Christian, H. J., Blakeslee, R. J., Boccippio, D. J., Boeck, W. L., Buechler, D. E., Driscoll, K. T., Goodman, S. J., Hall, J. M., Koshak, W. J., Mach, D. M., & Stewart, M. F. (2003). Global frequency and distribution of lightning as observed from space by the Optical Transient Detector. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D1). Portico. https://doi.org/10.1029/2002jd002347

• Clauer, C. R., Liemohn, M. W., Kozyra, J. U., & Reno, M. L. (2003). The relationship of storms and substorms determined from mid-latitude ground-based magnetic maps. In Geophysical Monograph Series (pp. 143-157). American Geophysical Union. https://doi.org/10.1029/142gm13

• Daglis I. A., Livi S., Sarris E. T., et al. (1994). Energy density of ionospheric and solar wind origin ions in the near-Earth magnetotail during substorms, J. Geophys. Res. 99, 5691-5703, doi: 10.1029/93JA02772.

• Davis T. N., Sugiura M. (1966). Auroral electrojet activity index AE and its universal time variations // Journal of Geophysical Research. - Vol. 71. - P. 785-801.

• De Michelis P., G. Consolini, M. Materassi, and R. Tozzi (2011), An information theory approach to the storm-substorm relationship, J. Geophys. Res., 116, A08225, doi: 10.1029/2011JA016535.

• DeJong A. D., Ridley A. J., Cai X., et al. (2009). A statistical study of BRIs (SMCs), isolated substorms, and individual sawtooth injections // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 114, № A8. - A08215.

• DeJong, A. D. (2014), Steady magnetospheric convection events: How much does steadiness matter?, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 4389-4399, doi: 10.1002/2013JA019220.

• Dmitriev, A. V., A. V. Suvorova, J.-K. Chao, C. B. Wang, L. Rastaetter, M. I. Panasyuk, L. L. Lazutin, A. S. Kovtyukh, I. S. Veselovsky, and I. N. Myagkova (2014), Anomalous dynamics of the extremely compressed magnetosphere during 21 January 2005 magnetic storm, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 877-896, doi: 10.1002/2013JA019534.

• Dmitriev, A. V., Suvorova, A. V. (2023). Atmospheric effects of magnetosheath jets. Atmosphere, 14(1), 45. https://doi.org/10.3390/atmos14010045

• Dors, E., Friedel, R. (2023a). LANL 1994 Geosynchronous Orbit Particle Analyzer (SOPA) at 60 sec Resolution in Spacecraft Coordinates [Data set]. Space Physics Data Facility. https://doi.org/10.48322/abg8-2403. Accessed on 2025-December-10

• Dors, E., Friedel, R. (2023b). LANL 1989 Geosynchronous Orbit Particle Analyzer (SOPA) at 60 sec Resolution in Spacecraft Coordinates [Data set]. Space Physics Data Facility. https://doi.org/10.48322/7xdy-y825. Accessed on 2025-December-10

• Emmert J. T., Richmond A. D., Drob D. P. (2010). A computationally compact representation of Magnetic-Apex and Quasi-Dipole coordinates with smooth base vectors // Journal of Geophysical Research. - Vol. 115, № A8. - A08322.

• Eschenhagen M. (1896). Über simultane Beobachtungen erdmagnetischer Variationen // Terrestrial Magnetism. - Vol. 1. - P. 33-36

• Fedorov E., Schekotov A.Ju., Molchanov O.A., Hayakawa M., Surkov V.V., Gladichev V.A. (2006). An energy source for the midlatitude IAR: World thunderstorm centers, nearby discharges or neutral wind fluctuations? Physics and Chemistry of the Earth. Vol. 31, pp. 462-468. DOI: 10.1016/j.pce.2006.02.001.

• Fukunishi H., Takahashi Y., Kubota M., et al. (1995). Lower ionospheric flashes induced by lightning discharges. EOS Suplemment.Vol. 46. P. F114.

• Fung S. F., Julia A. Tepper, Xia Cai. (2016). Magnetospheric state of sawtooth events // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 121, № 8. - P. 7860-7869.

• Gjerloev J. W. (2009). A Global Ground-Based Magnetometer Initiative // EOS, Transactions American Geophysical Union. - Vol. 90, № 27. - P. 230-231.

• Gonzalez W. D., Joselyn J. A., Kamide Y., et a. (1994), What is a geomagnetic storm?, J. Geophys. Res., 99, 5771-5792, doi:10.1029/93JA02867.

• Greifinger C. & Greifinger P. J. (1973). Wave guide propagation of micropulsations out of the plane of the geomagnetic meridian / // Journal of Geophysical Research. -Vol. 78, No. 22 - P. 4611-4618.

• Grossmann A., Morlet J. (1984). Decomposition of Hardy functions into square integrable wavelets of constant shape // SIAM Journal on Mathematical Analysis. -Vol. 15, № 4. - P. 723-736.

• Hajra, R., Tsurutani, B. T., Echer, E., Gonzalez, W. D., & Gjerloev, J. W. (2016). Supersubstorms (SML < -2500 nT): Magnetic storm and solar cycle dependences. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 121(8), 7805-7816. https://doi.org/10.1002/2015JA021835

• Hamilton D. C., Gloeckler G., Ipavich F. M., et al. (1988). Ring current development during the great geomagnetic storm of February 1986, J. Geophys. Res. - 93, - 14, 343-14,355, doi: 10.1029/JA093iA12p14343.

• Harang L. (1932). Observations of micropulsations in the magnetic records at Troms0 // Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. - Vol. 37. - P. 33-48.

• Hardy D. A., Gussenhoven M. S., Brautigam, D. (1989). A statistical model of auroral ion precipitation. Journal of Geophysical Research, 94(A1), 370-392. https://doi.org/10.1029/JA094iA01p00370

• Heacock, R. R. (1967). Two subtypes of Pi micropulsations. Journal of Geophysical Research. - 72(15), 3905-3917. https://doi.org/10.1029/JZ072i015p03905

• Henderson M. G., et al. (2006). Substorms during the 10-11 August 2000 sawtooth event // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 111, № A6. -A06206.

• Huang C.-S., et al. (2005). Are sawtooth oscillations of energetic plasma particle fluxes caused by periodic substorms or driven by solar wind pressure enhancements? // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 110, № A7. - A07207.

• Huang E., Williams E., Boldy R., et al. (1999). Criteria for sprites and elves based on Schumann resonance observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. Vol. 104, no. D14. P. 16943-16964. DOI: 10.1029/1999JD900139.

• Huang E., Williams E., Boldy R., et al. Criteria for sprites and elves based on Schumann resonance observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1999. Vol. 104, no. D14. P. 16943-16964. DOI: 10.1029/1999JD900139.

• Huang, E., Williams, E., Boldi, R., Heckman, S., Lyons, W., Taylor, M., Nelson, T., & Wong, C. (1999). Criteria for sprites and elves based on Schumann resonance observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 104(D14), 1694316964. Portico. https://doi.org/10.1029/1999jd900139

• Iyemori T., Araki T., Kamei T., et al. (1992). Mid-latitude geomagnetic indices ASY and SYM (Provisional) No. 1 (1989-1990). Internal Report of Data Analysis Center for Geomagnetism and Space Magnetism. Kyoto University, Japan.

• Jacobs J. A. et al. (1964). Classification of geomagnetic micropulsations // Journal of Geophysical Research. - Vol. 69, № 1. - P. 180-181.

• Jones D., Kemp D. (1971). The Nature and Average Magnitude of the Sources of Transient Excitation of Schumann Resonances. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 33, no. 4, pp. 557-566. DOI: 10.1016/0021-9169(71)90058-4.

• Kamide Y. (1992). Is substorm occurrence a necessary condition for a magneticstorm? J. Geomagn. Geoelectr., vol. 44, pp. 109-117.

• Kamide Y., Baumjohann W. (1993). Magnetosphere-ionosphere coupling. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. - 178 p.

• Kamide Y., Maltsev Y. P. (2007). Geomagnetic Storms // Handbook of the Solar-Terrestrial Environment / ed. by Y. Kamide, A. C.-L. Chian. - Berlin: Springer. - P. 355-374.

• Kangas J., Guglielmi A. and Pokhotelov O. (1998). Morphology and physics of short-period magnetic pulsations. Space Science Reviews, 83, 435-512

• Kepko L., Spence H.E. (2003). Observations of discrete, global magnetosperic oscillations directly driven by solar wind dencity // Journal of Geophysical Research. - Vol. 108, № 6. - P. 1257.

• Kissinger J., McPherron R. L., Hsu T.-S., et al. (2012). Diversion of plasma due to high pressure in the inner magnetosphere during steady magnetospheric convection, J. Geophys. Res., 117, A05206, doi:10.1029/2012JA017579.

• Kissinger J., McPherron R.L., Hsu T.-S., et al. (2011). Steady magnetospheric convection and stream interfaces: Relationship over a solar cycle. JGR, doi:10.1029/2010JA015763.

• Kissinger J., McPherron R.L., Hsu T.-S., et al. (2022). Dataset of Steady Magnetospheric Convection Events in Earth's Magnetosphere From 1997 to 2013. DOI: 10.5281/zenodo.6147689 // Zenodo. — URL: https://zenodo.org/records/6147689

• Kokubun S., McPherron R. L., and Russell C. T. (1977). Triggering of substorms by solar wind discontinuities, J. Geophys. Res. - 82(1), 74-86, doi: 10.1029/JA082i001p00074.

• Koskinen, H. (2011). Physics of Space Storms. Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00319-6

• Kovner M. S. et al. (1976). On the generation of low-frequency waves in the solar wind in the front of the bow shock // Planetary and Space Science. - Vol. 24, № 3 -P. 261-267.

• Lee D.-Y., et al. (2004). Sawtooth oscillations directly driven by solar wind dynamic pressure enhancements // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 109. - A04202.

• Leonovich A. S., Mishin V. V., Cao J. B. (2003). Penetration of magnetosonic waves from solar wind into the magnetosphere: influence of transition layer // Annales Geophysicae. - Vol. 21, No. 4 - P. 1083-1093.

• Loewe, C. A., and G. W. Prölss (1997), Classification and mean behavior of magneti c storms, J. Geophys. Res., 102(A7), 14209-14213, doi:10.1029/96JA04020.

• Logachev, V.I., Stozhkov, Y.I. (2022) On the Earth's Magnetic Field, Moving Poles, Geomagnetic Cutoff Rigidities, and Cosmic Ray Fluxes. Bull. Lebedev Phys. Inst. 49, 18-24. https://doi.org/10.3103/S1068335622010055

• Lu G., Cummer S.A., Li J., Zigoneanu L., Lyons W.A., Stanley M.A., et al. (2013). Coordinated observations of sprites and in-cloud lightning flash structure. Journal of

Geophysical Research: Atmospheres. Vol. 118, no. 12. pp. 6607-6632. DOI: 10.1002/jgrd.50459.

• Mann I. R., Milling D.K., Rae I.J., Ozeke L.G., Kale A., Kale Z.C., et al. (2008). The upgraded CARISMA magnetometer array in the THEMIS era, Space Sci. Rev. Vol. 141, pp. 413-451. DOI: 10.1007/s11214-008-9457-6.

• Mazur V. A., Leonovich A. S. (2006). ULF hydromagnetic oscillations with the discrete spectrum as eigenmodes of MHD-resonator in the near-Earth part of the plasma sheet // Annales Geophysicae. - Vol. 24, № 6. - P. 1639-1648.

• McPherron R. L., Russell C. T., Aubry M. P. (1973). Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968: 9. Phenomenological model for substorms // Journal of Geophysical Research. - Vol. 78, № 16. - P. 3131-3149.

• Mishin E., Nishimura Y., & Foster J. (2017). SAPS/SAID revisited: A causal relation to the substorm current wedge. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 122(8), 8516-8535. https://doi.org/10.1002/2017JA024263

• Mishin V. M. (1990). The magnetogram inversion technique and some applications // Space Science Reviews. - Vol. 53, №. 1-2. - P. 83-163.

• Mishin V. M., Forster M., Kurikalova M. A. and Mishin V. V. (2011), The generator system of field-aligned currents during the April 06, 2000, superstorm, Advances in Space Research, 48(7), 1172-1183, https://doi.org/10.1016/i.asr.2011.05.029

• Mishin V. M., Mishin V.V., Kurikalova M.A., Sapronova L.A., & Karavaev Y.A. (2019), Positive and negative feedbacks in the magnetosphere-ionosphere coupling, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 187, 10-21. https://doi.org/10.1016/iiastp.2019.03.002

• Mishin V. M., Saifudinova T., Bazarzhapov A., et al. (2001). Two distinct substorm onsets. Journal of Geophysical Research, 106(A7), 13105-13118. https://doi.org/10.1029/2000JA900152

• Mishin V. V., Mishin V. M., Karavaev Y., Han J. P., and Wang C. (2016), Saturation of superstorms and finite compressibility of the magnetosphere: Results of the

magnetogram inversion technique and global PPMLR-MHD model, Geophys. Res. Lett., 43, 6734-6741, doi:10.1002/2016GL069649.

• Mishin V. V., Tsegmed B., Klibanova Yu. Yu., and Kurikalova M. A. (2020). Burst geomagnetic pulsations as indicators of substorm expansion onsets during storms // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 125. - e2020JA028521.

• Mishin, V. V. (1981). On the MHD instability of the Earth's magnetopause and its geophysical effects. Planetary and Space Science, 29(3), 359-363. https://doi.org/10.1016/0032-0633(81)90024-6

• Mishin, V. V. (1993). Accelerated motions of the magnetopause as a trigger of the Kelvin-Helmholtz instability // Journal of Geophysical Research. - Vol. 98, № 12. -P. 21365-21372.

• Mishin, V. V., Lunyushkin, S. B., Mikhalev, A. V., Klibanova, Yu. Yu., Tsegmed, B., Karavaev, Yu. A., Tashchilin, A. V., Leonovich, L. A., & Penskikh, Yu. V. (2018). Extreme geomagnetic and optical disturbances over Irkutsk during the 2003 November 20 superstorm. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 181, 68-78. https://doi.org/10.1016/i.iastp.2018.10.013

• Newell P. T. & Gjerloev J. W. (2011a). Evaluation of SuperMAG auroral electrojet indices as indicators of substorms and auroral power // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 116, № A12. - № A12211.

• Newell P. T., Gjerloev J. W. (2011b). Substorm and magnetosphere characteristic scales inferred from the SuperMAG auroral electrojet indices, J. Geophys. Res., 116, A12232, doi:10.1029/2011JA016936.

• Nickolaenko A.P., Hayakawa M., Ogawa T., Komatsu M. (1967). Q-bursts: A Comparison of Experimental and Computed ELF Waveforms. Radio Science, vol. 4, iss. 4. DOI: 10.1029/2008RS003838.

• NOAA Space Weather Prediction Center. NOAA scales explanation [Электронный ресурс]. - Boulder: NOAA, [2025]. - URL: https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation (дата обращения: 18.04.2025).

• Ogawa T. (2002). Polarity of Q-bursts. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, no. 22, pp. 35-41.

• Ogawa T., Komatsu M. (2007). Analysis of Q Burst Waveforms. Radio Science, vol.

42, iss. 2. Available at: https://doi.org/10.1029/2006RS003493.

• Ohtani S., Gjerloev J. W. (2020). Is the substorm current wedge an ensemble of wedgelets?: Revisit to midlatitude positive bays. Journal of Geophysical Research: Space Physics. - 125, e2020JA027902. https://doi.org/10.1029/2020JA027902

• Oliver J.E. (2005). Encyclopedia of World Climatology. Springer-Verlag New York Inc. 854 pp. DOI: 10.1007/1-4020-3266-8.

• Papitashvili, Natalia E., King, Joseph H. (2020). OMNI 1-min Data Set. [Data set]. Space Physics Data Facility. https://doi.org/10.48322/45bb-8792. Accessed on 2025-October-29.

• Paras M., Rai J. (2012). Electrical parameters of red sprites. Atmosfera. Vol. 25, no. 4. P. 371-380.

• Parkhomov V. A. et al. (2003). Peculiarities of the magnetospheric response to pressure pulses in the solar wind as inferred from synchronous ground-based and satellite observations // International Journal of Geomagnetism and Aeronomy. - Vol.

43, № 1. - P. 21-28.

• Parkhomov V. A. et al. (2018). Solar wind diamagnetic structures as a source of substorm-like disturbances. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. *181*(Part A), 55-67. https://doi.org/10.1016/jjastp.2018.10.010

• Partamies N., Juusola L., Tanskanen E., et al. (2013). Statistical properties of substorms during different storm and solar cycle phases, Ann. Geophys. 31, 349-358, https://doi.org/10.5194/angeo-31 -349-2013

• Penskikh Yu.V., Lunyushkin S.B., Kapustin, V.E. (2021), Geomagnetic method for automatic diagnostics of auroral oval boundaries in two hemispheres of Earth, Solar-Terrestrial Physics, 7(2), 57-69. https://doi.org/10.12737/stp-72202106

• Price C. (2016). ELF Electromagnetic Waves from Lightning: The Schumann Resonances. Atmosphere. Vol. 7, no. 116. 20 P. DOI: 10.3390/atmos7090116.

• Price C., Asfur M., Lyons W., and Nelson T. (2002). An improved ELF/VLF method for globally geolocating sprite-producing lightning. Geophysical Research Letters. Vol. 29, no. 3. P. 1-1-1-4. DOI: 10.1029/2001GL013519.

• Pytte T., McPherron R. L., Hones E. W., et al. (1978), Multiple-Satellite Studies of Magnetospheric Substorms: Distinction between Polar Magnetic Substorms and Convection-Driven Negative Bays. J. Geophys. Res. 83, 663.

• Rees, M. H., & Luckey, D. (1974). Auroral electron energy derived from ratio of spectroscopic emissions. 1. Model computations. Journal of Geophysical Research, 79(34), 5181-5186. https://doi.org/10.1029/JA079i034p05181

• Rodger C.J. (1999). Red sprites, upward lightning, and VLF perturbations. Reviews of Geophysics. Vol. 37, no. 3. pp. 317-336. DOI: 10.1029/1999RG900006.

• Russell C.T., Thorne R.M. (1970). On the structure of the inner magnetosphere. Cosm. Electrodyn. 1, 67-89

• Saito T. (1969). Geomagnetic pulsations // Space Science Reviews. - Vol. 10, № 3. -P. 319-412.

• Saito T. (1978). Long-period irregular magnetic pulsation, Pi3 // Space Science Reviews. - Vol. 21, № 4. - P. 571-591.

• Sandhu, J. K., Walach, M.-T., Allison, H., & Watt, C. (2019). A global view of storms and substorms. Astronomy & Geophysics, 60(3), 3.13-3.19. https://doi.org/10.1093/astrogeo/atz144

• Schekotov A., Pilipenko F.V., Fedorov A.N. (2011). ULF Impulsive Magnetic Response at Mid-Latitudes to Lightning Activity. Earth Planets and Space, vol. 63, no. 2, pp. 119-128. DOI: 10.5047/eps.2010.12.009.

• Sergeev V. A. (1977). On the State of the Magnetosphere During Prolonged Periods of the Southward Oriented IMF. Phys. Solariterr. Potsdam 5, 39.

• Sergeev V. A., et al. (2018). Magnetotail configuration during a steady convection event as observed by low-altitude and magnetospheric spacecraft // Journal of Geophysical Research: Space Physics. - Vol. 123, № 10. - P. 8390-8406.

• Soni, P.K., Kakad, A., & Kakad, B. (2025). Effects of north magnetic pole drift on penetration altitude of charged particles. Advances in Space Research, 75(6), 47564767. https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.12.054

• Stewart B. (1861). On the great magnetic disturbance which extended from August 28 to September 7, 1859, as recorded by photography at the Kew Observatory // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. - P. 423-430.

• Sugiura M. (1964). Hourly values of equatorial Dst for the IGY // Annals of the International Geophysical Year. - Oxford: Pergamon Press. - Vol. 35. - P. 9-45.

• Surkov V.V., Hayakawa M., Schekotov A.Y., Fedorov E.N., Molchanov O.A. (2006). Ionospheric Alfven resonator excitation due to nearby thunderstorms. J. Geophys. Res. Vol. 111, iss. A1, 13 p. DOI: 10.1029/2005JA011320.

• Suvorova, A. V., Dmitriev, A. V., Parkhomov, V. A., & Tsegmed, B. (2019). Quiet Time Structured Pc1 Waves Generated During Transient Foreshock. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124(11), 9075-9093. Portico. https://doi.org/10.1029/2019ja026936

• Tanskanen E., Pulkkinen T. I., Koskinen H. E. J., et al. (2002). Substorm energy budget during low and high solar activity: 1997 and 1999 compared, J. Geophys. Res. 107(A6), doi:10.1029/2001JA900153.

• Tanskanen, E.I. (2009). A comprehensive high-throughput analysis of substorms observed by IMAGE magnetometer network: Years 1993-2003 examined. J. Geophys. Res. 114, A05204, doi:10.1029/2008JA013682.

• Torrence C., Compo G. P. (1998). A Practical Guide to Wavelet Analysis // Bulletin of the American Meteorological Society. - Vol. 79. - P. 61-78.

• Trakhtengerts, V. Y., & Feldstein, A. Y. (1981). Influence of Alfven velocity inhomogeneous profile on magnetospheric convection stratification. Geomagnetism and Aeronomy, 21, 951. (in Russian)

• Trakhtengerts, V. Y., & Feldstein, A. Y. (1991). Turbulent Alfven boundary layer in the polar ionosphere 1. Excitation conditions and energetics. Journal of Geophysical Research, 96(A11), 19,363-19,374. https://doi.org/10.1029/91JA00376

• Troshichev O. A., Janzhura A. (2012). Space Weather Monitoring by Ground-Based Means: PC Index / Berlin: Springer-Verlag. - 287 p.

• Tsurutani B.T., Hajra R., Echer E., Gjerloev J.W. (2015). Extremely intense (SML < -2500 nT) substorms: isolated events that are externally triggered? Ann. Geophys. V. 33, P. 519-524. https: //doi.org/10.5194/angeocom-33-519-2015

• Tsurutani, B. T., Hajra, R., Echer, E., & Gjerloev, J. W. (2015). Extremely intense (SML < -2500 nT) substorms: Isolated events that are externally triggered? Annales Geophysicae, 33(5), 519-524. https ://doi.org/10.5194/angeocom-33-519-2015

• Wang Y., Lu G., Ming M., et al. (2019) Triangulation of red sprites observed above a mesoscale convective system in North China. Earth and Planetary Physics. Vol. 3. P. 111- 125. DOI: 10.26464/epp2019015.

• Williams E., Downes E., Boldi R., et al. (2007). Polarity asymmetry of sprite-producing lightning: A paradox? Radio Science. Vol. 42, no. 2. 15 P. DOI: 10.1029/2006RS003488.

• Winckler J.R. (1995). Further observations of cloud-ionosphere electrical discharges above thunderstorms, Journal of Geophysical Research: Atmospheres. Vol.100, no. D7, pp. 14335-14345, DOI: 10.1029/95JD00082.

• World Data Center for Geomagnetism, Kyoto Sec3: Geomagnetic Indices [Электронный ресурс] // Kyoto University. - 2025 - Режим доступа: https://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/wdc/Sec3.html (дата обращения: 21.04.2025).

• Yanovskij B.M. (1978), Zemnoj magnetizm (Terrestrial Magnetism); Izdatel'stvo Leningradskogo Universiteta (Leningrad University Publishers), Leningrad, 592 p. (in Russian)

• Zhang, L. Q., Baumjohann W., Wang C. and et al. (2016). Bursty bulk flows at different magnetospheric activity levels: Dependence on IMF conditions, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 8773-8789, doi:10.1002/2016JA022397.

• Zong Q.-G., Yue C., Fu S.-Y. (2021). Shock induced strong substorms and super substorms: Preconditions and associated oxygen ion dynamics. Space Science Review. V. 217:33, https://doi.org/10.1007/s 11214-021 -00806-x

• Zou Y., Ohtani S., Gjerloev J. W., et al. (2025). Are supersubstorms substorms? extreme nightside auroral electrojet activities during the May 2024 geomagnetic storm. Journal of Geophysical Research: Space Physics. - 130, e2024JA033303. https://doi.org/10. 1029/2024JA033303