Аннотация результатов, полученных в 2020 году
− В рамках данного проекта произведена корректировка входных параметров стационарной модели AIM-E, существенно увеличившая точность расчетов ионизации крайним солнечным УФ излучением в E-слое ионосферы. Одним из преимуществ модели ионосферы AIM-E является гибкость задания входных условий источника фотоионизации. Спектр солнечного крайнего УФ-излучения может быть задан двумя способами: (1) с использованием прямых измерений спектра потока фотонов спутником TIMED; (2) с использованием модельных спектров EUVAC, параметризованных величиной суточного индекса F10.7. − Показано, что прямые измерения энергетического спектра фотонов, осуществляемые TIMED каждые 97 мин, могут использоваться для исследования ионосферных эффектов экстремальных явлений космической погоды, например, солнечных вспышек. Однако запаздывание и периодическое отсутствие данных не позволяет применять их для постоянного мониторинга состояния ионосферы. − Проведена коррекция потока фотонов в модели EUVAC на основе большого объема данных спутника TIMED/SEE, охватывающих полный 24-й солнечный цикл. Получено отклонение модельных расчетов от спутниковых данных в зависимости от солнечной активности. Сопоставление критических частот, измеренных с помощью ионозондов в российском секторе Арктики и рассчитанных по AIM-E, показало высокую точность модельных расчетов после коррекции входных параметров блока фотоионизации. − Проведенная корректировка блока фотоионизации AIM-E позволит обеспечить расчет ионосферных параметров при оперативной оценке состояния регулярного слоя E с использованием суточного индекса F10.7 в качестве входного параметра. Ввиду того, что непрерывный ряд измерений F10.7 доступен с 1947 г. (в течение семи солнечных циклов), данный режим AIM-E может быть использован при проведении «климатических исследований» ионосферы. − Выполнено исследование зависимости годовой асимметрии в NmF2 от геомагнитной широты и солнечной активности. Годовая асимметрия в NmF2 – увеличенная суммарная (в северном и сопряженном южном полушариях) концентрация максимума F2-слоя ионосферы NmF2 в январе относительно июля при прочих равных условиях. Считают, что в конечном итоге эта асимметрия обусловлена эллиптичностью орбиты Земли относительно Солнца. Проблема заключается в том, что по экспериментальным данным амплитуда годовой асимметрии может достигать 30%, а учет изменения скорости ионизации атмосферы за счет эллиптичности орбиты Земли дает только 3% для этой амплитуды. Кроме того, далеко не все закономерности годовой асимметрии выделены по экспериментальным данным. В рамках работы по данному проекту РНФ в качестве характеристики годовой асимметрии использован индекс R – отношение январь/июль суммарной (в данной и геомагнитно сопряженной точке) концентрации NmF2 в полдень, которая усреднена по всем долготам. На основе глобальной эмпирической модели NmF2 впервые выделен максимум в зависимости R от геомагнитной широты, расположенный на широтах 64-66 градусов. Этот максимум становится основным при высокой солнечной активности из-за относительно сильного увеличения R с этой активностью в данной области. Такое увеличение R обусловлено, в основном, относительно сильным ростомNmF2 с солнечной активностью в январе в северном полушарии. − Выполнен статистический анализ текущей способности прогнозирования геомагнитного Ap индекса. Были представлены результаты прогнозов суточного геомагнитного Ap индекса различными центрами прогнозов космической погоды, охватывающие период с октября 2014 года по июль 2020 года. Проанализирован трехдневный прогноз этого показателя, полученный из центров прогнозов космической погоды. Для оценки качества (точности) прогнозов были применены стандартные меры проверки, описательная статистика с коэффициентами корреляции и анализ ошибок между прогнозами и наблюдениями. В частности, проведен анализ ошибок с использованием метрик соответствия, таких как средняя ошибка, среднеквадратичная ошибка и т.д. Отмечено, что большинство рассмотренных центров прогнозов довольно точно прогнозируют условия космической погоды как в активные, так и в спокойные периоды, представляя собой надежный инструмент для предсказания геомагнитных бурь, но необходимо периодически проводить корректировку существующих моделей, опираясь на свежую информацию о космической погоде. − Исследовано соотношение температуры и скорости солнечного ветра для последних пяти солнечных циклов и Форбуш-понижений (ФП), связанных с разными типами межпланетных возмущений. В ходе анализа изучалось поведение протонной температуры и скорости солнечного ветра (СВ) и взаимосвязь этих параметров во время ФП, вызванных различными типами солнечных источников – корональными выбросами массы (КВМ) и потоками из корональных дыр (КД). Полученные результаты помогают идентифицировать различные виды межпланетных возмущений: межпланетные КВМ, магнитные облака, высокоскоростные потоки из КД, области взаимодействия перед КВМ и потоками из КД и смешанные события. − Проведен первый расширенный сравнительный анализ реакции жесткости галактических космических лучей на структуры солнечного ветра во время Форбуш-понижений, рассчитанный с использованием наблюдений всемирной сети нейтронных мониторов (НМ) для фиксированной жесткости 10 ГВ и измерений EPHIN на борту SOHO в L1. − Выполнен анализ эволюции первого выброса корональной массы, наблюдаемого на космическом корабле Solar Orbiter (SolO), в апреле 2020 года между 0,8 и 1 а.е. − Проведен анализ существующего планетарного Kp-индекса и его линейного аналога, Ap-индекса, а также возможности их оценки на основе данных локальных магнитовариационных станций. Обнаружено, что корреляционные зависимости между планетарным и локальными K(A)-индексами ослабевают по мере увеличения долготы, на которой были выполнены измерения. Это подчеркивает несовершенство Kp-индекса, который, в силу исторических обстоятельств, рассчитывается на основе данных 13 магнитных обсерваторий, больше половины которых сосредоточены в западной Европе. Как следствие, сам индекс недостаточно чувствителен к геомагнитным возмущениям в интервале 09-15UT. − В рамках проекта произведены закупка, развертывание и запуск комплекса наклонного зондирования ионосферы на полярной станции, а также организованны передача и обработка данных в режиме реального времени (результаты в режиме реального времени доступны по ссылке: http://www.geophys.aari.ru/oblique_sounding/grant/grant_result.php). − Выполнена обработка большого массива данных вертикального зондирования ионосферы российских высокоширотных станций за период с 2010 по 2020 гг. (отдельные периоды: спокойные ионосферные условия, 4 сезона) – 21 тысяча ионограмм (результаты доступны по ссылке: http://www.geophys.aari.ru/oblique_sounding/grant/grant_result.php). − Проведен статистический анализ результатов обработки данных вертикального зондирования ионосферы, на основе которого были разработаны эффективные солнечно-ионосферные индексы. Индексы определяются по экспериментальным значениям критической частоты Е-слоя ионосферы и позволяют с высокой точностью рассчитать значение частот foE и foF1 в российском секторе арктической зоны. − Проведено исследование неоднородности высыпаний солнечных протонов в период событий ППШ (поглощение в полярной шапке) над северной полярной шапкой. Данная работа и её продолжение позволят более надежно рассчитывать влияние ППШ на Арктическую зону Российской Федерации.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1.5.1. Продолжены работы над уточнением методик расчета предложенных в рамках Гранта эффективных солнечно-ионосферных индексов SI_SSN и SI_F10.7, которые рассчитываются по экспериментальным данным вертикального зондирования ионосферы (по параметру критической частоты слоя Е ионосферы). Применение данных индексов в качестве входных параметров для эмпирических и численных моделей foE показало их высокую эффективность. Значения индексов рассчитаны для выборочных спокойных и средневозмущенных дней (около 250 дней) для периода 2010 - 2020 гг. 1.5.2. На основе анализа данных среднеширотных и субавроральных ионосферных станций было получено, что индекс P = 0.5(F1 + F81) является оптимальным индексом солнечной активности для ежедневных значений критической частоты E-слоя foE, где F1 и F81 – поток радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см в данный день и среднее за 81 день значение этого потока. Подстановка индекса P в модели ИПГ, IRI или NeQuick позволяет использовать эти модели для вычисления ежедневных значений foE. На основе предварительного анализа (полдень, средняя солнечная активность) получено, что точности вычислений foE по этим моделям примерно одинаковы. Наибольшая разница между моделями наблюдается для лета, когда на широтах 50°–60° N модели ИПГ и NeQuick точнее IRI, на более низких широтах модель IRI может быть предпочтительной. 1.5.3. Был получен эффективный индекс солнечной активности для краткосрочного прогноза среднего индекса этой активности. Использование стандартного индекса F81 в задачах краткосрочного прогноза затруднительно, поскольку для вычисления F81 необходим прогноз F1 на 40 дней вперед. Представлены результаты поиска индекса солнечной активности F(T, N) для замены F81 в этих задачах, где F(T, N) – кумулятивный (средневзвешенный с характерным временем T в сутках) индекс этой активности, вычисленный по данным F1 за данный и предыдущие N дней. Этот поиск основан на определении оптимальных параметров T, N из условия минимума среднеквадратичного отклонения индекса F(T, N) от F81 при относительно низких значениях N. Получено, что индекс F(27, 81) с параметрами T = 27 и N = 3T является искомым эффективным индексом солнечной активности для замены F81 в перечисленных задачах. Среднее отклонение (сдвиг) индекса F(27, 81) от F81 можно не учитывать во многих случаях. Например, в среднем для фаз роста или спада солнечных циклов в интервале 1954–1996 гг. этот сдвиг не превышает 2 (в единицах измерения F1) по абсолютной величине. 1.5.4. Излучение в каждом канале или спектральной линии вносит свой вклад в ионообразование, различный для всех компонент. Таким образом, для определения величины концентрации ионов необходимо знать дифференциальный спектр крайнего УФ излучения. В рамках данного проекта были выявлены существенные систематические ошибки в расчетах спектра потока фотонов крайнего ультрафиолета по модели EUVAC и линии Lα, различные для всех интервалов спектра, и произведена коррекция дифференциального потока фотонов на основе большого объема измерений спутника TIMED, с 2002 по 2019 гг. Выполненная корректировка эмпирической модели крайнего УФ EUVAC, существенно увеличила точность расчета параметров регулярного слоя E с использованием численной модели ионосферы AIM-E. Ввиду того, что непрерывный ряд измерений F10.7 доступен с 1947 г. (в течение семи солнечных циклов), этот режим модели AIM-E можно использовать при проведении «климатических исследований» ионосферы. 1.5.5. Было изучено влияние магнитных облаков на вариации плотности космических лучей, регистрируемые нейтронными мониторами. Из данных о 252 Форбуш-эффектах, обусловленных межпланетными возмущениями, содержащими магнитные облака, выделяются статистические закономерности и характерные особенности таких событий. Было исследовано поведение основных параметров солнечного ветра, космических лучей и геомагнитной активности во время прохождения магнитных облаков мимо Земли, а также характерные особенности внутренней структуры магнитных облаков. Было показано, что вариации космических лучей тесно связаны с максимальными параметрами солнечного ветра и межпланетного магнитного поля внутри магнитных облаков. Установлено, что по распределению времени максимальных параметров солнечного ветра чаще всего максимальная скорость внутри магнитного облака регистрируется в начале, а максимальное значение межпланетного магнитного поля – как в начале, так и в середине события. Также получено, что существует достаточно тесная корреляция вариаций плотности космических лучей в магнитном облаке с его размером, выраженным в гирорадиусах. 1.5.6. На основе базы данных Форбуш-эффектов (ФЭ) и межпланетных возмущений, созданной в ИЗМИРАН, был выполнен анализ вариаций галактических космических лучей (КЛ) и изменения различных характеристик ФЭ, связанных с влиянием на Землю взаимодействующих возмущений солнечного ветра (возмущения, временной интервал между регистрацией которых составляет менее 50 ч). Были рассмотрены различные случаи парного взаимодействия высокоскоростных потоков из корональных дыр (КД) и корональных выбросов массы (КВМ) за 1995–2020 гг. В исследовании приведен анализ поведения параметров солнечного ветра (СВ), межпланетного магнитного поля (ММП) и вариаций КЛ для трех типов взаимодействующих возмущений СВ: (i) следующие друг за другом КВМ; (ii) КВМ и следующие за ними высокоскоростные потоки из КД; (iii) последовательные высокоскоростные потоки из КД). Показано, что для первых событий из пары значительно сокращаются времена достижения максимальных значений ММП и скорости СВ, а также уменьшаются амплитуды регистрируемых ФЭ. Установлено, что наличие взаимодействия обогащает второе событие за счет ресурсов первого, повышая геомагнитную эффективность и степень модуляции КЛ для второго события по сравнению с изолированными событиями, что особенно ярко выражено для пары взаимодействующих КВМ. Существование описанных эффектов объясняется наблюдаемым увеличением величины ММП во вторых событиях из-за наличия взаимодействия. 1.5.7. Были выполнены исследования в части предвестников больших Форбуш-понижений (межпланетных возмущений). Очень часто Форбуш-понижения (ФП) и геомагнитные бури сопровождаются предвозрастаниями и/или предпонижениями, проявляющимися в поведении плотности и анизотропии космических лучей, известных как предвестники. Эти вариации интенсивности космических лучей не совпадают с приходом ударной волны, а начинаются задолго до начала основного события (до 24 часов). В этом исследовании группа больших ФП с амплитудой ≥4% была исследована на наличие предвестников. Все события были разделены на три категории по гелиодолготе солнечного источника: западную (21 ≤ гелиодолгота ≤ 60), восточную (−60 ≤ гелиодолгота ≤ −21) и центральную (−20 ≤ гелиодолгота ≤ 20). Выбранные события охватывают 1967 – 2017 гг. Анализ ФП и построение диаграмм асимптотического продольного распределения космических лучей основаны на методах глобальной съемки и кольца станций соответственно. Также использовались данные о солнечных вспышках, скорости солнечного ветра, межпланетном магнитном поле и геомагнитных индексах (Kp и Dst). Результаты позволили выделить явные признаки предвестников в значительном количестве событий.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1.5.1. Были выполнены отладочные работы по финальной настройке опорно-поворотной части и приемного тракта разрабатываемого отечественного радиотелескопа на длине волны 10.7 см, в результате которых детектор был запущен в эксплуатацию. Это позволяет использовать в разработанных ранее моделях прогнозирования информацию о солнечной активности, полученную на отечественном инструменте. Это является одним из самых важнейших результатов данного проекта. 1.5.2. Проведен анализ связи средних за месяц ионосферных индексов IG и T с индексами солнечной (F107) и геомагнитной (Ap) активности на основе массива данных этих индексов в интервале 1954-2020 гг., где F107 и Ap – средние за месяц поток радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см и планетарный Ap-индекс геомагнитной активности. Получено, что индекс F = (F107_0 + F107_1)/2 обеспечивает более высокую корреляцию c ионосферными индексами, чем индексы F107 за данный (F107_0) или предыдущий (F107_1) месяцы. Зависимости IG и T от F в виде полиномов второй степени позволяют воспроизвести 96% вариаций IG и 98% вариаций T для анализируемого интервала времени. Поэтому дополнительный вклад Ap в IG и T незначителен. Тем не менее, вклад Ap в T и IG зависит от времени года: он не значим для января и значим для июля. Это свойство годовой аномалии в параметрах ионосферы по индексу IG, по-видимому, выявлено впервые. Во всех рассмотренных случаях увеличение Ap приводит к уменьшению T и IG, т.е. к среднему (глобальному) уменьшению медианы концентрации максимума F2-слоя, и, при прочих равных условиях, такое уменьшение более значительно для июля, чем для января. Свойства зависимостей индексов IG и T от F и Ap во многом подобны, но точности этих зависимостей для T больше, чем для IG. 1.5.3. На основе анализа данных субавроральных ионосферных станций в дневные часы при низкой геомагнитной активности было получено, что индекс P = 0.5(F1 + F81) является оптимальным индексом солнечной активности для ежедневных значений критической частоты E-слоя foE, где F1 и F81 – поток радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см в данный день и среднее за 81 день значение этого потока. Стандартные отклонения σ зависимости foE от P максимальны для зимы. В этот сезон для станций Салехард и Люкселе, которые расположены на полярном круге и вблизи него, величина σ существенно больше, чем для ст. Ленинград. Подстановка индекса P в модели ИПГ, IRI или NeQuick позволяет использовать эти модели для вычисления ежедневных значений foE. На основе предварительного анализа получено, что модель NeQuick точнее моделей ИПГ и IRI для зимы и равноденствий. Для лета эти модели обладают примерно одинаковой точностью с небольшим преимуществом модели ИПГ. Для станций Салехард и Люкселе зимой при foE < 2 МГц даже модель NeQuick занижает значения foE в среднем примерно на 0.2 МГц. 1.5.4. На основе данных медиан электронной концентрации максимума F2-слоя NmF2 пары ионосферных станций Боулдер-Хобарт за 1963-2013 гг. проведен анализ зависимости локального индекса годовой асимметрии R от местного времени и солнечной активности, где индекс R – отношение январь/июль суммарной концентрации NmF2 (для этой пары станций) в фиксированное местное время. В качестве индикатора солнечной активности для медианы NmF2 использован индекс F –среднее за 81 день значение потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см, которое центрировано на середину данного месяца. Получено, что в зависимости индекса R от местного времени LT преобладает полусуточная мода с максимумами вблизи полудня и полуночи и минимумами утром и вечером. 1.5.5. Была исследована зависимость транзитной скорости межпланетных возмущений от начальной скорости соответствующих корональных выбросов массы (КВМ). Показано, что транзитные скорость и время зависят не только от начальной скорости КВМ, но и от долготы солнечного источника. Также важным параметром является скорость фонового солнечного ветра, оказывающая значительное влияние на торможение или ускорение распространения КВМ в межпланетном пространстве. Получены долготные распределения ожидаемых транзитных скоростей и времен на основе анализа выборки из 364 КВМ, наблюдавшихся на коронографе SOHO/LASCO, связанных с солнечными вспышками, межпланетные возмущения от которых были впоследствии зарегистрированы на орбите Земли в период с 1995 по 2021 гг. Создана эмпирическая модель, позволяющая проводить оценки транзитной и максимальной скоростей, а также времени прибытия соответствующего межпланетного возмущения к Земле, на основе начальной скорости КВМ, долготы ассоциированной с ним вспышки и значении скорости фонового солнечного ветра. Простота описываемой модели делает ее доступной для широкого круга пользователей и предоставляет возможности для дальнейшего улучшения, так как статистика и количество входных параметров может быть увеличено. На данном этапе средняя абсолютная ошибка оценки времени распространения межпланетного возмущения, вызванного КВМ с солнечной вспышкой, для рассмотренных 364 событий составляет 11.5 часов, а средняя относительная ошибка – 16.5%. 1.5.6. Были проанализированы особенности 24 цикла солнечной активности, проявившиеся в вариациях космических лучей, характеристиках солнечных вспышек, протонных событий, корональных выбросов массы, а также уровне геомагнитной активности. Установлено, что по числу солнечных пятен и других проявлений солнечной активности 24 цикл оказался самым скромным за последние 100 лет наблюдений. Описано значительное снижение геоэффективности различных солнечных событий, проявившееся в меньшем количестве и величинах зарегистрированных на Земле Форбуш-эффектов, возрастаний потока протонов и электронов разных энергий и геомагнитных бурь. Кроме того, было произведено сравнение усредненного по числам пятен солнечного цикла с усредненной геомагнитной активностью (по данным циклов 17-23) и аналогичными кривыми 24 цикла. Было установлено, что в 24 цикле второй максимум числа солнечных пятен был выше первого, что отличается от поведения типичного солнечного цикла. 1.5.7. Разработана оригинальная модель солнечного рентгеновского, крайнего и дальнего ультрафиолетового излучения с высоким спектральным разрешением – SPAM, позволяющая использовать прогноз разрабатываемого в данном проекте индекса F10.7 в качестве входного параметра. На основе прогнозов индекса F10.7 можно прогнозировать солнечный спектр при помощи разработанной модели. 1.5.8. Новая прогностическая модель солнечного крайнего УФ спектра Aero-SPAM была интегрирована в модель Е слоя высокоширотной ионосферы AIM-E для определения вертикального распределения скоростей ионизации различных нейтральных компонент. В качестве примера по модели Aero-SPAM был реконструирован спектр солнечного излучения с использованием которого были произведены расчеты вертикальных профилей скоростей фотоионизации по модели AIM-E для дней с низкой и высокой солнечной активностью (20 июня 2009 г. и 18 июня 2015 г. соответственно).