Forbush Decreases Associated with Coronal Holes, Coronal Ejections from Active Regions, and Filament Ejections: Comparison in Solar Cycles 23 and 24

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this paper, we study the similarities and differences of Forbush decreases in solar cycles 23 and
24. Groups of events associated with various types of solar sources were analyzed: coronal mass ejections from
active regions accompanied by solar flares (CME1 group), filament ejections outside active regions (CME2
group), and high-velocity streams from coronal holes (CH group). The distributions and relations of various
parameters were studied: the amplitude of Forbush decreases, the maximum values of the hourly decrease in
the cosmic ray density, the equatorial cosmic ray anisotropy, the solar wind velocity, and the magnetic field
strength, as well as the values of the solar wind velocity and the magnetic field strength 1 hour before the onset
of the Forbush decrease during the event. The results showed that the number of events, parameter values,
and their relations depend on the phase and cycle of solar activity. In the 24th cycle, the number of events in
the CME1 group decreased, did not change in CME2, and increased in CH. The values of the parameters
and the difference between them in various groups of events are higher in cycle 23, which is characterized by
greater asymmetry and long “tails” of distributions. The magnitude of the Forbush decreases in the CME1
group in cycle 23 depends more strongly on the solar wind velocity while, in cycle 24, on the magnetic field
strength, as in the CME2 group in both solar cycles. Multiple linear regression describes the dependences of
the parameters of Forbush reductions in the CME1 and CME2 groups in the 23rd cycle and in the CME1
group in the 24th cycle well.

About the authors

A. A. Melkumyan

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: amelkum@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

A. V. Belov

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: abelov@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

M. A. Abunina

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: abunina@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

N. S. Shlyk

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: abunina@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

A. A. Abunin

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: abunina@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

V. A. Oleneva

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Email: abunina@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

V. G. Yanke

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, the Ionosphere, and Radio Wave Propagation,
Russian Academy of Sciences (IZMIRAN)

Author for correspondence.
Email: abunina@izmiran.ru
Moscow, Troitsk, 142191 Russia

References

  1. – Абунин А.А., Абунина М.А., Белов А.В., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Форбуш-эффекты с внезапным и постепенным началом // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 3. С. 313–320. 2012.
  2. – Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке Г.В, Оленева В.А., Абунина М.А., Абунин А.А. Метод глобальной съемки для мировой сети нейтронных мониторов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 3. С. 374–389. 2018. https://doi.org/10.7868/S0016794018030082
  3. – Гущина Р.Т., Белов А.В., Ерошенко Е.А., Обридко В.Н., Паорис Е., Шельтинг Б.Д. Модуляция космических лучей на фазе роста солнечной активности 24-го цикла // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 4. С. 470–476. 2014. https://doi.org/10.7868/S0016794014040063
  4. – Крайнев М.Б., Калинин М.С., Аслам О.П.М., Нгобени М.Д., Потгитер М.С. О солнечных минимумах 20/21–24/25 и зависимости максимальной интенсивности галактических космических лучей от гелиосферных факторов // Изв. РАН. Сер. физическая. Т. 85. № 10. С. 1509–1512. 2021. https://doi.org/10.31857/S0367676521100197
  5. – Крымский Г.Ф., Кузьмин А.И., Кривошапкин П.А., Самсонов И.С., Скрипин Г.В., Транский И.А., Чирков Н.П. Космические лучи и солнечный ветер. Новосибирск: Наука, 224 с. 1981.
  6. – Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Основные свойства форбуш-эффектов, связанных с высокоскоростными потоками из корональных дыр // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 2. С. 163–176. 2018а. https://doi.org/10.7868/S0016794018020025
  7. – Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Долгопериодные изменения количества и величины Форбуш-эффектов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 5. С. 638–647. 2018б. https://doi.org/10.1134/S0016794018050103
  8. – Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Абунин А.А., Ерошенко Е.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Рекуррентные и спорадические Форбуш-понижения в 23-ем и 24-ом солнечных циклах // Солнечно-земная физика. Т. 5. № 1. С. 39–47. 2019. https://doi.org/10.12737/szf-51201904
  9. – Мелкумян А.А., Белов А.В., Абунина М.А., Шлык Н.С., Абунин А.А., Оленева В.А., Янке В.Г. Сходство и различие Форбуш-понижений, связанных с потоками из корональных дыр, волоконными выбросами и выбросами из активных областей // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 3. С. 283–301. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022030117
  10. – Aslam O.P.M., Badruddin B. Study of cosmic-ray modulation during the recent unusual minimum and mini-maximum of solar cycle 24 // Solar Phys. V. 290. № 8. P. 2333–2353. 2015. https://doi.org/10.1007/s11207-015-0753-5
  11. – Belov A.V. Forbush effects and their connection with solar, interplanetary and geomagnetic phenomena / Proc. IAU Symposium. Eds. N. Gopalswamy, D.F. Webb. Cambridge: Cambridge University Press. V. 4. № S257. P. 439–450. 2008. https://doi.org/10.1017/S1743921309029676
  12. – Belov A.V., Eroshenko. E.A., Oleneva V.A., Struminsky A.B., Yanke V.G. What determines the magnitude of Forbush decreases? // Adv. Space Res. V. 27. № 3. P. 625–630. 2001. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00095-3
  13. – Burlaga L., Sittler E., Mariani F., Schwenn R. Magnetic loop behind an interplanetary shock: Voyager, Helios, and IMP 8 observations // J. Geophys. Res. – Space. V. 86. № 8. P. 6673–6684. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA08p06673
  14. – Cane H.V. Coronal mass ejections and Forbush decreases // Space Sci. Rev. V. 93. № 1–2. P. 55–77. 2000. https://doi.org/10.1023/A:1026532125747
  15. – Forbush S.E. On the effects in the cosmic-ray intensity observed during magnetic storms // Phys. Rev. V. 51. P. 1108–1109. 1937. https://doi.org/10.1103/PhysRev.51.1108.3
  16. – Gopalswamy N., Akiyama S., Yashiro S., Mäkelä P. Coronal mass ejections from sunspot and non-sunspot regions / Magnetic Coupling between the Interior and the Atmosphere of the Sun. Eds. S. Hasan, R. Rutter / Astrophysics and Space Science Proceedings. Berlin, Heidelberg: Springer. P. 289−307. 2010. https://doi.org/10.1007/978-3-642-02859-5_24
  17. – Gopalswamy N., Akiyama S., Yashiro S., Xie H., Mäkelä P., Michalek G. The mild space weather in solar cycle 24 / Proc. 14th International Ionospheric Effects Symposium on “Bridging the gap between applications and research involving ionospheric and space weather disciplines”. Alexandria, VA, 2015. P. 1–8. 2015. https://doi.org/10.48550/arXiv.1508.01603
  18. – Gopalswamy N., Akiyama S., Yashiro S., Michalek G., Xie H., Makelea P. Effect of the weakened heliosphere in solar cycle 24 on the properties of coronal mass ejections // J. Phys.: Conf. Ser. V. 1620. № 1. ID 012005. 2020. https://doi.org/10.48550/arXiv.1508.01603
  19. – Iucci N., Parisi M., Storini M. et al. Forbush decreases: origin and development in the interplanetary space // Nuovo Cimento C. V. 2. № 1. P. 1–52. 1979. https://doi.org/10.BF02507712
  20. – King J.H., Papitashvili N.E. Solar wind spatial scales in and comparisons of hourly Wind and ACE plasma and magnetic field data // J. Geophys. Res. – Space. V. 110. № 2. ID A02104. 2005. https://doi.org/10.1029/2004JA010649
  21. – Lingri D., Mavromichalaki H., Belov A., Eroshenko E., Yanke V., Abunin A., Abunina M. Solar activity parameters and associated Forbush decreases during the minimum between cycles 23 and 24 and the ascending phase of cycle 24 // Solar Phys. V. 291. № 3. P. 1025–1041. 2016. https://doi.org/10.1007/s11207-016-0863-8
  22. – Lockwood J. A. Forbush decreases in the cosmic radiation // Space Sci. Revs. V. 12. № 5. P. 658–715. 1971. https://doi.org/10.1007/BF00173346
  23. – Matzka J., Stolle C., Yamazaki Y., Bronkalla O., Morschhauser A. The geomagnetic Kp index and derived indices of geomagnetic activity // Space Weather. V. 19. № 5. ID e2020SW002641. 2021. https://doi.org/10.1029/2020SW002641
  24. – Melkumyan A.A., Belov A.V., Abunina M.A., Shlyk N.S., Abunin A.A., Oleneva V.A., Yanke V.G. Forbush decreases associated with coronal mass ejections from active and non-active regions: statistical comparison // Mon. Not. R. Astron. Soc. V. 515. № 3. P. 4430–4444. 2022a. https://doi.org/10.1093/mnras/stac2017
  25. – Melkumyan A.A., Belov A.V., Abunina M.A., Shlyk N.S., Abunin A.A., Oleneva V.A., Yanke V.G. Development of Forbush decreases associated with coronal ejections from active regions and non-active regions // Geomagn. Aeronomy. V. 22. Suppl. 1. P. S40–S53. 2022b. https://doi.org/10.1134/S0016793222600394
  26. – Paouris E., Mavromichalaki H., Belov A., Gushchina R., Yanke V. Galactic cosmic ray modulation and the last solar minimum // Solar Phys. V. 280. № 1. P. 255–271. 2012. https://doi.org/10.1007/s11207-012-0051-4
  27. – Parker E.N. Interplanetary dynamical processes. N.Y.: Interscience Publishers, 272 p. 1963.
  28. – Patel B.D., Joshi B., Cho K.-S., Kim R.-S., Moon Y.-J. Near-earth interplanetary coronal mass ejections and their association with DH type II radio bursts during solar cycles 23 and 24 // Solar Phys. V. 297. № 10. ID 139. 2022. https://doi.org/10.1007/s11207-022-02073-7
  29. – Richardson I.G. Energetic particles and corotating interaction regions in the solar wind // Space Sci. Rev. V. 111. № 3. P. 267–376. 2004. https://doi.org/10.1023/B:SPAC.0000032689.52830.3e
  30. – Shi X., Fu H., Huang Z., Ma C., Xia L. The Solar Cycle Dependence of In Situ Properties of Two Types of Interplanetary CMEs during 1999–2020 // Astrophys. J. V. 940. № 2. ID 103. 2022. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac9b20
  31. – Thakur N. Smaller Forbush decreases in solar cycle 24: Effect of the weak CME field strength? / American Geophysical Union, Fall Meeting 2015. ID SH23A-2428. 2015.
  32. – Yermolaev Yu.I., Lodkina I.G., Khokhlachev A.A. et al. Drop of solar wind at the end of the 20th century // J. Geophys. Res. – Space. V. 126. № 9. ID e29618. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029618
  33. – Yermolaev Yu.I., Lodkina I.G., Khokhlachev A.A. et al. Dynamics of large-scale solar-wind streams obtained by the Double Superposed Epoch Analysis: 5. Influence of the solar activity decrease // Universe. V. 8. № 9. ID 472. 2022. https://doi.org/10.3390/universe8090472

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (213KB)
3.

Download (238KB)
4.

Download (1MB)
5.

Download (1MB)
6.

Download (329KB)
7.

Download (1MB)

Copyright (c) 2023 А.А. Мелкумян, А.В. Белов, М.А. Абунина, Н.С. Шлык, А.А. Абунин, В.А. Оленева, В.Г. Янке

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».