Analysis of the relationship between the Dst-index and the heliosphere parameters during the development of CME- and CIR-storms

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The mean statistical dependence of the Dst-index on the heliospheric parameters during the development of storms initiated by solar coronal mass ejections (CME-storms) and corotating interaction regions (CIR-storms) is analyzed. It is found that the dynamics of the Dst-index and the β-parameter (equal to the ratio of the thermal pressure to the magnetic pressure) are qualitatively similar during the development of storms caused by CME and CIR flows. In the main phase of the CME- and CIR-storms, the mean statistical value of the β-parameter is β < 1 and β > 1, respectively, which manifests different plasma turbulence in the solar wind flows. It is shown that in the area of developing CME- and CIR-storm, the trajectory of Dst variation depending on the heliosphere parameters in the main phase of storms does not coincide with its trajectory in the recovery phase. This is a typical feature of the hysteresis phenomenon. The hysteresis effect between the Dst-index and the key parameters of the solar wind and interplanetary magnetic field (IMF) is observed during the development of both types of storms, indicating a nonlinear nature of the relationship between Dst and heliospheric parameters. The shape and size of the hysteresis loops vary depending on the analyzed parameters. The hysteresis loops for CIR-storms are smaller in area than those for CME-storms. It is found that in the period preceding the occurrence of CME- and CIR-storms, the solar wind flows have a closed configuration of the IMF intensity vector B in the ecliptic plane with different directions of the rotation.

About the authors

N. A. Kurazhkovskaya

Borok Geophysical Observatory, Branch of the Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS (GO Borok IPE RAS), Borok, Yaroslavl oblast, Russia

Author for correspondence.
Email: knady@borok.yar.ru

B. I. Klain

Borok Geophysical Observatory, Branch of the Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS (GO Borok IPE RAS), Borok, Yaroslavl oblast, Russia

Email: klain@borok.yar.ru

O. D. Zotov

Borok Geophysical Observatory, Branch of the Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS (GO Borok IPE RAS), Borok, Yaroslavl oblast, Russia

Email: ozotov@inbox.ru

A. Y. Kurazhkovskii

Borok Geophysical Observatory, Branch of the Schmidt Institute of Physics of the Earth, RAS (GO Borok IPE RAS), Borok, Yaroslavl oblast, Russia

Email: ksasha@borok.yar.ru

References

  1. Данилова О.А., Птицына Н.Г., Сдобнов В.E. Явления гистерезиса в отклике геомагнитной активности и параметров космических лучей на вариации межпланетной среды во время магнитной бури // Солнечно-земная физика. Т. 10. № 3. 2024. С. 70–78. https://doi.org/10.12737/szf-103202408
  2. Дремухина Л.А., Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г. Динамика межпланетных параметров и геомагнитных индексов в периоды магнитных бурь, инициированных разными типами солнечного ветра // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 6. С. 683–695. https://doi.org/10.1134/S0016794019060063
  3. Ермолаев Ю.И., Николаева Н.С., Лодкина И.Г., Ермолаев М.Ю. Каталог крупномасштабных явлений солнечного ветра для периода 1976‒2000 гг. // Космические исследования. Т. 47. № 2. С. 99–113. 2009.
  4. Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г., Николаева Н.С., Ермолаев М.Ю. Статистическое исследование влияния межпланетных условий на геомагнитные бури // Космические исследования. Т. 48. № 6. С. 499‒515. 2010.
  5. Ермолаев Ю.И., Лодкина И.Г., Николаева Н.С., Ермолаев М.Ю. Статистическое исследование влияния межпланетных условий на геомагнитные бури. 2. Вариации параметров // Космические исследования. Т. 49. № 1. С. 24–37. 2011.
  6. Клайн Б.И., Зотов О.Д., Куражковская Н.А. Влияние конфигурации межпланетного магнитного поля (ММП) на развитие магнитных бурь. Семнадцатая ежегодная конференция “Физика плазмы в солнечной системе”. Сборник тезисов. ИКИ РАН, Москва, 7–11 февраля 2022 г. С. 146. 2022.
  7. Козырева О.В., Клейменова Н.Г. Вариации ULF-индекса дневных геомагнитных пульсаций во время рекуррентных магнитных бурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 6. С. 799–809. 2010.
  8. Куражковская Н.А., Зотов О.Д., Клайн Б.И. Связь развития геомагнитных бурь с параметром β солнечного ветра // Солнечно-земная физика. Т. 7. № 4. С. 25–34. 2021. https://doi.org/10.12737/szf-74202104
  9. Куражковская Н.А., Куражковский А.Ю. Эффект гистерезиса между индексами геомагнитной активности (Ap, Dst) и параметрами межпланетной среды в 21–24 циклах солнечной активности // Солнечно-земная физика. Т. 9. № 3. С. 73–82. 2023. https://doi.org/10.12737/szf-93202308
  10. Куражковская Н.А., Клайн Б.И., Зотов О.Д., Куражковский А.Ю. Гистерезисные циклы и инвариантность формы Dst-индекса во время развития геомагнитных бурь // Солнечно-земная физика. Т. 11. № 2. С. 45–55. 2025. https://doi.org/10.12737/szf-112202504
  11. Обридко В.Н., Канониди Х.Д., Митрофанова Т.А., Шельтинг Б.Д. Солнечная активность и геомагнитные возмущения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 2. С. 157–166. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794013010148
  12. Чернышов А.А., Карельский К.В., Петросян А.С. Подсеточное моделирование для исследования сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности космической плазмы // УФН. Т. 184. № 5. C. 457‒492. 2014. https://doi.org/10.3367/UFNr.0184.201405a.0457
  13. Borovsky J.E., Funsten H.O. Role of solar wind turbulence in the coupling of the solar wind to the Earth’s magnetosphere // J. Geophys. Res. V. 108(A6). 1246‒1258. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009601
  14. Borovsky J.E., Denton M.H. Differences between CME-driven storms and CIR-driven storms // J. Geophys. Res. V. 111. A07S08. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011447
  15. Burlaga L.F., Sittier E.C., Mariani F., Schwenn R. Magnetic loops behind an interplanetary shock: Voyager, Helios and IMP-8 observations // J. Geophys. Res. V. 86. Issue A8. P. 6673–6684. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA08p06673
  16. Burlaga L.F., Behannon K.W., Klein L.W. Compound streams, magnetic clouds, and major geomagnetic storms // J. Geophys. Res. V. 92. Issue A6. P. 5725–5734. 1987. https://doi.org/10.1029/JA092iA06p05725
  17. Georgieva K., Kirov B., Atanassov D., Boneva A. Impact of magnetic clouds on the middle atmosphere and geomagnetic disturbances // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. V. 67 (1). P. 163–176. 2005. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2004.07.025
  18. Gonzalez W.D., Echer E., Clua-Gonzalez A.L., Tsurutani B.T. Interplanetary origin of intense geomagnetic storms (Dst < ‒100 nT) during solar cycle 23 // Geophys. Res. Lett. V. 34. L06101. 2007. https://doi.org/10.1029/2006GL028879
  19. Guo J., Feng X., Zhang J., Zuo P., Xiang C. Statistical properties and geoefficiency of interplanetary coronal mass ejections and their heaths during intense geomagnetic storms // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. A09107. https://doi.org/10.1029/2009JA015140
  20. Gupta V., Badruddin B. Interplanetary structures and solar wind behaviour during major geomagnetic perturbations // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. V. 71. P. 885–896. 2009. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.02.004
  21. Potapov A.S. ULF wave activity in high-speed streams of the solar wind: Impact on the magnetosphere // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 118. P. 6465–6477. 2013. https://doi.org/10.1002/2013JA019119
  22. Richardson I.G., Cane H.V. Solar wind drivers of geomagnetic storms during more than four solar cycles // J. Space Weather Space Clim. V. 2. A01. 2012. https://doi.org/10.1051/swsc/2012001
  23. Simms L.E., Pilipenko V.A., Engebretson M.J. Determining the key drivers of magnetospheric Pc5 wave power // J. Geophys. Res. V. 115. A10241. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA015025
  24. Sun X., Zhima Z., Duan S., Hu Y., Lu C., Ran Z. Statistical Analysis of the Correlation between Geomagnetic Storm Intensity and Solar Wind Parameters from 1996 to 2023 // Remote Sens. V. 16. 2952. 2024. https://doi.org/10.3390/rs16162952
  25. Taylor J.R., Lester M., Yeoman T.K. A superposed epoch analysis of geomagnetic storms // Ann. Geophys. V. 12. Iss. 7. P. 612–624. 1994. https://doi.org/10.1007/s00585-994-0612-4
  26. Tsurutani B.T., Gonzalez W.D., Gonzalez A.L.C., Guarnieri F.L., Gopalswamy N., Grande M., Kamide Y., Kasahara Y., Lu G., Mann I., McPherron R., Soraas F., Vasyliunas V. Corotating solar wind streams and recurrent geomagnetic activity: A review // J. Geophys. Res. V. 111. A07S01. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011273
  27. Turner N.E., Cramer W.D., Earles S.K., Emery B.A. Geoefficiency and energy partitioning in CIR-driven and CME-driven storms // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. V. 71. P. 1023–1031. 2009. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2009.02.005
  28. Wang X., Tu C.-Y., He J.-S., Wang L.-H. Ion-scale spectral break in the normal plasma beta range in the solar wind turbulence // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 123. P. 68–75. 2018. https://doi.org/10.1002/2017JA024813
  29. Yermolaev Yu.I., Nikolaeva N.S., Lodkina I.G., Yermolaev M.Yu. Specific interplanetary conditions for CIR-, Sheath-, and ICME-induced geomagnetic storms obtained by double superposed epoch analysis // Ann. Geophys., V. 28. P. 2177–2186. 2010. https://doi.org/10.5194/angeo-28-2177-2010
  30. Yermolaev Yu.I., Lodkina I.G., Nikolaeva N.S., Yermolaev M.Yu. Dynamics of large-scale solar wind streams obtained by the double superposed epoch analysis // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 120. P. 7094–7106. 2015. https://doi.org/10.1002/2015JA021274
  31. Zotov O., Klain B., Kurazhkovskaya N., Kurazhkovskii A. Hysteresis cycles and invariance of the Dst index form during geomagnetic storm development. 15th International Conference and School Problems of Geocosmos. Abstracts. St. Peterburg, Russia, April 22‒26, 2024.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».