СНЭРА: прогнозирование радиоавроры

С. БУБЕННИКОВ, мастер спорта СССР 

РАДИО № 3, 1985 г. 

Радноаврора, как известно, относится к аномальному виду распространения УКВ. Малоизученность этого явления, особенно в средних широтах, определила одну из задач спортивно - научного эксперимента «Радиоаврора» - разработать методологию долгосрочного и краткосрочного прогнозирования периодов появления радиоавроры. Эта задача и была решена в ходе СНЭРА. 

Прежде всего необходимо назвать важнейшую особенность радиоавроры существование определенной связи между временем ее появления н периодами геомагнитных возмущений поля, прогноз которых ведется специальными службами. Иллюстрируют эту связь приведенные на рис. 1 - 3 экспериментальные данные, которые были получены в рамках СНЭРА. На этих рисункам даны зависимости от суточного балла геомагнитного поля S (по данным среднеширотной обсерватории И3МИРАНа) вероятности появления радиоавроры (в процентах) в течение суток (рис 1); среднего времени существования радноавроры в течение суток 1 (рис. 2); минимальной геомагнитной широты Ф (усредненная величина, рис, 3). Эти данные относятся к пунктам, находящимся на геомагнитной широте Ф = 55^о и ниже ее. 

Однако информация, которую дает прогноз состояния магнитного поля, недостаточна для надежного предсказания радноавроры. Во-первых, как видно из этих графиков, взаимосвязь характеристик радиоавроры и состояния поля не остается неизменной в течение года. Во-вторых, месячные магнитные прогнозы пока не обладают высокой подтверждаемостью. Методика прогноза радиоавроры, о которой рассказывается в этой статье, была создана на основе анализа 872 случаев наблюдения радиоавроры в периоде 1975-го по 1983 гг. Суть этой методики состоит в следующем. Очень грубо суточную вероятность появления радиоавроры можно оценить по среднегодовой вероятности Р, которая равна: 

Р = n_А /(365…366) где n_А - число дней с радиоавророй в году. 

На предстоящий год величина n_А, конечно, неизвестна, но ее можно попытаться предсказать, например, экстраполяционным методом по уже имеющимся таким данным за прошедшие несколько лет с учетом фазы солнечной активности (ее возрастания или убывания). Известно, в частности, что число радиоаврор возрастает в годы максимума солнечной активности. Однако сутки суткам рознь, и нужно было найти способ вычисления некоторого поправочного коэффициента К, с помощью которого можно прогнозировать суточную вероятность радиоавроры P_А, на какой-то предстоящий период на основе данных о Р : 

Р_А = R*P 

Коэффициент R, в принципе, может быть как больше, так и меньше единицы. Он учитывает, во-первых, изменение вероятности в зависимости от сезона (летом радиоаврора бывает гораздо реже) и, во- вторых, то, что радиоаврора повторяется через определенное число суток. 

В описываемой методике весь возможный диапазон изменения R разбит на шесть участков, каждому из которых присвоен балл от 0 до 5. Полученная таким образом шкала прогноза идентична той, что используется в прогнозе состояния геомагнитного поля. Это удобно для сравнения обоих методик, что мы и сделаем в конце этой статьи. Заметим, что чем больше будут пределы изменения R, тем эффективнее (конечно, при удовлетворительной оправдываемости) методика прогнозирования. 

Теперь об вычислении собственно величины R. По данной методике год разбивается не на обычные месяцы, а на 28-су-точные. с началом отсчета с 1 января. Таким образом - год состоит из 13 таких «месяцев». Последний в году «месяц» насчитывает 29 суток, а в високосный год - 30. Для каждого такого «месяца» на первом этапе выведения формулы для расчета R по имеющимся статистическим данным за девять лет были определены коэффициенты L, характеризующие отклонение месячной вероятности появления радиоавроры от среднегодовой. Вот эти значения L : 1,4 для 2, 4 и 11-го месяцев; 1,19 для 13-ro; 1.15 для 3, 10 и 12-го; 0,97 для 1-го и 5-го; 0.58 для 6-го и 9-го; 0,48 для 7-го и 8-го. Пример месячного хода вероятности радиоавроры Рм, который имел место с середины 1982-го до середины 1983 г. с нанесенными значениями L показан на рис. 4. 

Второй этап создания формулы для расчета R учет периодичности появления радиоавроры. Обработка накопленной статистики на ЭВМ показала, что самая высокая повторяемость радиоавроры бывает через 26. 27, 28 и 55 суток. Это так называемые критические дни. Тот или иной критический день в будущем может быть «порожден» не только одной радиоавророй, состоявшейся, скажем, 27 дней назад, но и двумя (например, 27 и 55 дней назад), тремя и даже четырьмя. Различных сочетаний этих четырех периодов повторения получается 15. Достоверно их распределить в порядке возрастания вероятности оказалось пока сложно из-за того, что некоторые «типы» критических дней за указанный выше девятилетний период наблюдались не так уж часто. Поэтому все критические дни разбиты на пять групп:

• принадлежащие только одному любому из четырех периодов (N = 1); 
• принадлежащие только двум любым периодам (N = 2); 
• принадлежащие только трем любым периодам (N = 3); 
• принадлежащие всем четырем периодам (N = 4); 
• оставшиеся некритические дни (N = 0); 

Имеющиеся данные позволяют сделать предположение, что вероятность радиоавроры линейно растет от группы с параметром N = 0 до группы с N = 4, постоянно увеличиваясь примерно на 30 процентов. 

С учетом вышесказанного формула для расчета R выглядит так: 

R = ( 28L(1 + 0.3 N))/( х +1,3у + 1,6z  + 1,9u + 2,2t)  

где  x -  число дней, принадлежащих группе с N==0 в том или ином 28-дневном месяце; у - тоже группе с N = 1; z - тоже группе с N  = 2; u - тоже группе с N = 3; t - тоже группе с N = 4.

 При значительном числе дней с радиоавророй в году (это, например, имело место в 1983 г.— первом году СНЭРА) появляется еще большее количество критических дней. В итоге число t увеличивается, а х и у уменьшаются. За счет этого, при относительно большом значении Р_А, диапазон изменения вероятности радиоавроры сужается и эффективность прогноза снижается.

Как известно, с уменьшением геомагнитной широты вероятность появления радиоавроры уменьшается. В свете сказанного выше можно предположить, что эффективность прогноза для более низких геомагнитных широт будет лучше. Эксперименты подтверждают это предположение (по крайней мере, до 52°). Диапазоны изменения R, рассчитанные по данной методике для каждого балла по широтам 55° и 52°, приведены в таблице. 

На графике рис. 5 а, б показаны фактические значения R для каждого балла, прогнозировавшегося по двум методикам на обеих широтах, за первые тринадцать месяцев СНЭРА. Из приведенных зависимостей видно, что оправдываемость прогноза по предложенной методике возрастает с ростом балла (в отличие от методики магнитного прогноза). Кроме того, она не плохо вписывается в область изменения R. Все это позволяет сделать вывод об эффективности новой методики.

 В 1984 г., во второй год СНЭРА, проводилась контрольная ее проверка, изложение основ которой было опубликовано в газете «Советский патриот» 28 марта. С января в ней публиковались результаты расчетов прогноза на три ближайшие недели. При их подготовке было сделано предположение, что 1984 г. «принесет» 170 суток с радиоавророй - несколько меньше, чем предыдущий, когда было зарегистрировано 198 таких дней. 

Сейчас уже можно подвести предварительные итоги, оценивающие подтверждаемость новой методики за этот год. За период с января по декабрь зарегистрировано 162 дня с радиоавророй (общее число дней предсказано, по-видимому, весьма точно!), а фактическое значение R за этот период для широты 55° по каждому баллу составило: 0 -"0,411, 1 0,935; 2 '- 1,020; 3 - 1,271; 4 — 1,354; 5 1,806. 

В заключение еще несколько практических выводов, сделанных также на основании результатов СНЭРА. Радиоаврора в течение суток наблюдается не все время, суммарное время всех ее сеансов колеблется от десятков минут до нескольких часов (см. рис. 2). Наиболее вероятное время — вечер и ночь. Это иллюстрирует рис. 6, где показан процент трехчасовых периодов суток с радиоавророй в различные такие периоды суток на европейской части СССР.