Geomagneettisen aktiivisuuden pitkäaikainen kehitys ja ennustaminen

Geomagneettinen aktiivisuus on aurinkoperäisten ilmiöiden aiheuttamaa maanpinnalla havaittavan magneettikentän häiriöisyyttä. Yksi tämän aktiivisuuden muodoista ovat etenkin matalilla leveysasteilla parhaiten havaittavat magneettiset myrskyt. Myrskyjen alussa usein esiintyy nopeita magneettikentän muutoksia (SSC), joita tavataan myös ilman myrskyjä. Geomagneettista aktiivisuutta aiheuttavat etenkin koronan massapurkaukset (CME) sekä nopeat aurinkotuulivirtaukset (HSS).

Tässä väitöstyössä tutkittiin geomagneettisen aktiivisuuden eri muotojen pitkäaikaista esiintymistä ja yhteyttä auringon muuttuvaan aktiivisuuteen. Lisäksi työssä kehitettiin geomagneettisen aktiivisuuden ennustamismalleja aiempaa pidemmillä aikaskaaloilla.

Paperissa I tutkittiin magneettisten myrskyjen vuosittaista esiintymistä avaruusaikana vuodesta 1957 lähtien. Tutkimuksessa havaittiin, että etenkin voimakkaimpien CME-myrskyjen vuosimäärät ovat hyvin kytköksissä auringonpilkkujen määrään, kun taas heikompia CME-myrskyjä tuottavat myös auringonpilkkualueita heikommat auringon magneettiset rakenteet. HSS-myrskyjen esiintymisessä puolestaan löydettiin pitkän ajan muutos. Varhaisempien, aktiivisten aurinkosyklien aikaan HSS-myrskyjen syklinsisäinen esiintymispiikki oli syklin lopussa lähellä auringon pilkkuminimiä. Viimeisten kahden, heikomman aktiivisuuden omaavan aurinkosyklin aikaan HSS-myrskyjen esiintymispiikki on siirtynyt aiemmaksi pilkkusykliä, lähemmäksi pilkkumaksimia. Tämä siirtyminen voidaan selittää auringon suuren kokoluokan magneettikentän rakenteen pitkäaikaisilla muutoksilla.

Paperissa II tutkittiin maanpinnalla mitatun magneettikentän nopeita muutoksia ja niiden esiintymistä vuodesta 1868 alkaen. Nämä SSC:t ovat yleisimpiä etenkin voimakkaiden CME-myrskyjen yhteydessä. Tutkimuksessa korjattiin SSC-havaintosarjasta löytynyt epähomogeenisuusongelma, joka vaikutti tunnistettujen SSC-tapahtumien määriin vuosina 2006-2017. SSC:t ovat merkittäviä myös teknologian kannalta, sillä niiden yhteydessä esiintyvät nopeat kentän muutokset indusoivat sähkövirtoja, jotka voivat vahingoittaa muun muassa sähköverkkoja sekä öljy- ja kaasuputkia.

Papereissa III ja IV kehitettiin uudentyyppisiä geomagneettisen aktiivisuuden pidemmän ajan ennustemalleja, joilla aktiivisuutta voidaan ennustaa koko 11-vuotisen aurinkosyklin yli. Aiemmat geomagneettisen aktiivisuuden ennusteet ovat tyypillisesti keskittyneet ennustamaan paljon lyhyemmissä tuntien ja viikkojen aikaskaaloissa. Väitöstyön tuloksia voidaan potentiaalisesti hyödyntää tarkentamaan myös pitkän ajan ilmastoennusteita.