“Полярные” суббури и разрыв Харанга

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Выполнен анализ 214 случаев “полярных” суббурь на скандинавском меридиане IMAGE, т.е. суббурь, на геомагнитных широтах выше ~70° MLAT в 19−02 MLT в магнито-спокойное время при отсутствии отрицательных магнитных бухт на более низких широтах. Разрыв Харанга, разделяющий по широте западный и восточный электроджеты, является типичной структурой для указанного MLT-сектора высокоширотной ионосферы. Исследовано глобальное распределение ионосферных электроджетов и положение разрыва Харанга во время развития “полярных” суббурь на основе карт, построенных по результатам сферического гармонического анализа магнитных измерений на 66 одновременно работающих ионосферных спутниках связи проекта AMPERE. На основе анализа карт показано, что мгновенное положение экваториальной границы ионосферного тока “полярной” суббури определяет мгновенное положение полярной границы разрыва Харанга, а полярная граница восточного электроджета определяет его экваториальную границу. Установлено, что 90% “полярных” суббурь наблюдается одновременно с возрастанием планетарной суббуревой активности по AL-индексу и развитием магнитосферной суббури в послеполуночном секторе. При этом развитие вечерних “полярных” суббурь связано с формированием околополуночных магнитных вихрей на геомагнитных широтах ~70° MLAT вблизи “носа” разрыва Харанга указывающих на резкое локальное усиления продольных токов. Это приводит к формированию в вечернем секторе приполярных широт новой суббури, названной “полярной” суббурей с типичными характерными признаками начала суббури (всплесками геомагнитных пульсаций Pi2, резким началом суббури вблизи экваториальной границы сжатого в это время овала, развитием “токового клина суббури” и т.д.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. Г. Клейменова

Институт физики Земли РАН (ИФЗ РАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: ngk1935@yandex.ru
Россия, Москва

Л. И. Громова

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН(ИЗМИРАН)

Email: ngk1935@yandex.ru
Россия, Москва, Троицк

С. В. Громов

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН(ИЗМИРАН)

Email: ngk1935@yandex.ru
Россия, Москва, Троицк

Л. М. Малышева

Институт физики Земли РАН (ИФЗ РАН)

Email: ngk1935@yandex.ru
Россия, Москва

И. B. Дэспирак

Полярный геофизический институт (ПГИ)

Email: ngk1935@yandex.ru
Россия, Апатиты (Мурманская обл.)

Список литературы

  1. Дэспирак И.В., Любчич А.А., Клейменова Н.Г. “Полярные” и “высокоширотные” суббури и условия в солнечном ветре // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 54. № 5. С. 619–626. 2014. https://doi.org/10.1134/S0016793214050041
  2. Дэспирак И.B., Клейменова Н.Г., Любчич А.А., Малышева Л.М., Громова Л.И., Ролдугин А.В., Козелов Б.В. Полярные магнитные суббури и сияния на Шпицбергене: событие 17 декабря 2012// Изв. РАН. Сер. Физ. Т. 86. № 3. С. 340–348. 2022. https://doi.org/10.31857/S0367676522030097
  3. Клейменова Н.Г., Антонова Е.Е., Козырева О.В., Малышева Л.М., Корнилова Т.А., Корнилов И.А. Волновая структура магнитных суббурь в полярных широтах //Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 785–793. 2012 https://doi.org/10.1134/S0016793212060059
  4. Клейменова Н.Г., Громова Л.И., Дэспирак И.B., Малышева Л.М., Громов С.В., Любчич А.А. Особенности полярных суббурь: анализ отдельных событий // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 3. С. 327–339. 2023https://doi.org/10.31857/S0016794023600023.
  5. Сафаргалеев В.В., Митрофанов В.М., Козловский А.Е. Комплексный анализ полярных суббурь на основе магнитных, оптических и радарных наблюдений на Шпицбергене // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 58. № 4. С. 793–808. 2018. https://doi.org/10.1134/S0016793218040151
  6. Akasofu S.-I. The development of the auroral substorm // Planet. Space Sci. V. 12(4). P. 273–282. 1964. https://doi.org/10.1016/0032-0633(64)90151-5
  7. Akasofu S.-I. Where is the magnetic energy for the expansion phase of auroral substorms accumulated? 2. The main body, not the magnetotail // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 122. P. 8479–8487. 2017. https://doi.org/10.1002/2016JA023074
  8. Baker D.N., Pulkkinen T.I., Angelopoulos V., Baumjohann W., McPherron R.L. Neutral line model of substorms: Past results and present view // J. Geophys. Res. V. 101. P. 12975– 13010. 1996. https://doi.org/10.1029/95ja03753
  9. Baumjohann W., Pellinen R.J., Opgenoorth H.J., Nielsen E. Joint two-dimensional observations of ground magnetic field and ionospheric electric fields associated with auroral zone currents: current systems associated with local auroral break-ups // Planet. Space Sci. V. 29. P. 431 – 447. 1981. https://doi.org/10.1016/0032-0633(81)90087-8
  10. Baumjohann W. Ionospheric and field-aligned current systems in the auroral zone: A concise review// Adv. Space Res. V. 2(10). P. 55-62. 1983.
  11. Bristow W.A., Sofko G., Stenbaek-Nielsen H.C., Wei S., Lummerzheim D., Otto A. Detailed analysis of substorm observations usingSuperDARN, UVI, ground-based magnetometers, and all-sky imagers // J. Geophys. Res. V. 108 (A3). P. 1124. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009242
  12. Bythrow P.F., Heelis R.A., Hanson W.B., Power R.A., Hoffman R. A. Observational evidence for a boundary layer source of dayside region 1 field-aligned currents // J. Geophys. Res. V. 86 (A7). P. 5577. 1981. https://doi.org/10.1029/JA086iA07p05577
  13. Despirak I.V., Lubchich A.A., Kleimenova N.G. High-latitude substorm dependence on space weather conditions in solar cycle 23 and 24 (SC23 and SC24) // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. 2018. V. 177. P. 54–62. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.09.011
  14. Ebihara Y., Tanaka T. Where is Region 1 field-aligned current generated? // J. Geophys. Res.: Space Physics. P. 127. 2022. https://doi.org/10.1029/2021JA029991
  15. Erickson G.M., Spiro R.W., Wolf R.A. The physics of the Harang discontinuity // J. Geophys. Res. V. 96. P. 1633–1645. 1991. https://doi.org/10.1029/90JA02344
  16. Feldstein Y.L., Starkov G.V. Dynamics of auroral belt andgeomagnetic disturbances // Planet. Space Sci. V. 15. № 2. P. 209–229. 1967. https://doi.org/10.1016/0032-0633(67)90190-0
  17. Harang L. The mean field of disturbance of polar geomagnetic storms // Terr. Magn. Atmos. Electr. V. 51. P. 353 – 380. 1946. https://doi.org/10.1029/ TE051i003p00353.
  18. Heppner J.P. The Harang discontinuity in auroral belt ionospheric current // Geophys. Norv. V. 29. P. 105 – 120. 1972.
  19. Heppner J.P. Empirical models of high-latitude electric fields // J. Geophys. Res V. 82. P. 1115– 1125. 1977. https://doi.org/10.1029/JA082i007p01115.
  20. Hones E.W. The poleward leap of the auroral electrojet as seen in auroral images // J. Geophys. Res. V. 90. P. 5333–5337. 1985. https://doi.org/10.1029/JA090iA06p05333
  21. Kamide Y., Vickrey J.F. Variability of the Harang discontinuity as observed by the Chatanika radar and the IMS Alaska magnetometer chain // Geophys. Res. Lett. V. 10. № 2. P. 159-162. 1983. https://doi.org/10.1029/GL010i002p00159
  22. Kepko L., McPherron R.L., Amm O. et al. Substorm Current Wedge revisited // Space Sci. Rev. V. 190. P. 1–46. 2015. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0124-9
  23. Kissinger J., Wilder F.D., McPherron R.L., Hsu T.-S., Baker J.B.H., Kepko L. Statistical occurrence and dynamics of the Harang discontinuity during steady magnetospheric convection // J. Geophys. Res.: Space Physics V. 118. P. 5127–5135. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50503
  24. Kleimenova N.G., Despirak I.V., Malyshevа L.M., Gromova, L.I., Lubchich A.A., Roldugin A.V., Gromov S.V. Substorms on a contracted auroral oval // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 245. P. 106049-106062. 2023. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2023.106049
  25. Koskinen H.E.J., Pulkkinen T.I. Midnight velocity shear zone and the concept of Harang discontinuity // J. Geophys. Res. V. 100. P. 9539 – 9547. 1995. https://doi.org/10.1029/95JA00228.
  26. Kunkel T., Baumjohann W., Untied J., Greenwald R. Electric fields and currents at the Harang discontinuity: A case study // J. Geophys. V. 59. P. 73-86. 1986.
  27. Lui A.T.Y., Perreault P.D., Akasofu S.-I., Anger C.D. The diffuse aurora // Planet. Space Sci. V. 21(5). P. 857–861. 1973. https://doi.org/10.1016/0032-0633(73)90102-5
  28. Lui A.T.Y., Akasofu S.-I., Hones E.W. Jr., Bame S.J., McIlwain C.E. Observation of the plasma sheet during a contracted oval substorm in the prolonged quiet period // J. Geophys. Res. V. 81 (7). P. 1415–1419. 1976. https://doi.org/10.1029/JA081i007p01415
  29. Lyatsky, W., Cogger L.L., Jackel B., Hamza A.M., Hughes W. J., Mur D., Rasmussen O. Substorm development as observed by Interball UV imager and 2-D magnetic array // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. V. 63. P. 1609 – 1621. 2001. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(01)00045-1.
  30. McPherron R.L., Russell C.T., Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968: 9. Phenomenological model for substorms // J. Geophys. Res. V. 78 (16). Р. 3131-3149. 1973. https://doi.org/10.1029/JA078i016p03131
  31. Milan S.E., Boakes P.D., Hubert B. Response of the expanding/contracting polar cap to weak and strong solar wind driving: Implications for substorm onset // J. Geophys. Res., V. 113, A09215, 2008. https://doi.org/10.1029/2008JA013340
  32. Nielsen N.E., Greenwald A. Electron flow and visual aurora at the Harang discontinuity // J. Geophys. Res V. 84. P. 4189–4200. 1979. https://doi.org/10.1029/JA084iA08p04189.
  33. Nishida A. Geomagnetic DP2 fluctuations and associated magnetospheric phenomena // J. Geophy. Res.V. 73 (5). P. 1795–1803. 1968. https://doi.org/10.1029/JA073i005p0179
  34. Opgenoorth H.J., Pellinen R.J., Maurer H., Küppers F., Heikkila W. J., Tanskanen P. Ground-based observations of an onset of localized field-aligned currents during auroral breakup around magnetic midnight // J. Geophys. V. 4. P. 101–115. 1980.
  35. Pytte T., McPherron R.L., Jr., Hones E.W., Wes H.I. Multiple-satellite studies of magnetospheric substorms, III. Distinction between polar substorms and convection-driven negative ba // J. Geophys. Res. V. 83 (A2). P. 663–679. 1978a.
  36. Pytte T., McPherron R.L., Kivelson M.G., Wes H.I. Jr., Hones E.W. Multiple-satellite studies of magnetospheric substorms: Plasma sheet recovery and the poleward leap of auroral zone activity // J. Geophys. Res. V. 83. P. 5256–5268. 1978b. https://doi.org/10.1029/JA083iA11p05256
  37. Rostoker G., Akasofu S.-I., Foster J., Greenwald R.A., Kamide Y, Kawasaki K., Lui A.T.Y., McPherron R.L., Russell C.T. Magnetospheric substorms definitions and signatures // J. Geophys. Res. V. 85 (A4). P. 1663–1668. 1980.
  38. Safargaleev V.V., Kozlovsky A.E., Mitrofanov V.M. Polar substorm on 7 Decmber 2015: preonset phenomena and features of auroral breakup // Ann. Geophys. V. 38 (4). P. 901–918. 2020. https://doi.org/10.5194/angeo-38-901-2020
  39. Sergeev V.A., Kubyshkina M.V., Liou K., Newell P.T., Park G., Nakamura R., Mukai T. Substorm and convection bay compared: Auroral and magnetotail dynamics during convection bay // J. Geophys. Res. V. 106. P. 18,843–18,855. 2001
  40. Siscoe G.L., Lotko W., Sonnerup B.U.O. A high-latitude, low-latitude boundary layer model of the convection current system // J. Geophys. Res. V. 96 (A3). P. 3487. 1991. https://doi.org/10.1029/90ja02362
  41. Tanskanen E.F. A comprehensive high-throughput analysis of substorms observed by IMAGE magnetometer network: Years 1993-2003 examined // J. Geophys. Res. V. 114. P. A05204. 2009. https://doi.org/10.1029/2008JA013682
  42. Tighe W., Rostoker G. Characteristics of westward travelling surges during magnetospheric substorms // J. Geophys. V. 50 (1). P. 51–67. 1981. Retrieved from https://journal.geophysicsjournal.com/JofG/article/view/12
  43. Troshichev O.A. Low-latitude boundary layer and generation of field-aligned currents // Earth’s low-latitude boundary layer. P. T. Newell, and T. Onsager (Eds.). P. 329–334. AGU. 2003. https://doi.org/10.1029/133GM33
  44. Untiedt J., Baumjohann W. Studies of polar current systems using the IMS Scandinavian magnetometer array // Space Sci. Rev. V. 63. P. 245–390. 1993. https://doi.org/10.1007/BF00750770.
  45. Weygand J.M., McPherron R.L. Frey H, Amm O., Kauristie K., Viljanen A.T., Koistinen A. Relation of substorm onset to Harang discontinuity // J. Geophys. Res. V. 113. P. A04213. 2008. https://doi.org/10.1029/2007JA012537
  46. Zou S., Lyons L.R., Wang C.‐P., Boudouridis A., Ruohoniemi J.M., Anderson P.C., P.L. Dyson P. C., Devlin J.C. On the coupling between the Harang reversal evolution and substorm dynamics: A synthesis of SuperDARN, DMSP, and IMAGE observations // J. Geophys. Res. V. 114. P. A01205. 2009. https://doi.org/10.1029/2008JA013449.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а)− Схема конвективной бухты и магнитосферной суббури из работы [Baumjohann, 1983]; (б)− схема токов в разрыве Харанга из работы [Koskinen and Pulkkinen, 1995]

Скачать (30KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Типичные примеры распределения глобальных ионосферных токов по данным измерений на спутниках системы AMPERE и вариации планетарного суббуревого AL-индекса во время 4-х “полярных” суббурь. Подробности в тексте.

Скачать (183KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пример одной из типичных “полярных” суббурь 5 декабря 2020 г.: магнитограммы некоторых станций IMAGE и среднеширотных обс. Борок (BOX) и Иркутск (IRT), а также карта распределения ионосферных токов по данным AMPERE и вариации AL-индекса.

Скачать (83KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024