ХАРАКТЕРИСТИКИ КРУПНОМАСШТАБНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И СКОРОСТИ

КОНВЕКЦИИ ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ ПОЛЯРНОЙ ШАПКИ

Р. Лукьянова 1, 2 А. Козловский3

1 Арктический и антарктический научно-исследовательский институт2 Институт космических исследований РАН3 Геофизическая Обсерватория Соданкюля, Финляндия

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Интерпретация данных измерений радара EISCAT на Шпицбергене (ESR). Радар находится в течение суток вблизи

границы полярной шапки, переходя в зависимости от комбинации различных факторов из области открытых силовых линий

геомагнитного поля в область замкнутых линий

1. Описание эксперимента

2. Статистическая зависимость скорости дрейфа ионосферной плазмы в районе наблюдений от параметров ММП

3. Оценка смещения границы полярной шапки и влияние этого смещения на зональный дрейф

4. Соотношение между ММП BY и зональной скоростью конвекции в различные часы местного времени

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Расположение радара и направление лучей в эксперименте CP2

• 3-х позиционное 5-мин сканирование ~75° CGMLat

• Две компоненты скорости: зональная VE (на восток) и меридиональная VN (на север) в различные часы MLT

• В 2000-2008 в базе данных ESR содержится ~1300 часов измерений в СP2 моде

• По сезонам: 57% - осень 24% - лето 16% - весна 3% - зима• По секторам MLT данные

распределены практически равномерно.

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Граница ПШ при различной ориентации Y-Z ММП

Красная линия – граница ПШ при BZ>0, синяя линия – граница при BZ<0.

Пунктир – положение ESR

Положение OCB в координатах MLT-MLAT рассчитана по GEOPACK-2008 http://geo.phys.spbu.ru/~tsyganenko/modeling.html (Tsyganenko and Sitnov, 2005). Значения входных параметров модели соответствовали средним за период наблюдений Bz = ±2.7 нТ and By = ±3.4 нТ.

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Структура конвекции, обусловленная BY ММП

(1) Пересоединение на флангах: Эл. поле утро-вечер

Дрейф плазмы через ПШ в антисолнечномнаправлении – одинаков для обоих знаков BY

(2) ESW = –VSW BIMF Разность потенциалов между противоположными ПШ

ПТ в (из) ионосферы в СВ и межполушарные ПТ; Дрейф плазмы вокруг полюса в противоположных направлениях для BY±. Эффект только в пределах ПШ

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Декомпозиция картины конвекции на элементы, каждый из которых обусловлен своим собственным ММП-«драйвером»

В пределах ПШ: P± = Dvs + DZ + DY0 + δDY±

P – полная система конвекции (P+, если BY>0; P-, если BY<0)Dvs – элемент, обусловленный квази-вязким взаимодействиемDZ – пересоединение c ВZ ММПDY0 – пересоединение на флангах при BY≠0 δDY± - элемент, обусловленный межполушарной разностью потенциалов, создаваемой BY ММП

Ляцкий 1978«Токовые системы…»DY ± = DY0 + δDY±

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

BY>0

BY<0

Оценка временного интервала Δt между ММП BY на 1 AU (OMNI) и VE в области измерений ESR

Распределение корреляции V и ММП BY по секторам MLT при BZ>0 и BZ<0

Максимальная корреляция между ММП BY на 1 AU и VE в области измерений ESR

достигается при Δt=15 мин (BZ>0) и Δt=35 мин (BZ<0)

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

t, мин

Зависимость скорости зонального течения плазмы VE от ММП BY при BZ>0 и BZ<0 в восьми 3-х часовых MLT секторах

• Линейная зависимость VE от BY. Tечение на восток при BY>0 и на запад при BY<0. Скорость увеличивается с ростом величины BY.

• При BZ<0 корреляция хуже, чем при Bz>0, т.е. более слабое влияние BY на VE• Разная корреляция и наклон линии регрессия в MLT секторах

BZ

> 0

BZ

< 0

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

+V

-V 00

12

06+BY-BY

18

Зависимость меридионального течения плазмы VN от ММП BY при BZ>0 и BZ<0

• На дневной стороне VN>0, а на ночной <0: трансполярное течение • В полуденном секторе зависимость лучше аппроксимируется двумя прямыми отдельно для BY>0 и BY<0

BZ>0 BZ<0

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Изменение корреляции между VE и ММП BY в зависимости от

положения границы ПШ

• В полдень-полночь нет связанного с BY смещения OCB. В 6 и 18 MLT – максимальное смещение

• Максимальнй эффект BY в полдень и в 3 MLT: VE=60 m/s/nT (Bz<0) и 40 m/s/nT (Bz>0)

• Минимальный эффект BY около 18 MLT, а также в 7-8 MLT

• Асимметрия утро-вечер: на утренней стороне эффект BY проявляется сильнее

красный BZ>0, синий BZ<0

Широтное смещение OCB (ΔMlat/ΔBY)

Наклон линии регрессии (VE/ BY)

Коэффициент корреляции между VE и BY

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

Границы аврорального овала на меридиане утро-вечер по IMAGE WIC

Данные по IMAGE:

Freeman, BAS

Среднечасовые значения

черный – экваториальная граница овала, красный – приполюсная граница

Асимметрия утро-вечер: на вечерней стороне границы смещаются больше, чем на утренней05-07 MLT

17-19 MLT

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011

июль 2000

Выводы

• Получены статистические характеристики зональной и меридиональной скоростей конвекции ионосферной плазмы над районом Шпицбергена, которые могут быть использованы для параметризации региональной модели ионосферного электрического поля и положения ПШ

• Измерения ESR показывают, эффект ММП BY (зональный дрейф плазмы) проявляется особенно сильно в полуденном и послеполуночном секторах MLT. Обнаруживается асимметрия относительно меридиана полдень-полночь: действие BY ММП оказывается более эффективным на утренней стороне, чем на вечерней

• На вечерней стороне границы ПШ и овала более подвижны, чем на утренней

«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, 14/02/2011