Upload
beau-boyer
View
55
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
АСИММЕТРИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРОДОЛЬНЫХ ТОКОВ И КОНВЕКЦИИ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, КОНТРОЛИРУЕМЫЕ АЗИМУТАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТОЙ ММП И СЕЗОНОМ ГОДА. Р. Лукьянова*, А. Козловский**, Ф. Христиансен*** * Арктический и антарктический научно-исследовательский институт ** Геофизическая обсерватория Соданкюля - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
АСИММЕТРИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРОДОЛЬНЫХ ТОКОВ И КОНВЕКЦИИ
ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ, КОНТРОЛИРУЕМЫЕ АЗИМУТАЛЬНОЙ
КОМПОНЕНТОЙ ММП И СЕЗОНОМ ГОДА
Р. Лукьянова*, А. Козловский**, Ф. Христиансен***
* Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
** Геофизическая обсерватория Соданкюля
*** Датский национальный космический центр, ДТУ
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Асимметрия в распределении электрических полей и токов в ионосфере северного и южного полушарий обусловлена следующими основными факторами:
- Проводимость ионосферы (сезонная и суточная вариация солнечного УФ из-за изменения солнечного зентного угла) - Продольные токи (BY компонента ММП) - Другие дополнительные факторы: положение полярной шапки, высыпания, развитие суббурь и т.п.
Комбинация различных факторов влияет на картины конвекции, которые в реальности не являются зеркальными отображениями друг друга в противоположных полушариях
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Interhemispheric Conjugacy Effects inSolar-Terrestrial and Aeronomy Research
Задача: Из полных «реально наблюдаемых» картин ПТ и конвекции вычленить элементарные структуры, контролируемые BY ММП в различные сезоны года. Какова их форма? Количественные характеристики?
Метод: Декомпозиция полных систем на элементы, каждый из которых обусловлен своим собственным ММП-«драйвером»
P± = Dvs + Dvs + DZ + δDY±
P – полная система конвекции (P+, если BY>0; P-, если BY<0)Dvs – элемент, обусловленный квази-вязким взаимодействиемDvs – пересоединение на флангах при BY≠0 DZ – пересоединение c ВZ ММПδDY - элемент, обусловленный межполушарной разностью потенциалов, создаваемой BY ММП в области открытых силовых линий
Данные и инструменты: Статистические карты ПТ, полученные по данным над-ионосферных измерений магнитного поля низкоорбитальными спутниками Orsted, Magsat and CHAMP (Papitasvili et al., 2002); Двухполушарная модель конвекции (Lukianova and Christiansen, 2006)
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Статистические карты ПТ
Северное полушарие (зима) Южное полушарие (лето)
BT=5 nT
РазрешениеРазрешение:: по ММП ΔΔBBT T = 1 nT 0 = 1 nT 0 ≤ ≤ BBTT ≤ 10 nT ≤ 10 nT по времени 1 1 деньдень
Определены отдельно для северной и южной высокоширотных областей Определены отдельно для северной и южной высокоширотных областей в различные сезоны года. в различные сезоны года.
Направление BZ и BY ММП
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Модель глобального (N+S) распределения ионосферного электрического поля
Входные параметры: карты ПТ в N и S полушариях; карты проводимости в N и S полушариях (УФ и высыпания по Hardy et al.Hardy et al. [1987] [1987]))
МетодМетод: Численное решение : Численное решение div J = jпрод и граничные условия связи противоположных шапок (открытые линии) и средних широт (закрытые эквипотенциальные линии); Сетка с шагом Сетка с шагом θθ~1° ~1° φφ~7°~7°
No
rth
ern
H
em
FAC Conductivity Ionospheric el field
INPUT: (BZ, BY, Kp, F10.7, DOY, UT)
So
uth
ern
H
em
OUTPUT
div J = FAC
NUMERICALSCHEME
=+
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
ESW = –VSW BIMF Разность потенциалов между противоположными полярными шапками
Эффект BY ММП
ПТ в (из) ионосферы в СВ и межполушарные ПТ; Течение плазмы вокруг полюса в противоположныхнаправлениях для BY± – асимметричные структуры
Пересоединение на флангах: Эл. поле утро-вечер
Течение через ПШ в антисолнечномнаправлении – одинаково для BY±
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
#2
#1
Выделение асимметричных элементов
• Декомпозиция распределений ПТ и эл. потенциала
P± = Dvs + DY0 + DZ + δDY±
• Получение «дифференциальных диаграмм», т.е. разности распределений для BY- и BY+, т.е. двойной эффект #2 δY = (P+) – (P-) ≈ (δDY+) - (δDY-)
Ляцкий 1978«Токовые системы…»DY ± = DY0 + δDY±
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Продольные токи Дифференциальные диаграммы [BY+] – [BY-] для двух полушарий и разных
сезонов при BZ+ и BZ-
+0.15- 0.40
+0.10- 0.15
+0.45-1.00
+0.35- 0.10
+0.95- 0.35
+0.10- 0.10
N o
r t
h
H e
mS
o u
t h
H
e m
Equinox
Equinox
W inter
W interSummer
Summer SummerW inter
W interSummer
Equinox
Equinox
S o
u t
h
H e
mN
o r
t h
H
e m
+0.20-0.35
+0.35- 0.20
+0.15- 0.15
+0.70- 0.45
+0.65- 0.40
+0.15- 0.15
BZ+ BZ-
Три типа структур ПТ: (1) Круг около полюса, смещенный к полудню и серп противоположной полярности на дневной
стороне (лето и равноденствие, BZ+)(2) Два параллельных слоя на дневной стороне (лето и равноденствие, BZ–) (3) Слабо структуированные системы: круг на полуденном меридиане около полюса и серп на
утренней стороне (зима, BZ– и BZ+)
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Качественная модель распределения ПТ, обусловленных BY ММП
«Более реалистичное» распределение: Проводимость ионосферы больше на дневной стороне –
все сдвигается в направлении к Солнцу и межполушарный ПТ концентрируется на дневной стороне
При BZ+ ПШ больше, а при BZ– меньше.
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
«Идеальное» распределение: BY ММП генерирует эл. поле север-юг – круговой ПТ у полюса, его окружает межполушарный ПТ.
Конвекция: Дифференциальные диаграммы [BY+] – [BY-] для двух полушарий и разных сезонов
•В равноденствие: в обоих полушариях круговые вихри у полюса, чуть сдвинутые на утреннюю сторону •Летом: Более мощные вокруг-полюсные вихри •Зимой: Квази-двухвихревая структура (может быть сдвиг ПШ, связанный с BY; или проводимость на ночной стороне зимой)
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
- 3 3+ 1 0
- 3 1+ 2 5
- 5 0 0
+ 4 7 0
+ 3 0 0
+ 3 6 - 3 0
Equinox Winter
Winter
Summer
Summer
N o
r t
h
H e
mS
o u
t h
H
e m
Equinox
dU =5 kV
(i) (ii) (iii)
BZ+
Конвекция: Дифференциальные диаграммы [BY+] – [BY-] для двух
полушарий и разных сезонов
N o
r t
h
H e
mS
o u
t h
H
e m
dU=5 kV
- 4 6+ 1 0
- 4 8 + 3 3
-45 +5
+43 -10
+45-10
+50-40
Summer
Winter
Winter
Summer
Equinox
Equinox
(i) (ii) (iii)
dU=10 kV
BZ+
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Выделение асимметричных BY-структур из картин конвекции SuperDARN Отбор событий: (1) хорошее покрытие; (2) стабильное ММП,при этом BZ не меняет знака, а BY+/-
Пример: October 13, 2000 12:30 – 20:00 UT BZ ~ 012:30 – 15:30 BY ~ - 8 nT15:30 – 20:00 BY ~ +10 nT
14:30 UT, N, BY+18:30 UT, N, BY-
+50 kV
=-
-20 kV
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Дифференциальная диаграмма [BY+] – [BY-]
Соотношение между значением потенциала в центре приполюсного вихря Up [kВ] и величиной ВY ММП [nT]
Up ≈ 5 ∙ BY для зимы и равноденствия Up ≈ 7 ∙ BY для зимы при BZ+. Up ≈ 6.5 ∙ BY для всех сезонов при BZ-
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010
Выводы• По статистическим картам продольных токов, созданным на базе над-
ионосферных спутниковых измерений магнитного поля, а также по рассчитанным по этим картам системам конвекции выделен асимметричный эффект азимутальной компоненты ММП в двух полушариях в различные сезоны.
• Получено, что для условий лета и равноденствия в обоих полушариях ПТ сосредоточен у полюса в области почти круговой формы, а ПТ противоположного знака, подковообразно вытянутый вдоль широты, расположен на дневной стороне на более низких широтах.
• В системе конвекции летом и в равноденствие вокруг полюса, но с некоторым смещением в предполуденный сектор, развивается интенсивный вихрь, контролируемый BY. В северной и южной шапках плазма вращается в противоположных направлениях.
• В среднем, изменение интенсивности BY ММП на 1 нТл изменяет потенциал в центральной части полярной шапки (Up) на 6 кВ.
«Физика плазмы в солнечной системе», ИКИ РАН, Москва, 08-12/02/2010