Развитие асимметричного кольцевого тока во время магнитной бури

Развитие асимметричного кольцевого тока во время

магнитной бури

В. В. Калегаев, К.Ю. Бахмина, И.И. Алексеев, Е.С. Беленькая

НИИЯФ МГУ Я.И. Фельдштейн

ИЗМИРАН

«Физика плазмы в солнечной системе» ИКИ 2009

2


3

N

S TCTC

SRC

pp++

ee--


4

Tsyganenko T96, T01, T05; Alexeev et al. A2000


5

Параболоидная модель A2000

Трехуровневая структура1. experimental data:

solar wind and geomag. indices

- submodels

2. parameters of current systems:

stand-off dist., polar cap flux …

3. magnetospheric (external) field

B =Bsd( , R1)+Bt( , R1,R2,)+Br(,br)+Bsr(, R1,br)+Bfac(I||)Dst=DCF+DT+DR


6

Модель частичного кольцевого тока (PRC)

03

[ , ]

4iI dl r

dBr

i Er r r i

ii

drdl

r

• I0 – полный ток

• φPR – «направление» PRC

• δφPR – долготный размер

• θPR – широта восточного

электроджета• rPR = 1/Sin2θPR

• δθPR – широтный размер

2. 2. ПараметрыПараметры1. 1. МодельМодель


7

Вычисление магнитного поля частичного кольцевого тока

0 032 2 2

sinsin ( cos cos )

4 [ 2 (sin sin cos( ) cos cos )]

m

m

i iy m m m E E

m E m E m E E i m E

I dB r r

r r r r

0 032 2 2

[ sin sin cos( )]sin

4 [ 2 (sin sin cos( ) cos cos ]

m

m

m m E E E i iz m

i E i E i E E i i E

I r r dB

r r rr

20 0

32 2 2

sin[3 cos 2 sin 3 (sin sin sin cos cos sin ) 2( sin sin )]

sin

4 [ 2 (sin sin cos( ) cos cos )]m

Ei i m E i E E i E m i m E E i

ix

i E i E i E E m i E

r r r r dI

Br r rr

Ring-like parts

Field-aligned parts

0 032 2 2

cossin ( cos cos )

4 [ 2 (sin sin cos( ) cos cos )]

m

m

i ix m m m E E

m E m E m E E i m E

I dB r r

r r r r

20 0

32 2 2

sin[ 3 cos 2 cos 3 (cos cos cos sin sin cos ) 2( cos cos )]

sin


Ei i m E i E m i E E i m E E i

iy

i E i E i E E m i E

r r r r dI

Br r rr

20 0

32 2 2

cos3 sin sin( )


i iz E E m E

i E i E i E E m i E

I dB r

r r rr


8

PRC на экваторе

IPR=106 A, θPR =30о, δφPR=30о, y = z = 0

0 90 180 270 360

grad

-20

-10

0

10B _z, nT

B ionosphere

B equator

B dip - from ionosphere

B dip - to ionosphere

B result

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

x, R_E

-40

-20

0

20B _z, nTB ionosphere

B equator



B result

IPR=106 A, θPR =30о, δφPR=30о, r = RE, θ = 900


9

PRC на средних широтах

IPR=106 A, θPR =30о, δφPR=30о, r = RE, θ = 450

0 90 180 270 360

grad

-10

0

10

20

30

40B _x, nTB ionosphere

B equator



B resu lt

0 90 180 270 360

grad

-150

-100

-50

0

50

100

150B _y, nT

B ionosphere

B equator



B resu lt


10

PRC в пространстве

4RE


11

N

S2δφ

δφ ~ 600

0 60 120 180 240 300 360

grad.

-40

-30

-20

-10

0

10B _z, nT

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11x, R _ E

-60

-40

-20

0

20B _z, nT

Зависимость от долготного размера


12

N

S

Rpr

Rpr ~ 3-4 RЕ

0 60 120 180 240 300 360

, g ra d .

-40

-30

-20

-10

0

10B _z, nT

r = 2.0 R _Er = 3.0 R _Er = 4.0 R _E

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11x, R _ E

-80

-60

-40

-20

0

20

40B _z, nT

r = 2.0 R _E

r = 3.0 R _E

r = 4.0 R _E

Өpr

21/ sinPR PRR

Зависимость от широты восточного электроджета


13

PRC и Dst

Dst=DCF+DT+DSR+DPRS

• CFC, TC, SRC – однородное поле во внутренней магнитосфере• PRC – асимметричное поле

_ _ ( )PR PR S PR AS PRB B B Cos

0 90 180 270 360

grad

-20

-10

0

10B _z, nT

B ionosphere

B equator



B result

ASY-HDst=DCF+DT+DSR+DPRS


14

PRC- parameterization

0 50 100 150 2002 5 7 5 1 2 5 1 7 5

Hours, 06.11.2004 00:00 - 16.11.2004 23:00

-300

-200

-100

0

As

ym

_H

, nT

l

ASY-H=δHmax-δHmin

0 50 100 150 2002 5 7 5 1 2 5 1 7 5

Hours, 06.11.2004 00:00 - 16.11.2004 23:00

0.0x10 0

2.0x10 6

4.0x10 6

6.0x10 6

I, A

Total PRC


15

Магнитная буря 6-14 ноября 2004 г.

Ipr(ASY-H)

0 50 100 150 2002 5 7 5 1 2 5 1 7 5

Hours, 06.11.2004 00:00 - 16.11.2004 23:00

0.0x10 0

2.0x10 6

4.0x10 6

6.0x10 6

I, A

1. IPR(ASY-H)

2. Dst adjusting


16

-150

-100

-50

0

Bt

(nT

)

-250

-200

-150

-100

-50

0

Br

(nT)

020406080

100120140

Bcf

(n

T)

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216

-450-400-350-300-250-200-150-100

-500

50D

st

(nT

)

D st

nT

d=3.2

6. 11. 04 10. 11. 04 14. 11. 04

d=2.3

-80

-60

-40

-20

0

Bp

r (

nT

)

Вклад PRC в Dst 6-14 ноября 2004

•TC (1)•PRC (2)•SRC(3)

Время жизни PRC – 10 часов


17

Составляющие AU : роль PRC

0 48 96 144 1922 4 7 2 1 2 0 1 6 8 2 1 6

H ours, 06 .11 .2004 00:00 - 19 .11 .2004 23:00

-200

0

200

400

600

AU

, nT

AuM odel

AuKyoto


18

Моделирование AU: вклад магнитосферных токов

-200

-160

-120

-80

-40

0

Bt

(nT

)

-250

-200

-150

-100

-50

0

Br

(nT

)

-40

0

40

80

120

160

200

Bcf

(n

T)

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216

-200

0

200

400

Dst

(n

T)

6. 11. 04 10. 11. 04 14. 11. 04

0

100

200

300

400

Bp

r (

nT

)

Au - Kyoto

Au- m odel


19

Выводы

• PRC существует относительно короткое время в ограниченной области пространства

• Геомагнитные индексы SYM (Dst), ASY содержат информацию о нелинейной динамике магнитосферы. Их использование в качестве входных параметров позволяет воспроизвести динамику крупномасштабных токовых систем

• Во время бури 6-11 ноября 2004 г. полный частичный кольцевой ток 6 MA, но DPR~-100 nT во время максимума бури и пренебрежимо мал на фазе восстановления.– Симметричный кольцевой ток дает главный вклад в Dst– Асимметричный кольцевой ток дает главный вклад в AU

Documents

Развитие асимметричного кольцевого тока во время магнитной бури