Intensive Substorms During the Main Phase of the Magnetic Storm on March 23-24, 2023

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Here we studied the planetary features of the spatiotemporal distribution of ionospheric electrojets recorded in the substorm onset and in the time on the activity maximum of three very intense substorms (with the AL-index from -1200 nT to -1700 nT) observed during the main phase of the strong magnetic storm on 23−24 March 2023. We analyze the substorms by applying the global maps of the planetary distribution of the high-latitude ionospheric currents, constructed on the basis of the simultaneous magnetic measurements on 66 low-orbit satellites of the AMPERE project, as well as the ground-based magnetograms from the Scandinavian IMAGE profile and mid-latitude IZMIRAN stations located in the same longitudinal region. It was established that the onset of all the studied substorms at the IMAGE meridian was accompanied by the development of a night-time current vortex with a clockwise rotation direction that is an indicator of the downward field-aligned currents increasing. The ground-based mid-latitude observations at the IZMIRAN station network confirmed that the center of the substorm current wedge was located in the night-time sector significantly east of the IMAGE meridian. In the time of the substorm intensity maximum, a similar but more extensive current vortex was observed in the morning sector, that fact is, probably, typical for intense substorms.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. I. Gromova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: gromova@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

N. G. Kleymenova

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: ngk1935@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

S. V. Gromov

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Email: gromova@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

K. Kh. Kanonidi

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Email: gromova@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

V. G. Petrov

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Email: gromova@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

L. M. Malysheva

Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: ngk1935@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Дэспирак И.В., Клейменова Н.Г., Громова Л.И., Громов С.В., Малышева Л.М. Суперсуббури во время бурь 7–8 сентября 2017 г. // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 3. С. 308‒317. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020030049
  2. Дэспирак И.В., Клейменова Н.Г., Любчич А.А., Сецко П.В., Громова Л.И., Вернер Р. Глобальное развитие суперсуббури 28 мая 2011 года. // Геомагнетизм и аэрономия. T. 62. № 3. С. 325–335. 2022а. https://doi.org/10.1134/S0016793222030069
  3. Дэспирак И.В., Клейменова Н.Г., Громова Л.И., Любчич А.А., Гинева В., Сецко П.В. Пространственные особенности суперсуббури на главной фазе бури 5 апреля 2010 // Изв. РАН. Сер. физ. Т. 86. № 3. С. 249-255. 2022б. https://doi.org/10.3103/S106287382203008X
  4. Ишков В.Н. Итоги и уроки 24 цикла – первого цикла второй эпохи пониженной солнечной активности // Астрон. журн. Т. 99. № 1. C. 55−69. 2022. https://doi.org/10.31857/S0004629922020050
  5. Ишков В.Н. Текущий 25 цикл солнечной активности в преддверии фазы максимума // Труды XXVII Всероссийская ежегодная конференция по физике солнца “Солнечная и солнечно-земная физика – 2023”. Санкт-Петербург. С. 139−144. 2023. https://doi.org/10.31725/0552-5829-2023-139-144
  6. Корнилова Т.А., Корнилов И.А. Пространственно-временная динамика сияний во время главной фазы магнитной бури // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49. № 6. С. 757−767. 2009.
  7. Akasofu S.-I, Chapman S. The development of the main phase of magnetic storms //J. Geophys. Res. V. 68. P. 125–129. 1963. https://doi.org/10.1029/jz068i001p00125
  8. Boudouridis A., Zesta E., Lyons L.R., Anderson P.C., Lummerzheim D. Effect of solar wind pressure pulses on the size and strength of the auroral oval // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № A4. P. 8012 – 8027. https://doi.org/10.1029/2002JA009373
  9. Baumjohann W., Kamide Y., Nakamura R. Substorms, storms and the near-Earth tail //J. Geomagn. Geoelectr. V. 48. I. 2. P. 177−185. 1996. https://doi.org/10.5636/jgg.48.177
  10. Despirak I.V., Lubchich A.A., Kleimenova N.G., Setsko P.V., Werner R. Supersubstorm on 20 December 2015: Spatial Geomagnetic Effects // Proceedings of the Fourteenth Workshop “Solar Influences on the Magnetosphere, Ionosphere and Atmosphere”. P. 10−15. 2022. https://doi.org/DOI: 10.31401/WS.2022.proc
  11. Ebihara Y, Tanaka T. Substorm simulation: Formation of westward traveling surge // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 120. P.10466–10484. 2015. https://doi/org/10.1002/2015JA021697.
  12. Feldstein Y.I., Grafe A., Gromova I.I., Popov V.A. Auroral electrojets during geomagnetic storms // J. Geophys. Res. V. 102. P. 14223–14235. 1997. 10.1029/97JA00577' target='_blank'>https://doi: 10.1029/97JA00577
  13. Gjerloev J.W., Hoffman R.A., Sigwarth J.B., Frank L.A., Baker J.B. Typical auroral substorm: A bifurcated oval. // J. Geophys. Res. V. 113. A03211. 2008. 10.1029/2007JA012431' target='_blank'>https://doi: 10.1029/2007JA012431
  14. Gjerloev J.W., Hoffman R.A. The large‐scale current system during auroral substorms. // J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 119. P. 4591–4606. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019176
  15. Gromova L.I., Kleimenova N.G., Despirak I.V., Gromov S.V., Lubchich A.A., Malysheva L.M. Magnetic storm 20 April 2020: substorms in the main phase // ‘Physics of auroral phenomena’, Proceedings of the 45th Annual Seminar. P .16−19. 2022. https://doi.org/10.51981/2588-0039.2022.45
  16. Hoffman R.A., Gjerloev J.W., Frank L.A., Sigwarth, J.W. Are there optical differences between storm-time substorms and isolated substorms? //Ann. Geophys. V. 28. P. 1183–1198. 2010. https://doi.org/10.5194/angeo-28-1183-2010
  17. Hsu T.-S., McPherron R.L. The Characteristics of Storm-Time Substorms and Non-Storm Substorms // Fifth International Conference on Substorms. Edited by A. Wilson. ESA SP-443. P. 439−442. 2000.
  18. Kamide Y., Ahn B.-H., Akasofu S.-I., et al. Global distribution of ionospheric and field-aligned currents during substorms as determined from six IMS meridian chains of magnetometers: initial results //J. Geophys. Res. V. 87. P. 8228–8240. 1982. https://doi.org/10.1029/JA087iA10p08228
  19. Kepko L., McPherron R.L., Amm O., Apatenkov S., Baumjohann W., Birn J., Lester M., Nakamura R., Pulkkinen T.I., Sergeev V. Substorm current wedge revisited. // Space Sci. Rev. V. 190(1‐4). P. 1–46. 2015. https://doi.org/10.1007/s11214-014-0124-9
  20. Kisabeth J., Rostoker G. Current flow in auroral loops and surges inferred from ground-based magnetic observations. //J. Geophys. Res. V. 78. P. 5573–5584. 1973. https://doi.org/10.1029/JA078i025p05573
  21. Lazutin L., Starkov G., Meng C-I., Sibeck D. G., Stadsnes J., Bjordal J., Kan Liou, Kornilova T., Reeves G. Westward traveling surge dynamics and the local structure of an isolated substorm. // Adv. Space Res. V. 28. P. 1623−1629. 2001. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(01)00489-6
  22. 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
  23. McPherron R.L., Chu X. Relation of the auroral substorm to the substorm current wedge. // Geosci. Lett. V. 3. P. 12. 2016. https://doi.org/10.1186/s40562-016-0044-5
  24. Ohtani S., Motoba T., Gkioulidou M., Takahashi K., Singer H.J. Spatial development of the dipolarization region in the inner magnetosphere. //J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 123. P. 5452–5463. 2018. https://doi.org/10.1029/2018JA025443
  25. Ohtani S., Motoba T. Formation of beading auroral arcs at substorm onset: implications of its variability into the generation process. //J. Geophys. Res.: Space Physics. V. 128. e2022JA030796. 2023. https://doi.org/10.1029/2022JA030796
  26. Tighe W.G. and Rostoker G. Characteristics of westward travelling surges during magnetospheric substorms. //Journal of Geophysics - Zeitschrift fuer Geophysik. V. 50. № 1. P. 51−67. 1981.
  27. Troshichev O.A., Podorozhkina N.A., Sormakov D.A., Janzhura A.S. PC index as a proxy of the solar wind energy that entered into the magnetosphere: Development of magnetic substorms // J. Geophys. Res.:Space Physics. V. 119. P. 6521–6540. 2014. https://doi.org/10.1002/2014JA019940
  28. Tsurutani B.T., Hajra R., Echer E., Gjerloev J.W. Extremely intense (SML ≤ -2500 nT) substorms: isolated events that are externally triggered? // Ann. Geophys. V. 33. P. 519–524. 2015 https://doi.org/10.5194/angeocom-33-519-2015

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Variations of the geomagnetic activity indices (SymH, AL, PC), MMP components (B, By, Bz) and solar wind parameters (velocity V and dynamic pressure Psw). Arrows are the considered substorms. The horizontal line is the analysed interval.

Download (284KB)
3. Fig. 2. AMPERE maps of the electrode positions during substorms 1, 2, and 3 (a, b, c, respectively): left maps - before the beginning of the substorm, centre maps - at the moment of its onset, and right maps - near the activity maximum. Arrows - IMAGE meridian position.

Download (1MB)
4. Fig. 3. Magnetograms: (a) X- and (b) Y-components of the field of some stations of the IMAGE chain. The thick arrows schematically show the activity maxima of the considered substorms.

Download (343KB)
5. Fig. 4. Magnetograms: (a) X- and (b) Y-components of the midlatitude stations of IZMIRAN.

Download (187KB)
6. Fig. 5. Event on 17 March 2015: AMPERE map of electrojet positions near the maximum of substorm activity. Arrows - IMAGE meridian position.

Download (468KB)
7. Fig. 6. Schematic of a large-scale substorm current system: morning double current wedge of a substorm, from [Gjerloev and Hoffman, 2014].

Download (93KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».