Satellite observations and modeling of the polar ionosphere under conditions of the dominant azimuthal (by) imf component

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The processes that occur in the polar cap region and depending on the IMF By sign are considered. The paper describes the results of a comparative analysis of the distribution of field-aligned currents, auroral precipitation, ionospheric plasma convection, and electron density under conditions of northward IMF and the IMF By component of opposite signs. The field-aligned currents and precipitating particles are obtained from the AMPERE and DMSP satellite data. The convection patterns are obtained from the SuperDARN and numerical models; the electron density is calculated using the empirical IRI and regional numerical models. It is shown that the disturbances in the northern hemisphere are concentrated near the pole and differ significantly at opposite By signs. At By+, the precipitation intensity at the center of the polar cap is much higher than at By–. Moreover, only at By+ does the evening convective cell prevail over the morning one, providing a circumpolar flow of ionospheric plasma in a broader range of latitudes. The model electron density distribution in the polar cap shows the formation of a polar peak at By+ and a depletion at By–, which corresponds to the direction of field-aligned currents and the structure of precipitation. If By+, a ‘cyclone’-type structure is formed in the northern polar ionosphere, where the energy and momentum of the solar wind are effectively transferred to the ionosphere during several hours of the northward IMF.

作者简介

R. Lukianova

Space Research Institute RAS (RSI RAS), Moscow, Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: lukianova@cosmos.ru

参考

  1. Лукьянова Р. Ю., Козловский А., Христиансен Ф. Асимметричные структуры продольных токов и конвекции ионосферной плазмы, контролируемые азимутальной компонентой ММП и сезоном года // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 5. С. 695‒706. 2010.
  2. Лукьянова Р.Ю. Влияние продольных токов на электронную концентрацию в ионосфере: сопряженные наблюдения спутников SWARM и радара ESR // Космические исследования Т. 61. № 6. С. 466–475. 2023. https://doi.org/10.31857/S0023420623600083
  3. Anderson B.J., Korth H., Waters C.L., et al. Statistical Birkeland current distributions from magnetic field observations by the Iridium constellation // Ann. Geophys. V. 26. P. 671–687. 2008. https://doi.org/10.5194/angeo-26-671-2008
  4. Bilitza D., Pezzopane M., Truhlik V. et al. The International Reference Ionosphere model: A review and description of an ionospheric benchmark // Rev. Geophys. V. 60. e2022RG000792. 2022. https://doi.org/10.1029/2022RG000792
  5. Christiansen F., Papitashvili V.O., Neubert T. Seasonal variations of high-latitude field-aligned current system inferred from Ørsted and Magsat observations // J. Geophys. Res. V. 107(A2). 2002. https://doi.org/10.1029/2001JA900104
  6. Cowley S.W.H., Lockwood M. Excitation and decay of solar wind-driven flows in the magnetosphere-ionosphere system // Ann. Geophys. V. 10. № 1–2. P. 103–115. 1992.
  7. Frey H.U., Immel T.J., Lu G., et al. Properties of localized, high latitude, dayside aurora // J. Geophys. Res. V. 108. A4. 8008. 2003. https://doi.org/10.1029/2002JA009332
  8. Haerendel G., Frey H.U., Chaston C.C. et al. Birth and life of auroral arcs embedded in the evening auroral oval convection: A critical comparison of observations with theory // J. Geophys. Res. V. 117. A12220. 2012. https://doi.org/10.1029/2012JA018128
  9. Hardy D.A., Holeman E.G., Burke W.J., et al. Probability distributions of electron precipitation at high magnetic latitudes // J. Geophys. Res. V. 113. A06305. 2008. https://doi.org/10.1029/2007JA012746
  10. Hosokawa K., Kullen A., Milan S. et al. Aurora in the Polar Cap: A Review // Space Sci. Rev. V. 216. 15. 2020. https://doi.org/10.1007/s11214-020-0637-3
  11. Iijima T., Potemra T.A., Zanetti L.J., Bythrow P.F. Large scale Birkeland currents in the dayside polar region during strongly northward IMF: A new Birkeland current system // J. Geophys. Res. V. 89. P. 7441–7452. 1984. https://doi.org/10.1029/JA089iA09p07441
  12. Johnson M.L., Murphree J.S., Marklund G.T., Karlsson T. Progress on relating optical auroral forms and electric field patterns // J. Geophys. Res. V. 103. P. 4271–4284. 1998. https://doi.org/10.1029/97JA00854
  13. Knight S. Parallel electric fields // Planet. Space Sci. V. 21. P. 741–750. 1973. https://doi.org/10.1016/0032-0633(73)90093-7
  14. Korth H., Anderson B.J., Frey H.U., et. al. Conditions governing localized high-latitude dayside aurora // Geophys. Res. Lett. V. 31. L04806. 2004. https://doi.org/10.1029/2003GL018911
  15. Kozlovsky A., Turunen T., Massetti S. Field-aligned currents of postnoon auroral arcs // J. Geophys. Res. V. 114. A03301. 2009. https://doi.org/10.1029/2008JA013666
  16. Leontyev S.V., Lyatsky W.B. Electric field and currents connected with Y-component of interplanetary magnetic field // Planet. Space Sci. V. 22. P. 811–819. 1974. https://doi.org/10.1016/0032-0633(74)90151-2
  17. Liou K., Mitchell E. Effects of the interplanetary magnetic field y component on the dayside aurora // Geosci. Lett. V. 6. 11. 2019. https://doi.org/10.1186/s40562-019-0141-3
  18. Lukianova R., Christiansen F. Modeling of the global distribution of ionospheric electric field based on realistic maps of field-aligned currents // J. Geophys. Res. V. 111. A03213. 2006. https://doi.org/10.1029/2005JA011465
  19. Lukianova R., Christiansen F. Modeling of the UT effect in global distribution of ionospheric electric fields // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 70. P. 637–645. 2008. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.08.047
  20. Lukianova R., Kozlovsky A. IMF By effects in the plasma flow at the polar cap boundary // Ann. Geophys. V. 29. P. 1305‒1315. 2011. https://doi.org/10.5194/angeo-29-1305-2011
  21. Lukianova R., Uvarov V.M., Coisson P. High-latitude F region large-scale ionospheric irregularities under different solar wind and zenith angle conditions // Adv. Space Res. V. 59. № 2. P. 557–570. 2017. https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.10.010
  22. Newell P.T., Feldstein Y.I., Galperin Y.I., Meng C.-I. Morphology of nightside precipitation // J. Geophys. Res. V. 101. A5. P. 10737–10748. 1996. https://doi.org/10.1029/95JA03516
  23. Nishida A. Interplanetary origin of electric fields in the magnetosphere // Cosmic Electrodyn. V. 2. P. 350–374. 1971.
  24. Papitashvili V.O., Christiansen F., Neubert T. A new model of field-aligned currents derived from high-precision satellite magnetic field data // Geophys. Res. Lett. V. 29. № 14. 1683. 2002. https://doi.org/10.1029/2001GL014207
  25. Redmon R.J., Denig W.F., Kilcommons L.M., Knipp D.J. New DMSP database of precipitating auroral electrons and ions // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 122. P. 9056–9067. 2017. https://doi.org/10.1002/2016JA023339
  26. Reichert S. Polar rain // Nat. Phys. V. 20. 1057. 2024. https://doi.org/10.1038/s41567-024-02595-w
  27. Reistad J.P., Laundal K.M., Østgaard N. et al. Quantifying the lobe reconnection rate during dominant IMF By periods and different dipole tilt orientations // J. Geophys. Res. Space. V. 126. e2021JA029742. 2021. https://doi.org/10.1029/2021JA029742
  28. Shiokawa K., Yumoto K., Meng C.-I., Reeves G. Broadband electrons observed by the DMSP satellites during storm-time substorms // Geophys. Res. Lett. V. 23. № 18. P. 2529–2532. 2010. https://doi.org/10.1029/96GL01955
  29. Trondsen T.S., Lyatsky W., Cogger L.L., Murphree J.S. Interplanetary magnetic field By control of dayside auroras // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 61. P. 829-840. 1999. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(99)00029-2
  30. Uvarov V.M., Lukianova R.Yu. Numerical modeling of the polar F region ionosphere taking into account the solar wind conditions // Adv. Space Res. V. 56. P. 2563–2574. 2015. https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.10.004
  31. Weimer D.R. Models of high-latitude electric potentials derived with a least error fit of spherical harmonic coefficients // J. Geophys. Res. V. 100. A10. P. 19595–19607. 1995. https://doi.org/10.1029/95JA01755
  32. Wing S., Gkioulidou M., Johnson J.R., et al. Auroral particle precipitation characterized by the substorm cycle // J. Geophys. Res. - Space Phys. V. 118. P. 1022–1039. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50160
  33. Wu J., Knudsen D.J., Gillies D.M., et al. Swarm observation of field-aligned currents associated with multiple auroral arc systems // J. Geophys. Res. - Space Phys. V. 122. P. 10145–10156. 2017. https://doi.org/10.1002/2017JA024439
  34. Zhang Q.H., Zhang Y.L., Wang C., et al. A space hurricane over the Earth’s polar ionosphere // Nat. Commun. V. 12. 1207. 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21459-y

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

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».