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电脑之间的关系指数和磁性层的Field-Aligned电流以群卫星

*通信:

Troshichev O俄罗斯北极与南极研究所圣彼得堡,俄罗斯,电话:+ 78123521223;电子邮件:olegtro@aari.ru

文摘

磁层field-aligned电流之间的关系(FAC)卫星监测的群和磁场活动PC指数(太阳风的代理人能源检查传入到磁气圈)。结果表明,电流强度以R1和R2 FAC层向极和朝赤道方向边界的极光椭圆很相关,显然是次要的R2电流与R1水流和相关性在黎明和黄昏椭圆形部门比在中午和晚上的行业。PC指数有明显的关系而fieldaligned电流强度的R1黎明和黄昏层:增加FAC强度亚暴发展过程中伴随着PC索引值增加。PC和FAC强度之间的相关性在R2黎明和黄昏层也观察到,但它弱得多。PC和field-aligned之间没有相关性观察电流在午夜在中午领域领先于亚暴扩张阶段。结果表明R1 field-aligned电流驱动的极冠磁场活动指数(PC)和电流在R2层。

关键字

磁性层的field-aligned电流;极光椭圆;电脑的磁场活动指数;磁层亚暴的

介绍

证据的磁性层的field-aligned电流是首先通过Zmuda et al。(1]随着横向磁干扰ΔB机上测量OGO 4飞船在1100公里的高度。第一个field-aligned Zmuda和阿姆斯特朗提出的电流模式2)被测量验证机上三位一体航天器(3,4]。标准模式的磁性层的fieldaligned电流(FAC)包括一层向极电流的极光椭圆边界,流入的电离层黎明,流出的电离层黄昏侧(FAC地区1),和一层电流朝赤道方向的边界椭圆(FAC地区2),与反向的field-aligned电流(图1)。电流在区域1中观察到永久,向南被强烈增强行星际磁场(IMF) (5- - - - - -7)和适当的星际电字段(8]。电流在区域2明显磁干扰的条件极光区(磁层亚暴的)。R1 FAC系统中的电流密度统计比R2系统中的电流密度在所有当地时间午夜LT部门亚暴期间除外。再次FAC模式(“尖端区域”),与当前特性强烈依赖于IMF方位组件,观察到在中午极光椭圆的部门。特定的“当前楔”和复杂的小型结构叠加在大规模FAC电流是典型的夜晚一侧极光椭圆在亚暴扩张阶段。

数值模拟生成的电离层电场和电流field-aligned当前模式提出了通过Gizler et al。9)和Troshichev et al。10)基于电离层电导率的实际分布在夏季极地冰冠和卫星数据field-aligned电流(3,4]。的结论是,不同类型的极地磁干扰是由各种FAC模式。特别是,该地区1电流(强烈向南与国际货币基金组织(IMF)负责生成特定DP2磁干扰(11- - - - - -13),相当于当前系统组成,就像亚暴系统DP1 near-pole两个漩涡水流流动朝着太阳的地区。但是,与亚暴,DP2极光区不包括电喷流。DP2当前漩涡所在的焦点就在该地区1 FAC最大强度的早晚向极边界极光椭圆(14]。

数值模拟的结果(9,10]表明DP2结构扰动的条件well-conductive夏天电离层由电离层霍尔电流决定,自彼得森电离层电流的磁效应(关闭的黎明和黄昏部分R1 field-aligned电流)大概是湮灭,遥远fieldaligned电流的磁效应,完全赞同定理。然而,磁干扰在冬季极地冰冠,low-conductive电离层,主要是由于遥远的影响磁性层的field-aligned电流(10]。相同的结论是最近Laundal et al。15]虽然比较从SuperMAG地面磁场测量16)与spacebased磁场测量和相关Birkeland从安培电流17,18从集群)和电场的测量19]。

考试的R1和R2 field-aligned电流安培期间观察到亚暴是由Coxon et al。20.]亚暴中观察到段2010 - 2012。感兴趣的大规模形态学R1 / R2 FAC系统,作者研究了电流密度以及每个MLT识别签名与R1和R2电流有关,那么这些签名是集成在经度和纬度,和绝对值平均总(黎明和黄昏)R1电流以及两个R2总电流的绝对值。叠加时代分析方法被用来推导R1和R2的平均强度电流之间的关系(j - 1和J2),椭圆形余纬度(L1和L2)的光面ΦD重联率,和地磁指数类似于磁场活动指数盟和艾尔。分析了前2 h亚暴发病后2 h (T = 0)。发现当前椭圆扩张和收缩的亚暴周期增加,电流大小接近substorn发病和进一步加强在扩张阶段。

介绍了PC指数(21,22]的极冠磁场活动受到geoeffective太阳风参数,如向南和方位国际货币基金组织(IMF)组件。DP2磁干扰的概念由星际EKL电场控制,作为电脑的基础指数公式推导EKL数量是由菅直人和李的23]。

EKL =甚短波[²+ +商务²]^1/2罪²(θ/ 2)(1)

甚短波是太阳风速度,由商务IMF方位和垂直组件,和Θ时钟角吗

国际货币基金组织之间的切向分量和地磁偶极子。极冠磁场活动被确定为DP2磁干扰的大小(δF)靠近极地站Quanaaq(海角)在格陵兰岛和南极Vostok:

δF =δHsinγ+δDcosγ(2)

δH和δD偏差的磁场水平分量安静的水平,和角γ指定估计偏差δH和δD EKL影响效果。PC指数计算在线目前δF使用统计数据合理的线性回归系数α(斜率)和β(十字路口)连接数量δF EKL

电脑=(δF -β)/α(3)

5分钟的回归系数是派生的,分辨率,对于任何UT的时刻今年每天δF和EKL数据集的基础上,对1995 - 2005年(24]。

PC指数支持在第二十二IAGA科学大会(墨西哥,2013)作为代表能源太阳能wind-magnetosphere期间进入磁层耦合。以下实验事实表明该语句(25,26),PC指数响应EKL场变化与时间延迟ΔΤ躺在8到24分钟的范围ΔΤ是依赖于EKL增长率(dEKL / dt);磁性亚暴的开始在PC指数逐渐增加,亚暴突然发作之前(所以)是不同的电脑价值飞跃观察1 - 15分钟之前,因此,绝大多数为亚暴(> 75%)条件下发生电脑> 1.5 mV / m,磁干扰的强度在极光区(AL指数)是线性相关的电脑价值以及亚暴后出现之前;风暴开始当EKL磁场稳步超过阈值> 1.5 mV / m和衰变如果EKL和PC坚定下降低于这个水平,最大风暴强度(DstMIN)线性相关值PCMAX平均时间间隔的风暴开始暴风雨最大。

在本文中,我们检查,第一次,电脑之间的关系指数和磁性层的field-aligned电流。我们使用FAC ESA的数据是官方产品群的任务将在2013年11月发射至近极地轨道(27]。的最后一个星座有三个卫星电视的任务是实现2014年4月17日,两颗卫星,群和群C,并排坐,相隔1.4°经度海拔约460公里。FAC推导的方法从两艘宇宙飞船已28]。更详细的群体提出了电流密度估计(29日- - - - - -31日]。

由于其轨道配置群卫星覆盖所有部门的极光区field-aligned电流通过,提供信息在不同的LT间隔。这项研究的目的是揭示个人电脑的电流强度指数关系R1 / R2 FAC系统的亚暴增长阶段前亚暴突然发病。

方法的分析

应该注意的是,个人电脑指数,作为极冠磁场活动的指标,不仅可以影响R1 / R2 FAC的模式,但也这样FAC系统,随着NBZ field-aligned电流发生在极地冰冠磁静止期间,和“当前楔”(和其他小型FAC结构)的典型夜间极光椭圆在亚暴扩张阶段。消除可能影响这些水流和揭示常规关系R1 / R2 FAC强度和PC指数行为,限制我们的考试的孤立的亚暴的从一个安静的磁场背景。考虑到磁亚暴发作之前总是PC-index增长(26),我们选择孤立的亚暴的稳步上升PC指数增长阶段。这使我们与PC指数增加的强度R1 / R2 field-aligned电流在亚暴突然发作之前,提前,因此,发展的前沿空中管制官系统负责亚暴扩张阶段(不同于研究Coxon et al。) (20.]。图2显示了时间的典型例子进化PCN的(蓝色)、电脑(红色)和PCmean(黑)指数(上半部分)和适当的测量field-aligned电流群卫星(黑),B(红色)和C(蓝色)(面板)北部和南部(第3小组)极地冰冠的选择为亚暴。积极FAC值图2被分配为向下流入电离层field-aligned电流,负FAC值被分配上行(电离层的流出)电流。这种分析只包括这些事件,当所有卫星检测到显著FAC信号。事件中只有一个卫星签名FAC不考虑。在当前多层结构的情况下,第一个和最后一个当前层(即层位于向极和朝赤道方向边界极光椭圆)的检查。

field-aligned电流测量的数据群卫星在2014年已经检查和22孤立亚暴的满足上述标准已被选定进行分析描述。图3显示了群口岸的北部和南部极地帽过程中这些22为亚暴,轨道与不同的日子被不同颜色标记。一个可以看到测量区域1和2的FAC在所有MLT部门进行。自三群卫星分割的极地帽在单个亚暴(3 - 5次图2)和每个极冠交叉包括2口岸R1 / R2 FAC层,R1 / R2 FAC层过境点的总数在22亚暴事件转向被超过500。这个数字减少到460年由于不清楚除了目前多层的结构性质和随机异常值FAC测量。数据最大正负FAC 460群卫星虽然这些物理量测量口岸比较适当的(UT的时刻相关层穿越)PC指数。

结果的分析

field-aligned电流强度之间的相关性在区域1和2

R1和R2的FAC强度层由群卫星分别检查了早上,晚上,中午和午夜部门。相应的的关系R1和R2 FAC强度所示图4。一个早上可以看到field-aligned电流极光区总是向下的部门(流入电离层)在区域1和区域总是向上(电离层的流出)在区域2中。Field-aligned电流在晚上部门的极光区总是向上(电离层的流出)在区域1和区域总是向下(流入电离层)在区域2。Field-aligned电流在中午和午夜部门在区域1和区域2 FAC层可以积极以及消极,地区2中的向下电流总是向上趋势相关区域1,反之亦然。fieldaligned电流的强度在区域1和区域2很相关,区域1中的FAC强度几乎是两倍,在区域2。这意味着地区2中的field-aligned电流二次与R1电流,这应该被视为负责代电场和电流在导电极光电离层。

电脑和R1 / R2 field-aligned电流之间的关系在黎明或黄昏部门

的时间进化PC的指数和R1 FAC强度过程中个体亚暴事件(图2)表明,增加R1 FAC强度的黎明和黄昏行业伴随着PC指数的增长。此外,偶尔FAC强度下降是紧随其后的是一个短期的电脑衰变。PC值和强度之间的统计关系R1和R2 field-aligned洋流的黎明(06 MLT±4 h)和黄昏(18 MLT±4 h)部门图5 a和5 b所示。向下电流(流入电离层)以上的电流(电离层的流出)被视为积极的和消极的电流,相应。作为图5一个所示,PC值显然与R1 field-aligned电流的强度在早上和晚上部门极光区。预计一定程度的色散关系:PC指数代表了磁性效应相关的整体强度field-aligned电流在黎明和黄昏R1 FAC领域层,而field-aligned只在一个点,测量电流测量,卫星轨道相交的层。其他点的电流强度层可能是完全不同的。此外,IMF的PC推导方法消除了影响组件的极冠磁场活动,而群测量包括这种效果。PC和FAC强度之间的相关性较低在晚上比早上部门(R = -0.62)一个(R = 0.66),这个特性可以分配给更大的数据与PC索引值较高的色散是典型的晚上。

自从R1和R2 field-aligned电流层在早上和晚上好相关行业,有理由相信,在R2层电流的强度还应该与PC指数。的确,电脑和R2 FAC强度之间的相关性,虽然不太好,观察(图5 b在晚上),相关部门(R = -0.51)低于,早上部门(R = 0.56)。我们假设大晚上部门分散的数据,相应地,较低的个人电脑之间的相关性和黄昏field-aligned电流是由于“当前楔”的影响,这是对黄昏相对于午夜子午线流离失所。

卫星轨道的可用性跨越南北极地冰冠各2014个月可以检查一个赛季在PC和field-aligned电流之间的关系。结合群测量的数据由当地季节我们收到了相反的半球的关系提出了图6。在这种情况下,我们排除了PC的间隔从考试> 3.5 mV / m,这显然与亚暴膨胀阶段与极光粒子沉降和相应的电离层电导率的急剧增加。中给出的结果图6证明PC值之间的线性关系和R1 FAC强度是不同的夏季和冬季季节:夏季R1 FAC强度极冠大约是两倍在冬天帽PC指数相同的条件下。相似,但较弱的规律是典型的R2 FAC层(图6 b)。

电脑和field-aligned电流之间的关系在中午/晚上部门

图7 a和7 b显示了PC值和强度之间的关系R1和R2 field-aligned电流测量的卫星群(12 MLT±2 h)中午和午夜(24 MLT±2 h)部门。可以看到,向下和向上fieldaligned中观察到电流R1和R2 FAC层在中午和晚上的领域,与field-aligned电流在黎明和黄昏的领域,那里的前沿空中管制官方向(向下或向上)强烈的监管层(R1和R2)和部门(早上或晚上)。相应地,PC指数并不与R1和R2 FAC强度在中午和午夜(相关系数躺在的范围| | = | 0.06 R | = 0.22) (图8)。

讨论

分析表明,FAC强度测量的卫星群R1和R2层在黎明和黄昏好相关行业,以及在中午和晚上极光椭圆的行业。R1电流强度在所有部门(黎明,黄昏,中午,午夜)~ 1.65倍R2电流强度,表明令人信服地与R1的R2电流二次电流。这个结果在定性协议,但不定量,结果Coxon et al。20.),这表明超过R1电流高于R2电流范围内1.05÷1.2。我们建议这种不一致可能导致的总平均FAC特征由Coxon et al。20.]。

应该注意一定相似性EKL字段和昼重联率ΦD [32]。

ΦD = L_effVx (²+ +商务²]^1/2罪^9/2(θ/ 2)(4)

用于Coxon et al。20.),事实上如果我们比较表达式(1)和(4)我们发现ΦD = LeffEKLsin5/2(θ/ 2)列夫是一种有效的长度尺度。因此,我们可以预期某种协议我们的结果和结果的Coxon et al。20.]。事实上这两项研究表明,电流强度R1 / R2层增加随着PC(ΦD),而接近亚暴爆发。然而,不同于Coxon et al。20.)检查的平均层R1 / R2 FAC特征,我们可以断言,明显增加了FAC强度亚暴发展只发生在黎明和黄昏FAC层(图5)。当这个发生,R1 field-aligned当前强化伴随着明显的电脑增长,而PC之间的相关性和R2 FAC在黎明和黄昏层强度要弱的多,似乎是一个高R1和R2电流之间的相关性的结果。我们的结果表明(图7),中午和午夜的R1 / R2电流不与PC行业指数。这意味着field-aligned电流在这些领域不相关的亚暴发展的增长阶段即亚暴前突然发作),因此,关闭夜间FAC通过电离层的独家特色亚暴扩张阶段。

结果Troshichev et al。10和Laundal et al。15]显示,阳光的极冠磁扰动条件well-conductive电离层生成主要由霍尔电流,这是实际水平电离层电流引起的实际R1 field-aligned电流在黎明和黄昏极光椭圆的行业,而在黑暗中磁干扰的冬季极冠low-conductive电离层主要是由于遥远的实际field-aligned电流的影响。因此,磁性层的field-aligned电流作为极性磁干扰司机不管极冠电离层电导率。当这发生,该地区1 FAC强度季节性依赖[33,34)自今年夏天以来high-conductive极冠电离层为关闭field-aligned提供了更好的条件比冬天电离层电流。因此,极冠磁场活动被field-aligned驱动电流(太阳风),因此,是控制也由电离层电导率,这是由太阳能紫外线辐照和维护受到MLT和季节性变化。PC索引指定的估计是唯一太阳风对极地冰冠磁场活动的影响。为了排除电离层电导率的影响,电脑指数计算,参照安静日常磁变和统计上合理的余量系数α和β,确定EKL领域之间的联系和磁干扰δF每一刻的任何一天(见介绍)。这意味着相同的PC值指数可以与不同强度field-aligned洋流的夏季和冬季极帽。这只是观察到的规律图6:同样的电脑价值R1 FAC强度在夏天极冠高出两倍在冬天帽。

结果Coxon et al。20.]表明强烈R1 field-aligned电流关系的光面ΦD重联率。我们的研究结果表明强关系极冠field-aligned电流的磁场活动指数(PC)。Dungey的概念后,Coxon et al。20.]解释之间的关系R1 FAC磁场重联,ΦD行星际磁场和陆地之间的电场线在磁层,创造开放的磁通互连极地的星际介质运动的开放通量管的光面夜晚一侧,和随后的重新连接开放电场线的磁气圈的尾巴,在一定条件下使亚暴发展(35]。根据我们的观点36]R1 / R2 field-aligned电流磁气圈内产生的太阳能wind-magnetosphere交互。这些实验研究的结果证明等离子体在磁气圈的压力梯度的驱动力R1和R2 FAC系统。

应该注意的是,考试的的关系R1 / R2 field-aligned电流和PC之间指数,以及之间的R1 / R2 field-alignedΦD水流和重联率,不能回答本身机制负责R1 / R2 FAC的一代。解决这个问题应该考虑另一个证据。在这一点上我们想要关注的结果R1 / R2 FAC赤道平面的映射。这种分析实现了Potemra [37)使用费尔菲尔德和米德(38]模型磁场,Antonova [39)使用“空头”和“长”先进的磁气圈Tsyganenko模型(40,41]。所有映射的结果证明,尽管差异模型,R1和R2 field-aligned当前系统位于封闭的磁气圈。相同的结论是由成龙和拉塞尔在分析ISEE field-aligned电流测量的数据1和2在海拔2 - 9再保险卫星。这意味着R1 / R2 FAC的发电机系统闭合磁气圈内的定位,而不是侧磁层。

此外,测量的磁场和等离子体参数的光面magneto-layer(从弓形激波区域分离磁)表明湍流等离子层和内部的属性之间的矛盾内部和外部的磁场极性magneto-layer边界(42,43]。这些实验事实与Dungey冲突的概念,假设地磁之间的直接接触和行星际磁场的光面磁层,因此,他们的互连。LD乐动体育官网因此,使津贴的总和实验事实我们结论极冠磁场活动指数(PC)是由磁气圈内产生的field-aligned电流响应太阳风的行动。

结论

分析PC指数和field-aligned电流之间的关系来衡量群卫星证明FAC强度的增加在黎明和黄昏领域向极的极光椭圆边界(R1 FAC层)的亚暴发展显然是伴随着PC的增长。朝赤道方向椭圆边界上的电流(R2 FAC层)似乎二级R1电流。PC和field-aligned电流之间的相关性在午夜在中午领域不存在在亚暴增长阶段。这些结果表明R1 field-aligned电流驱动的极冠磁场活动指数(PC)和电流在R2层。

确认

群来自https://earth.esa.int/web/guest/swarm/data-access的数据公开。作者感谢克劳迪娅Stolle和尤尔根•Matzka富有成果的讨论。

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