СТРУКТУРА ИОНОСФЕРЫ В ОБЛАСТИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА М.Г. Дёминов ИЗМИРАН, г.Троицк, Московская область 2008. - презентация

1 СТРУКТУРА ИОНОСФЕРЫ В ОБЛАСТИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА М.Г. Дёминов ИЗМИРАН, г.Троицк, Московская область 2008

2 Поляризационный джет (PJ) – интенсивный направленный на запад дрейф плазмы ( 1 км/с до 4- 5 км/с по спутниковым данным) в узкой полосе широт (от менее чем 1 0 до ) вытянутой в зональном направлении. Он возникает на субавроральных широтах в вечерние и околополуночные часы в период роста геомагнитной активности. PJ был открыт Гальпериным и др. (1973). PJ называют также субавроральным ионным дрейфом (SAID) (Spiro et al., 1979) и он ассоциируется с субавроральным электрическим полем (SAEF) (Karlson et al., 1998). Цель работы – анализ изменений в ионосфере связанных с поляризационным джетом.

3 Частота появления PJ по данным спутника Astrid Частота появления PJ по данным спутника Astrid Figueiredo S., Karlsson T., Marklund G.T. // Ann. Geophys. 22, , 2004.

4 Figueiredo S., Karlsson T., Marklund G.T. // Ann. Geophys. 22: , 2004.

5 Пример наблюдения поляризационного джета на ИСЗ DE-B , MLT, высота км Anderson et al. // J. Geophys. Res., 106, 29585, 2001

6 Пример наблюдения PJ |Vd| = 3.6 км/с, и связанного с ним пика температуры ионов Ti = 5000 K, увеличения температуры электронов Te = 2700 K, уменьшения концентрации электронов Ne = см -3 со спутника DE-B на высоте 315 км в 94 день 1982 г. в 21 MLT со спутника DE Moffett et al. // Ann. Geophys. 16, (1998)

7 Параметры ионосферы по данным НРР EISCAT 9-10 апреля 1990 г. в UT, когда электрическое поле E N достигало 225 мВ/м St-Maurice et al. // Ann. Geophys. 17, , 1999.

8 Форма плазмопаузы (IMAGE) Spasojevic et al.// J. Geophys. Res A9. P. 1340, 2003 Форма плазмопаузы (IMAGE) Spasojevic et al.// J. Geophys. Res A9. P. 1340, 2003

9 Формирование поляризационного джета в предполуночные часы связано с цепочкой процессов в магнитосфере и ионосфере: 1. Увеличение электрического поля на субавроральных широтах из-за смещения к Земле внутренней границы плазменного слоя в период роста геомагнитной активности (магнитосферный процесс) (Southwood, Wolf, 1978; Harel et al., 1981; Senior, Blanc, 1984). 2. В области увеличения электрического поля продольный ток направлен направлен вниз в ионосферу и это приводит к уменьшению ионосферной проводимости (ионосферный процесс) (Ляцская и др., 1978; Дёминов и др., 1979; Ляцкий, Мальцев,, 1983) 3. Уменьшение ионосферной проводимости приводит к дальнейшему увеличению электрического поля, до значений характерных для поляризационного джета (магнитосферный и (Дёминов, Шубин, 1989) Частичный кольцевой ток (с учетом высыпаний протонов, создающих продольный ток, и токов в ионосфере) также может быть причиной джета (Трахтенгерц, Демехов, 2005)

10 1. Уравнение для электрического поля: – { P (b (E b)) – H (E b) ] = J II b = – ( M (E b)), (1) где b = B/B, P = (1/2) ( PN + PS ), H = (1/2) ( HN + HS ), M = (1/2) c e n T / B 0, n T = B 0 (n i /B)ds. Свойства E в области поляризационного джета, где M >> H Свойства E в области поляризационного джета, где M >> H, в коорд. – магнитная коширота, = ( /12) MLT – местное время при фиксированных M и электрическом поле в полярной шапке E P const, E const, J II b (1/R 0 ) ( M / ) E const

11

12 2.1. Ионосферные процессы N i / t + (N i V a )/ z + a (V E )N i = q i – l i + ( Pi / P ) J II b /e где a = 1/(1 + ( in / i ) 2 ), V E = (E B)/B 2

13

14 k Ионосферные процессы Нагрев: T i = T n + m n U 2 /3k B (для высот ниже 400 км) где U 2 = (V i – V n ) 2 = (E*/B) 2 /(1 + ( i / i ) 2 ), E* = E + (V n B) Скорость рекомбинации O + : O + + N 2 NO + + N, k 1 O + + O 2 O O, k 2 l(O + ) = N(O + ), = k 1 N(N 2 ) + k 2 N(O 2 ) k j = k j (T eff ) T eff = (m i T n + m n T i + m i m n U 2 /3k B ) / (m i +m n )

15 Температура электронов T e, ионов T i и концентрация электронов N e в области поляризационного джета (сплошные линии) и для фоновых условий (штриховые линии)

16 Зависимость коэффициентов реакций от температуры T eff

17 + Ионный состав в области поляризационного джета 1 - фоновые условия без джета 2 - начальная стадия (E N = 50 мВ/м, плюс эффект J II ) 3 - поляризационный джет (E N = 150 мВ/м и J II ) + - данные об ионном составе со спутника DE-B

18 The example of observation of the polarization jet at the satellite DE-B (Anderson et al., 1991): , MLT (02:58:30-03:00:30 UT ), altitude km

19 Температура электронов T e, ионов T i и концентрация электронов N e в области поляризационного джета (сплошные линии) и для фоновых условий (штриховые линии)

20 Параметры ионосферы по данным НРР EISCAT 9-10 апреля 1990 г. в UT, когда электрическое поле E N достигало 225 мВ/м St-Maurice et al. // Ann. Geophys. 17, , 1999.

21 Зависимость инвариантной широты среднеширотного (главного) ионосферного провала Ф Т в главную фазу магнитной бури от магнитного поля кольцевого тока DR (Деминов, Карпачев, Афонин, Аннакулиев// Геомагнетизм и аэрономия, 35, 6, 1995)

22 Eastward sub-auroral ion drifts or ASAID Voiculescu, Roth// Ann. Geophys., 26, 1955–1963, September 2003

23 12 October, 2003