1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геомагнетизм и аэрономия
  4. T. 63, № 6, 2023

Геомагнетизм и аэрономия, 2023, T. 63, № 6, стр. 764-774

Внутренняя структура поляризационного джета: стратифицированный поляризационный джет

А. А. Синевич 1, 2, *, А. А. Чернышов 1, Д. В. Чугунин 1, М. М. Могилевский 1, В. Я. Милох 3

1 Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН)
Москва, Россия

2 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН)
Троицк, Москва, Россия

3 Факультет физики, Университет Осло
Осло, Норвегия

* E-mail: sinevichaa@cosmos.ru

Поступила в редакцию 10.03.2023
После доработки 05.04.2023
Принята к публикации 25.05.2023

Аннотация

Представлены результаты исследования мелкомасштабной внутренней структуры поляризационного джета на основе спутниковых данных с использованием вейвлет-преобразования параметров ионосферной плазмы. Определены минимальные размеры мелкомасштабных неоднородностей температуры и концентрации электронов. Скорее всего, любой поляризационный джет является стратифицированным, как следует из используемой в данной работе выборки. Показано, что вейвлет-преобразование является удобным инструментом для исследования внутренней мелкомасштабной структуры поляризационного джета, причем неоднородности лучше видны по спектрограммам мощности электронной температуры, чем электронной концентрации.

Список литературы

  1. − Бондарь Е.Д., Халипов В.Л., Степанов А.Е. Характеристики поляризационного джета по измерениям на субавроральных станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска // Солнечно-земная физика. № 8. С. 143–144. 2005.

  2. − Головчанская И.В., Козелов Б.В., Дэспирак И.В. Исследование широкополосной ELF турбулентности по данным спутника FAST // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 4. С. 501–509. 2012.

  3. − Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование // УФН. Т. 171 С. 465–501. 2001.

  4. − Синевич А.А., Чернышов А.А., Чугунин Д.В., Милох В.Я., Могилевский М.М. Исследование мелкомасштабной структуры поляризационного джета во время геомагнитной бури 20 апреля 2018 г. // Солнечно-земная физика. Т. 7. № 1. С. 21–33. 2021а. https://doi.org/10.12737/szf-71202103

  5. − Синевич А.А., Чернышов А.А., Чугунин Д.В., Милох В.Я., Могилевский М.М. Пространственная структура поляризационного джета по данным спутников NorSat-1 и Swarm // Космич. исслед. Т. 59. № 6. С. 489–497. 2021б.

  6. − Степанов А.Е., Халипов В.Л., Голиков И.А., Бондарь Е.Д. Поляризационный джет: узкие и быстрые дрейфы субавроральной ионосферной плазмы. Якутск: издательский дом СВФУ, 72 с. 2017.

  7. − Халипов В.Л., Степанов А.Е., Котова Г.А., Бондарь Е.Д. Вариации положения поляризационного джета и границы инжекции энергичных ионов во время суббурь // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 2. С. 187–193. 2016a. https://doi.org/10.7868/S0016794016020085

  8. − Халипов В.Л., Степанов А.Е., Котова Г.А. и др. Вертикальные скорости дрейфа плазмы при наблюдении поляризационного джета по наземным доплеровским измерениям и данным дрейфометров на спутниках DMSP // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 56. № 5. С. 568–578. 2016б. https://doi.org/10.7868/S0016794016050060

  9. − Чернышов А.А., Могилевский М.М., Козелов Б.В. Фрактальный подход к описанию авроральной области // Физика плазмы. Т. 39. № 7. С. 636–646. 2013. https://doi.org/10.7868/S0367292113060024

  10. − Чугунин Д.В., Чернышов А.А., Моисеенко И.Л., Викторов М.Е., Могилевский М.М. Мониторинг области ускорения электронов при помощи аврорального километрового радиоизлучения // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 5. С. 566–575. 2020.

  11. − Ahmed M., Sagalyn R.C., Wildman P.J.L., Burke W.J. Topside ionospheric trough morphology: occurrence frequency and diurnal, seasonal and altitude variations // J. Geophys. Res. V. 84. № 2. P. 489. 1979.

  12. − Anderson P.C., Heelis R.A., Hans W.B. The ionospheric signatures of Rapid Subauroral Ion Drifts // J. Geophys. Res. V. 96. № A4. P. 5785–5792. 1991. https://doi.org/0148-0227/91/90JA-02651

  13. − Anderson P.C., Hanson W.B., Heelis R.A., Craven J.D., Baker D.N., Frank L.A. A proposed production model of rapid subauroral ion drifts and their relationship to substorm evolution // J. Geophys. Res. V. 98. № A4. P. 6069–6078. 1993. https://doi.org/10.1029/92JA01975

  14. − Chernyshov A.A., Mogilevsky M.M., Kozelov B.V. Use of fractal approach to investigate ionospheric conductivity in the auroral zone // J. Geophys. Res. V. 118. № 7. P. 4108–4118. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50321

  15. − Chernyshov A.A., Kozelov B.V., Mogilevsky M.M. Study of auroral ionosphere using percolation theory and fractal geometry // J. Atmos. Sol-Terr. Phy. V. 161. P. 127–133. 2017.https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.06.013

  16. − Chernyshov A.A., Chugunin D.V., Frolov V.L., Clausen L.B.N., Miloch W.J., Mogilevsky M.M. In situ observations of ionospheric heating effects: First results from a joint SURA and NorSat-1 experiment // Geophys. Res. Lett. V. 47. № 13. e2020GL088462. 2020. https://doi.org/10.1029/2020GL088462

  17. − De Keyser J. Formation and evolution of subauroral ion drifts in the course of a substorm // J. Geophys. Res. V. 104. № A6. P. 12 339–12 349. 1999. https://doi.org/10.1029/1999JA900109

  18. − De Keyser J., Roth M., Lemaire J. The magnetospheric driver of subauroral ion drifts // Geophys. Res. Lett. V. 25. № 10. P. 1625–1628. 1998. https://doi.org/10.1029/98GL01135

  19. − Farley D.T. Two-stream plasma instability as a source of irregularities in the ionosphere // Phys. Rev. Lett. V. 10. № 7. P. 279–282. 1963. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.10.279

  20. − Figueiredo S., Karlsson T., Marklund G. Investigation of subauroral ion drifts and related field-aligned currents and ionospheric Pedersen conductivity distribution // Ann. Geophysicae. V. 22. № 3. P. 923–934. 2004. https://doi.org/10.5194/angeo-22-923-2004

  21. − Foster J.C., Vo H.B. Average characteristics and activity dependence of the subauroral polarization stream // J. Geophys. Res. V. 107. № A12. P. 1475. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009409

  22. − Galperin Y.I., Ponomarev V.N., Zosimova A.G. Plasma convection in the polar ionosphere // Ann. Geophys. V. 30. № 1. P. 1–7. 1974.

  23. − Galperin Y.I. Polarization jet: Characteristics and a model // Ann. Geophysicae. V. 20. № 3. P. 391–404. 2002. https://doi.org/10.5194/angeo-20-391-2002

  24. − Haar A. Zur Theorie der orthogonalen Functionsysteme // Mathematische Annalen. V. 69. P. 331–371. 1910.

  25. − He F., Zhang X., Chen B. et al. Plasmaspheric trough evolution under different conditions of subauroral ion drift // Sci. China Technol. Sc. V. 55. P. 1287–1294. 2012. https://doi.org/10.1007/s11431-012-4781-1

  26. − Hoang H., Clausen L.B.N., Røed K., Bekkeng T.A., Trondsen E., Lybekk B., Moen J.I. The multi-needle Langmuir probe system on board NorSat-1 // Space Sci. Rev. V. 214. № 4. P. 75. 2018. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0509-2

  27. − Horvath I., Lovell B. C. Complex sub-auroral flow channel structure formed by double-peak sub-auroral ion drifts (DSAID) and abnormal sub-auroral ion drifts (ASAID) // J Geophys. Res. – Space. V. 126. e2020JA028475. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JA028475

  28. − Kadomtsev B.B. Plasma turbulence. London: Academic Press, 149 p. 1965.

  29. − Karlsson E., Marklund G., Blomberg L., Malkki A. Subauroral electric fields observed by Freja satellite: A statistical study // J. Geophys. Res. V. 103. P. 4327–4341. 1998. https://doi.org/10.1029/97JA00333

  30. − Keskinen M.J., Basu S., Basu S. Midlatitude sub-auroral ionospheric small scale structure during a magnetic storm // Geophys. Res. Lett. V. 31. № 9. L09811. 2004. https://doi.org/10.1029/2003GL019368

  31. − Lin D., Wang W., Scales W.A. et al. SAPS in the 17 March 2013 storm event: Initial results from the coupled magnetosphere–ionosphere–thermosphere model // J. Geophys. Res. – Space. V. 124. P. 6212–6225. 2019. https://doi.org/10.1029/2019JA026698

  32. − Lund E.J. On the dissipation scale of broadband ELF waves in the auroral region // J. Geophys. Res. V. 115. P. A01201. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014545

  33. − Mishin E.V., Blaunstein N. Irregularities within Subauroral Polarization Stream-Related Troughs and GPS Radio Interference at Midlatitudes // Midlatitude ionospheric dynamics and disturbances. V. 181. P. 291–295. 2008. https://doi.org/10.1029/181GM26

  34. − Mishin E.V. Interaction of substorm injections with the subauroral geospace: 1. Multispacecraft observations of SAID // J. Geophys. Res. – Space. V. 118. № 9. P. 5782–5796. 2013. https://doi.org/10.1002/jgra.50548

  35. − Mishin E.V., Nishimura Y., Foster J. SAPS/SAID revisited: A causal relation to the substorm current wedge // J. Geophys. Res. – Space. V. 122. № 8. P. 8516–8535. 2017. https://doi.org/10.1002/2017JA024263

  36. − Moffett R.J., Quegan S. The mid-latitude trough in the electron concentration of the ionospheric F-layer: a review of observations and modelling // J. Atmos. Terr. Phys. V. 45. № 5. P. 315–343. 1983. https://doi.org/10.1016/S0021-9169(83)80038-5

  37. − Muldrew D.B. F-layer ionization troughs deduced from Alouette data // J. Geophys. Res. V. 70. № 11. P. 2635–2650. 1965. https://doi.org/10.1029/JZ070i011p02635

  38. − Rathod C., Srinivasan B., Scales W., Kunduri B. Investigation of the gradient drift instability as a cause of density irregularities in subauroral polarization streams // J. Geophys. Res. – Space. V. 126. № 5. e2020JA029027. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JA029027

  39. − Rich F.J. Users guide for the topside ionospheric plasma monitor (SSIES, SSIES-2 and SSIES-3) on spacecraft of the defense meteorological satellite program (DMSP) // Environmental Research Papers. № 1151. P. PL-TR-94-2187. 1994.

  40. − Sinevich A.A., Chernyshov A.A., Chugunin D.V., Oinats A.V., Clausen L.B.N., Miloch W.J. et al. Small-scale irregularities within polarization Jet/SAID during geomagnetic activity // Geophys. Res. Lett. V. 49. № 8. e2021GL097107. 2022. https://doi.org/10.1029/2021GL097107

  41. − Sinevich A.A., Chernyshov A.A., Chugunin D.V., Clausen L.B.N., Miloch W.J., Mogilevsky M.M. Stratified Subauroral Ion Drift (SSAID) // J. Geophys. Res. – Space. V. 128. № 3. e2022JA031109. 2023. https://doi.org/10.1029/2022JA031109

  42. − Smiddy M., Kelley M.C., Burke W.J., Rich R., Sagalyn R., Shuman B., Hays R., Lai S. Intense poleward directed electric fields near the ionospheric projection of the plasmapause // Geophys. Res. Lett. V. 4. № 11. P. 543–546. 1977.

  43. − Southwood D., Wolf R. An assessment of the role of precipitation in magnetospheric convection // J. Geophys. Res. V. 83. P. 5227–5232. 1978. https://doi.org/10.1029/ja083ia11p05227

  44. − Spiro R.W., Heelis R.A., Hanson W.B. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmosphere Explorer C // Geophys. Res. Lett. V. 6. № 8. P. 657–660. 1979. https://doi.org/10.1029/GL006i008p00657

  45. − Watanabe T.H. Feedback instability in the magnetosphere-ionosphere coupling system: Revisited // Phys. Plasmas. V. 17. № 2. P. 022904. 2010. https://doi.org/10.1063/1.3304237

  46. − Wang H., Lühr H., Ritter P., Kervalishvili G. Temporal and spatial effects of subauroral polarization streams on the thermospheric dynamics // J. Geophys. Res. V. 117. № A11. 2012. https://doi.org/10.1029/2012JA018067

  47. − Yu Y., Jordanova V.K., Zou S., Heelis R., Ruohoniemi M., Wygant J. Modeling subauroral polarization streams during the 17 March 2013 storm // J. Geophys. Res. – Space. V. 120. № 3. P. 1738–1750. 2015. https://doi.org/10.1002/2014JA020371

  48. − Zheng Y., Brandt P.C., Lui A.T., Fok M.-C. On ionospheric trough conductance and subauroral polarization streams: Simulation results // J. Geophys. Res. V. 113. № A4. A04209. 2008. https://doi.org/10.1029/2007JA012532

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геомагнетизм и аэрономия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал