Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование глобальных электродинамических процессов в геомагнитосфере с применением техники инверсии магнитограмм

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Ширапов, Дашадондок Шагдарович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Улучшенная техника инверсии магнитограмм.

1.1. Основы техники инверсии магнитограмм.

1.2. Метод решения основных уравнений.

1.3. Оценка погрешности численного решения основных уравнений.

1.4. Основы техники инверсии магнитограмм -2.

1.4.1. Основные выходные параметры ТИМ-2.

1.5. Улучшенный вариант ТИМ-2.

1.5.1. Определение оптимальной длины ряда аппроксимирующих функций

1.5.1.1. Идеальная сеть станций.

1.5.1.2. Реальная сеть станций.

1.5.2. Обсуждение результатов.

1.6. Улучшенный способ потенциального анализа поля геомагнитных вариаций.

1.7. Итоги главы.

ГЛАВА 2. Динамическая модель электропроводности высокоширотной ионосферы.

2.1. О зависимости электропроводности ионосферы от сезона, мирового времени суток и параметров ММП.-.

2.1.1. Исходные данные и схема расчета.

2.1.2. Обсуждение результатов.

2.2. Самосогласованная модель электропроводности.

2.2.1. Средние и динамические модели.

2.2.2. Схема расчета динамической модели.

2.2.3. Примеры применения динамической модели.

2.2.4. Сравнение с данными радара STARE.

2.3. Улучшенный вариант динамической модели.

2.3.1. Схема расчета.

2.3.2. Результаты расчета по модели и тестирование.

2.3.3. Обсуждение результатов.

2.4. Итоги главы.

ГЛАВА 3. Метод единых коэффициентов - трехмерный анализ.

3.1. Метод (общий случай).

3.2. Метод единых коэффициентов для ограниченного полигона.

3.2.1. Алгоритм расчета.

3.2.2, Модель электропроводности.

3.3. Примеры применения.

3.4. Обсуждение результатов.

3.5. Итоги главы.

ГЛАВА 4. Применение ТИМ-2 при исследовании суббури.

4.1. Суббуря CDAW9C-1.

4.1.1. Данные ТИМ-2 и обсуждение.

4.2. Новый метод оценки ЭДС в полярной ионосфере.

4.3. Эффект насыщения ионосферного электрического поля.

4.3.1. Исходные данные и результаты.

4.3.2. Обсуждение результатов.

4.4. Моделирование северо-западного расширения авроральной выпуклости (WTS).

4.4.1. Наблюдения и основные признаки WTS.

4.4.2. Продольные токи западной авроральной электроструи для трех фаз суббури.

4.4.3. Модель WTS и ETS.

4.4.4. Обсуждение.

4.5. Итоги главы.

ГЛАВА 5. Структура магнитного поля в хвосте магнитосферы.

5.1. Структура магнитного потока в спокойных условиях.

5.2. Зависимость структуры магнитного потока и конвекции ионосферной плазмы от ММП Ву.

5.3. Структура магнитного потока в возмущенных условиях.

5.3.1. Некоторые следствия существования открытого магнитного потока Тг в долях хвоста.

5.3.2. Конвекция ионосферной плазмы в околополюсной области в возмущенных условиях.

5.3.3. Продольные токи зоны 3'.

5.3.4. Теоретическая оценка возможности огибания конвекцией ионосферной плазмы околополюсной области.

5.3.5. Обсуждение результатов.

5.4. Итоги главы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование глобальных электродинамических процессов в геомагнитосфере с применением техники инверсии магнитограмм"

Диссертация посвящена исследованию глобальных электродинамических процессов в геомагнитосфере с применением «техники инверсии магнитограмм» (ТИМ).

Актуальность проблемы. Геомагнитные вариации, создаваемые взаимодействием геомагнитосферы с потоком солнечного ветра, являются одним из основных источников информации о сложных физических процессах, протекающих в системе Солнечный ветер - Магнитосфера - Ионосфера. Изучение этих вариаций позволило установить, что их источниками являются электрические поля и токи в ионосфере и магнитосфере, контролируемые компонентами межпланетного магнитного поля (ММП) и параметрами солнечного ветра. В настоящее время широкое применение у нас в стране и за рубежом получил метод ТИМ. ТИМ позволяет по измерениям геомагнитных вариаций на мировой сети магнитных станций рассчитать основные электродинамические параметры ионосферы и магнитосферы: ионосферные и продольные токи, электрические поля, открытый магнитный поток в долях хвоста магнитосферы, длину хвоста, мощности джоулева нагрева ионосферы и поступающей в магнитосферу из солнечного ветра и ряд других. Эти параметры позволяют исследовать глобальные электродинамические процессы, происходящие в магнитосфере Земли, такие как генерация электрических полей и токов, магнитные возмущения и их источники. Как известно, задача исследования глобальных электродинамических процессов в геомагнитосфере является одной из центральных проблем физики магнитосферы. В то же время выходные параметры ТИМ позволяют решать важные прикладные задачи такие как прогноз космической погоды, радиационная безопасность в ближнем космосе, условия распространения радиоволн и навигации в высоких широтах.

В последние годы измерения некоторых электродинамических параметров ионосферы и магнитосферы, такие как электрические и магнитные поля, потоки высыпающихся частиц, снимки полярных сияний (на их основе площадь полярной шапки или открытый магнитный поток в долях хвоста магнитосферы) ведутся, в основном, с помощью приборов на ракетах и спутниках, а также на установках некогерентного рассеяния радиоволн. Названные методы прямых измерений, наряду с такими их достоинствами как точность и высокая пространственная разрешающая способность, обладают рядом недостатков. В частности, им присуща локальность и невозможность следить за объектами измерений на непрерывной основе.

От этих недостатков свободна техника инверсии магнитограмм. ТИМ позволяет рассчитать основные глобальные электродинамические параметры ионосферы и магнитосферы и следить за ними непрерывно. Указанные преимущества - глобальность, непрерывность и доступность наземных геомагнитных измерений делают ТИМ одним из основных методов исследования глобальных электродинамических процессов, происходящих в ионосфере и магнитосфере.

Современное состояние проблемы. В настоящее время ТИМ [2-8, 10-12] и аналогичные алгоритмы, разработанные в ИЗМИРАНе и ИПГ [16-18], в США [36] и усовершенствованный вариант [37] получили широкое распространение. Тем не менее возможности улучшения ТИМ далеко не исчерпаны. Это, прежде всего, задачи уменьшения погрешностей вычисления токовой функции (1.2), которая входит в правую часть основного уравнения ТИМ (1.7) и коэффициентов левой части (1.7), определяемых точностью модели проводимости ионосферы. Решение этих задач позволит значительно повысить точность расчета выходных параметров ТИМ, на основе которых рассчитываются основные электродинамические параметры ионосферы и магнитосферы. Авторы [37] разработали метод AMIE, в котором входными данными служат, наряду с магнитными измерениями на станциях мировой сети, измерения магнитных и электрических полей на радарах, спутниках. Тем самым был сделан существенный шаг в решении первой задачи. Дальнейшее развитие в этом направлении получено в диссертационной работе в разделе 1.5 [ 65, 66] и главе 3 [114, 115, 211]. Решение второй задачи, т.е. разработка «мгновенной» динамической модели проводимости, были предприняты в следующих работах. Авторы [37] часто 6 использовали снимки полярных сияний (если имелись) для адаптации средних моделей проводимости. В [33, 106] были разработаны динамические модели проводимости, не получившие широкого практического применения. Дальнейшему решению этой задачи посвящена глава 2 [97-99].

Стандартные авроральные индексы возмущенности AU, AL и АЕ, ионосферные (Педерсена и Холла) и продольные токи, разность электрического потенциала на границе полярной шапки Upc , контролируются параметрами солнечного ветра, включая межпланетное электрическое поле (МЭП) V' | Вя |, где V - скорость солнечного ветра, Вя - вертикальная компонента межпланетного магнитного поля. В некоторых работах отмечена тенденция, каждого из перечисленных параметров, к насыщению с ростом величины V' | Вя I. Авторы [127, 128] получили, что при значении МЭП «2,5 мВ/м величина Upc, достигнув уровня « 100 кВ, перестает расти при дальнейшем усилении МЭП. В [129] отбирались только значения Upc, для которых выполнялось условие "квазистационарности", т.е. МЭП « const в течение 2-3 часов, предшествующих измерению. При этом пороговая величина МЭП для насыщения Upc оказалась существенно меньше 2,5 мВ/м и равнялась « 0,5 мВ/м. В тоже время в [130], где использовалась более полная база экспериментальных данных, полученных на спутниках DMSP F8 и F9 для "квазистационарных" условий, не обнаружили "эффекта насыщения" Upc. В работе [131] исследовалась зависимость индекса магнитной активности АЕ от Bz компоненты ММП в интервале -30 < Bz < 30 нТл. На среднечасовых данных АЕ и Bz показано, что после значения Bz<-15 нТл дальнейшее её уменьшение (рост по модулю) не приводит к увеличению АЕ. По мнению авторов [131] выход на плато значения АЕ вызван выходом на плато разности потенциалов на границе полярной шапки, то есть насыщением ионосферного электрического поля. Все это говорит о том, что до настоящего времени нет единого определения термина для описания "эффекта насыщения" Upc. Более того, пока не существует общепринятого мнения о количественных и даже качественных характеристиках этого эффекта. Исследованию этого эффекта посвящены разделы 4.2 и 4.3.

Изучению и моделированию северо-западного расширения авроральной выпуклости (WTS) посвящено множество работ. Авторы [151-153] отметили как причину WTS расширение на запад так называемого токового клина , который создается при опустошении участка плазменного слоя. Западная граница участка движется на запад со скоростью ЕхВ -дрейфа протонов, населяющих плазменный слой. Это значит, что ток участка плазменного слоя, перенесенный в ионосферу, также будет расширяться на запад, создавая WTS. Магнитосферный механизм WTS рассмотрен также в [154, 155]. Иные механизмы WTS (скорее ионосферные, чем магнитосферные) исследованы в [156-160]. Последние модели базируются на общей идее, которую изложим схематически. В спокойных условиях продольные токи (FAC) зон 1 и 2 распределены симметрично относительно полуденно-полуночного меридиана - перпендикуляра к линии, соединяющей центры тяжести токов одного направления. Тогда, как известно, в однородно-проводящей ионосфере образуется двухвихревая система токов Холла, и ось разрыва Харанга совпадает с тем же "меридианом симметрии". При возмущениях продольных токов разрыв Харанга перемещается, но его ось следит за названной "осью симметрии" продольных токов. Суббуря проявляется в усилении западной авроральной электроструи. Последнее означает усиление зон FAC 1 и 2 в утреннем секторе, т.е. смещение центра тяжести FAC по часовой стрелке в сторону полуночи. Ось симметрии продольных токов в ночном секторе тоже смещается в вечерний сектор и искривляется на северо-запад. Из предыдущего следует, что также переместится в вечерний сектор и искривится разрыв Харанга. В то же время рост тока, втекающего на полюсной и вытекающего на экваториальной границе электроструи, означает блокировку тока Холла, генерируемого поперек струи (к полюсу) основным (западным) электрическим полем. Таким образом, WTS описывалась в названных работах (см. также [161, 162]) как следствие блокировки тока Холла, хотя причины блокировки (они, вероятно, обусловлены процессами вне ионосферы) не рассматривались. В диссертации предлагается новый подход к численному моделированию (см. раздел 4.4 [49]). По-прежнему используется идея блокировки токов РАС на границах западной авроральной электроструи. Но в данном варианте, эта идея уточнена по результатам изучения динамики экспериментальных систем продольных токов суббури, рассчитанных с помощью ТИМ и имеет ясный физический смысл.

Полученные в диссертации результаты по исследованию структур магнитного потока в хвосте магнитосферы и системы конвекции в околополюсной области в возмущенных условиях являются первыми (см. раздел 5.3). Отметим, что исследованию открытого магнитного потока в долях хвоста магнитосферы посвящена работа [201]. В ней на основе закрытой модели магнитосферы теоретически показано, что в возмущенных условиях может существовать открытый магнитный поток.

Целью диссертационной работы являются:

1. Разработка улучшенного варианта ТИМ-2, позволяющего, в зависимости от числа и пространственного распределения магнитных станций на поверхности Земли, оптимально повысить пространственное разрешение и точность вычисления основных выходных параметров ТИМ-2, таких как ионосферные и продольные токи, электрические поля, открытый магнитный поток в долях хвоста магнитосферы, длина хвоста, мощность джоулева нагрева ионосферы, мощность поступающая в магнитосферу из солнечного ветра и ряд других.

2. Разработка нового метода расчета электрических полей и токов на ограниченном полигоне, являющегося дальнейшим развитием ТИМ и использующего в качестве входных параметров, наряду с магнитными измерениями на станциях полигона, измерения магнитных, электрических полей на спутниках, ракетах и радарах.

3. Разработка адаптированной динамической модели проводимости высокоширотной ионосферы, учитывающей мгновенные изменения токовых систем в зависимости от мирового времени, сезона года и магнитной активности (включая изменения параметров солнечного ветра и ММП).

4. Разработка модели, описывающей северо-западное расширение авроральной выпуклости, на основе результатов, полученных из анализа экспериментальных систем продольных токов суббурь, рассчитанных с помощью ТИМ.

5. Исследование структур открытого магнитного потока в хвосте магнитосферы и конвекции ионосферной плазмы в околополюсной области в спокойных и возмущенных условиях.

6. Исследование эффекта насыщения ионосферного электрического поля на основе нового метода оценки ЭДС.

Научная новизна. Полученные в диссертации результаты являются новыми, и они таковы:

1. Разработан улучшенный вариант «Техники инверсии магнитограмм - 2», позволяющий существенно повысить пространственное разрешение и точность расчета выходных параметров «техники инверсии магнитограмм» за счет оптимального выбора длины ряда, аппроксимирующего магнитный потенциал поля геомагнитных вариаций, в зависимости от числа и пространственного распределения на поверхности Земли магнитных станций.

2. Создан «метод единых коэффициентов» для расчета электрических полей и токов на «ограниченном» полигоне. Входными данными метода, наряду с моделью проводимости ионосферы и геомагнитными измерениями на станциях полигона, служат измерения магнитных, электрических полей на спутниках, ракетах и радарах, что позволяет значительно повысить точность расчета выходных параметров.

3. Разработана адаптированная динамическая модель проводимости высокоширотной ионосферы, учитывающая сложную динамику токовых систем суббури и обеспечивающая расчет «мгновенных» глобальных и локальных электрических полей и токов в ионосфере с точностью, которая превышает таковую, достигнутую за рубежом.

4. Предложен новый метод оценки электродвижущей силы (ЭДС) в полярной ионосфере, который позволяет оценить раздельно дневную и ночную ЭДС. На основе этого метода исследован «эффект» насыщения ионосферного электрического поля. Показано, что дневная ЭДС испытывает насыщение перед и уменьшается в ходе "expansion phase". Причиной этого насыщения может быть резкий спад величины межпланетного электрического поля, предшествующий главному "expansion onset" суббури. В отличие от дневной, ночная ЭДС, вместе с АЕ, усиливается в ходе "expansion onset" из-за пересоединения, создающего ускоренную конвекцию в околоземном плазменном слое.

5. Исследована структура открытого магнитного потока через полярную шапку в ходе суббури. Показано, что «старый» открытый магнитный поток, существовавший до начала суббури, препятствует проникновению в центральную часть полярной шапки «свежего» открытого магнитного потока, образованного пересоединением на дневной магнитопаузе на загрузочных фазах суббури. В ходе суббури «старый» магнитный поток постепенно уменьшается в результате замещения новым. Замещение «старого» открытого магнитного потока новым интерпретировано как результат: пересоединения двух «открытых» магнитных потоков, перемещения старого открытого потока в ночную сторону в результате выталкивания новым и комбинированного действия этих двух процессов. В начале процесса замещения, до его завершения, наблюдаются признаки огибания ионосферной конвекцией околополюсной области. Предложена новая концептуальная модель магнитного поля в хвосте магнитосферы.

Практическая ценность.

• Разработанные методы позволяют вычислить, с точностью достаточной для практических задач, глобальные и локальные электродинамические параметры ионосферы и магнитосферы на непрерывной основе.

• Созданная динамическая модель электропроводности ионосферы обеспечивает расчет электрических полей и токов с точностью, достаточной для многих прикладных задач.

• Полученные в диссертации результаты существенно дополняют имеющиеся динамически е пространственные модели электрического поля и токов в ионосфере в спокойных и возмущенных условиях, которые являются одним из основных входных параметров в физическую модель полярной ионосферы, определяющую, в частности, условия распространения радиоволн в высоких широтах, радиационную безопасность в околоземном космическом пространстве, условия навигации.

• Совокупность результатов, полученных в диссертации, определяют новые направления в исследовании: «Структуры магнитного поля в хвосте магнитосферы», «Динамики мгновенных крупномасштабных систем конвекции ионосферной плазмы в околополюсной области в возмущенных условиях».

Реализация результатов. Исследования по теме диссертации проведены в рамках плановых тем «Отдела исследования магнитосферы и межпланетной среды» Института солнечно-земной физики СО РАН. Результаты и выводы, полученные в диссертации в 1985-1993 годах, использовались в ряде хоздоговорных тем, выполненных в ИСЗФ СО РАН. Некоторые результаты получены при исследованиях по темам РФФИ № 96-0564348, № 98-05-65406, № 98-05-04133, № 99-05-65234.

Объём работы. Диссертация содержит 263 страниц текста, 79 рисунков, 4 таблицы и список использованной литературы, включающий 214 наименований.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ширапов, Дашадондок Шагдарович

Выводы:

1. Разработан «Метод единых коэффициентов» для ограниченного полигона [114, 115], позволяющий значительно повысить точность расчета мелкомасштабных ионосферных электрических полей и токов па локальном полигоне. В качестве входных параметров МЕК использует расширенный набор данных, состоящих из магнитных измерений на станциях, образующих полигон и прямых измерений магнитных, электрических полей на радарах и спутниках в ионосфере.

2. Предложена "динамическая" модель электропроводности ионосферы [114, 115], адаптированная для расчета электрических полей и токов на ограниченном полигоне.

3.5. Итоги главы

1. Разработан новый метод - МЕК [114, 115, 211], специально разработанный для ограниченного полигона, позволяющий расширить набор входных данных ТИМ, включив в этот набор, дополнительно, данные прямых измерений в ионосфере магнитных, электрических полей. В МЕК используются специально разработанный метод оптимального выбора длины, состава ряда базисных функций [87] и процедура итерационного уточнения выходных данных.

2. Описан алгоритм МЕК, для ограниченного полигона, использование которого значительно повышает точность расчета мелкомасштабных электрических полей и токов в ионосфере. В качестве входных параметров используется набор данных, состоящих из магнитных измерений на станциях, образующих полигон, и прямых измерений магнитных, электрических полей на радарах и спутниках в ионосфере.

3. Предложена "динамическая" модель электропроводности ионосферы [114, 115], адаптированная для расчета электрических полей и токов на полигоне.

ГЛАВА 4

ПРИМЕНЕНИЕ ТИМ-2 ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ СУББУРИ

В этой главе на основе ТИМ-2 исследуются суббуря CDAW9C-1 ( § 4.1) и эффект насыщения ионосферного электрического поля ( § 4.3), также описываются новый метод определения ЭДС в высокоширотной ионосфере ( § 4.2) и модель северозападного расширения авроральной выпуклости (WTS) ( § 4.4). Результаты, представленные в параграфах 4.1-4.3 получены с использованием эквивалентных токовых систем, рассчитанных с помощью улучшенного варианта ТИМ [65, 66] при N=40 и М=4 в формуле расчета токовой функции (1.2), в отличие от данных ТИМ-2 [58, 108], где N=26 и М=4.

4.1. Суббуря CDAW9C - 1

Суббуря CDAW9C-1 в интервале (0000 - 0300)UT 3 мая 1986 года была исследована в работах [58, 108] и в интервале (0000 - 0239)UT в [121, 122]. Авторы [121, 122] использовали данные наземных измерений на сети магнитных станций, также данные измерений на спутниках: снимков полярных сияний в северном полушарии (Викинг, DE1), потоков высыпающихся частиц в интервале (0103 - 0109)UT (DMSPF7), измерений магнитного поля в хвосте магнитосферы в интервале (0000 - 0145)UT на спутнике SCATHA от 0010MLT до 0110MLT, ISEE-1 для 2140MLT и GOES-5 для 2020MLT. Авторы [58, 108], к вышеперечисленным данным и индексам магнитной активности АЕ и Dst, дополнительно использовали следующие данные ТИМ-2: открытый магнитный поток в долях хвоста магнитосферы трансполярный ток J-rp, разность электрического потенциала через полярную шапку Upc, интенсивности западной Jw и восточной Je электроструй, полную мощность суббури Qt , мощность поступающую в магнитосферу из солнечного ветра е', также параметры Р=е' - Qt и tw (подробное описание этих параметров см. в § 1.4).

Основной задачей этого параграфа является демонстрация возможностей ТИМ-2 при решении сложной задачи таймирования суббури, которая возникает при исследовании этого явления, на примере суббури CDAW9C-1,.

4.1.1. Данные ТИМ-2 и обсуждение

При вычислении данных ТИМ-2 использовались измерения в интервале (0000 -0300)UT 3.05.86 г., полученные на 90 магнитных станциях северного полушария на широтах Ф>40°. Далее, на основе ТИМ-2 (при М=40, N=4) и модели электропроводности ионосферы [99, 107], рассчитаны данные, приведенные на рис.4.1-4.3. На рис.4.1 показаны (сверху - вниз) графики: АЕ и Dst - индексов, открытого магнитного потока , разности между поступающей в магнитосферу и диссипирующей в ней мощностями Р, долготы западного края западной электроструи tw. На рис.4.2 показаны (сверху -вниз) графики: трансполярного тока J^ , разности потенциалов Upc, интенсивности западной Jw и восточной Je электроструй. На рис.4.3 приведены (сверху - вниз) графики: мощности выделяемой в ионосфере Q¡, мощности высыпающихся в ионосферу ав-роральных частиц QA , мощности выделяемой в кольцевом токе Qdr , полной мощности суббури QT и мощности, поступающей в магнитосферу из солнечного ветра е'.

Из этих данных видно, что эта суббуря начинается на высоком уровне магнитной активности (АЕ«900 нТл, Dsl«-63 нТл, см. рис.4.1). Более того, в интервале (0000 -0300)UT 3.05.86 происходили сильные магнитные возмущения, средние значения АЕ и Dst достигают 856 и -67 нТл, соответственно. Наблюдались сильные вариации других

0 12 3

Рис.4.1. Графики данных ТИМ-2 (сверху - вниз): индексов АЕ и , открытого магнитного потока , разности между поступающей в магнитосферу и диссипирующей в ней мощностями Р, долготы западного края западной электроструи и . Вертикальными линиями разделены фазы суббури. Одной звездой показано начало первой активной фазы, двумя звездами - начало фазы расширения.

ООО о

Рис.4.2. Графики данных ТИМ-2 (сверху - вниз): трансполярного тока J-rp , разности потенциалов Upc , интенсивности западной Jw и восточной Je электроструй. Вертикальными линиями разделены фазы суббури. Одной звездой показано начало первой активной фазы, двумя звездами - начало фазы расширения. о — о "л

О « </~| о — — —'

ООО о мощности высыпающихся в ионосферу авроральных частиц Од , мощности вьщеляемой в кольцевом токе С^оя , полной мощности суббури Qт и мощности, поступающей в магнитосферу из солнечного ветра е'. Вертикальными линиями разделены фазы суббури. Одной звездой показано начало первой активной фазы, двумя звездами - начало фазы расширения. параметров. В частности, значения Tj изменяются на фактор 2, размах изменений параметра tw составляет 6 часов от 16MLT до 22MLT (рис.4.1). Из данных на рис.4.3 видно, что также сильно изменяются значения входной мощности е', которое увеличивается от -15 10й Вт до 45'10п Вт, и диссипирующих мощностей, так размах изменений Q¡, Qdr и Qt составляют фактор 2. Из рис.4.2 видно, что размах изменений значений Jw, Je и J-ф также составляет фактор 2 при среднем значении J^, равном 1106 кА. Относительно слабо изменяются значения Upc с среднеквадратичным отклонением Дирс<15% при среднем значении Upc=l 14 кВ.

При решении основной задачи - таймирования суббури CDAW9C-1 использовались данные рис.4.1-4.3 и из работ [121, 122], а также результаты и выводы статьи [56], представленные в таблице 4.1 (в частности, по длине хвоста L). В соответствии с [56] введем следующие обозначения фаз: I - роста, II - первая активная, III - расширения и IV - восстановления. Вначале, при определении фаз суббури использовались графики АЕ, tw (рис.4.1) и X - компонента магнитного поля, измеренная на нескольких станциях (рис.4.4). График АЕ позволяет следить за уровнем магнитной активности, а график tw - за процессом трансформации эквивалентной токовой системы из типа DP-2 в DP-1 и наоборот из DP-1 в DP-2 (см. табл. 4.1, строка 4). На основании других данных из рис.4.1 - 4.3 и из [121, 122], также согласно признакам фаз суббури, определенным в [56] (см. табл. 4.1), были уточнены временные границы фаз. Таким способом интервал (0000 - 0300)UT был разбит на 5 подинтервалов (фаз). Отметим, что исследуемая суббуря - неизолированная, поэтому некоторые фазы могут перекрываться. Ниже проводится более подробный анализ каждого подинтервала, согласно признакам фаз, описанным в табл.4.1, и имеющимся данным на рис.4.1 - 4.4 и в работах [121, 122].

Подинтервал 1: (0000 - 0050)UT, 1. Здесь AE«const (уменьшается), Qt «const (медленно растет). По этому признаку под

О *- О 1/-> in «п (л

Рис.4.4. Суббуря 3 мая 1986, (0000 - 0230)UT. X - компонента магнитного поля, измеренная на нескольких станциях. Символом ( * ) обозначено начало "substorm onset". Символом (** ) обозначено начало "expansion onset".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из серии полученных в диссертации результатов отметим следующие основные:

1. Разработан улучшенный вариант ТИМ-2, в котором длина ряда функций, аппроксимирующих поле геомагнитных вариаций, увеличена более чем в полтора раза и доведена до оптимума, соответствующего действующей сети станций. Показано, что: а) для обеспечения пространственного разрешения ТИМ-2, близкого к разрешению прямых измерений продольных токов [29], необходимая длина ряда определяется значениями N-80 и М-9 для идеальной (плотной и равномерной) сети станций; б) действующая сеть станций обеспечивает использование ряда с значениями 40<И<50 и 4<М<9.

2. Разработана адаптированная динамическая модель электропроводности ионосферы, обеспечивающая самосогласованность правой и левой частей основных уравнений ТИМ. Такая самосогласованность позволяет рассчитать значительно точно выходные параметры ТИМ, включая пространственные распределения ионосферных и продольных токов, электрического поля и джоулева нагрева ионосферы и т.д. Предложенная модель электропроводности обеспечивает расчет электрического поля на основе ТИМ несколько раз точнее, чем в аналогичных алгоритмах (см. примеры сравнения [98, 99]).

3. Разработан новый метод (метод единых коэффициентов) расчета мелкомасштабных электрических полей и токов на локальном полигоне. Входными данными служат, наряду с магнитными измерениями на станциях полигона, измерения магнитных и электрических полей на радарах, спутниках и ракетах. Метод позволяет итерационно уточнять значения вычисляемых параметров.

4. Предложен новый метод оценки ЭДС в полярной ионосфере, который позволяет оценить раздельно дневную и ночную ЭДС, соответствующие известным моделям генерации ионосферного электрического поля с двумя источниками, создаваемыми пересоединением на дневной магнитопаузе и в хвосте магнитосферы [123-125].

5. Использование нового метода оценки ЭДС выявил существенно различающиеся зависимости дневной и ночной ЭДС от АЕ - индексов. Показано, что дневная ЭДС испытывает насыщение перед и уменьшается в ходе «expansion phase». Причиной этого насыщения является резкий спад величины межпланетного электрического поля, предшествующий главному "expansion onset" суббури. В отличие от дневной, ночная ЭДС, вместе с АЕ - индексом, усиливается в ходе "expansion onset" из-за пересоединения, создающего ускоренную конвекцию в околоземном плазменном слое.

6. Разработана модель северо-западного расширения авроральной выпуклости (WTS), в которой комплекс явлений WTS создается инжекцией частиц в область DR - тока и разрывом тока DRT в плазменном слое. В рамках этой модели явления ETS (восточные движения) обусловлены распадом DR - тока.

7. Показано, что «старый» открытый магнитный поток, существовавший до начала суббури, препятствует проникновению в центральную часть полярной шапки «свежего» открытого магнитного потока, образованного пересоединением на дневной магнитопаузе на загрузочной фазе суббури. В ходе суббури «старый» магнитный поток постепенно уменьшается в результате замещения новым. В начале процесса замещения, до его завершения, наблюдаются признаки огибания ионосферной конвекцией центральной части полярной шапки. Предложена новая концептуальная модель магнитного поля в хвосте магнитосферы.

Автор выражает глубокую признательность В.М. Мишину за постоянные консультации и интерес к работе, а также всем сотрудникам группы ТИМ 5-го отдела Института солнечно-земной физики СО РАН, особенно А.Д. Базаржапову, Г.Б. Шпыневу, Т.И. Сайфудиновой, В.Д. Урбановичу за плодотворное сотрудничество и помощь в работе. Автор также благодарен руководству Восточно-Сибирского государственного технологического университета за поддержку.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Ширапов, Дашадондок Шагдарович, Иркутск

1. Kern J.W. Analysis of polar magnetic storms. Journal of Geomagnetism and Geoelec-tricity, 1966, v. 18, p. 125-131.

2. Мишин B.M. Об электрических токах в магнитосфере, текущих вдоль геомагнитных силовых линий. Геомагнетизм и аэрономия, 1968, т. 8, №1, с. 168-171.

3. Матвеев М.И., Шпынев Г.Б. Определение электрических полей и продольных токов в магнитосфере по данным геомагнитных возмущений. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1975, вып. 36, с. 34-39.

4. Mishin V.M., Bazarzhapov A.D., Shpynev G.B. Electric fields and currents in the Earth's magnetosphere. In: Dynamics of the magnetosphere, ed. By S.-I. Akasofii, D.Reidel, Dordrecht-Holland/Boston: USA/London: England, 1979, p. 249-268.

5. Мишин В.М., Шпынев Г.Б., Базаржапов А.Д., Ширапов Д.Ш. Электрическое поле и токи в неоднородно-проводящей высокоширотной ионосфере. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1981, вып. 53, с.116-133.

6. Базаржапов А.Д., Матвеев М.И., Мишин В.М. Геомагнитные вариации и бури. Новосибирск, Наука, 1979. 248 с.

7. Fukushima N. Equivalence in ground geomagnetic effect of Chapman-Vestine's and Birkeland-AlfVen's electric current systems for polar magnetic storms. Rept. Ionos. Space Res., Japan, 1969, v. 23, p. 219-227.

8. Мишин B.M., Шеломенцев B.B. Геомагнетизм и физика земной магнитосферы. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1986, вып. 76, с.99-136.

9. Mishin V.M. The magnetogram inversion technique and some applications, Space Sci. Rev., 1990, v. 53, p. 83-163.

10. Mishin V.M. The magnetogram inversion technique: applications to the problem of magnetospheric substorms, Space Sci. Rev., 1991, v. 57, p. 237-337.

11. Гуревич A.B., Крылов A.JI., Цедилина E.E. Электрическое поле в магнитосфере и ионосфере Земли, часть 1. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1975, вып. 35, с. 85-112.

12. Гуревич А.В., Крылов A.JL, Цедилина Е.Е. Электрическое поле в магнитосфере и ионосфере Земли, часть 2. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1975, вып. 35, с. 113-129.

13. Гуревич А.В., Крылов АЛ., Цедилина Е.Е. Электрическое поле в магнитосфере и ионосфере Земли, часть 3. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1975, вып. 35, с. 130-160.

14. Levitin А.Е., Afonina R.G., Belov В.А., Feldstein Ya.I. Geomagnetic variation and field-aligned currents at northern high-latitudes, and their relations to the solar wind parameters. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A., 1982, v. 304, p.253.

15. Feldstein Ya.I., Levitin A.E., Faermark D.S., Afonina R.G., Belov B.A., Gaidukov V.Y. Electric fields and potential patterns in the high-latitude ionosphere for different situations in interplanetary space. Planet. Space Sci., 1984, v. 32, p. 907-923.

16. Papitashvili V.O., Clauer C.R., Levitin A.E., Belov B.A. Relationship between the observed and modeled modulation of the dayside ionospheric convection by the IMF By component. J. Geophys. Res., 1995, v. 100, p. 7715-7722.

17. Мишин В.М., Сайфудинова Т.И., Ширапов Д.Ш., Лунюшкин С.Б., Шеломенцев В.В. Анализ CDAW-6 суббурь 22 марта 1979 г. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1984, вып. 68, с. 151-201.

18. Мишин В.М., Шпынев Г.Б., Базаржапов А.Д., Вагнер К., Графе А. Продольные токи и перенос энергии солнечного ветра в земную магнитосферу. Сб. Проблемы солнечно-земных связей, 1981, Ашхабад, Ылым, с. 132-152.

19. Мишин В.М., Шпынев Г.Б., Базаржапов А.Д. Непрерывный расчет электрического поля и токов в земной магнитосфере по наземным геомагнитным измерениям. Сб.

20. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1982, вып. 58, с. 178-186.

21. Сухэ-Батор У., Мишин В.М., Базаржапов А.Д., Шпынев Г.Б., Ширапов Д.Ш. Некоторые результаты анализа переменного геомагнитного поля в высоких широтах. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1981, вып. 53, с. 141-156.

22. Мишин В.М., Сайфудинова Т.И., Ширапов Д.Ш., Баумйоханн В. Основные режимы магнитосферной суббури на примерах 3 марта 1976 г. Сб. Магнитосферные исследования, М., изд. МГК АН СССР, №5,1984, с. 28-49.

23. Ijima Т., Potemra Т.А. Field-aligned currents in the dayside cusp observed by TRIAD. J. Geophys. Res., 1976, v. 81, p. 5971-5979.

24. Ijima Т., Potemra T.A. Large-scale characteristics of field-aligned currents associated with substorms. J. Geophys. Res., 1978, v. 83, p. 599-615.

25. Мишин B.M. Магнитосферные и магнитные суббури. Геомагнетизм и аэрономия, 1978, т. 18, №6, с. 961-991.

26. Akasofu S.-I., Ahn В.-Н., Romick G.J. A study of the polar current systems using the IMS meridian chains of magnetometers. Space Sci. Rev., 1983, v. 36, p. 337-413.

27. Базаржапов А.Д., Мишин В.М., Сухэ-Батор У., Ширапов Д.Ш., Шпынев Г.Б. О регулярных UT- изменениях магнитного поля и токов в магнитосфере. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1980, вып. 50, с. 50-54.

28. Ширапов Д.Ш., Мишин В.М. UT- вариации электрического поля и токов в полярной ионосфере по данным летнего сезона 1968 г. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1987, вып. 78, с. 149-160.

29. Kamide Y., Richmond A.D., Matsushita S. Estimation of ionospheric electric fields, ionospheric currents, and field-aligned currents from ground magnetic records. J. Geo-phys. Res., 1981, v. 86, p. 801-813.

30. Richmond A.D., Kamide Y. Mapping electrodynamic features of the high-latitude ionosphere from localized observations: technique. J. Geophys. Res., 1988, v. 93, p. 57415759.

31. Коновалов A.H. Введение в вычислительные методы линейной алгебры. Новосибирск, ВО «Наука», 1993, 158 с.

32. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. 1973, М., Наука, 582 с.

33. Петровский И.Г. Лекции об уравнениях с частными производными. 1961, М.,1. Физматгиз, 295 с.1

34. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. 1977, М., Наука, 735 с.

35. Ширапов Д.Ш., Гизлер В.А., Трошичев О.А., Мишин В.М. Оценки ошибок расчета электрического поля и токов в ионосфере по наземным геомагнитным измерениям. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1983, вып. 66, с. 131-137.

36. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, 1962, М., Физматгиз, т. 2, 640 с.

37. Kamide Y., Richmond A.D. Ionospheric conductivity dependence of electric fields and currents estimated from ground magnetic observations. J. Geophys. Res., 1982, v. 87, p. 8331-8337.

38. Мишин В.М., Ширапов Д.Ш., Кокорина Е.Б. Некоторые магнитосферные эффекты незамагниченного солнечного ветра и огибание конвекцией границы полярной шапки. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1987, вып. 78, с.92-98.

39. Ширапов Д.Ш., Мишин В.М. Джоулев нагрев в высокоширотной ионосфере. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1987, вып. 78, с. 98-105.

40. Шеломенцев В.В., Мишин В.М., Лунюшкин С.Б., Сайфудинова Т.И., Ширапов Д.Ш. Динамика электрических полей суббури по данным наземной диагностики. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1988, вып. 82, с. 170-190.

41. Мишин В.М., Ширапов Д.Ш. Движение на запад и на восток плазмы и токов в разрыве Харанга: наблюдения и модель. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1989, вып. 85, с. 71-89.

42. Ширапов Д.Ш., Мишин В.М., Базаржапов А.Д. Эффект ММП Ву на конвекцию в ионосфере и магнитосфере. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1989, вып. 85, с. 89-95.

43. Forster M., Mishin V.M., Saifudinova T.I., Bazarzhapov A.D. , Shirapov D.Sh., Lunyushkin S.B. Contribution of two processes to magnetospheric energy and momentum input during the CDAW-W period. Annales Geophysicae, 1991, v.9, p. 495-499.

44. Мишин B.M., Сайфудинова Т.И., Базаржапов А.Д., Ширапов Д.Ш., Лунюшкин С.Б. Исследование суббури CDAW-9B 2-3 апреля 1986 г. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1993, вып. 100, с. 222-243.

45. Shirapov D.Sh., Mishin V.M., Urbanovich V.D., Mishin V.V. Some problems of the polar cap and geomagnetic tail dynamics. Proceedings of the IV International Conference on Substorms, Japan, 9-13 March 1998, p. 413-416.

46. Mishin V.M., Urbanovich V.D., Shpynev G.B., Saifudinova T.I., Bazarzhapov A.D., Shirapov D.Sh. Substorm storm relationships. Proceedings of the IV International Conference on Substorms, Japan, 9-13 March 1998, p. 801-804. .

47. Coley W.R. Spatial relationship of field-aligned currents, electron precipitation and plasma convection in the auroral oval. J. Geophys. Res., 1983, v. 88, p. 7131-7141.

48. Ширапов Д.Ш., Базаржапов А.Д., Сайфудинова Т.И. Пространственное разрешение техники инверсии магнитограмм, Геомагнетизм и аэрономия, 1999, т. 39, № 5, с.120-123.

49. Mishin V.M., Bazarzhapov A.D., Saifudinova T.I., Lunyushkin S.B., Shirapov D.Sh., Woch J., Eliasson L., Opgenoorth H.J., Murphree J.S. Different method to determine the polar cap area. J. Geomag. Geoelectr., 1992, v. 44, p. 1207-1214.

50. Elphinstone R.D., Hearn D., Murphree J.S., Cogger L.L. Mapping using the Tsyganenko long magnetospheric model and its relationship to Viking auroral images. J. Geophys. Res., 1991, v. 96, p. 1467-1480.

51. Holzer R.E., McPherron R.L., Hardy D.A. A quantitative empirical model of the magnetospheric flux transfer process. J. Geophys. Res., 1986, v. 91, p. 3287-3293.

52. Taylor J.R., Yeoman T.K., Lester M., Emery B.A., Knipp D.J. Variations in the polar cap area during intervals of substorm activity on 20-21 march 1990 deduced from AMIE convection patterns. Ann. Geophysicae, 1996, v. 14, p. 879-887.

53. Stern D.P., Alexeev I.I. Where do field lines go in the quit magnetosphere ? Geophys. Review, 1988, v. 26, p. 782.

54. Sotirelis T., Newell P.T., Meng Ch.-I. Shape of the open-closed boundary of the polar cap as determined from observations of precipitating particles by up to four DMSP satellites. J. Geophys. Res., 1998, v. 103, p. 399.

55. Akasofu S.-I. Physics of Magnetospheric Substorms. D. Reidel Publ. Co., Dordrecht, Holland, 1977, 599 p.

56. Dungey J.W. Interplanetary magnetic field and the auroral zones. Phys. Rev. Letters, 1961, v. 6, p. 47-48.

57. Russell C.T. The control of the magnetopause by the interplanetary magnetic field. In: Dynamics of the magnetosphere, ed. By S.-I. Akasofu, D.Reidel, Dordrecht-Holland/Boston: USA/London: England, 1979, p. 3-21.

58. Kan J.R., Lee L.C. Energy coupling function and solar wind-magnetosphere dynamo. Geophys. Res. Letters, 1979, v. 6, p. 577.

59. Slavin I.A., Smith E.J., Sibeck D.J., Baker D.N., Zwickl R.D., Akasofu S.-I. An ISEE-3 study of average and substorm conditions in the distant magnetotail. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 10875-10895.

60. McPherron R.L., Russell C.T., Abru M. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1978, 9, Phenomenological model for substorms. J. Geophys. Res., 1973, v. 78, p. 3131.

61. Akasofu S.-I. Energy coupling between the solar wind and magnetosphere. Space Sci. Rev., 1981, v. 28, p. 121-190.

62. Zwickl R.D., Bargatze L.F., Baker D.N., Clauer C.R., McPherron R.L. An evaluation of the total magnetospheric energy output parameter, Ut . In: Magnetotail Physics, ed. by A.T.Y. Lui, Johns Hopkins Univ., 1987, p. 155.

63. Gonzales W.D., Tsurutany B.T., Gonzales A.L.C., Smith E.J., Tang F., Akasofu S.-I. Solar wind-magnetosphere coupling during intense magnetic storms. J. Geophys. Res., 1989, v. 94, p. 8835-8851.

64. Bythrow P.F., Potemra T.A., Zanetti L.J. Variation of the auroral Birkeland current pattern associated with north-south component of the IMF. Preprint APL/JHU 83-26, 1983, 17 p.

65. Potemra T.A., Engebretson M.J., Zanetti L.J., Erlandson R.F., Bythrow P.F. Satellite observations of currents and waves in space plasma. Laser and Particle Beams, 1988, v. 6, part 3, p. 503-511.

66. Zanetti L.J., Potemra T.A., Erlandson R.F., et al. Polar region Birkeland current, and Aurora for Northward Interplanetary Magnetic Field. J. Geophys. Res., 1990, v. 95, p. 5825-5833.

67. Мишин B.M., Базаржапов А.Д., Шпынев Г.Б. Математический анализ поля геомагнитных вариаций. Геомагнетизм и аэрономия, 1984, т. 24, №1, с. 160-162.

68. Ваньян JI.JL, Осипова И.Л. Электропроводность полярной ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия, 1975, т. 15, №5, с. 847-855.

69. Spiro R.W., Reiff Р.Н., Maher L.J., Jr. Precipitating electron energy flux and auroral zone conductances: an empirical model. J. Geophys. Res., 1982, v. 87, p. 8215-8227.

70. Heppner J.P., Maynard N.C. Empirical high-latitude electric field models. J. Geophys. Res., 1987, v. 92, p. 4467-4489.

71. Ширапов Д.Ш., Мишин B.M., Базаржапов А.Д. Улучшенный способ потенциального анализа поля геомагнитных вариаций. Геомагнетизм и аэрономия, 2000, т. 40, №4, с. 107-108.

72. Исаев Н.В., Осипов Н.К. Лвроральиые электроны и проводимость полярной ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия, 1977, т. 17, №5, с. 862-866.

73. Wallis D.D., Budzinski Е.Е. Empirical models of height-integrated conductivities. J. Geophys. Res., 1981, v. 86, p. 125-137.

74. Reiff P.H. Models of auroral zone conductances. In: Magnetospheric Currents, Geophys. Monogr. Ser., 1984, AGU, v. 28, p. 180-191.

75. Fuller-Rowell T.J., Evans D.S. Height-integrated Pedersen and Hall conductivity patterns inferred from the TIROS-NOAA satellite data. J. Geophys. Res., 1987, v. 92, p. 7606-7618.

76. Мишин В.М., Лунюшкин С.Б., Ширапов Д.Ш. «Самосогласованная» модель пространственного распределения электропроводности ионосферы. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1985, вып. 74, с. 56-70.

77. Mishin V.M., Lunyushkin S.B., Shirapov D.Sh., Baumjohann W. A new method for generating instantaneous ionospheric conductivity models using ground-based magnetic data. Planet. Space Sci., 1986, v. 34, №8, p. 713-722.

78. Ширапов Д.Ш., Мишин B.M., Базаржапов А.Д., Сайфудинова Т.И. Адаптированная динамическая модель проводимости ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия, 2000, т. 40, №4, с. 69-73.

79. Kamide Y., Akasofu S.-I. Global distribution of the Pedersen and Hall currents associated with magnetospheric substorms and the electric potential pattern. J. Geophys. Res., 1981, v. 86, p. 3665.

80. Гринвальд Р.А. Исследования высокоширотной ионосферы и магнитосферы Земли. Л., Наука, 1982,40 с.

81. Baker К.В., Kamide Y. A comparison of ionospheric electric fields inferred from STARE drift data and from global IMS magnetometer data. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 1339-1342.

82. Robinson R.M., Vondrak R.R., Potemra T.A. Electrodynamic properties of the evening sector ionosphere within the region 2 field-aligned current sheet. J. Geophys. Res., 1982, v. 87, p. 731.

83. Robinson R.M., Vondrak R.R., Potemra T.A. Auroral zone conductivities within the field-aligned current sheets. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 9688.

84. Robinson R.M., Rich F., Vondrak R.R. Chatanika radar and S3-2 measurements of auroral zone electrodynamics in the midnight sector. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 8487-8499.

85. Ahn B.-H., Richmond A.D., Kamide Y., Kroehl H.W., Emery B.A., Beaujardiere O. de la, Akasofu S.-I. An ionospheric conductances model based on ground magnetic disturbance data. J. Geophys. Res., 1998, v. 103, p. 14769-14780.

86. Robinson R.M., Rich F., Vondrak R.R. Measurements of E region ionization and conductivity produced by Solar illumination at high latitudes. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 3951-3956.

87. Mishin V.M., Bazarzhapov A.D., Saifudinova T.I., Lunyushkin S.B. Investigation of the CDAW9C-1 Substorm. Proc. Third International Conference on Substorms, Versailles, France, 12-17 May 1996, ESA SP-389 (October 1996), p. 121.

88. Weimer D.R., Maynard N.C., Burke W.J., Liebrecht C. Polar cap potentials and the auroral electrojet indices. Planet. Space Sci., 1990, v. 38, p. 1207.

89. Ahn B.-H., Kamide Y., Kroehl H.W., Gorney D.J. Cross-polar cap potential difference, auroral electrojet indices, and solar wind parameters. J. Geophys. Res., 1992, v. 97, p. 1345.

90. Ahn B.-H., Akasofu S.-I., Kamide Y., King J.H. Cross-polar cap potential drop and the energy coupling function. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 11028.

91. Ahn B.-H., Kroehl H.W., Kamide Y., Gorney D.J. Estimation of ionospheric electrody-namic parameters using ionospheric conductance deduced from bremsstrahlumg X ray image data. J. Geophys. Res., 1989, v. 94, p. 2565.

92. Базаржапов А.Д., Мишин B.M., Ширапов Д.Ш., Сайфудинова Т.И. Влияние пространственной неоднородности сети магнитных обсерваторий на результаты техники инверсии магнитограмм. Геомагнетизм и аэрономия, 1999, т. 39, №5, с. 116119.

93. Shirapov D.Sh., Bazarzhapov A.D., Mishin V.M. A development of the magnetogram inversion technique the method of unified coefficients. Proceedings of the V International Conference on Substorms, Russia, 16-20 May 2000, St. - Petersburg, p. 569-572.

94. Ширапов Д.Ш., Базаржапов А.Д., Мишин В.M. Метод единых коэффициентов для расчета электрических полей и.токов на ограниченном полигоне. Геомагнетизм и аэрономия (в печати).

95. Weimer D.R. Models of high-latitude electric potentials derived with a least error fit of spherical harmonic coefficients, J. Geophys. Res., 1995, v.100, p.19595-19607.

96. Weimer D.R. A flexible, IMF dependent model of high-latitude electric potentials having "space weather" applications, Geophys. Res. Let., 1996, v. 23, N 18, p. 2549-2552.

97. Reiff P.H., Burch J.L. IMF By- dependent plasma flow and Birkeland currents in the dayside magnetosphere. 2. A global model for northward and southward IMF, J. Geo-phys. Res., 1985, v. 90, p. 1595-1609.

98. Baker D.N., Pulkkinen T.I., McPherron R.L., Craven J.D., Frank L.A., Elphinstone R.D., Murphree J.S., Fennell J.F., Lopez R.E., Nagai T. CDAW-9 analysis of magnetospheric events on May 3, 1986: Events C, J. Geophys. Res., 1993, v. 98, p. 3815 3834.

99. Cowley S.W.H., LocKwood M. Excitation and decay of solar wind driven flows in the magnetosphere - ionosphere system, Ann. Geophysicae, 1992, v. 10, p. 103-115.

100. LocKwood M., Cowley S.W.H. Ionospheric convection and the substorm syscle, Proceedings of the First International Conference on Substorms (ICS-1). Kiruna, Sweden, 23-27 march, 1992, Paris, France, 1992, p. 99 109.

101. Shirapov D.Sh., Mishiri V.M., Urbanovich V.D. Saturation of the ionospheric electric field during substrom. Proceedings of the V International Conference on Substorms, Russia, 16-20 May 2000, St. Petersburg, p. 87-90.

102. Reiff P.H., Spiro R.W., Hill T.W. Dependence of polar cap potential drop on interplanetary parameters, J. Geophys. Res., 1981, v. 86, p. 7639.

103. Doyle M.A., Burke W.J. S3 2 measurements of the polar cap potential, J. Geophys. Res., 1983, v. 88, p. 9125.

104. Wygant J.R., Torbert R.B., Mozer F.S. Comparison of S3-3 polar cap potential drops with the interplanetary magnetic field and models of magnetopause reconnection, J. Geophys. Res., 1983, v. 88, p. 5727.

105. Boyle C.B., Reiff P.H., Hairston M.R. Empirical polar cap potentials, J. Geophys. Res., 1997, v.102, p. 111-125.

106. Weimer D.R., Reinleitner L.A., Kan J.R., Zhu L., Akasofu S.-I. Saturation of the auroral electrojet current and the polar cap potential, J. Geophys. Res., 1990, v. 95, p. 1898118987.

107. Lyons L.R. A new theory for magnetospheric substorms, J. Geophys. Res., 1995, v.100, p. 19069.

108. Baker D.N., Pulkkinen T.I., Angelopoulos V., Baumjohann W., McPherron R.L. Neutraltline model of substorms: Past results and present view, J. Geophys. Res., 1996, v. 101, p. 12975.

109. Akasofu S.-I. The development of the auroral substorm. Planet. Space Sei., 1964, v. 12, N 4, p. 273-282.

110. Rostoker G., Akasofu S.-I., Foster J., Greenwald R.A., Kamide Y., Kawasaki K., Lui A.T.Y., McPherron R.L., Russell C.T. Magnetospheric substorms definition and signatures. J. Geophys. Res., 1980, v. 85, p. 1663-1668.

111. Akasofu S.-I., Kimball D.S., Meng C.-I. The dynamics of the aurora, 2, Westward travelling surge. Atmos. and Terr. Phys., 1965, v. 27, p. 173-187.

112. Kamide Y., Akasofu S.-I. The auroral electrojet and global auroral features. J. Geophys. Res., 1975, v. 80, p. 3585-3602.

113. Rostoker G., Hughes T.J. A comprehensive model current system for high latitude magnetic activity, 2, The substorm component. Geophys. J. Roy. Astron. Soc., 1979, v. 58, p. 571-581.

114. Tighe W.G., Rostoker G. Characteristics of westward travelling surges during magneto-spheric substorms. J. Geophys., 1981, v. 50, p. 51-67.

115. Ahn B.-H., Kamide Y., Akasofu S.-I. Global distribution of ionospheric currents during substorms. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 1613-1625.

116. Bythrow P.F., Potemra T.A. Birkeland currents and energetic particles associated with optical auroral of a westward travelling surge. J. Geophys. Res., 1987, v. 92, p. 8691 -8699.

117. Pytte Т., McPherron R.L., Kokubun S. The ground signatures of the expansion phase during multiple onset substorms. Planet. Space Sci., 1976, v. 24, N 12, p. 1115-1132.

118. Вакулин Ю.И., Немцова Э.И., Пономарев E.A., Урбанович В.Д. Элементы тонкой структуры геомагнитного возмущения по данным экспедиции «СИБИРЬ МИМ 76». Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1980, вып. 50, с. 86-91.

119. Yahnin A.G., Sergeev V.A., Pellinen R.J., Baumjohann W., Kaila K.U., Ranta H., Kan-gas J., Raspopov O.M. Substorm time sequence and microstructure. J. Geophys., 1983, v. 53, p. 182-197.

120. Meng C.-I., Snyder A.L., Kroehl H.W. Observations of auroral westward travelling surges and electron precipitation. J. Geophys. Res., 1978, v. 83, p. 575-585.

121. Wiens R.G., Rostoker G. Characteristics of the development of the westward electrojet during the expansive phase of magnetospheric substorm. J. Geophys. Res., 1975, v. 80, p. 2109-2128.t

122. Atkinson G. An approximate flow equation for geomagnetic flux tubes and its application to polar substorms. J. Geophys. Res., 1967, v. 72, p. 5373-5382.

123. Atkinson G. The expansive phase of the magnetospheric substorm. In: Dynamics of the Magnetosphere, edited by S.-I. Akasofu, 1979, p. 461-482.

124. Bostrom R. Magnetospheric Physics, edited by B.M. McCormac, 1974, p. 45-59.

125. Пономарев E.A. Механизмы магнитосферных суббурь, M., Наука, 1986, 158 с.

126. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. О происхождении авроральной выпуклости. Геомагнетизм и аэрономия, 1984, т. 24, №1, с. 89-93.

127. Kan J.R., Williams R.L., Akasofii S.-I. A mechanism for the westward traveling surge during substorms. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 2211-2216.

128. Marklund G.T., Raadu M.A., Lindqvist P.-A. Effects of Birkeland current limitation on high-latitude convection patterns. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 10864-10874.

129. Kan J.R., Kamide Y. Electrodynamics of the westward traveling surge. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 7615-7619.

130. Kan J.R., Sun W. Simulation of the westward traveling surge and Pi 2 pulsations during substorms. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 10911-10922.

131. Zhu L., Kan J.R. Time evolution of the westward traveling surge on an ionospheric time scale. Planet. Space Sci., 1987, v. 35, N 2, p. 145-151.

132. Rothwell P.L., Silevitch M.B., Block L.P. A model for propagation of the westward travelling surge. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 8941-8949.

133. Hori N., Yamamoto T. On the divergence of the ionospheric electric field around the westward traveling surge. Planet. Space Sci., 1987, v. 35, N 12, p. 1489-1500.

134. Harel M„ Wolf R.A., Reiff P.H., Spiro R.W., Burke W.J., Rich F.J., Smiddy M. Quntita-tive simulation of a magnetospheric substorm. 1. Model logic and overview. J. Geophys. Res., 1981, v. 86, p. 2217-2241.

135. Harel M., Wolf R.A., Spiro R.W., Reiff P.H., Chen C.-K., Burke W.J., Rich F.J., Smiddy

136. M. Quntitative simulation of a magnetospheric substorm. 2. Comparison with observations. J. Geophys. Res., 1981, v. 86, p. 2242-2260.

137. Axford W.I., Hines C.O. A unifying theory of high-latitude geophysical phenomena and geomagnetic storms. Can. J. Phys., 1961, v. 39, p. 1433 1464.

138. Мишин B.M., Базаржапов А.Д., Анистратенко А.А., Аксенова Jl.B. Электрические токи и магнитосферная конвекция, создаваемые незамагниченным солнечным ветром. Геомагнетизм и аэрономия, 1978, т. 18, № 4, с. 751-753.

139. Базаржапов А.Д., Шеломенцев В.В., Мишин В.М. К выбору регрессионной модели высокоширотного поля геомагнитных вариаций. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1983, вып. 66, с. 138-149.

140. Watanabe М., Iijima Т., Nakagawa М., Potemra Т.A., Zanetti L.J., Ohtani S.W.-I., Newell P. Field-aligned current system in the magnetospheric ground state. J. Geophys. Res., 1998, v. 103, p. 6853-6869.

141. Friis-Christensen E., Kamide Y., Richmond A.D., Matsushita S. Interplanetary magnetic field control of high-latitude electric fields and currents determined from Greenland magnetometer data. J. Geophys. Res., 1985, v. 90, p. 1325-1338.

142. Cattell C., Lysak R., Torbet R.B., Mozer F.S. Observations of differences between regions of current flowing into and out of the ionosphere. Geophys. Res. Letters, 1979, v. 6, p. 621-624.

143. Bythrow P.F. et al. High Latitude currents in the 0600 to 0900 MLT sector: Observations from Viking and DMSP-F7. Geophys. Res. Letters, 1987, v. 4, p. 423-426.

144. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П., Режеиов Б.В. Ионосферная конвекция, вызываемая квазивязким взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой. Геомагнетизм и аэрономия, 1985, т. 25, № 4, с. 566-570.

145. Lundin R., Dubinin Е. Solar wind energy transfer regions inside the dayside magnetopause. 1.'Evidence for magnetosheath plasma penetration. Planet. Space Sci., 1984, v. 32, p. 745-755.

146. Cauffman D.P., Gurnett D.A. Satellite measurements of high-latitude convection electric fields. Space Sci. Rev., 1972, v. 13, p. 369-395.

147. Heelis R.A. The effects of interplanetary magnetic field orientation on dayside high-latitude ionospheric convection. J. Geophys. Res., 1984, v. 89, p. 2873-2880.

148. Heelis R.A., Reiff P.H., Winningham J.D., Hanson W.B. Ionospheric convection signatures observed by DE 2 during northward interplanetary magnetic field. J. Geophys. Res., 1986, v. 91, p. 5817-5830.

149. Zanetti L.J., Potemra T.A. The relationship of Birkeland and ionospheric currents systems to the interplanetary magnetic field. Preprint APL/JHU 85-10, USA, J. Hopkins Univ., 1985, 32 pp.

150. Трошичев О.А., Цыганенко H.A. Корреляционные соотношения между параметрами межпланетного поля и геомагнитными вариациями в полярной шапке. В кн.: Геомагнитные исследования, М., 1979, № 25, с. 47-59.

151. Трошичев О.А., Гизлер В.А. Модель продольных токов в области дневного каспа, учитывающая влияние межпланетного магнитного поля. В кн.: Геомагнитные исследования, М., 1980, № 27, с. 108-110.

152. Troshichev О. A. Solar wind control of electric fields and currents in magnetosphere and ionosphere. Proc. Conf. Achievements of the IMS, Graz, Austria, 1984, p. 407-416.

153. Troshichev O.A., Kotikov A.L., Shishkina E.M., Papitashvili V.O., Clauer C.R., Friis-Christensen E. DPY currents in the cusp/cleft region: A crucial role of southward interplanetary magnetic field. J. Geophys. Res., 1997, v. 102, p. 4777-4785.

154. Stern D.P. A study of the electric field in an open magnetospheric model. J. Geophys. Res., 1973, v. 78, p. 7292-7305.

155. Ляцкий В.Б. Токовые системы магнитосферно-ионосферных возмущений. Д., Наука, 1978, 198 с.

156. Алексеев И.И., Беленькая Е.С. Конвекция магнитосферной плазмы на открытых силовых линиях. Геомагнетизм и аэрономия, 1985, т. 25, № 3, с. 450-457.

157. Уваров В.М. Модель распределения электрического поля в ионосфере, обусловленного азимутальной компонентой межпланетного магнитного поля. Геомагнетизм и аэрономия, 1982, т. 22, № 2, с. 216-219.

158. Уваров В.М. Расчет электрических полей, обусловленных азимутальной компонентой ММП, для условий солнцестояния. Геомагнетизм и аэрономия, 1983, т. 23, № 4, с. 636-639.

159. Уваров В.М., Барашков П.Д. О влиянии межпланетного магнитного поля на распределение электрических полей в полярной ионосфере. Геомагнетизм и аэрономия, 1985, т. 25, № 4, с. 675-677.

160. Лукьянова Р.Ю., Самокиш Б.А., Уваров В.М. Глобальная картина ионосферной конвекции, обусловленной DPY и трехслойной MTS системами продольных токов. Численная модель. Геомагнетизм и аэрономия, 1996, т. 36, № 2, с. 28-38.

161. Friis-Christensen Е. Solar wind control of the polar cap. Danish Meteorol. Inst., Lyng-byvej, DK-2100, Copenhagen, 1985, 7 pp.

162. Heppner J.P. High-latitude electric fields and modulations related to interplanetary magnetic field parameters. Radio Sci., 1973, v. 8, p. 933-948.

163. Шеломенцев В.В. Модуляция авроральных электроструй. Сб. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М., Наука, 1974, вып. 30, с. 95-106.

164. Russell С.Т., McPherron R.L. Semiannual variation of geomagnetic activity. J. Geophys. Res., 1973, v. 78, p. 92-108.

165. Newell R.T., Xu D., Meng C.-I., and Kivelson M.G. Dynamical Polar Cap; A Unifying approach, J. Geophys. Res., 1979, v. 102, p. 127-139.

166. Friis-Christensen, Ei, and K. Lassen, Large-Scale Distribution of Discret Auroras and Field Aligned Currents, Auroral Physics, 1991, Cambridge UP, p. 370-381.

167. Troshichev, O.A., and A. Nishida, Pattern of electron and ion precipitation in northern and southern polar regions for northward IMF, J. Geophys. Res., 1992, v. 97, p. 8337.

168. Soterelis, Т., P.Т. Newell, and C.-I. Meng, Polar rain as diagnostic of recent rapid day-side merging, J. Geophys. Res., 1997, v. 102, p. 7151-7157.

169. Алексеев И.И., Беленькая Е.С., Сайбек Д.Г. Открытые силовые линии в закрытой модели магниосферы. Геомагнетизм и аэрономия, 1998, т. 38, № 1, с. 9-18.

170. Shirapov D.Sh., Mishin V.M., Urbanovich V.D., Mishin V.V. Some problems of the polar cap and geomagnetic tail dynamics, Proceedings of the IV International Conference on Substorms, Japan, 9-13 March 1998, p.413.

171. Shirapov D.Sh., Mishin V.M., Urbanovich V.D.,Mishin V.V. Plasma convection in the near-pole region of ionosphere and the structure of polar cap, IV International Conference on Substorms, Japan, 9-13 March 1998, Lake Hamana, Japan. Abstracts, p.175.

172. Saifudinova T.I., Mishin V.M., Shirapov D.Sh. The structure of open magnetic flux across the polar cap. Proceedings of the V International Conference on Substorms, Russia, 16-20 May 2000, St. Petersburg, p. 565-568.

173. Mishin V.M., T.I. Saifudinova, A.D. Bazarzhapov, L.P. Block, and H. Opgenoorth, Existing methods of a substorm timing neglect the two-stage development of a typical sub-storm active phase, Substorms-4, Proceedings of ICS-4, 1998, p. 87-90.

174. Saifudinova T.I., Bazarzhapov A.D., Mishin V.M. Timing pseudo- and true- expansion onset of the CDAW6 substorm of march 22, 1979. Substorms-4, Proceedings of ICS-4, 1998, p. 331-334.

175. Heelis, R.A., Lowell, J.K., and Spiro, R.W., A model of the high latitude ionospheric convection pattern, J. Geophys. Res., 1982, v. 87, p. 6339.

176. Lockwood M. The excitation of ionospheric convection. J. Atm. Terr. Phys., 1991, v. 35, p. 177-199.

177. Suzuki A., Fukushima N. Anti-Sunward Space Current below the MAGS AT level during magnetic storms. J. Geomagn. Geoelectr., 1984, v. 36, p. 493-506.

178. Ширапов Д.Ш. Моделирование конвекции ионосферной плазмы L типа. Материалы'Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий», Часть 2, 12-17 сентября, 2000, г. Улан-Удэ, с. 261-266.