Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование магнитосферных возмущений, обусловленных вариациями продольных токов суббури и Ву ММП

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследование магнитосферных возмущений, обусловленных вариациями продольных токов суббури и Ву ММП"

ИНСТИТУТ КОСМОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И АЭРОНОМИИ им. Ю.Г.ШАФЕРА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

БОРОЕВ РОМАН НИКОЛАЕВИЧ

Исследование магнитосферных возмущений, обусловленных вариациями продольных токов суббури и By ММП

25.00.29 - ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Якутск -2004

Работа выполнена в Институте космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера Сибирского отделения Российской академии наук.

Научные руководители: доктор физико-математических наук С.И.Соловьёв

доктор физико-математических наук М.Г.Гельберг

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Лазутин Л.Л. (НИИЯФ МГУ, Москва) кандидат физико-математических наук, профессор Корякин А.Г. (ЯГУ им. М.К.Аммосова, Якутск)

Ведущая организация: Полярный геофизический институт КНЦ РАН (г.Апатиты)

Защита диссертации состоится " ^^ " ^¿/С^^/Ь^-_.2004 г.

на заседании Диссертационного совета К 003.023.01 в Институте космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера СО РАН по адресу: 677980, г.Якутск, проспект Ленина, 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКФИА.

Автореферат разослан '' " _.2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат физико-математических наук Л.П.Шадрина

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Освоение космического пространства поставило в повестку дня задачу оценки состояния и прогноза обстановки ближнего космоса, а в перспективе - и в любой области гелиосферы. Это привело к расширению работ в области солнечно-земной физики, физики магнитосферы Земли и магнитосферно-ионосферного взаимодействия. Наряду с прямыми измерениями в космосе с помощью спутников и ракет, существенное место в этих работах занимают наземные геофизические измерения и, в частности, наблюдения продольных токов. Проведение исследований в этом направлении определяется тем, что продольные токи, текущие вдоль силовых линий геомагнитного поля, являются одним из важных компонентов магнитосферно-ионосферного взаимодействия. Продольные токи тесно связаны с широким комплексом многих геофизических явлений (бури, суббури и т.д.), обусловленных взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой Земли. Особое место продольных токов в этом комплексе явлений определяется, в частности, тем, что они являются прямым индикатором корпускулярных вторжений в верхнюю атмосферу, вызывающих свечение нижней ионосферы и приводящих к существенным изменениям условий радиосвязи. Таким образом, продольные токи, с одной стороны, подвержены воздействию межпланетной среды, а, с другой, могут оказывать значительное влияние на радиационную обстановку в верхней атмосфере.

В настоящее время по данным спутниковых измерений установлено, что продольные токи образуют чередующиеся полосы втекающих в ионосферу и вытекающих из нее токов и являются неотъемлемой частью трехмерных крупномасштабных токовых систем. Систематизация данных по большому числу пролетов спутников позволила выделить три основные области - 0, 1 и 2 втекающих и вытекающих токов, локализованных, соответственно, на широтах каспа, приполюсной и экваториальной границах аврорального овала. С ростом геомагнитной активности, как правило, при южной В2-компоненте межпланетного магнитного поля (ММП), области 1 и 2 смещаются к экватору, и интен-

дольных токов области 0 сильно зависят от ориентации ММП и определяются в основном азимутальной компонентой ^у) ММП. Кроме того, в периоды суббуревого взрыва генерируется дополнительная система продольных токов, образуя так называемый токовый клин суббури.

Описанные закономерности отражают среднее пространственно-временное распределение токов. Единичные измерения, особенно в периоды формирования суббуревого возмущения, свидетельствуют о сильной изменчивости продольных токов, связанной с мелкомасштабными вариациями токов и временными изменениями крупномасштабных токовых полос. Выяснение физических факторов, обуславливающих вариации продольных токов в период развития суббури и их роли в генерации пространственно локализованных токовых систем с учетом влияния азимутальной компоненты ММП является актуальной нерешенной проблемой.

Основной целью диссертации является исследование роли продольных токов суббури и Ву-компоненты ММП в развитии низкоширотных и высокоширотных возмущений в течение магнитосферной суббури.

Научная новизна

1. По данным наземных наблюдений автором впервые обнаружено существование регулярных вариаций магнитного поля на фазе роста суббури, которые обусловлены продольными токами с направлением, подобным токам области 2. По данным геостационарных спутников установлено, что вероятность наблюдения продольных токов на фазе роста суббури зависит от уровня геомагнитной активности.

2. Впервые детально исследовано влияние Ву-компоненты ММП на локализацию центра очага суббури в магнитосфере и на характер развития взрывной фазы суббури.

3. Выявлен механизм влияния Ву-компоненты ММП на продольные токи суббуревого возмущения.

Научная и практическая ценность

Полученные в работе результаты позволили выявить связь между Ву-компонентой ММП и продольными токами суббуревого возмущения. Решение этой задачи можно рассматривать как этап на пути построения новой асимметричной модели развития суббури. Ряд результатов может быть использован и в прикладных исследованиях по разработке методов краткосрочного прогноза космической погоды.

Личный вклад автора

Основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично или при его участии. Автор принимал непосредственное участие в фотометрических наблюдениях полярных сияний в районе бухты Тикси в 1996г. Автор самостоятельно систематизировал и проанализировал необходимые материалы наземных и спутниковых магнитных измерений и внес определяющий вклад в формулировку основных выводов.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обусловлена использованием физически обоснованных методов, их проверкой в экспериментах, а также использованием экспериментальных результатов с необходимой статистической обеспеченностью.

Апробация работы

Основные результаты диссертации были представлены на 22, 24 и 25 ежегодных Апатитских семинарах «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 1999, 2001 и 2002 гг.), Международной конференции по суббурям (С.Петербург, 2000 г.), 26й Генеральной ассамблее Е08 (Ницца, Франция, 2001 г.), Всероссийских конференциях по физике солнечно-земных связей (Иркутск, 2001, 2003 гг.), Всероссийской конференции "Проблемы физики космических лучей и солнечно-земные связи" (Якутск, 2002г.), Международной Байкальской школе по фундаментальной физике (Иркутск, 2003г.), Всероссийской школе-

семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы физики на Севере» (Якутск, 2003г.), а также обсуждались на расширенных семинарах отдела аэрономии ИКФИА.

Основной материал диссертации опубликован в 16 работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы, содержит 95 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 10 таблиц и библиографию из 145 наименований.

Автор выносит на защиту:

1. Результаты анализа оптических измерений и магнитных вариаций, наблюдающихся в околополуночном секторе на фазе роста суббури, и обусловленных продольными токами, свидетельствующие о влиянии продольных токов на яркость аврорального свечения вблизи экваториальной границы диффузного свечения.

2. Результаты анализа геомагнитных возмущений, свидетельствующие о влиянии Ву-компоненты ММП на долготную асимметрию токового клина суббури относительно полуночного меридиана и северо-южную асимметрию ионосферных токов суббуревых возмущений.

3. Качественную модель, объясняющую влияние By ММП на распределение продольных и ионосферных токов суббури и положения её центра в магнитосфере относительно полуночного меридиана.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приводятся постановка задачи и краткая аннотация содержания работы по разделам, описаны новизна, достоверность и практическая ценность полученных результатов, сформулированы защищаемые положения.

В первой главе дан краткий обзор характеристик различных типов магни-тосферных возмущений и их связи с параметрами солнечного ветра и ММП. Показана важная роль продольных токов и условий в солнечном ветре в развитии магнитосферных возмущений. Кратко описаны современные теоретические и экспериментальные представления о природе суббуревого процесса и существующие модели магнитосферной суббури. Отмечен ряд нерешенных вопросов, касающихся протекания фазы роста суббури и влияния By ММП на развитие фазы экспансии суббури.

Во второй главе приведены результаты исследования вариаций яркости свечения в эмиссии 557,7 нм на широтах южнее экваториальной границы диффузных сияний по данным фотометрических измерений на Якутском меридиане. Для каждого события на диаграммах изолиний поверхностной яркости эмиссии 557,7 нм были выбраны три сектора, каждый шириной -10° (в масштабе зенитных углов). Сектора центрировались на зенитных расстояниях 60° и 30° к северу и 40° к югу от зенита станции наблюдения, соответственно, в зоне сияний, на экваториальной границе диффузных сияний и в области слабого диффузного свечения. Обработаны фотометрические данные событий, наблюдаемых в магнитоспокойный период (КР< 2) в вечернем секторе магнитосферы в годы минимума 11-летнего цикла солнечной активности. В результате проведенных исследований было показано, что на меридиане будущего очага суббури южнее экваториальной границы диффузных сияний отмечается монотонный рост яркости свечения в эмиссии 557,7 нм с последующим понижением до начала фазы экспансии суббури (нижняя кривая на рис.1б). Было получено, что продолжительность роста яркости в эмиссии 557,7 нм, её интенсивность, а также глубина спада яркости свечения зависят от уровня геомагнитной активности и условий в межпланетной среде до начала суббури.

Наблюдаемые вариации яркости на широтах южнее экваториальной границы диффузных сияний подобны изменениям яркости в области дискретных форм сияний (верхняя кривая на рис.1б), что, по-видимому, может свидетельст-

вовать о планетарном характере процессов формирования фазы роста суббури в магнитосфере.

Рис.1. Вариации изолиний поверхностной яркости в зависимости от широты и времени (а) и яркости свечения в эмиссии 557,7 нм для различных зенитных углов (б) в области дискретных структур (60 Ы), вблизи экваториальной границы диффузных сияний (30Ы), и южнее этой границы (40 Б) до и во время начала суббури в То~13.4ОиТ

По данным скорости дрейфа оптических неоднородностей в период развития суббури приведены оценки напряженности электрического поля на широтах экваториальнее границы диффузных сияний. Показано, что напряженность электрического поля на меридиане формирования очага суббури до начала взрывной фазы составляет ~ 9-11 мВ/м, а на фазе восстановления, если эпицентр очага располагается в другом долготном секторе относительно пункта наблюдений, она равна -1 - 4 мВ/м.

Далее анализируются вариации Б-компоненты геомагнитного поля на средне- низкоширотной цепочке станций, вытянутых на -120° по долготе в ночном секторе. Установлено, что на фазе роста суббури за - 15-30 мин до начала фазы экспансии в предполуночном секторе регистрируется резкое понижение Б-компоненты (отрицательные бухты) перед началом положительной бухты во время фазы расширения суббури (рис 2а) В послеполуночном секторе

наблюдается противоположная закономерность: на фазе роста суббури положительные бухты в D-компоненте поля изменяются с началом активной фазы на отрицательные (рис.2б).

Рис.2. Вариации магнитного поля на средних широтах в предполуночном (а) и послеполуночном (б) секторах, и в магнитосфере по данным геостационарных спутников (в) а) 7декабря 1986 г. с 04.00 до 06.15 иТ

Для выявления возможного источника вариаций D-компоненты на фазах роста и экспансии суббури анализировались вариации геомагнитного поля на двух геостационарных спутниках, которые позволяют по известной методике

оценить интенсивность и направление продольных токов. Было обнаружено, что в вечернем секторе до начала фазы экспансии суббури наблюдаются продольные токи, втекающие в ионосферу (рис.2в), а в утренние часы - вытекающие из неё.

Таким образом, за ~ 15-30 мин до начала фазы экспансии суббури происходит усиление продольных токов, втекающих (вытекающих) в ионосферу в предполуночном (послеполуночном) секторе магнитосферы, т.е. с направлением, подобным токам области 2 и противоположным токам токового клина суббури.

Исследуя низкоширотные геомагнитные возмущения, мы определили долготный размер токовой системы продольных токов на фазе роста суббури, который составил - 35-50°, что приблизительно в 2 раза меньше азимутального размера биркеландовых токов токового клина суббури.

В ходе дальнейшего анализа спутниковых данных было установлено, что на геостационарных расстояниях продольные токи типа области 2 не всегда проявляются до начала взрывной фазы суббури. Обнаружено, что вероятность возникновения продольных токов до начала взрывной фазы возрастает с ростом геомагнитной активности и для возмущений с плавным началом активной фазы суббури.

Предполагается, что суббури, сопровождающиеся генерацией продольных токов на фазе роста суббури, формируются в ближней к Земле части хвоста магнитосферы и поэтому могут быть зарегистрированы геостационарными спутниками, в отличие от возмущений, генерирующихся в дальней части хвоста и имеющих резкое начало активной фазы суббури. В конце главы обсуждается возможный механизм уменьшения интенсивности свечения в эмиссии 557,7 нм на широтах вблизи экваториальной границы диффузных сияний за ~ 15 мин до начала фазы экспансии суббури. По-видимому, в магнитосфере происходит усиление продольных токов с направлением подобным продольных токов области 2 и генерация электрического поля восточного направления. Это приводит к уменьшению напряженности западного электрического поля магнито-сферной конвекции и, как следствие, к уменьшению скорости высыпания частиц.

В третьей главе по данным наземных наблюдений исследованы геомагнитные вариации поля, связанные с развитием магнитосферной суббури при южном направлении ММП. По данным цепочки среднеширотных станций построены долготные распределения D-компоненты векторов возмущения геомагнитного поля в период взрывной фазы суббури. С помощью аппроксимации данных определены долготные размеры областей продольных токов в магнито-сферно-ионосферной системе во время суббуревого возмущения. Обнаружено,

что в течение взрывной фазы суббури наблюдается закономерное различие в долготном распределении втекающих и вытекающих продольных токов в токовом клине суббури: при Ву>0 полоса вытекающих токов в северном полушарии шире, чем втекающих, а при Ву<0 - уже. В процессе развития взрывной фазы суббури эта закономерность сохраняется.

Таким образом, показано, что азимутальная компонента ММП вызывает асимметрию в долготном распределении продольных токов ТКС. На основании проведенных исследований предложена схема распределения продольных токов в ТКС для северного полушария в периоды | Вг / Ву | <1 (рис.3).

Рис.3. Схема распределения продольных токов токового клина суббури, состоящая из симметричной (а) при Ву = 0 и асимметричных (б) и (в) частей в зависимости от знака ВуММП

Наблюдаемую картину можно объяснить как суперпозицию двух систем продольных токов: симметричной части токового клина суббури и дополнительного продольного тока, направление которого контролируется азимутальной компонентой ММП.

Возможным источником продольного тока является область дневного каспа, так как именно в эту область наиболее эффективно проникает электрическое поле солнечного ветра. При этом генерируемые токи, проникая из области дневных каспов магнитосферы на ночную сторону полярной ионосферы, вызывают асимметрию в токовом клине суббури. Наложение продольного тока, обусловленного Ву ММП, на токовый клин суббури приводит к тому, что центр

а)

б) Ву > О

в) Ву<0

суббури смещается при Ву> 0 в утренний сектор, при Ву< О-в вечерний. Таким образом, можно объяснить данные наземных наблюдений.

Смещение положения центра суббури в зависимости от знака Ву ММП регистрировалось также и по спутниковым данным. Обнаружено, что с переходом от отрицательных к положительным значениям Ву-компоненты местное

Рис.4. Зависимость долготной локализации центров суббурь на экваторе магнитосферы от Ву ММПпо данным геостационарных спутников: (а) - У$ц> < 400км/с, (б) Кш > 400км/с

магнитное время долготной локализации центров суббурь в магнитосфере смещается от вечерних к утренним часам. Характер изменения долготной локализации центров суббурь зависит от скорости солнечного ветра. При У_> 400 км/с (рис.4б) смещение центров суббурь в утренний сектор наблюдается при меньших значениях Ву компоненты ММП, чем в группе событий с У„ < 400 км/с (рис.4а).

В конце главы приведены результаты исследования интенсивности геомагнитных возмущений в северном и южном полушариях Земли от знака Ву ММП. Эти исследования показали, что Ву компонента вызывает регулярную асимметрию в интенсивности суббурь в северном и южном полушариях. При Ву > 0 амплитуда вариаций Н-компоненты геомагнитного поля в период взрывной фазы суббури больше в северном полушарии, а при Ву < 0 - в южном. Закономерность наблюдается во все сезоны, т.е. не зависит от величины ионосферной проводимости.

Полученные факты позволяют построить более полную по сравнению с рис. 3 картину распределения токов суббури при прохождении секторной структуры ММП (рис.5).

В заключении главы 3 предложена модель, объясняющая вклад By ММП в асимметричное распределение продольных и ионосферных токов суббури. Предполагается, что существенное влияние на токовый клин суббури оказывает источник продольных токов на широтах дневного полярного каспа, связанный с проникновением By ММП в магнитосферу.

Рис.5. Схема распределения продольных токов в токовом клине суббури и токовой системы, обусловленной ВуММП, в северном и южном полушарияхприразличных направлениях азимутальной компоненты ММП. Здесь и - продольные токи, обусловленныеBy ММП; ^ - продольные токи токового клина суббури; Л - ионосферные токи, замыкающие продольные токи токового клина суббури; ]х - токи, текущие поперек хвоста магнитосферы

Направление и пространственная локализация продольных токов зависят от знака By ММП и имеют противоположные характеристики в северном и южном полушариях Земли. В периоды суббури система токов, обусловленных By ММП, накладывается на симметричную часть токового клина суббури, что приводит к долготной и N-S асимметрии и смещению очага суббури относительно полуночного меридиана.

В заключении приведены основные результаты диссертации.

1. Обнаружено, что на широтах экваториальнее границы диффузных сияний наблюдается монотонный рост яркости в эмиссии 557,7 нм с последующим понижением до начала фазы экспансии суббури. Наблюдаемые вариации яркости подобны изменениям яркости дискретных форм сияний в авроральном овале, что свидетельствует о планетарном характере процессов формирования фазы роста суббури в магнитосфере. Предложен возможный сценарий причины уменьшения яркости свечения в эмиссии 557,7 нм на широтах южнее экваториальной границы диффузной зоны вследствие процессов на внутренней кромке плазменного слоя, формирующих на фазе роста суббури локальную токовую петлю. Кроме того, по вычисленным скоростям дрейфа оптических неоднородностей оценена величина электрического поля, проникающего во внутреннюю магнитосферу в период суббурь. До начала взрывной фазы суббури напряженность электрического поля составляет -9-11 мВ/м, а на фазе восстановления -1-4 мВ/м.

2. По данным наземных геомагнитных наблюдений обнаружено явление формирования на фазе роста суббури за 10-30 мин до брейкапа системы продольных токов, имеющих направление противоположное биркеландо-вым токам токового клина суббури и долготный масштаб приблизительно в 2 раза меньше азимутального размера токового клина суббури.

3. Из анализа данных спутниковых измерений магнитного поля установлено, что не всегда наблюдаются продольные токи на фазе роста суббури. Вероятность регистрации продольных токов, формирующихся на фазе роста, возрастает с ростом геомагнитной активности , предшествующей суббуре, и с увеличением длительности фронта активной фазы (более 11 мин).

4. Показано, что смена знака Ву-компоненты ММП от отрицательных к положительным значениям приводит к смещению центра суббури в магнитосфере к утренним часам, причем с увеличением скорости солнечного

ветра, когда ее значение превышало 400 км/с, смещение центра суббури происходит при меньших значениях Ву ММП.

5. Обнаружена долготная асимметрия областей втекания и вытекания продольных токов токового клина суббури характер которой существенно зависит от ориентации ММП: при > 0 азимутальные размеры полосы вытекающих из ионосферы токов больше, а при Ву < 0 -меньше, чем размеры полосы втекающих токов.

6. Выявлена северо-южная асимметрия в интенсивности суббурь, обусловленная ориентацией ММП: в периоды слабых и умеренных суббурь в магнитосопряжённых точках Земли при |BZ/By| < 1 максимальная амплитуда геомагнитных бухт в Н-компоненте в северном полушарии выше, чем в южном при Ву > 0 и наоборот - при Ву < 0.

7. Дано объяснение влияния Ву ММП на распределение продольных и ионосферных токов суббури, состоящее в том, что определяющее воздействие на токовый клин суббури оказывают продольные токи на широтах дневного полярного каспа, которые замыкаются в ночной авроральной ионосфере. Направление этих токов и их локализация относительно полуночного меридиана определяются знаком Ву ММП: токи втекают (вытекают) до полуночи (после полуночи) в периоды Ву <0 (Ву>0).

Основные публикации автора по теме диссертации

1. Величко В.А., Бороев Р.Н., Баишев Д.Г. Динамика оптических неоднородно-стей на субавроральных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т.40, №3. С. 104-108.

2. Boroyev R.N., Velichko V.A., Baishev D.G. Local increase of field-aligned current intensity before a substorm onset // Proc. of Fifth Intern.Conf. on Substorms. St. Petersburg, Russia. 16-20 May 2000. Netherlands, Noordwijk: ESA 2000. P.279-282.

3. Boroyev R.N Dynamics of the field-aligned current during substorms with a sharp onset of the expansion phase // Proc. of Fifth Intern.Conf. on Substorms. St. Pe-

tersburg, Russia. 16-20 May 2000. Netherlands, Noordwijk: ESA. 2000. P.377-380.

4. Boroyev R.N., Gelberg M.G. Dependence oflongitudinal localization of substorm center on geosynchronous orbits on the IMF By-component // Proc. of Fifth In-tern.Conf. on Substorms. St. Petersburg, Russia. 16-20 May 2000. Netherlands, Noordwijk: ESA. 2000. P.41-44.

5. Бороев Р.Н., Гельберг М.Г. Зависимость долготной локализации центра суббури на геосинхронных орбитах от Ву-компоненты ММП // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. Т.41, №5. С.588-594.

6. Velichko V.A., Gelberg M.G., Boroyev R.N. Azimuth asymmetry of regions of field-aligned currents in flowing and out flowing from the ionosphere in the sub-storm current wedge // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 24th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2001. P. 37-40.

7. Величко ВА, Борисов Г.В., Бороев Р.Н., Баишев Д.Г. Вариации яркости эмиссии 557,7 нм экваториальнее области диффузного аврорального свечения на предварительной фазе суббури // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 112. 2001. С.234-242.

8. Velichko VA, Boroyev R.N., Baishev D.G. Local field-aligned current during the substorm growth phase // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 24th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2001. P.33-36.

9. Velichko V.A., Boiisov G.V., Boroyev R.N., Baishev D.G. Variations of the 557,7 nm emission brightness equatorward of low-latitude boundary of the auroral background luminosity before the break-up onset // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 24th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2001. P. 41-44.

10.Boroyev R.N. Dynamics of field-aligned currents during substorm // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 25th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2002. P.9-11.

П.Величко В А, Бороев Р.Н., Гельберг М.Г. Азимутальная асимметрия областей втекающих и вытекающих из ионосферы продольных токов в токовом клине суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т.42, № 5. С.619-623.

12.Velichko V.A., Boroyev R.N., Gelberg M.G., Baishev D.G., Olson J.V., Morris R.J., Yumoto K. North-south asymmetry of the substorm intensity depending on the IMF By-component // Earth Planet Space. 2002. Vol.54. P.955-961.

1 З.Величко В А, Бороев Р.Н., Гельберг М.Г., Баишев Д.Г., Olson J.V., Moriss R.J., Yumoto К. Северо-южная ассиметрия в интенсивности суббурь, вызванная ориентацией Ву компоненты ММП. // Солнечно-земная физика. Вып. 2,2002. С.226-227.

14.Velichko V.A., Boroyev R.N., Gelberg M.G., Baishev D.G., Olson J.V., Morris R.J., Yumoto K. Asymmetry in substorm development in the Earth's northern and southern hemispheres // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 25th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2002. P.33-36.

15.Величко В.А., Бороев Р.Н., Плотников И.Я., Баишев Д.Г.. Влияние ММП на локализацию очага суббури // Труды VI сессии молодых ученых « Волновые процессы в проблеме космической погоды». БШФФ-2003. С.150-152.

16. Velichko VA., Boroev R.N., Plotnikov I.Ya., Baishev D.G.. Effect of By IMF in substorm current wedge formation // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 26th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2003. P.45-48.

Лицензия серии ПД № 00840 от 10.11.2000 г.

Формат 60x84 '/|6. Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Усл.п.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 204.

ЯФ ГУ «Издательство СО РАН»

677891, г. Якутск, ул. Петровского, 2, тел./факс: (411-2) 36-24-96 E-mail: kuznetsov@psb.ysn.ru

»238 4 3

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Бороев, Роман Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СВЯЗЬ МАГНИТОСФЕРНО-ИОНОСФЕРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ С ПАРАМЕТРАМИ СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА И ММП.

1.1 Типы магнитосферно-ионосферных возмущений.

1.2 Магнитосферная суббуря - ее фазы и основные проявления.

1.3 Магнитосферная суббуря как отклик на взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли.

1.4 Системы продольных токов в авроральной зоне.

1.5 Роль азимутальной компоненты ММП в развитии магнитосферно-ионосферных возмущений.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование магнитосферных возмущений, обусловленных вариациями продольных токов суббури и Ву ММП"

В диссертационной работе представлены результаты экспериментальных исследований пространственно-временных вариаций продольных токов в течение суббури и влияние Ву-компоненты межпланетного магнитного поля (ММП) на структурные и динамические особенности распределения токов в токовом клине суббури.

Исследования проведены на базе данных сети наземных магнитовариационных станций, геостационарных спутников и данных наземных оптических наблюдений.

Продольные токи, текущие вдоль силовых линий геомагнитного поля, являются одним из важных компонентов магнитосферно-ионосферного взаимодействия. Впервые, предположение о важной роли продольных токов в генерации полярных магнитных возмущений было высказано Биркеландом.

Согласно современным представлениям система продольных токов в высокоширотной ионосфере состоит из трех областей: высокоширотной (область 1), низкоширотной (область 2), локализованных соответственно вдоль при полюсной и экваториальной границ аврорального овала и дополнительной области 3 (или области 0 по зарубежной терминологии) на широтах дневного каспа. Приведенная схема отражает лишь среднестатистическую картину распределения продольных токов в периоды умеренной возмущенности и не содержит сведений о динамике структур в геомагнитные возмущенные периоды. Особая система продольных токов наблюдается в период развития взрывной фазы суббури. В этом случае, продольные токи, втекающие в ионосферу на утренней стороне и вытекающие из неё в вечернем секторе, замыкаются в ионосфере западным электроджетом. Такая структура токов, получившая название токового клина суббури (ТКС), генерирует эквивалентную токовую систему типа DPn

Роль продольных токов в развитии магнитосферных возмущений в настоящее время в значительной степени изучена на уровне крупномасштабных геофизических структур: областей 1,2,3 и токового клина суббури. Однако в большинстве исследований поведение продольных токов в период развития суббуревого возмущения до конца не выяснено. Например, результаты исследований, полученные по данным спутниковых измерений в девяностых годах, показали, что на фазе роста суббури, наряду с крупномасштабными токовыми системами, на ночной стороне овала формируется узкая по долготе токовая система продольных токов с направлением, обратным биркеландовым токам взрывной фазы суббури. Как проявляется эта система токов в геомагнитных вариациях и её значение в развитии возмущений остаётся не ясным.

Не менее важную роль в возникновении и развитии магнитосферно-ионосферных возмущений играют параметры солнечного ветра и ММП. Однако вопрос о влиянии условий в солнечном ветре на генерацию возмущений остаётся дискуссионным. Так, например, существуют две альтернативные точки зрения на генерацию суббуревого возмущения. Согласно одной из них, суббуря вызывается внутренними процессами в магнитосфере, развитие которых определяется состоянием самой магнитосферы. С другой стороны, по мнению ряда авторов, любое магнитосферное возмущение вызывается соответствующим изменением параметров солнечного ветра, но при условии, что магнитосфера уже подготовлена для начала суббури. Таким образом, в обоих предлагаемых сценариях важную роль в возникновении и развитии возмущений играет внутреннее состояние магнитосферы до начала суббури, т.е. в течение фазы роста суббури. В настоящее время, исследование фазы роста суббури в полярных сияниях и геомагнитных вариациях проведено в основном по наблюдениям высокоширотной ионосферы, а данные субавроральной и низкоширотной ионосферы, где локальные продольные токи могут давать существенный вклад в геомагнитные возмущения, практически не рассматривались.

Во многих работах показано важная роль в развитии магнитосферных возмущений вертикальной (Bz) компоненты ММП, однако вклад азимутальной (Ву) компоненты в генерацию суббуревого возмущения до конца не ясен. В настоящее время влияние Ву ММП на магнитосферно-ионосферные возмущения в основном исследовано по данным дневного сектора магнитосферы на широтах каспа. В полуночном секторе, хотя в ряде работ изучалось влияние Ву на геомагнитную и авроральную активность, полученные данные весьма противоречивы. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования влияния продольных токов, обусловленных Ву ММП, на характер развития суббури как в северном, так и в южном полушариях Земли.

Известно, что влияние Ву-компоненты ММП проявляется по разному в северном и южном полушариях, что может привести к асимметричному развитию суббуревых возмущений, обусловленных не только сезонными вариациями ионосферной проводимости, но и асимметричным распределением продольных токов.

Цель работы и задачи исследований

Основной целью диссертации является исследование роли продольных токов суббури и Ву-компоненты ММП в развитии низкоширотных и высокоширотных возмущений в течение магнитосферной суббури. Решались следующие задачи:

• Исследование пространственно-временных вариаций яркости свечения в эмиссии 557,7 нм на широтах вблизи экваториальной границы диффузных высыпаний и продольных токов на фазе роста суббури по данным наземных и спутниковых наблюдений.

• Исследование влияния Ву-компоненты ММП на долготное распределение продольных токов на ночной стороне магнитосферы в период развития суббуревых возмущений и на положение центра очага суббури в магнитосфере.

• Изучение вклада Ву-компоненты ММП в интенсивность электрических токов суббури в северном и южном полушариях Земли.

Научная новизна

1. По данным наземных наблюдений автором впервые обнаружено существование регулярных вариаций магнитного поля на фазе роста суббури, которые обусловлены продольными токами с направлением, подобным токам области 2. По данным геостационарных спутников установлено, что вероятность наблюдения продольных токов на фазе роста суббури зависит от уровня геомагнитной активности.

2. Впервые детально исследовано влияние Ву-компоненты ММП на локализацию центра очага суббури в магнитосфере и на характер развития взрывной фазы суббури.

3. Выявлен механизм влияния Ву-компоненты ММП на продольные токи суббуревого возмущения.

Научная и практическая ценность

Полученные в работе результаты позволили выявить связь между Ву-компонентой ММП и продольными токами суббуревого возмущения. Решение этой задачи можно рассматривать как этап на пути построения новой асимметричной модели развития суббури. Ряд результатов могут быть использованы и в прикладных исследованиях по разработке методов краткосрочного прогноза космической погоды.

Личный вклад автора

Основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично или при его участии. Автор принимал непосредственное участие в фотометрических наблюдениях полярных сияний в районе бухты Тикси в 1996г. Автор самостоятельно систематизировал и проанализировал необходимые материалы наземных и спутниковых магнитных измерений и внес определяющий вклад в формулировку основных выводов.

Автор выносит на защиту:

1. Результаты анализа оптических измерений и магнитных вариаций, наблюдающихся в околополуночном секторе на фазе роста суббури, и обусловленных продольными токами, свидетельствующие о влиянии продольных токов на яркость аврорального свечения вблизи экваториальной границы диффузного свечения.

2. Результаты анализа геомагнитных возмущений, свидетельствующие о влиянии Ву-компоненты ММП на долготную асимметрию токового клина суббури относительно полуночного меридиана и северо-южную асимметрию ионосферных токов суббуревых возмущений.

3. Качественную модель, объясняющую влияние Ву ММП на распределение продольных и ионосферных токов суббури и положения её центра в магнитосфере относительно полуночного меридиана.

Апробация работы

Основные результаты диссертации были представлены на 22, 24 и 25 ежегодных Апатитских семинарах «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 1999, 2000 и 2002 гг.), Международной конференции по суббурям (С.Петербург, 2000 г.), 26й Генеральной ассамблее EGS (Ницца, Франция, 2001 г.), всероссийской конференции по физике солнечно-земных связей (Иркутск, 2001, 2003 гг.), Всероссийской конференции "Проблемы физики космических лучей и солнечно-земные связи" (Якутск, 2002г.), Международной Байкальской школе по фундаментальной физике (Иркутск, 2003г.), Всероссийской школе-семинаре «Фундаментальные и прикладные проблемы физики на Севере» (Якутск, 2003г.), а также обсуждались на расширенных семинарах отдела аэрономии ИКФИА.

Публикации

Основной материал диссертации опубликован в 16 работах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы, содержит 95 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 10 таблиц и библиографию из 145 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Бороев, Роман Николаевич

Основные результаты, полученные в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Обнаружено, что на широтах экваториальнее границы диффузных сияний наблюдается монотонный рост яркости в эмиссии 557,7 нм с последующим понижением до начала фазы экспансии суббури. Наблюдаемые вариации яркости подобны изменениям яркости дискретных форм сияний в авроральном овале, что свидетельствует о планетарном характере процессов формирования фазы роста суббури в магнитосфере. Предложен возможный сценарий причины уменьшения яркости свечения в эмиссии 557,7 нм на широтах южнее экваториальной границы диффузной зоны вследствие процессов на внутренней кромке плазменного слоя, формирующих на фазе роста суббури локальную токовую петлю. Кроме того, по вычисленным скоростям дрейфа оптических неоднородностей оценена величина электрического поля, проникающего во внутреннюю магнитосферу в период суббурь. До начала взрывной фазы суббури напряженность электрического поля составляет ~9-11 мВ/м, а на фазе восстановления ~1-4 мВ/м.

2. По данным наземных геомагнитных наблюдений обнаружено явление формирования на фазе роста суббури за 10-30 мин до брейкапа системы продольных токов, имеющих направление противоположное биркеландовым токам токового клина суббури и долготный масштаб приблизительно в 2 раза меньше азимутального размера токового клина суббури.

3. Из анализа данных спутниковых измерений магнитного поля установлено, что не всегда наблюдаются продольные токи на фазе роста суббури. Вероятность регистрации продольных токов, формирующихся на фазе роста, возрастает с ростом геомагнитной активности , предшествующей суббуре, и с увеличением длительности фронта активной фазы (более 11 мин).

4. Показано, что смена знака Ву-компоненты ММП от отрицательных к положительным значениям приводит к смещению центра суббури в магнитосфере к утренним часам, причем с увеличением скорости солнечного ветра, когда ее значение превышало 400 км/с, смещение центра суббури происходит при меньших значениях Ву ММП.

5. Обнаружена долготная асимметрия областей втекания и вытекания продольных токов токового клина суббури характер которой существенно зависит от ориентации ММП: при | Bz /Ву | < 1 и Ву > 0 азимутальные размеры полосы вытекающих из ионосферы токов больше, а при Ву < 0 - меньше, чем размеры полосы втекающих токов.

6. Выявлена северо-южная асимметрия в интенсивности суббурь, обусловленная ориентацией ММП: в периоды слабых и умеренных суббурь в магнитосопряжённых точках Земли при I Bz/By I < 1 максимальная амплитуда геомагнитных бухт в Н-компоненте в северном полушарии выше, чем в южном при Ву > 0 и наоборот -при Ву < 0.

7. Дано объяснение влияния Ву ММП на распределение продольных и ионосферных токов суббури, состоящее в том, что определяющее воздействие на токовый клин суббури оказывают продольные токи на широтах дневного полярного каспа, которые замыкаются в ночной авроральной ионосфере. Направление этих токов и их локализация относительно полуночного меридиана определяются знаком Ву ММП: токи втекают (вытекают) до полуночи (после полуночи) в периоды Ву <0 (Ву>0).

Автор признателен своим руководителям и добровольным помощникам за искреннюю заинтересованность и помощь в проведении настоящей работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приведены результаты экспериментальных наблюдений пространственно-временных измерений продольных токов в период развития суббуревых возмущений. Исследования проведены на базе данных сети наземных магнитовариационных станций, спутников и данных оптических измерений. Путем анализа длительных рядов наземных наблюдений и спутниковых измерений исследовано влияние межпланетного поля на структурные и динамические особенности распределения токов в токовом клине суббури.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Бороев, Роман Николаевич, Якутск

1. Герман Дж.Р., Голдберг Р.А. Солнце, погода и климат. Л.: Гидрометеоиздат. 1981. 320 с.

2. Киселев В.М. Неравномерность суточного вращения Земли. Новосибирск: Наука. 1980. 160 с.

3. Кузнецов В.В. Физика Земли и солнечной системы. Новосибирск: ИГиГСО АН СССР. 1990. 216 с.

4. Трошичев О.А. Ионосферно-магнитосферные возмущения в высоких широтах. Л.: Гидрометеоиздат. 1986. 255 с.

5. Сергеев В.А. О состоянии магнитосферы во время продолжительных периодов южной ориентации ММП // Phys.Solariterr. 1977. №5. С.39-50.

6. Troshichev О.А., Kuznetsov В.М., Pudovkin M.I. The current systems of the magnetic substorm growth and explosive phases // Planet.Space Sci. 1974. Vol.22. P.1403-1412.

7. Pytte Т., McPherron R.L., Hones E.W., and West H.I. Multiple-satellite studies of magnetospheric substorms: Distinction between polar magnetic substorms and convection driven negative bays // J.Geophys.Res. 1978. Vol.83. P.663-679.

8. Sergeev V.F., Pellinen R.J. and T.L.Pulkkinen. Steady magnetospheric convection: A review of recent results // Space Sci. Rev. 1996. Vol.75. P.551-604.

9. McPherron R.L., C.T. Russell, and M.P Aubry. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968. Phenomenological model for substorms // J. Geophys. Res. 1973. Vol.78. P. 3131-3149.

10. Tsurutani B.T., Gonzalez W.D. The cause of high-intensity long-duration AE activity (HILDCAA): interplanetary Alfven wave trains // Planet. Space Sci. 1987. Vol. 35. P.405-412.

11. Kershengolts S.Z. , Gelberg M.G. Systematization of the High-Intensity Long-Duration Continuous Auroral Activity // Физика авроральных явлений. XX ежегодный Апатитский семинар. 25-28 февр. 1997 г. Тез.докл. Апатиты: КНЦ РАН. 1997. С.9.

12. Гельберг М.Г., Кершенгольц C.3., Шадрина Л.П., Шараева С.В. Взаимосвязь между классами геомагнитных бурь и авроральными геомагнитными возмущениями // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т.40, №1. С.26-32.

13. Lyons L. R., T. Nagai, G. T. Blanchard, J. C. Samson, T. Yamamoto, T. Mukai, A. Nishida, and S. Kokubun. Association Between GEOTAIL

14. Plasma Flows and Auroral Poleward Boundary Intensifications Observed by CANOPUS photometers // J. Geophys. Res. 1999. Vol.104. P.4485-4500.

15. Сергеев В.А., Цыганенко H.A. Магнитосфера Земли. M.: Наука. 1980. 172 с.

16. Rostoker G., A.T.Y. Lui, C.D. Anger and J.S. Murphee. North-south structures in the midnight sector auroras as viewed by the Viking imager // Geophys.Res. Lett. 1987. Vol.14. P.407-410.

17. Liu W.W and G.Rostoker. On the origin of auroral fingers // J. Geophys. Res. 1993. Vol.98. P.17401-17407.

18. Elphinstone R.D., J.S. Murphree and L.L. Cogger. What is a global auroral substorm? // Rev. Geophys. 1996. Vol.34. P. 169-232.

19. Zesta E., L. R. Lyons, and E. Donovan. The auroral signature of Earthward flow bursts observed in the magnetotail // Geophys. Res. Lett. 2000. Vol.27. P.3241-3244.

20. Henderson M.G., G.D. Reeves and J.S. Murphree, Are north-south aligned auroral structures an ionospheric manifestation of bursty bulk flows? // Geophys. Res. Lett. 1998. Vol.25. P.3737-3740.

21. Sergeev V. A., K. Liou, C.-I. Meng, P. T. Newell, M. Brittnacher, G. Parks, G. D. Reeves. Development of auroral streamers in association withlocalized impulsive injections to the inner magnetotail // Geophys. Res. Lett. 1999. Vol.26. P.417-420.

22. Rostoker G., S.-I. Akasofu, J. Foster, R. A. Greenwald, Y. Kamide, K. Kawasaki, A. T. Y. Lui, R. L. McPherron and С. T. Russell. Magnetospheric substorms definition and signatures // J. Geophys. Res. 1980. Vol.85. P.1663-1668.

23. Пудовкин М.И., Козелов В.П., Лазутин JI.JI., Трошичев О.А., Чертов А.Д. Физические основы прогнозирования магнитосферных возмущений. Ленинград: Наука. 1977. 312 с.

24. Акасофу С.И., Чемпен С. Солнечно-земная физика. 42. М.: Мир. 1975. 512 с.

25. Pudovkin М. I., Isaev S. I., Zaitseva S. A. Development of magnetic storms and the state of the magnetosphere according to the data of ground-based observations // Ann. Geophys. 1970. Vol.26, N.3. P.761-770.

26. McPherron, R. L. Growth phase of magnetospheric substorms // J. Geophys. Res. 1970. Vol.75. P.5592-5599.

27. Sergeev V. A. On the classification of magnetospheric disturbance phenomena//Phys. Solariterr. 1977. Vol.4. P. 19-36.

28. Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. M.: Мир. 1980. 299 с.

29. Baker D.N., S.J. Вате, R.D. Belian, W.C. Feldman, J.T. Gosling, P.R. Higbie, E.W. Hones, D.J. McComas and R.D. Zwickl. Correlated dynamical changes in the near-Earth and distant magnetotail regions: ISEE 3. J.Geophys.Res. 1984. Vol.89. P.3855-3864.

30. Holzer, R.E., and J.A. Slavin. Magnetic flux transfer associated with expansions and contractions of the dayside magnetosphere // J.Geophys.Res. 1978. Vol.83. P.3831-3839.

31. McPherron R. L., Substorm related changes in the geomagnetic tail: The growth phase // Planet. Space Sci. 1972. Vol.20. P. 1521-1539.

32. Sauvaud J.A. and J. R. Winckler. Dynamics of plasma, energetic particles and fields near synchronous orbit in the nighttime sector during magnetospheric substorms // J. Geophys. Res. 1980. Vol. 85. P.2043-2056.

33. Sauvaud J.A., Characteristics of the cross-tail current disruption at substorm onset and associated particle acceleration // Proc. of the Intern. Conf. on Substorms. 1992. ESA SP-335. P.243-253.

34. Nagai Т., Т. Mukai, Т. Yamamoto, A. Nishida, S. Kokubun, R. P. Lepping. Plasma sheet pressure changes during the substorm growth phase // Geophys. Res. Lett. 1997. Vol.24. P.963-966.

35. Sergeev V. A., P. Tanskanen, K. Mursula, A. Korth, R. C. Elphic. Current sheet thickness in the near-Earth plasma sheet during substorm growth phase //J. Geophys. Res. 1990. Vol.95. P.3819-3828.

36. Davis T.N. The Morphology of the Auroral Displays of 19:57-58. 2. Detail Analyses Alaska Data and Analyses of High-Latitude Data. J . Geophys. Res. Vol. 67, P. 75, 1962

37. Белякова С.И., Зайцева С.А., Пудовкин М.И. Развитие полярной бури //Геомагнетизм и аэрономия. 1968. Т.8,№4. С.712-718.

38. Ивлиев Д.Я., Пудовкин М.И., Зайцева С.А. Развитие элементарного магнитного возмущения . Геомагнетизм и азрономия. 1970. Т. 10, № 2. С.300-304.

39. Дмитриева Н.П., Сергеев В.А. Длительность предварительной фазы суббурь со спонтанным началом взрыва // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 25, № 3. С.425- 427.

40. Семенов B.C., Сергеев В.А. Электрическое поле и энерговыделение в магнитосфере во время суббури // Геомагнитные исследования. 1979. №26. С.49-61.

41. Исаев С.И., Пудовкин М.И. Полярные сияния и процессы в магнитосфере Земли. Ленинград: Наука. 1972. 244 с.

42. Lui А. Т. Y. Current disruption in the Earth's magnetosphere: Observations and models //J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. P. 13067-13088.

43. McPherron R.L., C.T. Russell, and M.P Aubry. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968. Phenomenological model for substorms // J. Geophys. Res. 1973. Vol.78. P.3131-3149.

44. Baker D. N., Т. I. Pulkkinen, V. Angelopoulos, W. Baumjohann, R. L. McPherron. Neutral line model of substorms: Past results and present view // J. Geophys. Res. 1996. Vol.101. P. 12975-13010.

45. Пономарев E.A. Механизм магнитосферных суббурь. M.: Наука. 1985. 160 с.

46. Воронов Е.В., Кринберг И.А. Вариация электрического поля конвекции как причина магнитосферной суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. 27, №1. С. 100-103.

47. Rothwell P. L., L. P. Block, M. B. Silevitch, C. G.Falthammar. A new model for substrom onsets: The pre-breakup and triggering regimes // Geophys. Res. Lett. 1988. Vol.15. P. 1279-1282.

48. Lui A. T. Y. Extended consideration of a synthesis model for magnetospheric substorms // Magnetospheric substorms. Geoph.Monograph 64. AGU 1991. P.43-60.

49. Корнилова С.Г., Зарецкий H.C., Максимов Я.Я. Дифференциальный анализ суббуревой динамики свечения полярных сияний (предварительные результаты) // Проявления суббурь в геофизических явлениях. Якутск: ЯФ СО АН СССР. 1989. С.91-99.

50. Rostoker G. Geomagnetic indices // Rev. Geophys. Space Phys. 1972. Vol.10. P.935-950.

51. McPherron R.L., Terasawa Т., Nishida A. Solar wind triggering of substorm expansion phase // J.Geomagn.Electr. 1986. Vol. 38. P. 1089-1108.

52. Arnoldy R.L. Signature in the interplanetary medium for substorms // J. Geophys. Res. 1971. Vol. 76. P.5189-5201.

53. Burton R.K., McPherron R.L., Russell C.T. An empirical relationship between interplanetary conditions and Dst // J. Geophys. Res. 1975. Vol. 80. P.4204-4214.

54. Дмитриева Н.П., Сергеев В.А. Спонтанное и вынужденное начало взрывной фазы магнитосферной суббури и длительность ее предварительной фазы // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23, № 3, С.470-474.

55. Kokubun S., McPherron R.L., Russell C.T. Triggering of substorms by solar wind discontinuities // J. Geophys. Res. 1977. Vol. 82. P.74-86.

56. Rostoker, G. Triggering of expansive phase intensifications of magnetospheric substorms by northward turnings of the interplanetary magnetic field// J. Geophys. Res. 1983. Vol.88. P.6981-6993.

57. Akasofu S.-I. and Chao J.K. Interplanetary shock waves and magnetospheric substorms . Planet. Space Sci. Vol. 28, P. 381, 1980

58. Соловьев С.И., Моисеев A.B., Юмото К., Енгебретсон М. Характеристики магнитосферно-ионосферных возмущений в период роста динамического давления солнечного ветра // Геомагнетизм и аэрономия. 2003. Т. 43, № 5. С.500-515.

59. Lyons L. Substorms: Fundamental observational features, distinction from other disturbances, and external triggering // J. Geophys. Res. 1996. Vol. 101. P.13011-13026.

60. Lyons L.R., E. Zesta E., J.C.Samson, D.Reeves. Auroral disturbances during the January 10, 1997 magnetic storm // Geophys. Res. Lett. 2000. Vol. 27. P. 3237-3240.

61. Birkeland K. The Norwegian Aurora Polaris expedition 1902-1903, Vol.1, H.Aschebourg and Co., Christiania, 1908.

62. Bostrom R. Ionosphere-magnetosphere coupling. Magnetospheric Physics. Dordrecht, D. Reidel. 1974. P.45-56.

63. Фельдштейн Я. И., Левитин А. Е., Афонина Р. Г., Белов Б. А. Магнитосферно-ионосферные связи. Межпланетная среда и магнитосфера Земли. М.: Наука. 1982. С.64 116.

64. Фельдштейн Я. И., Афонина Р. Г., Белов Б. А., Левитин А Е. Крупномасштабные продольные токи и другие геофизические явления. Ионосферные исследования. М.: Радио и связью 1983. 37. С.5 29.

65. Potemra Т. A., Iijima Т., Sanekos R. A. Large-Scale Characteristics of Birkeland Currehts. Dynamics of Magnetosphere.- In: Proc. of Chapman Conf. Dordrecht, 1980, p. 165-199.,

66. Iijima Т., M. Watanabe, T. A. Potemra, L. J. Zanetti, J. R. Kan, S.-I. Akasofu. Substorm currents in the equatorial magnetotail // J. Geophys. Res. 1993.Vol.98. P. 17283-17298.

67. Watanabe M., T.Iijima. Substorm growth phase on the magnetotail // J.Geophys.Res. 1993. Vol.98. P. 17299-17316.

68. Белов Б.А., Афонина Р.Г., Левитин A.E. и др. Анализ связи компонент межпланетного поля с вариациями геомагнитного поля в северной полярной шапке. Геомагнетизм и аэрономия. Т. 18, №4, С.695, 1978

69. Kuznetsov B.M., Troshichev O.A. On the nature of polar cap magnetic activity during undisturbed periods // Planet. Space Sci. 1977. Vol.25. P. 1521.

70. Maezawa K. Magnetospheric convection induced by the positive and negative Z components of the interplanetary magnetic field: quantitative analysis using polar cap magnetic records // J.Geophys. Res. 1976.Vol.81. P.22892303.

71. Moses J. and P.H. Reiff. Empirical convection models for northward IMF // J.Atmos.Terr.Phys. 1994. Vol.56. P.195-207.

72. Мансуров C.M. Новые доказательства связи между магнитными полями в космическом пространстве и на Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1969. Т.9, № 4. С.768-770.

73. Svalgaard L. Sector structure of the interplanetary magnetic field and daily variation of the geomagnetic field at the high latitudes // Det. Dancke Metereol. Inst. Preprint R-6. Charlottenlund.1968.

74. Heppner J.P. Polar cap electric field distributions related to the interplanetary magnetic field direction // J.Geophys. Res. 1972. Vol.77. P.4877-4887.

75. Chun F.K., C.T. Russell. Field-aligned currents in the inner magnetosphere: Control by geomagnetic activity // J. Geophys. Res. 1977. V.102. P.2261-2270.

76. Erlandson R. E., L. J. Zanetti, T. A. Potemra, P. F. Bythrow, R. Lundin. IMF By dependence of region 1 Birkeland currents near noon // J. Geophys. Res. 1988. Vol. 93. P.9804-9814.

77. Zhou X.-W., С. T. Russell, G. Le. Local time and interplanetary magnetic field By dependence of field-aligned currents at high altitudes // J. Geophys. Res. 2000. Vol.105. P.2533-2540.

78. Reiff P.H. and 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.Geophys. Res. 1985. Vol.90. P. 1595-1609.

79. Siebert M. Magnetic activity differences between the two hemispheres following the sector structure of the interplanetary magnetic field // J.Geophys.Res. 1968. Vol.73. P.3049-3052.

80. Wilcox J.M. Asymmetry in geomagnetic response to polarity of the interplanetary magnetic field // J.Geophys.Res. 1968. Vol.73. P.6835-6836. 1968

81. Шеломенцев В.В. Связь северо-южной асимметрии геомагнитной активности с Y-компонентой ММП // Исследования по геомагнетизму, аэрономиии и физике Солнца. М.: Наука. 1977. Вып.43. С.55-59.

82. Данилов А.А. Северо-южная асимметрия геомагнитной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т.38, №3. С. 39-46.

83. Burch, J. L. Effects of interplanetary magnetic sector structure on auroral zone and polar cap magnetic activity. J. Geophys. Res. Vol.78(7), P. 1047, 1973

84. Murayama Т., К. Hakamada. Effects of solar wind parameters on the development of magnetospheric substorms // Planet. Space Sci. 1975. Vol.23. P.75-91.

85. Кершенгольц C.3., Гельберг М.Г. Зависимость долготной локализации очага суббури от параметров солнечного ветра // Геомагнетизм и аэрономия. 1996. Т.36, № 5. С.151-154.

86. Wescott E.M., K.B.Mather. Magnetic conjugacy at very high latitude; shepherd bay-scott base relationship // Planet. Space Sci. 1965. Vol. 13. P.303-324.

87. Patel V.L. and L. J. Cahill. Evidence of Hydromagnetic Waves in the Earth's Magnetosphere and of Their Propagation to the Earth's Surface // Phys. Rev. Lett. 1964. Vol.12. P.213-215.

88. Stenbaek-Nielsen H.C. and A.Otto. Conjugate auroras and the interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. 1997. Vol.102. P.2223-2232.

89. Sato N., Nagaoka, Т., Hashimoto, K., Saemundsson, T. Conjugacy of isolated auroral arcs and nonconjugate auroral breakups // J. Geophys. Res. 1998. Vol.103. P.l 1641-11652.

90. Величко В.А., Бороев P.H., Баишев Д.Г. Динамика оптических неоднородностей на субавроральных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. 2000. Т.40, № 3. С. 104-108.

91. Boroyev R.N., Velichko V.A., Baishev D.G. Local increase of field-aligned current intensity before a substorm onset // Proc. of Fifth Intern.Conf. on Substorms. St. Petersburg, Russia. 16-20 May 2000. Netherlands, Noordwijk: ESA. 2000. P.279-282.

92. Boroyev R.N Dynamics of the field-aligned current during substorms with a sharp onset of the expansion phase // Proc. of Fifth Intern.Conf. on Substorms. St. Petersburg, Russia. 16-20 May 2000. Netherlands, Noordwijk: ESA. 2000. P.377-38O.

93. Velichko V.A., Boroyev R.N., Baishev D.G. Local field-aligned current during the substorm growth phase // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 24th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2001. P.33-36.

94. Boroyev R.N. Dynamics of field-aligned currents during substorm // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 25th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2002. P.9-11.

95. Старков Г.В., Фельдштейн Я.И., Шевнина Н.Ф. Движение форм полярных сияний при развитии авроральной суббури // Морфология и физика полярной ионосферы. Д.: Наука. 1971. С.53-57.

96. Зайцева С.А., Пудовкин М.И., Кузнецов В.М. Динамика сияний и токов в ходе развития суббури // Геомагнитные исследования. М.: Наука. 1976. № 18.С.73-76.

97. Pellinen R.I., Neikkila W.J. Observations of Auroral Fading before Breakup // J. Geophys. Res. 1978. Vol. 83. P.4207-4217.

98. Зверев В.JI., Пудовкин М.И, Старков Г.В. Движение сияний и электрические поля на предварительной фазе суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 1994. Т.34, № 2. С.49-55.

99. Алексеев В.Н., Башкирова А.Н., Борисов Г.В. и др. Оптическое фоновое излучение неба в высоких широтах // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1972. Вып. 22. С. 108-114.

100. Вакулин Ю.И., Горелый К.И., Двинских Р.Х. и др. Суббуря в фоновом свечении высокоширотной ионосферы и геомагнитных вариациях // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. 1979. Вып. 46. С.3-12.

101. Рахматулин Р.А., Пархомов В.А., Луковникова В.И. О появлении иррегулярных пульсаций Pi2 в предварительную фазу суббури // Магнитосферные исследования. М.: Наука. 1984. № 5. С. 111-121.

102. Величко В.А., Гельберг М.Г., Захаров Д.Ю. Формирование очага магнитосферной суббури в период подготовительной фазы // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т.35,№5. С.49-65.

103. Величко В.А., Захаров Д. 10., Борисов Г.В. Изменения яркости диффузных форм полярных сияний на предварительной фазе суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35,№ 4. С.156-161.

104. Janhunen P., Т. I. Pulkkinen, and K. Kauristie. Auroral fading in ionosphere-magnetosphere coupling model: implications for possible mechanism // Geophys. Res. Lett. 1995. Vol.22. P.2049 2052.

105. Старков Г.В., Пудовкин М.И. Вихревое электрическое поле в хвосте магнитосферы во время предварительной фазы суббури //Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 5. С.608-612.

106. Anger C.D., М. С. Moshupi, D. D. Wallis, J. S. Murphree, L. H. Brace, and G. G. Shepherd . Detached auroral arcs in the trough region // J. Geophys. Res. 1978. Vol.83. P.2683-2689.

107. Vondrak R.R., Murphree J.S., Anger C.D., Wallis D.D. Ionospheric characteristics of a detached arc in the evening sector trough// Geophys. Res. Lett. 1983. V. 10. P.561-564.

108. Wallis D.D., Burrows J.R., Moshupi M.C. et alo. Observations of particles precipitating into detached arcs and patched equatorward of the auroral oval// J. Geophys. Res. 1979. V. 84. M №4. P. 1347-1360.

109. Vondrak R.R, Harris S., Mende S.B. Ground-based observations of subauroral energetic electron arcs // Geophys. Res. Lett. 1983. V. 10. P.557-560.

110. Nazarets V.P., Troshichev O.A. Sources of bay disturbances (in D-component) at middle latitudes // Geomagnetic Researches (in Russian). 1978. №23. 3.117-118.

111. Kamide Y., Yasuhara F. and Akasofu S.-I. On the cause of northward magnetic field along the negative X axis during magnetospheric substorms // Planet. Space Sci.1974. Vol.22. P.1219-1229.

112. Horwitz J.L. The substorm as an inertial magnetospheric instability: substorm and their characterictic time scales during intervals of steady interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. 1985. Vol.90. P.4164-4170

113. McPherron R.L., Terasawa Т., Nishida F. Solar wind triggering of substorm expanshion onset // J. Geomag. Geolectric. 1986. Vol.38. P.1089-1108.

114. Kaufmann R.L. Substorm currents: growth phase and onset // J. Geophys. Res. 1987. Vol. 79. P.7471-7486

115. Козелова T.B., Сахаров Я.А. Конфигурация магнитного поля на геостационарной орбите во время суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 1989. Т.29, №2. С.242-245.

116. Бороев P.H., Гельберг М.Г. Зависимость долготной локализации центра суббури на геосинхронных орбитах от Ву-компоненты ММП // Геомагнетизм и аэрономия. 2001. Т.41, №5. С.588-594.

117. Величко В. А., Бороев P.H., Гельберг М.Г. Азимутальная асимметрия областей втекающих и вытекающих из ионосферы продольных токов в токовом клине суббури // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т.42, № 5. С.619-623.

118. Velichko V.A., Boroyev R.N., Gelberg M.G., Baishev D.G., Olson J.V., Morris R.J., Yumoto K. North-south asymmetry of the substorm intensity depending on the IMF By-component // Earth Planet Space. 2002. Vol.54. P.955-961.

119. Величко В.А., Бороев P.H., Гельберг М.Г., Баишев Д.Г., Olson J.V., Moriss R.J., Yumoto К. Северо-южная ассиметрия в интенсивности суббурь, вызванная ориентацией Ву компоненты ММП. // Солнечно-земная физика. Вып. 2, 2002. С.226-227.

120. Величко В.А., Р.Н.Бороев, И.Я.Плотников, Д.Г.Баишев. Влияние ММП на локализацию очага суббури // Труды VI Сессии молодых ученых « Волновые процессы в проблеме космической погоды». БШФФ-2003. С. 150-152.

121. Velichko V.A., R.N.Boroev, I.Ya. Plotnikov, D.G.Baishev. Effect of BY IMF in substorm current wedge formation // Physics of Auroral Phenomena. Proc. 26th Annual Seminar. Apatity: KSC RAS. 2003. P.45-48.

122. Сергеев В.А. О проникновении Ву-компоненты ММП в хвост магнитосферы //Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т.27, №4. С.612-615.

123. Крымский П.Ф. Возможный механизм влияния солнечного ветра на атмосферные и геофизические процессы и вращение Земли // Препринт ИКФИА 94-2(42) Якутск. ЯНЦ СО РАН 1994. 64 с.

124. Belehaki A., Tsagouri I., Mavromichalaki H. Study of longitudinal expansion velocity of the substorm current wedge // Ann.Geophysicae.1998. Vol.16. P.1423-1433.

125. Ляцкий В.Б., Мальцев Ю.П. Магнитосферно-ионосферное взаимодействие. М.: Наука, 1983.192 с.

126. Watanabe М., Iijima Т Synthesis models of dayside field-aligned currents for strong interplanetary magnetic field BY // J. Geophys. Res. 1996. Vol.101. P.13303-13319.

127. Sckopke N., Paschman G. The plasma mantle. A survey of magnetotail boundary layer observations // J. Atmos. Terr. Phys. 1978. V.40. P.261-278.

128. Семенов B.C., Сергеев B.A. Электрическое поле и энерговыделение во время суббури // Геомагнитные исследования. №26. М.: Сов. Радио. 1979. С.49-61.