Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование поляризационного джета в субавроральной ионосфере Евразии

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследование поляризационного джета в субавроральной ионосфере Евразии"

005001333

На правах рукописи

БОНДАРЬ Елена Дмитриевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА В СУБАВРОРАЛЬНОЙ ИОНОСФЕРЕ ЕВРАЗИИ

25.00.29 - Физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

7 0 Нин 2011

Якутск-2011

005001333

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

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Защита диссертации состоится 30 ноября 2011 г. в 11 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета К 003.023.01 в Институте космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г.Шафера СО РАН по адресу: 677980, гЛкутск, проспект Ленина, 31, ИКФИА им. Ю.Г.Шафера СО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКФИА им. Ю.Г.Шафера

Голиков Иннокентий Алексеевич (СевероВосточный федеральный университет им. М.КЛммосова, г. Якутск)

Ромащенко Юрий Александрович (СевероВосточный федеральный университет им. М.К.Аммосова, г. Якутск)

кандидат физико-математических наук Тащилин Анатолий Васильевич (Институт солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск)

Ведущая организация: Томский государственный университет

СО РАН.

Автореферат разослан _' октября 2011 г.

И.о. ученого секретаря диссертационного совета, доктор физико-математических наук

А.А.Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящей диссертационной работе представлены результаты исследований поляризационного джета по данным наземных измерений на меридиональной и долготной цепочках ионосферных станций с привлечением спутниковых измерений. Также приведены модельные расчёты в рамках трёхмерной модели высокоширотной ионосферы, модернизированной с учётом включения локального электрического поля магнитосферного происхождения.

Актуальность исследования

Физические явления, происходящие в ионосфере субавроральных широт, давно привлекают внимание учёных. К наиболее интересным явлениям этой зоны можно отнести появление узких струй быстрых субавроральных ионных дрейфов к западу вблизи проекции плазмопаузы на высотах области ^ ионосферы. Это явление впервые было обнаружено Ю.И. Гальпериным [1] по данным спутника «Космос-184» и названо им поляризационным джетом.

Ввиду условий вмороженности плазмы такая узкая полоса дрейфа на высотах области Г отождествляется с регистрируемым спутниками развитием локального, направленного к полюсу электрического поля на экваториальной границе зоны конвекции. Скорость плазмы в полосе поляризационного джета достигает на высотах области F сверхзвуковых значений - до 4-5 км/с, что соответствует величине электрического поля до долей Вольта на метр.

Существование поляризационного джета приводит к целому ряду резких структурных изменений в ионосфере, таких как образование узкого провала в широтном ходе электронной концентрации, нагрев плазмы, появление плазменных неоднородностей, которые оказывают влияние на условия распространения радиоволн, тем самым отражая изменения космической погоды.

Несмотря на то, что экспериментальные и теоретические исследования поляризационного джета ведутся уже несколько десятилетий, природа его до

конца не выяснена, и исследование этого явления до сих пор остаётся актуальной задачей физики ионосферы.

Основной целью диссертации является экспериментальное и теоретическое исследование характеристик поляризационного джета. В связи с этим ставились следующие задачи:

1. Исследование пространственно-временной динамики поляризационного джета методом вертикального зондирования ионосферы по данным сети ионосферных станций.

2. Изучение процесса формирования поляризационного джета и его связи с началом суббури по наземным данным.

3. Исследование связи инжекции энергичных ионов с возникновением поляризационного джета по спутниковым данным и наземным измерениям.

4. Теоретическое исследование влияния быстрых субавроральных ионных дрейфов на структуру субавроральной ионосферы при возникновении сильных локальных электрических полей магнитосферного происхождения.

Научная новизна

1. На основе анализа данных наземных измерений поляризационного джета на пространственно-разнесенных по долготе ионосферных станциях впервые получена оценка скорости движения фронта поляризационного джета.

2. Впервые показано, что в околополуночном секторе МЫ формирование поляризационного джета происходит на взрывной фазе суббури.

3. Экспериментально подтвержден физический механизм формирования поляризационного джета за счет инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу.

4. На основе анализа экспериментальных данных и сравнения с модельными расчётами показано влияние электрического поля поляризационного джета на структуру и динамику Р-слоя ионосферы.

Научная и практическая ценность

Полученные в работе результаты позволили выявить связь между появлением поляризационного джета и временем начала суббури, что может быть использовано для исследования магнитосферно-ионосферного взаимодействия, диагностики и прогноза взаимосвязанных физических процессов, определяющих космическую погоду.

Личный вклад автора

Все основные результаты, представленные в диссертации, получены при личном участии автора. Автор принимал непосредственное участие в обработке и анализе ионосферных и спутниковых данных, модельных расчётах, самостоятельно подобрал и проанализировал необходимые материалы ионосферных наземных и спутниковых измерений. Автору в равной степени с соавторами принадлежат все полученные научные результаты и выводы.

Защищаемые положения

1. Экспериментально показано, что формирование поляризационного джета происходит вблизи местной магнитной полуночи во время начала суббуревых возмущений.

2. По данным синхронных наземных радиофизических измерений и регистрации со спутника энергичных ионов с энергиями 20-50 кэВ в магнитосфере показано, что поляризационный джет возникает в области экваториальной границы инжекции ионов во внутреннюю магнитосферу.

3. Теоретически показано, что возникновение поляризационного джета сопровождается существенным изменением структуры и динамики субавроральной ионосферы - образованием узкого провала в широтном ходе электронной концентрации за счет выноса ионосферной плазмы с вечерней стороны на дневную.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, определяется использованием физически обоснованных методов и

представительной статистикой наблюдений, а также использованием современных методов моделирования. Полученные экспериментальные материалы подтверждаются результатами, опубликованными другими авторами.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, обсуждались на семинарах ИКФИА СО РАН, ИСЗФ СО РАН, СФТИ ТГУ, кафедры радиофизики и электроники ФГАО ВПО СВФУ, были доложены на XXIV и XXV ежегодном Апатитском семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 2001; 2002), Международной «Байкальской школе по фундаментальной физике» (Иркутск, 2002; 2003; 2005), аспирантских чтениях, форумах и конференциях научной молодёжи Якутии (Якутск, 2002; 2004; 2007; 2009; 2010), Международной конференции «Солнечно-земная физика» (Иркутск, 2004), Всероссийской конференции «Современные проблемы космической физики» (Якутск, 2007), Международной школе молодых учёных «Физика окружающей среды» (Томск, 2008; 2010; 2011), Лаврентьевских чтениях (Якутск, 2008), XI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2010), на XXIX и XXX Международной конференции, посвященной явлениям в ионизованных газах «International Conference on Phenomena in Ionized Gases» (Канкун, Мексика, 2009; Белфаст, Ирландия, 2011).

Различные аспекты работы, положенные в основу диссертации, прошли экспертизу и выполнялись по программам фундаментальных исследований ИКФИА СО РАН, а также были поддержаны грантами РФФИ № 02-02-26525-зм, 03-05-96081 -р2003арктика_а, 09-02-09406-моб_з, 09-05-98501-р_восток_а, 09-05-98546-р_восток_а. Часть исследований была выполнена в рамках конкурса СО РАН по организации и финансированию фундаментальных исследований молодых учёных Учреждения Российской академии наук Сибирского отделения РАН по приоритетным направлениям науки.

Публикации

Основной материал диссертации опубликован в 19 работах, из них 4 - в рецензируемых журналах из перечня ВАК.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 127 страниц машинописного текста, включая приложение, 42 рисунка, 3 таблицы, библиографию из 119 наименований. Полный список работ автора приведён в основном тексте диссертации.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена задача и дана краткая аннотация содержания работы по главам, описаны новизна, достоверность и практическая ценность полученных результатов, сформулированы защищаемые положения.

В первой главе представлен краткий обзор литературы по теме диссертации. Рассмотрены характеристики поляризационного джета по данным спутниковых и наземных наблюдений, а также описаны основные механизмы его возникновения. Отмечен ряд нерешённых вопросов, касающихся связи возникновения поляризационного джета со временем начала суббури, его долготной протяжённости, механизмов формирования.

Во второй главе даны описания аппаратуры и методики исследований. Приведён «автограф» поляризационного джета на аналоговых и цифровых ионограммах наземного зондирования ионосферы. Показано, что развитие поляризационного джета на высотах ионосферы вызывает появление дополнительных следов отражений, значительное уменьшение

критических частот и подъём /Г2-слоя и хорошо определяется по измерениям ионозондов. Даны примеры сопоставления наземных ионосферных данных и спутниковых измерений поляризационного джета.

В третьей главе проанализированы характеристики поляризационного джета по измерениям на разнесённых по долготе ионосферных станциях и

спутниковым данным. В первом разделе рассмотрены сезонные особенности поляризационного джета, зависимость его появления от геомагнитных условий, исследована взаимосвязь между временем начала суббури и появлением поляризационного джета над разнесёнными по долготе ионосферными станциями Якутск и Подкаменная Тунгуска, где за 1988-1992 гг. нами было найдено 176 случаев одновременной регистрации этого явления. Моменты регистрации поляризационного джета на ионограммах сопоставлялись с моментами суббуревых возмущений с уровнем АЕ ~ 500 нТ и более. При этом отбирались события, когда в предшествующий появлению поляризационного джета интервал времени длительностью не менее, чем 5 ч, регистрировалось не более одной суббуревой активизации с АЕ>500 нТл.

На рис. 1 показана зависимость времени появления поляризационного джета на станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска от времени начала суббури. События были отобраны с условием, что время задержки появления поляризационного джета над станцией наблюдения не превышает 3-х часов после начала суббури. Видно, что коэффициент корреляции между началом суббури и появлением поляризационного джета для Якутска составляет 0.95, а для Подкаменной Тунгуски — 0.91. Штриховая линия на этих рисунках отмечает нулевую задержку между рассматриваемыми явлениями.

Е1»

116

х

о

-15

К

¡13 112 |11. §10

Якутск * ,, у,

« « */ А*

¿0 .•щу (М , »« « ©»' < / V е« ' » г» > У; у Л а

N = 155

19

-3

1?

1 16 Ч 15

-2314 13 -2112 11 1£ 1С

I 1 I ' I • I 1 I 1 I

7 8 8 10 11 12 13 1« 15 16 17 18

15 8

Подкаменная Тунгуска А

1 ' и

1 « (' Тл.. У

'Л 1 * V'""'" 1 :-„'/•-'

* л. • ■ * » *♦»♦ ' N = 143 Я г 9.91

/

I* I ■ [ - I 1 I > | 1 |

8 7 « 9 10 11 12 13 Н 15 1« 17 15

16° ■Лщ

Время начала АЕ> 500 нТ.иТ Рис. 1. Зависимость времени появления поляризационного джета на станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска от времени начала суббури (АЕ > 500 нТ), (штриховая линия показывает отсутствие задержки)

Сравнение хода линейной аппроксимации массива точек с линией нулевой задержки показывает возрастание средней задержки регистрации поляризационного джета в более ранние часы местного времени. В среднем время запаздывания относительно момента начала суббури составляет около двух часов в раннем вечернем секторе и уменьшается до получаса вблизи полуночи. Эта величина согласуется с результатом, полученным по измерениям со спутника БЕ-2 [2]. Однако, как видно из приведенных результатов наземных измерений, некоторая часть событий, относящихся к околополуночному сектору, происходит одновременно или с минимальным (<10 мин) запаздыванием относительно начала суббури, что соответствует появлению поляризационного джета в ходе взрывной фазы суббури. Этот результат противоречит общепринятой точке зрения на формирование поляризационного джета на фазе восстановления суббури [3].

Второй раздел третьей главы посвящён проверке механизма формирования поляризационного джета при суббуревой инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу. Приведены результаты одновременных измерений инжекции энергичных ионов со спутника АМРТЕ/ССЕ и регистрации поляризационного джета по ионосферным данным наземных станций вертикального зондирования (Якутск, Магадан, Салехард, Подкаменная Тунгуска, Архангельск) за 1984-1988 гг.

Рассмотрен случай одновременного наблюдения поляризационного джета на ст. Подкаменная Тунгуска и регистрации инжекции энергичных ионов со спутника АМРТЕ/ССЕ в раннем вечернем секторе. 25 сентября 1987 г. спутник зарегистрировал экваториальную границу инжекции энергичных ионов в 15:00 ЦТ (23.2 ЬТ) на Ь=2.9, т.е. спустя 30 минут после начавшейся в 14:30 ЦТ суббури. Наиболее близко расположенной станцией в этот момент являлась Подкаменная Тунгуска, на которой начало поляризационного джета было зарегистрировано в 15:30 ЦТ (ЬТ=21:30). Мы полагаем, что эта 30-минутная разница во времени регистрации поляризационного джета связана с задержкой прибытия энергичных ионов в поле зрения ионосферных измерений. Нами было найдено 19 подобных случаев, когда инжекция энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу сопровождалась

формированием поляризационного джета и это формирование имело место около экваториальной границы области инжекции.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что формирование поляризационного джета сопровождается инжекцией энергичных ионов. Наши данные также показывают, что в вечернем секторе популяция ионов чаще наблюдается как размытые по энергии «носовые структуры», в околополуночном же секторе вблизи области инжекции чаще наблюдается общая резкая граница для ионов всех энергий.

Для определения скорости смещения на запад фронта поляризационного джета мы проанализировали данные долготной цепочки наземных ионосферных станций. Из имеющегося массива данных были выбраны случаи изолированных суббурь в секторе 09:00-12:00 11Т. Таких случаев было найдено 7. Рассмотрим день 19 сентября 1985 года, когда поляризационный джет наблюдался последовательно на трёх станциях -Магадан (Л=218,2°) в 10:45 ЦТ, затем Подкаменная Тунгуска (Л= 162,5°) в 11:45 ЦТ, и Архангельск (Л= 117,8°) в 12:30 ЦТ (ЬТ=15:30). Зная разность по долготе между местоположениями станций, мы рассчитали время смещения фронта поляризационного джета, составившее 4 часа МЬТ за час. Эта скорость согласуется со скоростью, характерной для скорости азимутального дрейфа ионов с энергиями 20-40 кэВ на Ь=3. Расчёт скорости азимутального дрейфа ионов приведён в этой же главе.

Таким образом, временные задержки формирования поляризационного джета по наземным и спутниковым данным согласуются с временем, необходимым для дрейфа ионов с энергиями ~ 30 кэВ после начала суббури до станции наблюдения. Следовательно можно сделать вывод, что для инжектированных ионов, наблюдаемых спутником АМРТЕ/ССЕ, скорость азимутального дрейфа близка к скорости источника, ответственного за формирование поляризационного джета.

В четвёртой главе проведены расчёты в рамках трёхмерной модели высокоширотной ионосферы, построенной на основе системы уравнений гидродинамики в переменных Эйлера с учетом теплового режима и

несовпадения географических и геомагнитных полюсов [4]. В первой части главы дано описание модели.

Во второй части главы для исследования влияния поляризационного джета на структуру субавроральной ионосферы приведены модельные расчёты, в которых начальные условия были приближены к реально наблюдаемым геофизическим условиям при возникновении поляризационного джета: долготный интервал расчетов - от 0° до 270°; широтный интервал- от 40° до 90° географической широты; геомагнитная активность Кр=3-5; сезон - равноденствие. Дополнительно задавались следующие параметры: ширина локального электрического поля магнитосферного происхождения 1-2°, его значения менялись от 25,5 до 76,5 мВ/м, что соответствует скоростям дрейфа от 500 до 1500 м/с.

На рис. 2 в географической системе координат приведены картины изолиний равной электронной концентрации (КГе, в ед. 104 см"3). Спокойный период равноденствия без включения дополнительного локального электрического поля показан на рис. 2 а, а последующие картины этого же периода (б, в, г) показывают изолинии при включении локального электрического поля величиной 25.5, 51 и 76.5 мВ/м, что соответствует скоростям западного дрейфа 500, 1000 и 1500 м/с.

Положение поляризационного джета задавалось на широтах станций Тикси, Жиганск и Якутск, при этом увеличивались значения геомагнитной возмущенности (Ар = 15, 27 и 48). Модельные расчеты с включением дополнительного локального электрического поля показали существенно изменившуюся структуру субавроральной ионосферы, - в области главного ионосферного провала наблюдается узкий и глубокий провал. Формирование такого субпровала в работах [1, 5] объясняется выносом ионосферной плазмы на дневную сторону при сильных электрических полях и изменением скоростей фотохимических реакций между ионами и нейтральными частицами.

В рамках модели были построены широтные профили электронной концентрации Ме для различных моментов времени и значений скоростей. Замечено, что узкие провалы в электронной концентрации более выражены

при высоких фоновых значениях N5, т.е. в ранние вечерние часы, и менее выражены при низких уровнях фона в предполуночные часы.

Лр-15 ¡'.г задан на широте Тикси Е "25,5 мВ/м (Ч-=500 м/с)

Рис.2. Картины изолиний равной электронной концентрации Ие (в ед. 104 см"3): а) - спокойный период равноденствия без включения дополнительного локального электрического поля; б, в, г) - изолинии при включении локального электрического поля Е величиной 25.5, 51 и 76.5 мВ/м (скоростях V западного дрейфа 500, 1000 и 1500 м/с соответственно), поляризационный джет обозначен как Р.1

Ар=0 РГнезадан

Ар=48 Р1задан на широте Якутска Е—76,5 мВ/м (У=1500 м/с)

Был произведён пересчёт модельных значений электронной концентрации 7Уе в критическую частоту /оП. Сравнение результатов расчётов и экспериментальных данных (рис. 3) показывает хорошее согласие, что позволяет говорить о поляризационном джете как об основном механизме формирования узких провалов ионизации в субавроральной ионосфере.

7- 2 марта 2005 г., 18.00 MLT, Кр 3 87- 18 марта 2006 г., 18.40 MLT, Кр=3+

6- о Модель, Е=25.5 мВ/м

° 0 L. = Г

сч J U. о -о-о-о-о.. h,

S- —0"" - Модель, Е=25.5 мВ/ы Эксперимент X i ""ч IV §»■ У |Ь * »•-о-чгчг о-о

?■ 4

1 • Я« Жг , Тк 1- «г Тк

Широта, град Широта, град

Рис. 3. Сопоставление модельных расчетов с экспериментальными данными

В третьей части 4 главы для объяснения сезонных особенностей влияния поляризационного джета на структуру субавроральной ионосферы проведены модельные расчёты на трёхмерной модели высокоширотной ионосферы с учётом поляризационного джета и ЦТ-контроля для трёх сезонов - равноденствия, летнего и зимнего периодов (при склонении Солнца 5 = 0- равноденствие, 23° - лето, - 23° - зима) на основе теории «полной тени», то есть пренебрегая слабыми остаточными дрейфами и ветром нейтралов в провале. При этом задавались следующие условия: геомагнитная активность Кр=3; скорости поляризационного джета изменялись от 500 до 3000 м/с; ширина поляризационного джета - 2°; положение поляризационного джета за областью магнитосферной конвекции; интервал местного времени от 12.00 до 24.00 часов.

Сопоставление модельных расчетов с экспериментальными данными показало, что сезонные особенности проявления поляризационного джета, как по 7*35 - дополнительным отражениям на ионограммах, так и по рассчитанным узким провалам ионизации на высотах /^-области субавроральной ионосферы хорошо согласуются. Существенные изменения в пространственно-временном распределении электронной концентрации происходят в весенне-осенний период; в летний - во время усиления магнитосферного электрического поля; в зимних условиях изменения за счет быстрого субаврорального дрейфа минимальны.

в заключении приведены основные результаты работы:

1. На основе анализа данных разнесённых по долготе станций вертикального зондирования ионосферы Якутск и Подкаменная Тунгуска за 1989-1992 годы показано, что формирование поляризационного джета может происходить вблизи местной магнитной полуночи во время начала суббуревых возмущений.

2. По данным синхронных измерений поляризационного джета на сети ионосферных станций в Евразийском регионе и наблюдений энергичных ионов с энергиями 20-50 кэВ со спутника АМРТЕ-ССЕ подтверждена связь между инжекцией энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу и формированием поляризационного джета. Показано, что поляризационный джет возникает в области экваториальной границы инжекции ионов во внутреннюю магнитосферу.

3. Показано, что после начала суббуревой вспышки источник, ответственный за формирование поляризационного джета, перемещается с востока на запад со скоростью около 4 часов MLT за час.

4. Расчеты на трехмерной модели высокоширотной ионосферы с включением локального электрического поля показывают существенное изменение структуры и динамики ионосферы - возникновение узкого провала в широтном ходе электронной концентрации за счет выноса ионосферной плазмы с вечерней стороны на дневную. Узкий провал более выражен в ранние вечерние часы и менее выражен в предполуночные часы.

Основные публикации автора по теме диссертации

1. Khalipov, V.L. Polarization jet formation during a substorm breake up phase: results of ground- based measurements / V.L.Khalipov, Y.I.Galperin, A.E.Stepanov, L.V.Shestakova, E.D.Bondar' // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXIV Annual Seminar, Apatity, 27 Feb.-02 Mar. - 2001. -P. 17-20.

2. Khalipov, V.L. Formation of Polarization Jet during a injection of ions into the Inner Magnetosphere / V.L.Khalipov, Y.I.Galperin, A.E.Stepanov, E.D.Bondar' // Adv. Space Res. - 2003. - V. 31. - № 5. - P. 1303-1308.

3. Бондарь, Е.Д. Модель положения экваториальной границы инжекции энергичных ионов при различных уровнях геомагнитной возмущённое™ / Е.Д.Бондарь, В.Л.Халипов, А.Е.Степанов // Гелио- и геофизические исследования : Сб. трудов БШФФ-2002, Иркутск, 16-21 сент. 2002 г. - Иркутск: Изд-во ИСЗФ СО РАН, 2003. - С. 97-100.

4. Khalipov, V.L. Formation of Polarization Jet during a injection of ions into the Inner Magnetosphere / V.L.Khalipov, A.E.Stepanov, E.D.Bondar' // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXV Annual Seminar. Apatity, 2002. -P. 43—46.

5. Khalipov, V.L. SAR-arc characteristics in the region of ring current dissipation and during polarization jet development / V.L.Khalipov, V.F.Gubsky, V.V.Afonin, E.D.Bondar', A.E.Stepanov // Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXVII Annual Seminar, Apatity, 2-5 March 2004 r. -Apatity: 2004.-P. 9-12.

6. Афраймович, Э.Л. Главный ионосферный провал по данным GPS и ионосферной станции Якутск 26 декабря 2002 года / Э.Л.Афраймович, О.М.Пирог, Е.Д.Бондарь // Астрофизика и физика околоземного космического пространства : Сб. трудов БШФФ-2005, Иркутск, 12-17 сент. 2005 г. - Иркутск: Изд-во ИСЗФ СО РАН, 2005 - С. 54-56.

7. Афраймович, Э.Л. Исследование главного ионосферного провала по данным GPS и ионосферных станций в районе Якутска / Э.Л.Афраймович, О.С.Лесюта, Н.П.Перевалова, О.М.Пирог, В.Ф.Смирнов, Г.К.Зикрач, Е.Д.Бондарь // Геомагнетизм и аэрономия -2005. - Т. 45. - №2. - С. 215-220.

8. Бондарь, Е.Д. Характеристики поляризационного джета по измерениям на субавроральных станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска / Е.Д.Бондарь, В.Л.Халипов, А.Е.Степанов // Солнечно-земная физика. -2005,-№8.-С. 143-145.

9. Бондарь, Е.Д. Характеристики быстрых ионных дрейфов по данным ионосферных станций на субавроральных широтах / Е.Д. Бондарь, В.Л. Халипов, А.Е. Степанов // Солнечно-земная физика. - 2005. - № 8. - С. 161-164.

Ю.Степанов, А.Е. Срывы критических частот слоя F2 как граница крупномасштабной конвекции плазмы / А.Е.Степанов, В.Л.Халипов, Е.Д.Бондарь, М.С.Заболоцкий // Современные проблемы космической физики: Сб. докладов Всероссийской конференции, посвященной 70-летию академика Г.Ф.Крымского, Якутск, 26-28 нояб. 2007 г. -Якутск: ИКФИА СО РАН, 2008. - С. 165-168. И.Голиков, И.А. Исследование быстрых субавроральных ионосферных дрейфов по данным наземных ионосферных измерений и модельных расчётов / И.А.Голиков, А.Е.Степанов, Е.Д.Бондарь, В.И.Попов, В.Л.Халипов // Физика окружающей среды: Мат. VII межд. школы молодых ученых, Томск, 22- 29 июня 2008 г. - Томск: 2008. - С. 3033.

12. Степанов, А.Е. Сопоставление характеристик поляризационного джета на разнесенных станциях Якутск - Подкаменная Тунгуска / А.Е. Степанов, В.Л. Халипов, Е.Д. Бондарь // Космические исследования -

2008.-Т. 46,-№2.-С. 116-121.

13.Bondar, Ye. The Polarization Jet influence on the subauroral ionospheric structure / Ye. Bondar, I. Golikov, V. Khalipov, A. Koryakin, V. Popov, T. Solovyev and A. Stepanov // Conference Proceedings of the 29th International Conference on Phenomena in Ionized Gases (ICPIG 2009) in Cancun, Mexico, July 12-17. - Mexico, 2009. - V. 1. - P.365-368.

14. Голиков, И.А. Исследование влияния быстрых субавроральных дрейфов на структуру субавроральной ионосферы / И.А.Голиков,

A.Е.Степанов, Е.Д.Бондарь, В.И.Попов, Т.Н.Соловьёв // Мат. Конф. научной молодёжи Эрэл-2009, г. Якутск, 1-3 декабря 2009 г. - Якутск:

2009.-С. 11-14.

15. Степанов, А.Е. Моделирование эффекта влияния локальных электрических полей магнитосферного происхождения на структуру субавроральной ионосферы / А.Е.Степанов, И.А.Голиков, Е.Д.Бондарь,

B.И.Попов, В.Л.Халипов // Физика окружающей среды : Мат. VIII Межд. школы молодых ученых, г. Томск, 22- 27 июня 2010 г. - Томск: ТМЛ-пресс 2010. - С. 30-33.

16. Бондарь, Е.Д. Исследование эффектов влияния поляризационного джета на структуру субавроральной ионосферы с использованием трёхмерной модели высокоширотной ионосферы / Е.Д. Бондарь, И.А. Голиков, В.И. Попов, А.Е. Степанов, B.JL Халипов // Материалы XI Всероссийской научно-практич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов, Нерюнгри, 2-3 апр. 2010 г. - Нерюнгри: Технический институт ЯГУ, 2010. - С. 204-207.

17. Бондарь, Е.Д. Исследование сезонных особенностей влияния поляризационного джета на крупномасштабную структуру субавроральной ионосферы / Е.Д.Бондарь, И.А.Голиков, В.ИЛопов, А.А.Решетников, А.Е.Степанов // Мат. Всероссийской конференции с междунар. участием "Физика окружающей среды", г. Томск, 27 июня -1 июля 2011 г. - Томск: 2011. - С. 60-63.

18. Степанов, А.Е. Структурные особенности субавроральной ионосферы при возникновении поляризационного джета / А.Е.Степанов, И.А.Голиков, В.И.Попов, Е.Д.Бондарь, В.Л.Халипов // Геомагнетизм и аэрономия - 2011. - Т.51. - №5. - С.643-649.

19. Golikov, I. The modelling of the seasonal features of the Polarization Jet appearance / Golikov, I., A.Stepanov, V.Popov, A.Reshetnikov, Ye.Bondar, A.Koryakin, T.Solovyev // Conference Proceedings of the 30th International Conference on Phenomena in Ionized Gases in Belfast, Northern Ireland, August 28th - September 2nd 2011. http://mpserver.pst.qub.ac.uk/sites/icpis2011/103 C7 Reshetnikov.pdf.

Цитированная литература:

1. Гальперин, Ю. И. Прямые измерения скорости дрейфа ионов в верхней ионосфере во время магнитной бури / Ю.И. Гальперин, В.Н. Пономарев, А.Г. Зосимова // Космические исследования - 1973. - Т. 11. - № 2. - С. 284-296.

2. Anderson, Р.С. A proposed production model of rapid subauroral ion drifts and their relationship to substorm evolution / P.C. Anderson, W.B. Hanson,

R.A. Heelis, J.D. Craven, D.N. Baker, L.A. Frank // J. Geophys. Res. -1993. - V. 98. - № A4. - P. 6069-6078.

3. Spiro, R.W. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmospheric Explorer С / R.W. Spiro, R.A. Heelis, W.B. Hanson // Geophys. Res. Lett. - 1979. -V. 6.-№8.-P. 657-660.

4. Колесник, А.Г. Трехмерная модель высокоширотной области F с учетом несовпадения географических и геомагнитных координат / А.Г. Колесник, И.А. Голиков // Геомагнетизм и аэрономия - 1982. - Т. 22. -№5-С. 725-731.

5. Филиппов, В.М. Комплексные измерения узких провалов ионизации в области F наземными и спутниковыми методами / В.М. Филиппов, Д.Д. Решетников, B.JI. Халипов, А.Е. Степанов, B.C. Соловьев, Т.М. Мулярчик // Космические исследования - 1989. - Т. 27. - № 4. - С. 568-584.

Автор благодарит своего научного руководителя доктора физико-математических наук, профессора Голикова Иннокентия Алексеевича. Автор очень признателен Халипову Виктору Лаврентьевичу, Степанову Александру Егоровичу, Баишеву Дмитрию Гаврильевичу, Барковой Елене Сергеевне,

Зикрач Энгилине Константиновне и |Афраймовичу Эдуарду Леонтьевичу! за

помощь в работе над диссертацией, ценные замечания и моральную поддержку.

Подписано з печать 25.10.2011. Формат 60х 84/16.

Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 130 экз. Заказ*'5.

Издательско-полиграфический комплекс Северо-Восточного федерального университета 677891, г. Якутск, ул. Белинского, 58.

Отпечатано в типографии ИПК СВФУ

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Бондарь, Елена Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ БЫСТРОГО ЗАПАДНОГО ДРЕЙФА ПЛАЗМЫ НА СУБАВРОРАЛЬНЫХ ШИРОТАХ ПО ДАННЫМ НАЗЕМНЫХ И

СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИИЙ.

1.1 Характеристики поляризационного джета по спутниковым измерениям.

1.2Ионосферные проявления поляризационного джета по наземным данным.

1.3 Механизмы генерации интенсивных электрических полей вблизи проекции плазмопаузы.

Выводы.

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Якутская меридиональная цепочка ионозондов.

2.2 Спутниковые измерения поляризационного джета и его «автограф» на ионограммах наземного зондирования.

2.3 Регистрация поляризационного джета по данным цифровых ионозондов на станциях Якутск и Жиганск - экспериментальные данные.

Выводы.

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ НА РАЗНЕСЁННЫХ' ПО ДОЛГОТЕ СТАНЦИЯХ И СО

СПУТНИКОВ.

3.1 Характеристики поляризационного джета по данным наземных измерений.

3.1.1 Наблюдения поляризационного джета на станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска.

3.1.2 Динамика развития поляризационного джета во время суббуревых возмущений.

3.1.3 Определение скорости перемещения источника поляризационного джета по данным разнесённых по долготе станций.

3.2 Формирование поляризационного джета при суббуревой инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу.

3.2.1. Результаты синхронных измерений инжекции энергичных ионов со спутника АМРТЕ/ССЕ и регистрации поляризационного джета на сети ионосферных станций.

3.2.2 Определение скорости смещения на запад фронта поляризационного джета по долготной цепочке наземных ионосферных станций.

3.2.3 Оценка времени формирования поляризационного джета.

Выводы.

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ДЖЕТА

НА СТРУКТУРУ СУБАВРОРАЛЬНОЙ ИОНОСФЕРЫ.

4.1 Математическая модель высокоширотной ионосферы в переменных

Эйлера.

4.2Модельные расчеты распределения концентрации электронов в ионосфере при включении сильных электрических полей магнитосферного происхождения.

4.3Моделирование сезонных особенностей поляризационного джета.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование поляризационного джета в субавроральной ионосфере Евразии"

Физические явления, происходящие в ионосфере субавроральных широт - зоны, примыкающей к экваториальному краю овала полярных сияний и являющейся границей между средне- и высокоширотной ионосферой, давно привлекают внимание учёных. Здесь наблюдаются явления, отсутствующие или менее выраженные на других широтах, такие, как формирование главного ионосферного провала в широтном распределении электронной концентрации, образование провала лёгких ионов в верхней ионосфере, появление «оторванных» дуг и пятен в фоновом свечении верхней атмосферы в вечернем секторе и др. К наиболее интересным явлениям, наблюдающимся в субавроральной ионосфере во время суббурь на фоне крупномасштабной конвекции плазмы, можно отнести появление узких струй быстрых субавроральных ионных дрейфов к западу вблизи проекции плазмопаузы на высотах области F. Это явление впервые было обнаружено Ю.И. Гальпериным [24, 84] по данным спутника «Космос-184» и названо «поляризационным джетом» («polarization jet» - PJ).

Ввиду условий вмороженности плазмы такая узкая полоса быстрого ионного западного дрейфа на высотах области F была отождествлена с развитием направленного к полюсу локального электрического поля на экваториальной границе зоны конвекции, которое регистрируется спутниками в том же пространственно-временном интервале [45, 46, 58, 64]. Скорость плазмы в полосе PJ достигает на высотах области F сверхзвуковых значений - до нескольких километров в секунду.

Изучению PJ посвящено много работ. Он исследовался по спутниковым измерениям электрических полей в ионосфере и магнитосфере [34, 35, 45, 46, 49, 55], измерениям дрейфа ионов в ионосфере [9, 24, 62, 64, 84], по наземным измерениям на станциях некогерентного рассеяния радиоволн [33, 49, 54, 55], радаров когерентного рассеяния [8, 9, 67], ионограммам вертикального и возвратно-наклонного зондирования ионосферы [86, 112, 115,]. В ряде работ это явление ассоциировали со среднеширотным провалом ионизации F-области

3, 21, 34, 35, 54, 62], с ионосферной проекцией плазмопаузы [55, 58], разрывом Харанга [45, 117].

Статистические исследования PJ показывают [35, 58, 105 и др.], что обычно он имеет широтную протяженность 100-200 км (1-2°), наблюдается преимущественно в предполуночном секторе (19.00-24.00) MLT на инвариантных широтах 55 - 65°; скорость дрейфа плазмы может достигать 4-5 км/с. Поляризационный джет всегда наблюдается экваториальнее границы высыпания авроральных электронов и с увеличением геомагнитной активности смещается на более низкие широты [86, 105, 113]. Отмечена связь PJ с суббуревой активностью [1, 3, 35, 63], со слабыми красными дугами [39].

Следует отметить, что в литературе для описания поляризационного джета (PJ) используются и другие термины, например SAID («subauroral ion drift» - субавроральный ионный дрейф) [64]; SAIF («strong subauroral ion flow»

- сильный субавроральный ионный поток) [9]; SAEF («subauroral electric field»

- субавроральное электрическое поле) [35]; AWFC - («auroral westward flow channel» - авроральный западный канал потока) [52]; DS - «drift spike» [67]; SARAS («substorm-associated radar auroral surges») [22] и др. Авторы [20] ввели термин SAPS («subauroral polarization stream» - субавроральный поляризационный поток), который объединяет все явления субавроральных дрейфов ионов к западу (как узких по широте, так и более широких) и связанных с ними электрических полей.

В настоящей диссертационной работе представлены результаты многолетних исследований PJ по данным наземных измерений на Якутской меридиональной и российской долготной цепочках ионосферных станций с привлечением спутниковых данных. Также представлены модельные расчёты на трёхмерной модели высокоширотной ионосферы с учётом включения локального электрического поля магнитосферного происхождения.

Для объяснения формирования PJ ранее был предложен ряд различных физических механизмов. Авторами [60] был предложен механизм поляризации экваториальной границы конвекции плазмы при инжекции энергичных ионов во время суббури. Были предложены и другие теоретические модели, как учитывающие, так и не требующие инжекции частиц [12, 13, 94, 95]. Экспериментальной проверки механизмов формирования Р1 до сих пор сделано не было, хотя морфология явления и модельные расчеты свидетельствовали в пользу механизма инжекции. Сложность выбора механизма, ответственного за появление поляризационного джета заключалась в том, что в литературе господствовало представление о формировании Р1 на фазе восстановления суббури. Но, как будет показано в данной работе по данным наземных наблюдений, в околополуночном секторе может формироваться на взрывной фазе суббури.

Актуальность исследования. Существование Р1 приводит к целому ряду резких структурных изменений в ионосфере, таких как появление плазменных неоднородностей, формирование глубокого провала на высоте /^-слоя [35, 64, 54], широтно-ограниченные термосферные ветры [3], вертикальный перенос плазмы [1] которые, оказывая влияние на условия распространения радиоволн, отражают изменения космической погоды. Несмотря на то, что экспериментальные и теоретические исследования поляризационного джета ведутся уже несколько десятилетий, природа его до конца не выяснена, и исследование этого явления до сих пор остаётся одной из актуальных и очень интересных задач физики ионосферы. Надо отметить, что Р1 регистрируется не в каждую суббурю и не во всех случаях глубокой инжекции частиц. Это указывает на то, что механизм формирования Р1 все еще полностью не ясен и требует дальнейших экспериментальных и модельных исследований.

Основной целью диссертации является экспериментальное и теоретическое исследование характеристик поляризационного джета. В связи с этим ставились следующие задачи:

1. Исследование пространственно-временной динамики поляризационного джета методом вертикального зондирования ионосферы по данным сети ионосферных станций.

2. Изучение процесса формирования поляризационного джета и его связи с началом суббури по наземным данным.

3. Исследование связи инжекции энергичных ионов с возникновением поляризационного джета по спутниковым данным и наземным измерениям.

4. Теоретическое исследование влияния быстрых субавроральных ионных дрейфов на структуру субавроральной ионосферы при возникновении сильных локальных электрических полей магнитосферного происхождения.

Научная новизна

1. На основе анализа данных наземных измерений поляризационного джета на пространственно-разнесенных по долготе ионосферных станциях впервые получена оценка скорости движения фронта поляризационного джета.

2. Впервые показано, что в околополуночном секторе МЬТ формирование поляризационного джета происходит на взрывной фазе суббури.

3. Экспериментально подтвержден физический механизм формирования поляризационного джета за счет инжекции энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу.

4. На основе анализа экспериментальных данных и сравнения с модельными расчётами показано влияние электрического поля поляризационного джета на структуру и динамику Т^-слоя ионосферы.

Научная и практическая ценность

Полученные в работе результаты позволили выявить связь между появлением поляризационного джета и временем начала суббури, что может быть использовано для исследования магнитосферно-ионосферного взаимодействия, диагностики и прогноза взаимосвязанных физических процессов, определяющих космическую погоду.

Личный вклад автора

Все основные результаты, представленные в диссертации, получены при личном участии автора. Автор принимал непосредственное участие в обработке ионосферных и спутниковых данных, модельных расчётах, самостоятельно подобрал и проанализировал необходимые материалы наземных и спутниковых ионосферных измерений. Автору в равной степени с соавторами принадлежат все полученные научные результаты и выводы.

Защищаемые положения

1. Экспериментально показано, что формирование поляризационного джета происходит вблизи местной магнитной полуночи во время начала суббуревых возмущений.

2. По данным синхронных наземных радиофизических измерений и регистрации со спутника энергичных ионов с энергиями 20-50 кэВ в магнитосфере показано, что поляризационный джет возникает в области экваториальной границы инжекции ионов во внутреннюю магнитосферу.

3. Теоретически показано, что возникновение поляризационного джета сопровождается существенным изменением структуры и динамики субавроральной ионосферы - образованием узкого провала в широтном ходе электронной концентрации за счет выноса ионосферной плазмы с вечерней стороны на дневную.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, определяется использованием физически обоснованных методов и представительной статистикой наблюдений, а также использованием современных методов моделирования. Полученные экспериментальные материалы подтверждаются результатами, опубликованными другими авторами.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, обсуждались на семинарах ИКФИА СО РАН, ИСЗФ СО РАН, ТГУ, кафедры радиофизики и электроники ФГАО ВПО СВФУ, были доложены на XXIV и XXV ежегодном Апатитском семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 2001; 2002), Международной «Байкальской школе по фундаментальной физике» (Иркутск, 2002; 2003; 2005), аспирантских чтениях, форумах и конференциях научной молодёжи Якутии (Якутск, 2002; 2004; 2007; 2009; 2010), Международной конференции «Солнечно-земная физика» (Иркутск, 2004), Всероссийской конференции «Современные проблемы космической физики» (Якутск, 2007), Международной школе молодых учёных «Физика окружающей среды» (Томск, 2008; 2010; 2011), Лаврентьевских чтениях (Якутск, 2008), XI Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри, 2010), на XXIX и XXX Международной конференции, посвящённой явлениям в ионизованных газах «International Conference on Phenomena in Ionized Gases» (Канкун, Мексика, 2009; Белфаст, Ирландия, 2011).

Различные аспекты работы, положенные в основу диссертации, прошли экспертизу и выполнялись по программам фундаментальных исследований ИКФИА СО РАН, а также были поддержаны грантами РФФИ № 02-02-26525-зм, 03-05-96081-р2003арктикаа, 09-02-09406-мобз, 09-05-98501-рвостока, 09-05-98546-рвостока. Часть исследований была выполнена в рамках конкурса СО РАН по организации и финансированию фундаментальных исследований молодых учёных Учреждения Российской академии наук Сибирского отделения РАН по приоритетным направлениям науки.

Публикации

Основной материал диссертации опубликован в 19 работах, из них 4 - в рецензируемых журналах из перечня ВАК.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения, содержит 127 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 3 таблицы, библиографию из 119 наименований. Полный список работ автора приведён в основном тексте диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Бондарь, Елена Дмитриевна

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

• На основе анализа данных разнесённых по долготе станций вертикального зондирования ионосферы Якутск и Подкаменная Тунгуска за 1989-1992 годы показано, что формирование поляризационного джета может происходить вблизи местной магнитной полуночи во время начала суббуревых возмущений.

• По данным синхронных измерений поляризационного джета на сети ионосферных станций в Евразийском регионе и наблюдений энергичных ионов (20-50 кэВ) со спутника АМРТЕ-ССЕ подтверждена связь между инжекцией энергичных ионов во внутреннюю магнитосферу и формированием поляризационного джета. Показано, что PJ возникает в области экваториальной границы инжекции ионов во внутреннюю магнитосферу, при этом в предполуночном секторе вблизи области инжекции чаще наблюдается резкая граница для ионов всех энергий, а в вечернем - размытые по энергии структуры (случаи «nose event»).

• Показано, что после начала суббуревой вспышки источник, ответственный за формирование поляризационного джета, перемещается с востока на запад со скоростью примерно 4 часа МЬТ за час.

• Расчеты на трехмерной модели высокоширотной ионосферы с включением локального электрического поля показывают существенное изменение структуры и динамики ионосферы -возникновение узкого провала в широтном ходе электронной концентрации за счет выноса ионосферной плазмы с вечерней стороны на дневную. Узкий провал более выражен в ранние вечерние часы и менее выражен в предполуночные часы.

Несмотря на то, что изучением поляризационного джета учёные занимаются уже около 40 лет, некоторые экспериментальные результаты всё ещё не получили полного теоретического объяснения. До сих пор остаются неясными многие моменты, связанные с появлением Р.Г, например тот факт, что не все магнитосферные суббури сопровождаются появлением поляризационного джета. Остаётся надеяться, что дальнейшие комплексные экспериментальные и модельные исследования этого уникального явления позволят построить его адекватную физико-математическую модель.

Автор благодарит своего научного руководителя доктора физико-математических наук, профессора Голикова Иннокентия Алексеевича. Автор очень признателен Халипову Виктору Лаврентьевичу, Степанову Александру Егоровичу, Баишеву Дмитрию Гаврильевичу, Барковой Елене Сергеевне, Зикрач Энгилине Константиновне и Афраймовичу Эдуарду Леонтьевичу за помощь в работе над диссертацией, ценные замечания и моральную поддержку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приведены результаты экспериментальных наблюдений и модельных расчётов поляризационного джета - быстрой струи дрейфа плазмы в западном направлении, наблюдаемой в субавроральных широтах. Исследования проведены на базе Якутской меридиональной цепочки ионозондов, по данным ионосферных станций зондирования ионосферы и спутниковых измерений. С помощью расчётов на трёхмерной высокоширотной модели ионосферы сделана количественная и качественная оценка влияния поляризационного джета на структуру субавроральной ионосферы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Бондарь, Елена Дмитриевна, Якутск

1. Anderson, P.C. Multisatellite observations of rapid subauroral ion drifts (SAID) / P. C. Anderson, D. L. Carpenter, K. Tsuruda, T. Mukai, F.J. Rich // J. Geophys. Res. 2001. - V. 106. - № A12. - P. 29585-29599.

2. Anderson, P.C. The ionospheric signatures of rapid subauroral ion drifts / P.C. Anderson, R.A. Heelis, W.B. Hanson // J. Geophys. Res. 1991. - V. 96. - № A4-P. 5785-5792.

3. Banks, P. Electric fields and conductivity in the nighttime E-region: A new magnetosphere-ionosphere-atmosphere coupling effect / P. Banks, F. Yasuhara //Geophys. Res. Lett.- 1978,- Y. 5.-№ 12.-P. 1047-1050.

4. Bilitza, D. International reference ionosphere 2007: Improvements and new parameters / D. Bilitza, B. Reinisch // Adv. Space Res. 2008. - V. 42. - № 4. - P. 599-609.

5. Bourdillon, A. Spectral characteristics of high frequency waves back-scattered by small scale F-region irregularities: evidence of strong-sub-auroral ion flow / A. Bourdillon // J. Atmos. Terr. Phys. 1986. - V. 48. - № 8. - P. 703-714.

6. Bourdillon, A. Velocity characteristics of F-region irregularities at sub-auroral latitudes / A. Bourdillon, M. Nicollet, J. Parent // Geophys. Res. Lett. 1982. -V 9. - № 6. p. 696-699.

7. Carpenter, L.A. Comparison of high-latitude and mid-latitude ionospheric electric fields / L.A. Carpenter, V.W. Kirchhoff// J. Geophys. Res. 1975. -V. 80.-№ 13.-P. 1810-1814.

8. De Keyser, J. Formation and evolution of subauroral ion drifts in the course of a substorm / J. De Keyser // J. Geophys. Res. 1999. - V. 104. - № A6. - P. 12339-12349.

9. De Keyser, J. The magnetospheric driver of subauroral ion drifts / J. De Keyser, M. Roth, J. Lemaire // Geophys. Res. Lett. 1998. - V. 25. - № 10. -P. 1625-1628.

10. Ejiri M. Energetic particle penetrations into the inner magnetosphere / M. Ejiri, R.A. Hoffman, P.H. Smith // J. Geophys. Res. 1980. - V. 85. - № A2. - P. 653-663.

11. Ejiri, M. Trajectory traces of charged particles in the magnetosphere / M. Ejiri // J. Geophys. Res. 1978. - V. 83. - P. 4798-4810.

12. Erickson, G.M. The physics of the Harang discontinuity / G.M. Erickson, R.W. Spiro, R.A. Wolf// J. Geophys. Res. 1991. - V. 96. - P. 1633-1645.

13. Figueiredo, S. Investigation of subauroral ion drifts and related field-aligned currents and ionospheric Pedersen conductivity distribution / S. Figueiredo, T. Karlsson, G.T. Marklund // Ann. Geophys. 2004. - V. 22. - P. 923-934.

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

15. Foster, J.C. On the relationship of SAPS to storm-enhanced density / J.C. Foster, W. Rideout, B. Sandel, W.T. Forrester, F.J. Rich // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2007 - V. 69. - № 3. - P. 303-313.

16. Foster, J.C. SAPS: A new characterization for subauroral electric fields / J.C. Foster, W.J. Burke // Eos AGU Trans. 2002. - V. 83. - P. 393-394.

17. Foster, J.C. Stormtime observations of the flux of plasmaspheric ions to the dayside cusp/magnetopause / J.C. Foster, A.J. Coster, P.J. Erickson, F.J. Rich, B.R. Sandel // Geophys. Res. Lett. 2004. - V. 31. - L08809. -doi:10.1029/2004GL020082.

18. Freeman, M. P. Substorm-associated radar auroral surges / M.P. Freeman, D.J. Southwood, M. Lester, T.K. Yeoman, G.D. Reeves // J. Geophys. Res. 1992. -V. 97.-P. 12173-12185.

19. Galperin Y.I. Polarization Jet: characteristics and a model / Y.I. Galperin // Ann. Geophys. 2002. - V. 20. - № 3. - P. 391-404.

20. Galperin, Yu. I. Plasma convection in the polar ionosphere / Yu.I. Galperin, V.N. Ponomarev, A.G. Zosimova // Ann. Geophys. 1974. - V. 30. - № 1. -P. 1-7.

21. Galperin, Yu.I. Signature of rapid subauroral ion drifts in the high-latitude ionosphere structure . / Yu.I. Galperin, V.L. Khalipov, V.M. Fillippov // Ann. Geophys. 1986. -V. 4. - P. 145-154.

22. Golikov, I. The modelling of the seasonal features of the Polarization Jet appearance / Golikov, I., A.Stepanov, V.Popov, A.Reshetnikov, Ye.Bondar,

23. A.Koryakin, T.Solovyev // Conference Proceedings of the 30th International Conference on Phenomena in Ionized Gases in Belfast, Northern Ireland, August 28th September 2nd 2011.http://mpserver.pst.qub.ac.uk/sites/icpig2011/103C7 Reshetnikov.pdf.

24. Gussenhoven, M. S. The equatorward boundary of auroral ion precipitation / M. S. Gussenhoven, D. A. Hardy, N. Heinemann // J. Geophys. Res. 1987. -V. 94.-P. 3273.

25. Harel, M. Quantitative simulation of a magnetospherc subtorm 2. Comparison with observations / M. Harel, R.A. Wolf, P.H. Reiff, R.W. Spiro // J. Geophys. Res. 1981.-V. 86. № A4. - P. 2242-2260.

26. Hedin, A.E. A revised thermospheric model based on mass spectrometer and incoherent scatter data: MSIS-83 / A.E. Hedin // J. Geophys. Res. 1983. - V. 88. -№ 7. - P. 10170-10188.

27. Heppner, J.P. Empirical high-latitude electric field models / J.P. Heppner, N.N. Maynard // J. Geophys. Res. 1987. - V. 92. - P. 4467^1489.

28. Heppner, J.P. Empirical models of high latitude electric fields / J.P. Heppner //J. Geophys. Res. 1977,- V. 82.-№7.-P. 1115-1125.

29. Holt, J.M. Millstone Hill measurements on 26 February during the Solar Eclipse and formation of a midday F-region trough / J.M. Holt, R.H. Wand, J.V. Evans // J. Atmos. Terr. Phys. 1984. - V. 46. - № 3. - P. 251-264.

30. Karlsson, T. Subauroral electric fields observed by the Freja satellite: A statistical study / T. Karlsson, G. Marklund, L. Blomberg, A. Malkki // J. Geophys. Res. 1998,- V. 103. - № A3. - P. 4327-4341.

31. Khalipov, V.L. Formation of Polarization Jet during a injection of ions into the Inner Magnetosphere / V.L. Khalipov, A.E. Stepanov, E.D. Bondar' // Physicsof Auroral Phenomena, Proc. XXV Annual Seminar. Apatity, 2002. P. 4346.

32. Khalipov, V.L. Formation of Polarization Jet during a injection of ions into the Inner Magnetosphere / V.L.Khalipov, Y.I.Galperin, A.E.Stepanov, E.D.Bondar' //Adv. Space Res. 2003. - V. 31.-№ 5.-P. 1303-1308.

33. Korosmezey, A. Anisotropic ion heating and parallel 0+ acceleration in regions of rapid E*B convection / A. Korosmezey, C.E. Rasmussen, T.I. Gombosi, G.V. Khazanov // Geophys. Res. Lett. 1992. - V. 19. - P. 22892292.

34. Koustov, A.V. Observations of high-velocity SAPS-like flows with the King Salmon SuperDARN radar / A.V. Koustov, R.A. Drayton, R.A. Makarevich, K.A. McWilliams, J.-P. St-Maurice, T. Kikuchi, H.U. Frey // Ann. Geophys. -2006,-V. 24.-P. 1591-1608.

35. Makarevich, R.A. Dual HF radar study of the subauroral polarization stream / R.A. Makarevich, P.L. Dyson // Ann. Geophys. 2007. - V. 25. - P. 25792591.

36. Marklund, G. Subauroral electric fields observed by the Freja satellite: A statistical study / G. Marklund, L. Blomberg, A. Malkki // J. Geophys. Res. -1998.-V. 103. -№ A3. -P. 4327-4341.

37. Maynard, N.C. On Large poleward directed electric fields at subauroral latitudes / N.C. Maynard // Geophys. Res. Lett. 1978. - V. 5. - № 7. - P. 617-618.

38. Maynard, N.C. Magnetospheric observation of large sub-auroral electric fields / N.C. Maynard, T.L. Aggson, J.P. Heppner // Geophys. Res. Lett. 1980. - V. 7. -№ 11.-P. 881-884.

39. Mcllwain, C. E. Plasma convection in the vicinity of the geosynchronous orbit / C.E. Mcllwain // In: Earth's Magnetospheric Processes, edited by McCormac, B. M. Hingham, Mass: D. Reidel. Pub. Comp, 1972. - P. 268-279.

40. Mcllwain, C.E. Substorm injection boundaries / C.E. Mcllwain // In: Magnetospheric physics, edited by McCormac, B.M. Dordrecht-Holland: D. Reidel Pub. Comp., 1974. P. 143-154.

41. Mikkelsen, I.S. Neutral winds and electric fields in the dusk auroral oval. 1. Measurements / I.S. Mikkelsen, T.S. Jorgensen, M.C. Kelley, M.F. Larsen, E. Pereira, J. Vickrey // J. Geophys. Res. 1981. - Y. 86 - № A3. - P. 15131524.

42. Piggott, W.R. URSI handbook of ionogram interpritation and reduction. / W.R. Piggott, K. Rawer. INAG. World Data Center. Washington : National Academy of Sciences, 1972. 145 p.

43. Providakes, J.F. Radar and optical measurements of ionospheric processes associated with intense subauroral electric fields / J.F. Providakes, M.K. Kelley, W.E. Swartz, M. Mendillo, J.M. Holt // J. Geophys. Res. 1989. - V. 94.-№ A5.-P. 5350-5366.

44. Rich, F.J. Observations of field-aligned currents in association with strong convection electric fields at subauroral latitudes / F.J. Rich, W.J. Burke, M.C. Kelley, M. Smiddy // J. Geophys. Res. 1980. - V. 85. - № A5. - P. 23352340.

45. Rodger A.S. The role of the ion drift in the formation of ionisation troughs in the mid- and highlatitude ionosphere A review /A.S. Rodger, R.J. Moffett, S. Quegan // J. Atmos. Terr. Phys. - 1992. - V. 54. - P. 1-30.

46. Senior, C. On the control of magnetospheric convection by the spatial distribution of ionospheric conductivities / C. Senior, and M. Blanc // J. Geophys. Res. 1984. - V. 89. - № Al. - P. 261-284.

47. Smiddy, M. Intense poleward directed electric fields near the ionospheric projection of the plasmapause / M. Smiddy, M.C. Kelley, W. Burke, F. Rich, E. Sagalyn, B. Shuman, R. Hats, S. Lai // Geophys. Res. Lett. 1977. - V. 4. -№ 11.-P. 543-546.

48. Smith, P.H. Direct observations in the dusk hours of the characteristics of the storm time ring current particles during the beginning of magnetic storms / P.H. Smith, R.A. Hoffman // J. Geophys. Res. 1974. - V. 79. - № 7. - P. 966-971.

49. Southwood, D.J. An assesment of the role of precipitation in magnetospheric convection / D.J. Southwood, R.A. Wolf// J. Geophys. Res. 1978. - V. 83. -№ All. - P. 5227-5332.

50. Spiro, B. Sub-auroral electric fields: An inner magnetosphere perspective: GEM/CEDAR Tutorial. / B. Spiro // Rice University, 2005. p. 44.

51. Spiro, R.W. Ion convection and the formation of the midlatitude F-region ionization trough / R.W. Spiro, R.A. Heelis, W.B. Hanson // J. Geophys. Res. -1978. V. 83. - № A9. - P. 4255-4264.

52. Spiro, R.W. Quantitative simulation of a magnitospheric substorms. 3. Plasmaspheric electric fields and evolution of the plasmapause / R.W. Spiro, M. Harel, R.A. Wolf, P.H. Reiff// J. Geophys. Res. 1981. - V. 86. - № A4. -P. 2261-2272.

53. Spiro, R.W. Rapid subauroral ion drifts observed by Atmospheric Explorer C / R.W. Spiro, R.A. Heelis, W.B. Hanson // Geophys. Res. Lett. 1979. - V. 6. -№ 8.-P. 657-660.

54. Trakhtengerts, V. Y. Discussion paper: Partial ring current and polarization jet / V. Y. Trakhtengerts, A. G. Demekhov // Intern. Journal of Geomagnetism and Aeronomy. -2005. V. 5. gi3007, doi:10.1029/2004GI000091

55. Unwin, R.S. Drift Spikes: The ionospheric signature of large poleward directed electric fields at subauroral latitudes / R.S. Unwin, C.H. Cummack // Memoirs of National Institute of Polar Research. 1980. - № 16. - P. 72 - 83.

56. Voiculescu, M. Eastward sub-auroral ion drifts or ASAID / M. Voiculescu, M. Roth // Ann. Geophys. 2008 - V. 26. - P. 1955-1963.

57. Vondrak, R.R. Simultaneous Chatanika Radar and S3-2 satellite measurements of ionospheric electrodynamics in the diffuse aurora / R.R. Vondrak, F.J. Rich // J. Geophys. Res. 1982. - V. 87. - № A8. - P. 6173-6185.

58. Yeh, H.-C. Storm-time electric field penetration observed at mid-latitude / H.-C. Yeh, J.C. Foster, F.J. Rich, W. Swider // J. Geophys. Res. 1991. - V. 96. -P. 5707-5721.

59. Беспрозванная, А.С. Ионосферный провал и его связь с крупномасштабными структурными особенностями магнитосферной плазмы // Phys. Solariterr. 1984. - № 24. - P. 25042 - 25048.

60. Бондарь, Е.Д. Характеристики быстрых ионных дрейфов по данным ионосферных станций на субавроральных широтах / Е.Д. Бондарь, B.JI. Халипов, А.Е. Степанов // Солнечно-земная физика. 2005. - № 8. - С. 161-164.

61. Бондарь, Е.Д. Характеристики поляризационного джета по измерениям на субавроральных станциях Якутск и Подкаменная Тунгуска / Е.Д. Бондарь, B.JI. Халипов, А.Е. Степанов // Солнечно-земная физика. 2005. - № 8.-С. 143-144.

62. Брюнелли, Б.Е. Резкие обеднения F-области ионосферы вблизи восточной электроструи / Б.Е. Брюнелли // Физические процессы в области главного ионосферного провала. КАПГ-проекты. Прага, 1983. № 5 и 6. - С. 9398.

63. Брюнелли, Б.Е. Физика ионосферы. / Б.Е. Брюнелли, A.A. Намгаладзе. -М.: Наука, 1988.-528 с.

64. Волков, М.А. О происхождении субаврорального поляризационного джета / М.А. Волков, Ю.П. Мальцев // Геомаг. и аэроном. 1992. - Т. 32. -№ 3. - С. 125- 130.

65. Гальперин, Ю. И. Прямые измерения скорости дрейфа ионов в верхней ионосфере во время магнитной бури / Ю.И. Гальперин, В.Н. Пономарев,

66. A.Г. Зосимова // Космич. исслед. 1973. - Т. 11. - № 2. - С. 284-296.

67. Гальперин, Ю.И. Субавроральная верхняя ионосфера / Ю.И. Гальперин, Л.Д. Сивцева, В.М. Филиппов, В.Л. Халипов. Новосибирск : Наука, 1990.- 192 с.

68. Гершман, Б.Н. Динамика ионосферной плазмы. / Б.Н. Гершман. М.: Наука, 1974.-256 с.

69. Голиков, И.А. Использование выражений сферической астрономии в моделировании высокоширотной ионосферы / И.А. Голиков, И.Х. Муксунов, В.И. Попов // Динамика сплошной среды. Новосибирск. -2004. Вып. 122. - С. 50-52.

70. Голиков, И.А. Исследование быстрых субавроральных ионосферных дрейфов по данным наземных ионосферных измерений и модельных расчётов / И.А.Голиков, А.Е.Степанов, Е.Д.Бондарь, В.И.Попов,

71. B.Л.Халипов // Физика окружающей среды: Мат. VII межд. школы молодых ученых, Томск, 22- 29 июня 2008 г. Томск: 2008. - С. 30-33.

72. Голиков, И.А. Математическая модель области ¥2 высокоширотной ионосферы с учетом теплового режима / И.А. Голиков, А.Г. Колесник, В.И. Гермогенов, В.И. Попов // Вестник ЯГУ. 2005. - Том 2. - № 3. - С. 61-69.

73. Голиков, И.А. Преобразование компонент вектора из геомагнитной системы координат в географическую / И.А. Голиков, И.Х. Муксунов, В.И. Попов // Геомаг. и аэроном. 2005. - Т. 45. - № 2. - С. 279-281.

74. Деминов, М.Г. Влияние продольных токов на структуру ионосферы / М.Г. Деминов, В.П. Ким, В.В. Хегай // Геомаг. и аэроном. 1979. - Т. 19.- № 4. С. 743-745.

75. Деминов, М.Г. Динамика субавроральной ионосферы в возмущенных условях / М.Г. Деминов, В.Н. Шубин // Геомаг. и аэроном. 1987. - Т. 27.- № 3. С. 398-403.

76. Деминов, М.Г. Эффекты электрических в ночной субавроральной Т7-области / М.Г. Деминов, В.Н. Шубин // Геомаг. и аэроном. 1988. - Т. 28. -№ 3. - С. 409-415.

77. Колесник, А.Г. Математические модели ионосферы. / А.Г. Колесник, И.А. Голиков, В.И.Чернышев. Томск: МГП Раско, 1993. - 240 с.

78. Колесник, А.Г. Трехмерная модель высокоширотной области Б с учетом несовпадения географических и геомагнитных координат / А.Г. Колесник, И.А. Голиков // Геомаг. и аэроном. 1982. - Т. 22. - № 5 - С. 725-731.

79. Колесник, А.Г. Явление «полной тени» в верхней атмосфере Земли / А.Г. Колесник, И.А. Голиков // Доклады АН СССР. 1984. - С. 832-834.

80. Крымский, П.Ф. Геофизические эффекты, связанные с вращением плазмосферы и с трением на её границе / П.Ф. Крымский. Препринт. -Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. 40 с.

81. Марчук, Г.И. Численные методы в прогнозе погоды. / Г.И. Марчук. -Л.: Гидрометеоиздат, 1967. -353 с.

82. Самарский, A.A. Теория разносных схем / A.A. Самарский. М.: Наука, 1977.-656 с.

83. Степанов, А.Е. Сопоставление характеристик поляризационного джета на разнесенных станциях Якутск Подкаменная Тунгуска / А.Е. Степанов, В.Л. Халипов, Е.Д. Бондарь // Космич. исслед. - 2008. - Т. 46. -№2.-С. 116-121.

84. Степанов, А.Е. Структурные особенности субавроральной ионосферы при возникновении поляризационного джета / А.Е.Степанов, И.А.Голиков, В.И.Попов, Е.Д.Бондарь, В.Л.Халипов // Геомаг. и аэроном. 2011. - Т.51. - №5. - С.643-649.

85. Филиппов, В.М. Конвекция плазмы в субавроральной зоне. / В.М. Филиппов. Якутск: Якутский научный центр, 1996. - 122 с.

86. Филиппов, В.М. Наблюдения методом Д1 полосы быстрого субаврорального ионного дрейфа / В.М. Филиппов, Д.Д. Решетников, B.C. Соловьёв и др. // Комплексные исследования полярной ионосферы. -Апатиты: Изд. КФ АН СССР, 1986. С. 45-48.

87. Филиппов, В.М. Наземные измерения полосы быстрого западного ионного дрейфа / В.М. Филиппов, Д.Д. Решетников, B.C. Соловьёв, А.Е. Степанов // Физические процессы в субавроральной ионосфере. Якутск: Изд-воЯГУ, 1985.-С. 13-16.

88. Филиппов, В.М. Полоса быстрого дрейфа ионов в субавроральной F-области и её проявление в структуре высокоширотной ионосферы / В.М. Филиппов, JI.B. Шестакова, Ю.И. Гальперин // Космич. исслед. -1984. Т. 22. - № 4. - С. 557-564.

89. Халипов, B.JI. Формирование поляризационного джета в ходе взрывной фазы суббури: результаты наземных измерений / B.JI. Халипов, Ю.И. Гальперин, А.Е. Степанов, JI.B. Шестакова // Космич. исслед. -2001.-Т. 39. № 3. - С. 244-253.

90. Чернышев, В.И., Заболоцкий, М.С. Прогностическая модель высокоширотной ионосферы / В.И. Чернышев, М.С. Заболоцкий // Геомаг. и аэроном. 1994. - Т. 34. - № 3. - С. 67-71.

91. Шульгина, Н.В. Спорадические образования в F-области / Н.В. Шульгина // Авроральные явления 70. Апатиты: Изд-во КФ АН СССР, 1974.-С. 44-46.1. Пи