Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Морфология и природа аномальной ионизации Е-слоя в области приполюсной границы КАСПА при северном ММП

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Морфология и природа аномальной ионизации Е-слоя в области приполюсной границы КАСПА при северном ММП"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 550.388.2

МОРФОЛОГИЯ И ПРИРОДА АНОМАЛЬНОЙ ИОНИЗАЦИИ Е-СЛОЯ В ОБЛАСТИ ПРИПОЛЮСНОЙ ГРАНИЦЫ КАСПА ПРИ СЕВЕРНОМ ММП

специальность 04.00.22 - геофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

ГАБИС Ирина Петровна

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1993

Работа выполнена з Арктическом и антарктическом научно исследовательском институте (ААНИИ).

Научный руководитель: доктор физико-математических нау

профессор М.И. Пудовкин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических нау

профессор О.М. Распопов кандидат физико-математических нау С.Н. Соколов

Ведущая организация: Полярный геофизический институт

Кольского научного центра РАН

Защита диссертации состоится 1993 г

в час. ее мин. в ауд. на заседании

специализированного совета Д.063.57.51 по защите диссерта] на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербу] ском государственном университете по адресу: г. Санкт-Петербург, Университетская набережная, 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. A.M. Горького СПбГУ.

Автореферат разослан ^ддз г_

Ученый секретарь .

специализированного совета ъ^С&С/^и /

кандидат физико-математических наук ПЗ.А. Зайцеве

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТГРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации проведено исследование морфологии аномальной ионизации Е-слоя ионосферы в области приполюсной границы каспа при северном межпланетном магнитном поле (ММП) и изучение характеристик полярных сияний и геомагнитных возмущений, наблюдающихся в периоды появления аномальной ионизации. Результаты •интерпретированы в рамках теоретической модели взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой - модели пересоединения северного КМП с геомагнитным полем в области высокоширотной магннтопаузи.

Актуальность проблемы. В настоныее врекя проводятся интенсивные исследования физики процессов передачи энергии от солнечного ветра в магнитосферу и в ионосферу, энергии, которая является источником магнитооферных и ионосферных возмущений. В связи с этим большое значение имеет изучение явлений, происходящих в пограничных слоях магнитосферы. Пограничные слои, контактирующие с магнитопаузой, проектируются вдоль силовых линий в дневной сектор высокоширотной ионосферы вблизи области каспа. Поэтому процессы взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой могут оказывать непосредственное влияние на характеристики и динамику плазмы на высотах дневной высокоширотной ионосферы.

.Значительный прогресс теоретических и экспериментальных исследований процоссов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли на дневной (лобовой) магнитопаузе привел к интенсивным поискам проявлений этих процессов в ионосферных наблюдениях в области вблизи каспа/клефта. Ке^ганизм поступления плазмы магнитослоя в ионосферу и роль каспа в этом процессе • в настоящее время до конца не ясны. Явления на высокоширотной магнитопаузе при северном направлении вертикальней компоненты Вг КМП исследована недостаточно. Поэтому изучение ионосферных эффектов процессов, происходящих на магнитопаузе- и в пограничны.1; слоях магнитосферы, является важной задачей. Объяснение ионосферных наблюдений в области каспа/клефта на основе существующих теоретических моделей процессов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой сегодня является одной из главных задач Физики магнитосферы, так как дает возможность проверить справедливость теоретических моделей и указывает путь к их усовершенствованию.

Цель диссертационной работы состоит б определении источника (или механизм'» образования) аномальной ионизации на высоте Е-слоя ионосферы в дчевном МЬТ-секторе в области исправленных ■геомагнитных вирот Ф*=83.3" (обе. Восток, Антарктида). Р^шеы^е

- 4_ -

этой проблемы включает следующие исследования:

1. Изучение морфологии полуденной аномальной ионизации по данным вертикального зондирования ионосферы (ВЗИ) обе. Восток: определение суточных и сезонных вариаций характеристик аномальмой. ионизации и их зависимости от геомагнитной активности и от параметров ММП и солнечного ветра.

2. Исследование связи аномальной ионизации с полярными сияниями и геомагнитными возмущениями, наблюдающимися в области появления аномальной ионизации. Определение по данным all-sky камеры обе. Восток характеристик сияний, наблюдающиеся в периоды появления аномальной ионизации.

3. На основе особенностей морфологии, а также связи аномальной ионизации с определенным типом полярных сияний и геомагнитных возмущений объяснение причины возникновения аномальной ионизации в рамках соответствующей теоретической модели.

Защищаемые положения:

1. Результаты исследования, морфологии аномальной ионизации Е-слоя ионосферы, наблюдаемой вблизи геомагнитного полудня на широте обе. Восток (Ф'=63.3.

2. Появление аномальной ионизации в Е-слое по данным ВЗИ обе.

Восток является признаком нахождения обсерватории в области

приполюсной границы каспа и процесса пересоединения геомагнитного

поля с МНП на силовых линиях высокоширотной магнитопаузы при

северном В ММП. z

3. В области появления полуденной аномальной ионизации Е-слоя на Ф"~83° наблюдается конвекция ионосферной плазмы к Солнцу и, соответственно, электрическое поле, направленное с вечера на утро.

4. Аномальная ионизация Е-слоя вызывается высыпанием электронов.вдоль геомагнитных силовых линий в области вблизи приполюсной границы каспа вследствие спонтанного поресое;;»шения северного межпланетного и геомагнитного полей па высокоширотной магнитопаузе.

Научная новизна. Проведено комплексное исследование явления аномальной ионизации в Е-слое ионосферы вблизи приполюсной границы каспа при северном ММП.^ По данным ВЗИ исследована морфология полуденной аномальной ионизации на ф'~03": суточная и сезонная вариации вероятности появления, зависимость от геомагнитной активности и от МНЯ, сезонная вариация высоты слоя аномальной ионизации, зависимость времени ее появления относительно геомагнитного полудня от знака азимутальной компоненты Ву ММП.

По данным ВЗИ и all-sky камеры обе. Восток исследована связь

аномальной ионизации Е-слоя с полярными сияниями, набяюдайщимися б области ее появления. Связь аномальной ионизации с сияниями свидетельствует о высыпании электронов с энергиями, способными создать дополнительную ионизацию' на высотах Е-слоя. Впервые определены характеристики полг.рных сияний, наблюдающихся на Ф80 *-83") в области .приполюсной границы каспа при северном. В„ МММ и связанных с аномальной ионизацией Е-слоя: локализация сияний в зависимости от величины В2>0, форма и протяженность дискретных структур сияний, направление и скорость движения, зависимость направления движения от В^. и В „ кип, время жизни 'отдельных структур и периодичность импульсов сияний.

По магнитным данным обе. _ Восток изучены геомагнитные возмущения, сопутствующие аномальной ионизации в Е-слое в области приполюсной границы каспа при северном ММП. Определено направление вектора возмущения и, соответственно, направление конвекции плазмы, а также направление электрического поля в- области наблюдения аномальной ионизации. Впервые показано, что полуденная аномальная ионизация на Ф'=83.3° (обе. Восток) всегда сопровождается генерацией антисолнечного тока в Е-слое в локальной области ионосферы, что свидетельствует о существовании в этой области конвекции плазмы в направлении к Солнцу -и электрического, поля, направленного с вечера на утро.

Совокупность результатов экспериментальных исследований,'

установленных связей и закономерностей позволяет предложить в •

качестве механизма образования полуденного плоского спорадического

слоя на Ф'—бЗ" ионизацию электронами, высыпающимися вследствие

процессов импульсного пересоединения на высокоширотной

магнитопаузе за каепами при северном В ММП.

г

Научная и практическая ценность. Экспериментальные исследования явлений в ионосфере каспа и дневной полярной шапки, которые, возможно, вызываются процессами в высокоширотных пограничных слс-ях магнитосферы при северном ММП, способствуют объяснению основных физических процессов, развивающихся на магнитопаусе при обтеканги ее потоком солнечного ветра. Полученные в работе результаты показывают, что аномальная ионизация Е-слоя ионосферы мохет быть использована в качестве инструмента исследования фундаментальных явлений, .геофизики, таких как механизм поступления энергии солнечного ветра в магнитосферу и ионосферу Зекли.

Экспериментальные результаты по морфологии аномальной "ионизации в области приполюсной границы гаспа удовлетворительно

объясняются в рамках модели пересоединения северного В., и геомагнитного поля в области аномального сопротивления на высокоширотной магнитопауэе, подтверждая таким образом теоретическую модель взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой при В >0. Экспериментально определенные характеристики полярных сияний и геомагнитных возмущений могут быть использованы при разработке физических теорий процессов взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой при северном ММП.

Само появление аномальной ионизации может быть использовано для каждого конкретного случая как ионосферный признак (определяемый по наземный ионосферным данным ВЗИ) приполюсной границы касг.а. Определяя ее положение, можно, во-первых,' проводить исследование в соотзетствующие временные интервалч других явлений (пульсаций, геомагнитных возмущений, сияний) в области приполюсной границы каспа при В2>0. Во-вторых, то, что аноиальная ионизация является эффектом процессов на магнитопаузе, может быть использовано для исследования аналогичных явлений на обсерваториях, расположенных экватори-альнее обе. Восток, то есть в области наиболее вероятных для каспа пирот.

Полученные в работе результаты по морфологии полуденной аномальной ионизации Е-слоя на обе. Восток могут бить использованы при прогнозировании параметров ионосферного радиоканала, так как условия распространения ВЧ-радиосигнала в -значительной степени определяются распределением электронной концентрации в Е-области вдоль трассы. Задача оптимизации условий распространения декаметро-вых радиоволн включает исследование как возможности распространения радиоволн через спорадический слой в Е-обллсти, так и вероятности ухудшения прохождения КВ-сигнала на протяженных радиотрассах из-за экранирования Р-слок спорадическим слоем Ез. Следовательно, важное практическое значение имеет изучение вероятности появления Ез в области конкретной радиотрассы и зависимости этой вероятности от геофизических условий, что дает возможность при прогнозировании диапазона .рабочей частоты учитывать вероятность ' и ' величину аномальной ионизации в Е-слое.

Реализация работы. Результаты исследований использовались при выполнении работ по темам НИР ДАНИИ.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах ДАНИИ и СПбГУ, на всесоюзном семинаре "Физика полярной ионосфе_ры" (Иркутск, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 раоОТ > список

- 7 -

которых приведен э конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 155

страниц машинописного текста, 33 рисунка, 2 таблицы," библиография *

состоит из 155 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована основная цель работк, приведены положения, вынесенные на защиту, отмечается научная новизна работы и научн&я и практическая значимость полученных результатов, описана структура работы и дано представление о содержании диссертации.

Глава 1. Явления, наблюдающиеся в" высокоширотной дневной

ионосфере при северном ММП В 1 гл. приведен обзор литературы по экспериментальным и теоретическим исследованиям явлений . в дневной высокоширотной ионосфере. Обзор работ о пространственном* распределении вероятности появления спорадических слоев Р(Ез), вероятности появления экранирующих спорадических слоев P(fbEs) и величины электронной концентрации в спорадических слоях Ng в дневной высокоширотной ионосфере, а также о зависимости этих параметров от ММП и геомагнитной активности, показывает, что теории образования плоских спорадических слоев Esj (теория ветрового сдвига, теория "ячейковой" циркуляции) не могут объяснить наличие полуденного максимума Р(Е ) на широте обе. Восток (Ф' = 83.3"). Предполагается, что этот максимум связан с приближением к обсерватории наблюдения области каспа. Однако, механизм влияния каспа неизвестен.

Экспериментальные свэдения о характеристиках потоков высыпающихся частиц в дневной высокоширотной коносфере для условий северного ММП показывают, что при спокойных геомагнитных условиях и Вг>0 б области границы между каспом и полярной шапкой наблюдаются интенсивные потоки электронов burst-типа.

Характеристики аномальной ионизации, наблюдающейся конкретной обсерваторией, зависят от пространственного положения этой обсерватории по отношению к таким крупномасштабным образованиям, как аврсральный овал, касп/клефт, полярная шапка. Пространстьенное положение последних постоянно изменяется и зависит от многих условий, внешних по отношению к ионосфере. Рассмотрены 'экспериментальные факты о широтном положении этих границ при

''■•.'•''. " 8 ~

различных геомагнитных условиях и параметрах ММП, а также в

. зависимости от угла наклона геодиполп к линии Земля-Солнце.

Показано, чтр экспериментальные данные о продольных токах в дневной высокоширотной ионосфере в настоящее время противоречивы и не. позволяют определить источник этих torob. Предполагается, что механизм генерации продольных токов области III и дневного сехтора области I связан о процессами магнитного пересоедикения н? магкитог.аузе. Продольные токи связаны с ионосферными токами в Е-слое и, соответственно, с конвекцией ионосферной плазмы, с наземными геомагнитными возмущениями и крупномасштабными электрическими полями. Наземные наблюдения различных явлений при (магнитных возмущений, ионосферных токов, конвекции и д£.) в каспе и дневной полярной шапке, связь характеристик этих явлений с ИМП свидетельствуют о том, что наиболее вероятной их причиной является пересоединение на магнитопауэе поляркее дневного каспа между силовыми линиями хвоста магнитосферы и северного'ММП.

Из обзора исследований полярных сияний в. области дневно.го сектора овала, в каспе и дневной полярной шапке следует, что связь аномальной ионизации Е-слоя с сияниями до конца не выяснена. По данным all-sky камеры обе. Восток дуги полярной шапки не связаны с

В области каспа наблюдаются мелкомасштабное (продолжительностью <(3-10) мин и протяженностью несколько сотен км) явления -дневные брейкапы (импульсные усиления интенсивности свечения диск-р.этных Фсрн сияний). Одной из важнейших задач является идентификация явлений в дневной высокоширотной ионосфере с процессами, развивающимися на магнитолаузе. В настоящее время предложено несколько теоретических моделей этих процессов и соответствующих им ионосферных эффехтов в различных геофизических явлениях (сияниях, продольных токах, геомагнитных возмущениях, высыпаниях, дрейфах плазмы, пульсациях). Анализ наземных оптических наблюдений в области каспа в рамках различных моделей показал, что характеристики дневных брейкапов согласуются с моделью вторжения г.лаэмы в ионосферу .вследствие импульсного пересоединения на магнитопауэе.

В последнем разделе главы представлен обзор теоретических и экспериментальных исследований процессов взаимодействия солнечного . ветра с магнитосферой вблизи магнитопаузы .и ионосферных эффектов этих процессов. Показано, что основное влияние на взаимодействие магнитосферы с обтекающим ее потоком солнечного Bgvpa оказывает процесс пересоединения геомагнитного поля с ММП. При этом импульсное пересоединение FTEs (flux transfer events).

по-видимому, играет значительную роль в процессе передачи энергии солнечного ветра магнитосфере и при Bz<0 вносит существенную долю (сравнимую с вкладом квазистационарного пересоединения на дневной магнитопаузе) в разность потенциалов в полярной иапке. В настоящее, время получены экспериментальные подтверждения • (спутниковые измерения вблизи магнитопаузы) реальности процессов импульсного пересоединения (PTEs) на дневной магнитопаузе: условие В^<0 является практически необходимым и достаточным условием для появления FTSs, которые генерируются вдоль линии квазистационарного. пересоедкнения, проходящей через подсолнечную точку магнитопаузы. При В2>С природа- процессов взаимодействия солнечного ветра с геомагнитным полем остается неясной. В настоящее время экспериментальных данных о процессах в высокоширотных пограничных слоях недостаточно, нет информации о наблюдениях пересоединения на высокоширотной магнитопаузе, подобных тем, которые были получейн спутниками для квазистационарного и импульсного (FTEs) пересоединения на дневной магнитопаузе при Bz<0.

В конце 1 гл. сформулированы основные выводы литературного обзора, и приведена постановка задачи.

Глава 2. Морфология полуденной аномальной ионизации слоя Е, наблюдающейся вблизи приполюсной границы каспа

В начале главы сформулирована цель исследования и дана характеристика используемого для анализа экспериментального материала: данные ВЗИ обе. Восток за 1978-1979 годы. Исследование морфологии аномальной ионизации Е^-слоя проводилось по параметру f^Es (частота экранирования спорадического слсл), характеризующему величину электронной концентрации в Ед-сюе.

Показано, что на фоне относительно низкого в полярной шапке

4-3

уровня аномальной ионизации ((1.3-2.4)■10 см > в годы максимума

солнечной активности на обе. Восток в околопс.луденные часы могут

наблюдаться спорадические слои с f,E =(7-8) Мгц, что соответствует

5-3

электронной концентрации в Е^.-слое порядка (8-8)-10 ск '" . И^следо-. пана суточная вйриациэ вероятности появления аномальной ионизации P(fbS_..). Б интервале (12 + 5) *LT Р(?ьЕо) имеет отчетливый максимум: Р(гьЕ_) з 12-13 MLT рапна -0.3, при удалении от геомагнитного полудня на три часа к утренним или вечерним часам. P(f^Ee) падает примерно и три раза. Полуденная аномальная ионизация f^i пояилгет-ся только при положительных значонилх В^ ММП. Около 95% случаев наблюдаются при значениях АЕ-икдекса <150 ;ГГл.

, - 10 -

Наблюдается четкая сезонная зависимость PCf^E^) на обе.

Восток с максимумом в летние месяцы: в декабре аномальная

ионизация с fbEs>2 Мгц в интервале (12+2) MLT появляется в 5 раз

чаде, чем в мае-июне. Высоты слоя аномальной ионизации h'E-

s

зависят от сезона. Зимой аномальная ионизация чаще всего наблюдается на высоте 100-110 км, а летом ее появление примерно равновероятно для интервала высот от 90 км до -150 км.

Очевидно, что f^s наблюдается на обе. Восток при условиях, когда максимальна вероятность того, что обсерватория оказывается вблизи поиполюеной Гранины каспа. В связи с тем, что полуденная аномальная ионизация наблюдается при северном ММП, подчеркивается два момента: во-первых, влияние северного В^ ММП приводит к смещению области каспа к более высоким широтам, во-вторых, при северном В^ взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой происходит путем процесса пересоедннения геомагнитных силовых линий с ММП на высокоширотной магнитопаузе за каспа!'и, что, вероятно, приводит к. высыпаним частиц в область приполюсной границы каспа. Следовательно, пространственное положение обе. Босток оказывается благоприятным для регистрации и изучения ионосферных эффектов процессов, происходящих на влсокогаиротной магнитопаузе (пересоединения зонного и мехгианетного магнитных полей при Bz>0).

Сезонные вариации P(f^Es> и h'Es объясняются сезонной зависимостью широты каспа от угла наклона земного диполя к направлению скорости солнечного ветра, которая приводит к более высокоширотному положению каспа в летнем полушарии (на 4е) и к асимметриии полушарий по отношению к величине энергий частиц, высыпающихся в области каспа, и к величине их потоков. Энергетический поток высыпающихся в летнем каспе ионов и электронов в 1.5, а поток электронов - в 2 раза выше, чем'в зимнем каспе. Это означает, что в летнем полушарии выше вероятность того, что высыпающиеся' в каспе частицы приведут к аномальному росту ионизации. В летнем полушарии наблюдаются как низкоэнергичные, так и более высокоз"нергичные высыпания электронов, которые могут производить ионизацию в широком диапазоне высот. Е зимнем каспе высыпаются лишь более энергичные частицы, способные проникнуть в ионосферу до низких высот.

Время появления f. Е относительно геомагнитного полудня зави-b s

сиг от ММП: при Ву<0 аномальная ионизация появляется в послепо-лудзнныз часы, а при Ву>0 - в дополуденные. Примерно S5-70 % случаев пелуден.юй аномальной ионизации в Е-слиа на обе. Восток появляются при Вх>0 и Ву<0- Закономерности поведения аномальной ионизации

I. Е , связанные с азимутальной компонентой В . ММП, объясняются в Ь э у

рамках теоретической модели взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой при В >0 - модели перэсоединения магнитных силовых линий в области аномального сопротивления на магнитопаузе. При В2>0 область аномального сопротивления расположена на высокоширотной магнитопаузе за каспаии. и ее положение относительно полуденного меридиана зависит от знака Ву МШ. При Ву>0 (Ву<0) в южном полушарии область пересоединения локализована в дополуденном (послеполуденном) МЬТ-секторе. Таким образом, если аномальная ионизация Е-слоя вблизи геомагнитного полудня на оес. Восток появляется вследствие ионизации частицами, высыпающимися в результате процесса пересоединения при 32>0, то зависимость времени появления от

знака Ву ММП согласуется с положением при разных В ММП области аномального сопротивления на магнитопаузе. При Ву, не равном нулю, зона продольных токов, образующихся вследствие пересоеди.нения при Вг>0, оказывается несимметричной относительно полуденного меридиана: направление токов в полярной ветви зоны зависит от знака Ву. При Ву<0 (Ву>0) в южном полушарии область вытекающего (втекающего) продельного тока смещена к полюсу по сравнению с областью втекающего-(вытекающего) ток®" Следовательно, вероятность попадания обе. Восток в область вытекающих продольных токов и, соответственно, в область высыпания электронов при Ву<0 выше.

Ь конце 2 гл. сформулированы основные закономерности морфологии аномальной ионизации, позволяющие сделать вывод о том, что ее появление на высоте слоя Е около геомагнитного полудня связано с процессами в области приполюсной границы каспа, вызывающими рост электронной концентрации в области Е.

Глава 3. Сияния в области приполюсной границы каспа при северном ММП

В этой главе исследуется возможность образования полуденной

аномальной ионизации Е-слоя Г,Е на обе. Восток при северном ММП

Ь э

высыпающимися частицами. Проведено сопоставление, зтой ионизации с наблюдениями полярных сияний с помощью а11-ы!(у камеры обе. Восток.

Согласно теоретическим исследованиям, пересоединение на высокоширотной магнитопаузе при В2>0 носит спонтанный, импульсный характер. При этом область пересоединения проектируется вдоль силовых линий и ионосферу вблизи приполюсной границы каспа. Одним из проявлений процесса взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой является высыпание ускоренных частиц плазмы

- 12 - ■

, нагнитослоя, которые могут вызывать дополнительную ионизацию в ионосфере и образование спорадических слоев на высотах, загисящих от энергии . высыпающихся частиц. О сложной структуре высыпаний зблизй приполюсной границы хасла при северном ИМП свидетельствуют; ; многочисленные экспериментальные исследования. При в2>0 дневные брейкапы, которые, по-видимому, являются оптическим проявлением импульсного перессединения. PTEs, наблюдаются вблизи приполасной грэнииы каспа, свидетельствуя о высыпании электронов в зоне протяженностью -20С км по широте.

В а5% случаев наблюдения аномальная ионизация в Е-слое сопровождается полярными сияниями типа дискретных дуг, возникающих между зенитом обе. Восток и сияниями дневного сектора овала/каспа в диапазоне 00°-83о. Исследованы характеристики этих сияний. Дискретные структуры сияний появляются lia разном расстоянйии от овала/каспа, за'висящек от величины Bz: при малых Bz>0 дуги наблюдаются ближе к овалу или на фоне сияния овала. Каждая структура после своего появления движется вдоль меридиана от S-полюса к экватору и вдоль параллели . в восточном или западном направлении в зависимости от знака Бу в согласии с направлением конвекции плазмы в области каспа при Б^>0. Время жизни каждой структуры 1-Й мин (сроднее • 2 .мин). Скорость движения 0.5-1 км/сек. Из сравнения с сияниями типа дуг полярной шапки видно, что сияния, наблюдающиеся в области приполюсной границы каспа при северном ИМП и связанные с fj,Es' нв являются сияниями типа sun-align-arc.

Определенные ■• выше характеристики сияний, подобны . характеристикам сияний дневных брейхапоз. Следовательно, можно Предположить, что эти сияния являются ионосферными проявлениями ' спонтанного _ пересоединения на. высокоширотной магнитопаузе при северном ММП. Рассмотрены отличия дневных брейкапов, наблюдающихся all-sky камерой обе. Восток, от дневных брейхапов, наблюдающихся на обе. Свальбард. (Ф'~75°, Арктихз). Дискретные структуры (дуги) на этих двух обсерваториях отличаются'направлением, вдоль которого вытянута дуга, и траекторией движения дуги. Показано, что эти отличия могут быть .вызваны различным искажением элементов магьитопаузы, расположенных экваторкалькее и волярнее каспа, при их проектировании вдоль сихових линий в ионосферу.

•Сложная динамика сияний дневного брейкапа, наблюдающихся при В7>0 на обе. Восток, объясняется влиянием электрических полой двух типов - потенциального и вихревого - г. области пересоедиыеш':;! на ' магнитопаузе. Вихревое электрическое поде приводит к тому, что

- 13 - \ ■• • •■

ноЕые "вспышки" ■ сияний наблюдаются полярнее предыдущих . '• Каждая . вновь возникшая . структура движется в направлении от полюса к, экватору в согласии с направлением конвекции плазмы вблизи каспа при Вг>0. Дрейф сияний от полюса- связан с , потенциальным электрическим полем, которое передается из области пересоединения на магнитопаузе в ионосферу вдоль силовых линий. . • .

Глава 4. Полуденная аномальная ионизация Е-слоя вблизи -приполюсной границы каспа - эффект процесса пересоединения геомагнитного поля с северным ММП Время жизни сияний дневных брейхапов, наблюдающихся при Вг>0 на обе. Восток, согласуется с предположением об импульсном, спонтанном характера пересоединения на высокоширотной магнитопаузе. В связи с этим была проанализирована продолжительность существова- . ния полуденной аномальной ионизации; которая., по-видимому, поязля-ется вследствие ионизации высыпающимися при пересоедйнении электро-~ нами. Оказалось, что более 70% случаев приходится на события продолжающиеся не более 1 часа, причем половина из этих 70% - это события аномальной ионизации, наблюдавшиеся только на одной ионо-. грамме. Отсюда очевидна кратковременная природа рассматриваемого явления. Уровень аномальной ионизации, определяемый по соответствующей Величине экранирующей частоты зависит от интенсивности высыпания и от частоты импульсов высыпания. Ка продолжительность-наблюдении аномальной ионизации влияет, во-первых, продолжительность высылания частиц, т.е. продолжительность процесса пересоединения, во-вторых, пространственная протяженность ионосферной проекции области высыпания (расположенной вблизи приполюсной границы ионосферного каспа). По-видимому, продолжительные события (которыэ наблюдаются при устойчивом В2>0) связаны с синхронным движением обе. Восток в результате суточного вращения Земли и области высыпания над обе. Восток. Аномальная ионизация, которая при этом поддерживаться новыми импульсами высыпания частиц, исчезает либо при выходе обе. Восток из области высыпания, либо при прекращении процесса спонтанного перессединения на высокоширотной магнитопаузе в результате изменения В ММП с северного направления на южное.

Повышение уровня аномальной ионизации, свидетельствующее об увеличении интенсивности высыпаний и, соответственно, об интенсификации процесса пересоединения, наблюдается либо при. увеличении северной компоненты ММП, которое, по-видимому, приводит к увеличению вероятности развития спонтанного процесса пересоединения на

высокоширотной магнитопаузе, либо при резкой смене направления вертикальной компоненты ММП с северного на южное или при уменьшении величины северного ММП. По-видимому, интенсификация процесса псросоеди:;ения в последнем случае связана с так называемым вынужденным пересоединонием, в процессе которого ускорение плазмы происходит более эффективно.

По магнитограммам обе. Восток исследуются геомагнитные возмущения, наблюдающиеся , в периоды появления в Е-слое ионосферы полуденной аномальной ионизации, свидетельствующей об увеличении электрической проводимости на соответствующей высоте, . которая влияет на интенсивность ионосферных токов, вызывающих геомагнитные возкущения. Теоретические модели ионосферных эффектов импульсного пересоедикеиия на магнитопаузе указызаюг на 2-х вихревую систему холлоьских токов в области ионосферного следа пересоединившейся силовой трубки.

При анализе магнитных возмущений на обе. Во~тох ь качестве линии отсчета использовалась вариация фонового поля - линия, определяемая для каждого конкретного месяца по 5 наиболее спокойным дням на обе. Восток. Вектор горизонтального возмущения бр складывается из вектора возмущения вдоль геомагнитного меридиана 6Н и вектора возмущения вдоль геомагнитной параллели бой. В околополуденные часы 6Н характеризует азимутальную компоненту ионосферного тока, а бОн - меридиональную компоненту тока. Оказалось, что 6Н вблизи геомагнитного полудня изменяется синхронно с изменениями В ММП и не зависит от. появления или исчезн^аения бОн-компонента возмущения в моменты появления и

исчезновения ^Ед изменяет знак относительно среднесуточного уровня, так что в период появления в Е-слое аномальной ионизации направление 6Бн противоположно фоновому полю. Это указывает на существование антксолнечного тока в области наблюдения при

этом величина этого тока линейно зависит от Ъ^ ММП: коэффициент корреляции бОн с В2 равен £{-0.78, а с у.В2 - [{=0.82. Направление токов в ионосфере в зоне пояьлелия аномальной ионизации и сияний дневного брейкапа (то есть в области ионосферной проекции области пересоединения) совпадает с направлением токов ВРЗ-вариации, однако по данным одной обсерватории определить пространственную структуру конвекции невозможно. Анализ геомагнитных возмущений в области дневных брейкапов затрудняется сложной структурой движения ионосферного следа РТЕ, а также вследствие наложения в пространстве ч во времени эффектов от предыдущего и последующего

импульсов пересоадинения. Взаимное расположение наблюдающей обсерватории и ионосферного следа области пересоединения изменяется вследствие суточного' вращения Земли и из-за широтнодолготных вариаций положения области, пересоединения на магнитопаузе. Следовательно, величина аномальной ионизации и геомагнитных возмущений отражает не только интенсивность источника, но и степень проникновения обсерватории в область дневного брейкапа (или FTE-следа). Антнсолнечный ток свидетельствует.об электрическом поле, направленном с вечера на утро, величина которого равна нескольким десяткам мв/м (оценки величины электрического поля сделаны по интенсивности геомагнитных возмущений и по скорости дрейфа дуг дневного брейкапа).

В заключении диссертации сформулированы основные выводы работы:

1. Исследована морфология дневной аномальной ионизации

Е-слоя на исправленной геомагнитной широте Ф'83". Основные особенности морфологии состоят в следующем:

а) частота экранирования спорадического слоя вблизи

геомагнитного полудня достигает 7-8 МГЦ (в годы максимума

солнечной активности), что соответствует электронной концентрации 5 -3

в области Е (8-8)-10 см , то есть в десятки раз выше, чем деют медианные значения;

б) вероятность появления аномальной ионизации в интервале 12+5 MLT имеет четкий максимум в геомагнитный полдень;

в) полуденная аномальная ионизация появляется при АЕ<150 нТл и только при положительных значениях ВММП. Образование в геомагнитный полдень в Е-слое на обе. Восток аномальной ионизации наиболее вероятно при Вх>0 и Ву<0;

г) наблюдается четкая сезонная зависимость вероятности появления полуденной аномальной ионизации на обе. Восток с максимумом в летние месяцы;

д) наблюдается сезонная зависимость высоты слоя аномальной ионизации. Зимой слои аномальной ионизации чаще вс-гго наблюдаются на высотах 100-110 км, летом появление аномальной ионизации примерно равновероятно для интервала высот от 90 км до 150 км;

е) время появления аномальной ионизации (MLT-сектор) относительно геомагнитного полудня зависит от Ву ММП: при <0 аномальная ионизация появляется в послеполуденные часы, при Ч >0

в дополуденные.

2. Наблюдаемая в геомагнитный полдень аномальная ионизация

Е-слоя совпадает с появлением дискретных форм полярных сияний, обладающих следующими характеристиками:

б) время жизни 1-6 мин;

в) направление движения - от южного геомагнитного полюса к каспу (к дневному сектору овала);

г) скорость движения вдоль меридиана 0.5-1 км/с;

д) направление азимутального движения зависит от 3 ММП и согла-

у

суется с направлением комЕекции в области к<>спа при северном Вг ММП.

3. Появление аномальной ионизации по данным ВЗИ обе. Восток, является признаком нахождения обсерватории . в области приполюсной граница каспа и идущего в этот момент процесса импульсного пересоединения силовых линий межпланетного и геомагнитного полей на высокоширотной магнитопаузе за каспом.,

4. Аномальная ионизация в Е-слое и наблюдающгеся одновременно с ней сияния вызываются высыпаниями электронов вследствие процесса пересоединония на высокоширотной магнитопаузе при Вг>0.

5. В области появления аномальной ионизации и связанных с нею' полярных сияний наблюдаются геомагнитные возмущения, свидетельствующие о существовании антисолнечного холловского тока в ионосфере и, соответственно, электрического поля, направленного с вечера на утро

1. Габис И.П., Цудовкин М.И. Аномальная ионизация слоя Е в области каспа. // Тезисы докладов всесоюзного семинара "Физика полярной ионосферы", Иркутск, 1990, стр. 7-8.

2. Габис И.П., Пудовкин М.И. Аномальная ионизация слоя Е в области каспа. //"Исслед. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М.: Наука, 1991, вып.93, стр. 58-68.

3. Габис И.П., Пудовкин М.И., Гусев М.Г. Связь аномальной ионизации слоя Е в области каспа с сияниями при северном ММП. // Геомагнетизм и аэронокия, 1'992, т. 32, N. 6, стр. 61-67.

4. Габис И.П., Пудовкин М.И. Сияния в области приполюсной границы каспа при северном ММП. // Геомагнетизм и аэрономия, 1992, т.32, N. 4, стр. 141-144.

5, Габис И.П., Пудовхин Н.И. Трйггмрованные дневные Бреикапы при северном КИП. П Геомагнетизм и аэрсномия, 1993, т.33, N.2, стр.150.

а) область появления 80®-83* в "дневном секторе; .

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Ротн.ААНИИ.Зв1сЛ 3-100 1S.03.B3 Уч.Взя.лО.7