Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Пульсирующие сияния и геомагнитные пульсации в дневной высокоширотной области и их связь со структурой авроральных вторжений

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Пульсирующие сияния и геомагнитные пульсации в дневной высокоширотной области и их связь со структурой авроральных вторжений"

На правах рукописи

Ягодкина Оксана Ивановна

ПУЛЬСИРУЮЩИЕ СИЯНИЯ И ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ В ДНЕВНОЙ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ОБЛАСТИ И ИХ СВЯЗЬ СО СТРУКТУРОЙ АВРОРАЛЬНЫХ ВТОРЖЕНИЙ

специальность 25.00.29 - фишка атмосферы ы гш1/тсферы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фи1ик<ьматематическп* наук

Москва - 2005

Рабата выполнена в Полярном геофизическом институте Кольского научного центра РАН (ЛГИ КНЦ РАН), г. Апатиты

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Воробьев Вячеслав Георгиевич

Официальные оппонешы: доктор физико-математических наук,

профессор

Лазутин Леонид Леонидович

доктор физико-математических наук Левитин Анатолий Ефимович

Ведущая организация: Институт физики Земли РАН (ИФЗ),

г. Москва

Защита диссертации состоится'" " 200^ . в на заседании

диссертационного совета Д 002.237.01 в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) по адресу: 142190, г. Троицк. Московская область

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗМИРАН

Автореферат разослан " О&тябр-Ъ 200-3?.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математически* наук Михайлов Ю.М.

^^ л.т»ъо

з

ОБШЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертант» представлены результаты исследований характеристик дневных электронных высыпаний, а также спектральные и морфологические характеристики высокоширотных пульсирующих сияний и геомагнитных пульсаций и положение области их генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора. Исследования характеристик авроральных вторжений проводались. по. данным низковысогных спутников с полярной орбитой 0М5Р* ш ЖЭДА. Авроральные и геомагнитные пульсации регистрировались, на высокоширотных обсерваториях Баренцбург (арх. Шпицберген, Ф'=74.4°, МЬТ=ЦТ+2.5) и о. Хейса (арх. Земля Франца -Иосифа, Ф'=74.5°, МЬТ=ЦТ+3.5).

Актуяяьиость темы.

Геомагнитное гюле Земли непрерывно испытывает изменения в результате взаимодействия с плазмой солнечного ветра. Усиление или ослабление солнечного ветра, изменение его структуры отражаются в перестройке системы магнитосферной конвекции и самой магнитосферы в целом. Всякая перестройка магнитосферы приводит к развитию в ней динамических процессов, которые существенным обрезом отражаются в поведении целого комплекса геофизических явлений, регистрируемых на земной поверхности и в околоземном космическом пространстве. В дневные часы проекция овала сияний вдоль геомагнитных силовых линий с большой точностью совпадает с границей магнитосферы. Основные процессы передачи энергии из переходного слоя в систему магнитосфера-ионосфера, изучение которых является одной из фундаментальных проблем современной геофизики, протекают на дневной магнитопаузе и в пограничных слоях магнитосферы. Полярный касп и низкоширотный граничный слой рассматриваются как основные области, где происходит проникновение плазмы переходного слоя в магн^сй^^^'ЙИ^^^вязи |крайне важным и

актуальным представляются наблюдения в яивсяяадцнирмииш «ними. Регистрируемые здесь высыпания частиц прпнстищигг в районе границы между разомкнутыми и замкнутыми силовыми линиями геомагнитного поля и связаны как с различными типами сияний и авроральных высыпаний, так и с .генерацией авроральных и геомагнитных пульсаций. Информацию о положении границ высыпаний с различными характеристиками можно получить с помощью как наземных наблюдений за полярными '.ияниями, так и непосредственно по данным спутниковых измерений. Такой комплексный подход дает представление о структуре, динамике и физических процессах в магнитосфере Земли.

Особый интерес и актуальность представляют исследования характеристик дневных полярных сияний, структуры авроральных бТоржений, динамики и энергетики вторгающихся частиц. Работы по изучению поведения дневных сияний были нача!ы сшё в середине шестидесятых годов прошлого столетия Я.И. Фельдштейном и Г.В. Старковым. Позже Фельднпейном Я.И. и Гальпериным Ю.И. была предложена новая терминология для обозначения областей высыпаний с различными характеристиками для ночной стороны Земли, которая в последние годы получила дальнейшее развитие в трудах российских ученых для дневной высокоширотной области.

Изучением высокоширотных авроральиюк т :газак»нтгги<гньгх пульсаций занималась большая группа российских ученых - В.А. Троицкая, О.М. Распопов, В.К. Ролдугин, С.А. Черноус, Н.Г. Клейменова, О.В. Большакова и др. Результаты их исследований внесли существенный вклад в изучение природы пульсаций и дали определенный импульс развитию геофизических исследований в высокоширотной области.

Актуальность исследований подтверждается многочисленными публикациями, в которых проводятся сопоставления яркостиых характеристик свечения со структурой высыпающихся частиц и геомагнитной активностью, исследуются положения границ высыпаний 'от

параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля На ос ове полученных данных разработан целый ряд эмпирических моделей с определенными досю'.нстиами и недостатками. Однако пока еще н.-т окончательной ясности в допросе о саячи разли чных тиьон anpopu ibiiux высыпаний со структурой плашемиых доч.енов и магнитосфере. Все тги вопросы требуют комплексного пои кода в исследовании гесфизич :ских явлений,' гаких как попярныс сияния, вариации геомагнитного поля, аморальные и геомашчтные пульсации ипл.

Генерация пульсаций СЕЧ>апа с рашигием неусюйчивостей магнитосферной плазмь: и плазмы солнечного пегра, а также с побуждением резонансных процессов внутри магнитосферы. Это олкачает, что пульсации могу! возбуждаться как в солнечном ветре и в пограничных слоях дневной магнитосферы, так и внутри маггнтосферы и з ионосфере и регистрироваться •как в спокойные, так и в возмущенные периоды. Кратковременные, регисгрируемые на Земле, вспышки активности авроральных и геома! нитных пульсаций могут" быть индикаторами режих изменений параметров межпланетной среды.

Генерируясь, ' в' различных областях ма; шлосферно-иопосферной системы, пульсации переносят на поверхность Земли информацию с физических процессах как в области генерации, так и на пути их распространений к земной поверхности, и что весьма актуально, информация о поведении пульсаций может служить дополнительным инструментом для диагностики состояния магнитосферы и, возможно, для мониторинг передачи в магнитосферу энергии солнечного ветра.

Це.ш и задачи работы.

Цель работы состоит в экспериментальном исследовании спектральных и морфологических характеристик дневных авроральных и геомагнитных пульсаций и определении области их генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора.

В соответствии с основной целью работы ставились следующие задачи:

1. Провести статистическое исследование положения фаниц различных типов агроральных вторжений в дневном секторе, исследовать их дишмику и вариации потоков высыпающихся электронов в зависимости о г уровня геомагнитной активности.

2 С о теть эмпирическую модель магпитосферпой с> обури в авроральных высыпаниях дневного сек юр?.

3. Исследовать спектральные и морфологические характеристики плюральных пульсаций и пульсаций геома: Гштного ноля в дневной высокоширотной области в их взанмосвжи с ра»личными геофизическими явлениями и характеристиками межпланетной среды.

Научная новиша диссертационной работы.

Проведено с гатистическое исследование положения границ плазменных вторжений в дневном секторе, исследована динамика областей и вспичины

г

потоков высыпающихся электронов, впервые создана модель зависимости положения границ различных пнюв авроральных вюржений от уровня авроральной активности и фазы магнитосферных возмущений.

Впервые построена эмпирическая модель авроральных высыпаний в дневном секторе (06-18 М1ЛГ) в периоды магнитосферных суббурь. Модель включает в себя динамику границ различных типов авроральных высыпаний, а также изменение средней энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в периоды всех фаз суббури. Перед самым началом суббури обнаружено одновременное уменьшение энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах АОР и ЭА2.

Впервые показано, что длиннопериодные (3-5 мин) вариации свечеикя обусловлены пульсирующим расширением к нолнку области жестких электронных высыпаний, положение приполюсной границы которых нсиьиынао! более высокочасннные (10-50 с) вариации Обнаружено, что ыкис п\ помним [енерщп и ж я к маг ни нх'ферс на 1,<мкн\1ыч силовых

линиях геомагнитного поля предположительно около внешней границы радиационного пояса. Анализ возможных механизмов генерации пульсаций показал, что длиннопериодные вариации могут быть связаны с развитием перестановочной (или желобковой) неустойчивости, в то время как механизм генерации более высокочастотных вариаций остается пока неизвестным.

Впервые показана связь вспышечных проявлений активности дневных геомагнитных пульсаций с резкими увеличениями яркости лучистых дуг сияний и выделен особый тип авроральных пульсаций, обусловленных вариациями интенсивности этих дуг.

Впервые определены особенности спектральных и морфологических характеристик пульсаций, регистрируемых в периоды взаимодействия магнитосферы с импульсами динамического давления солнечного ветра и появлением случаев импульсного пересоединения на дневной магнитопаузе.

Впервые показано влияние начала фазы развития магнитосферных суббурь (Т=0) на характеристики дневных геомагнитных пульсаций.

Достоверность полученных а работе результатов определяется большим массивом используемых данных. Для исследования структуры дневных высыпаний и влияния магнитной активности на глобальное распределение зон авроральных вторжений нами была создана база данных спутников ЭМБР Р6 и ?7. Эта база данных содержит более 30 ООО пролетов со стандартными значениями положения границ авроральных вторжений различных типов и характеристиками высыпающихся частиц (средние и максимальные потоки и энергии). Кроме стандартных значений, база данных для каждого пролета спутника через зону высыпаний содержит сведения о параметрах плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП), значения индексов магнитной активности (АЕ, АЬ, А11, ЕЫ) и фазы магнитосферной суббури, в период которых проводились измерения. Такая база данных не имеет мировых аналогов и позволяет исследовать основные характеристики, динамику энергетику высыпаний из различных

магиитосферных доменов не только в зависимости от уровня гевмагаитной активности, но и от фазы магиитосферных «озмуааенмм. Дл* дчевяого сешора (06-18 М1.Т) использовано более 15 000 пересечений авг^ральной области.

Массив данных о характеристиках диевнм* яярвр- тышх и геомагнитных пульсаций является самым ■болшгам в мире не имеет аналогов по многим параметрам.

Научная и практическая значимость ря&мтя состоит в решении целого ряда задач, связанных с проблемой проникновения частиц солнечного ветра в магнитосферу Земли, которая является одной из важнейших в физике магнитосферы. Созданная база данных спутников ЭМЯР 1;6 и И7 ие имеет мировых аналогов и позволяет исследовать основные характеристики, ди'ламику и энергетику высыпаний из различных магиитосферных доменов не только в зависимости от уровня геомагнитной активности, но и от фазы магиитосферных возмущений.

Полученные в процессе исследования знания о положении границ областей плазменных вторжений и характеристиках высыпающихся в этих областях частиц дают возможность связать области авроральных вторжений, регистрируемые спутниками на высотах ионосферы, с марнигишф^ряшии доменами, т.е. связать плазменные высыпания с крупнстпошигёпшй структурой магнитосферы.

Созданная эмпирическая модель суббури в аврчралмшк амшишпииях, полученные аналитические выражения положении щрянпц («¡¡ласгкей высыпаний в зависимости от величины А1. и (Г)в1 ппгдошшн -дтит тодаиожноогь практического использования модели для оценкитонш&шя/тчицткпцристик высыпаний в определенных геофизических ситуации«.

Новые знания о положении областей и механичигоп ншнераиин дневных авроральных и геомагнитных пульсаций могут служить дополнительным

инструментом для мониторинга передачи энергии в системе солнечный ветер -магнитосфера - ионосфера.

Полученные в диссертации новые экспериментальные результаты могут стать предметом дальнейших теоретических исследований в таких областях геофизики как изучение механизмов передачи энергии солнечного ветре й магнитосферу Земли, процессов взаимодействия в системе солнечный ветер -магнитосфера - ионосфера, механизмов генерации авроральныж и геомагнитных пульсаций.

На тащиту выносятся:

1. Динамика различных зон авроральных вторжений и энергетические характеристики высыпающихся частиц в зависимости от уровня геомагнитной активности.

2. Эмпирическая модель магнитосфериой суббури в авроральных высыпаниях дневного сектора.

3. Спектральные и морфологические характеристики дневных авроральных пульсаций, их место в структуре авроральных высыпаний и Лоложение области источника генерации. ,

4. Особенности импульсных проявлений активности дневных высокоширотных пульсаций, связанные с импульсами динамического давления солнечного ветра, с процессами спорадического пересоединения ига таеино» магнитопаузе и с началом фазы развития магнитосфериой суббури.

Апробация работы.

Основные результаты'« выводы, приведенные в работе, докладывались и

я<5суждалнсь на многочисленных отечественных м зарубежных семинарах п конференциях. Ежегодный Апатмтскмй семинар -«Физика ащроралшых явлений» (Апатиты 1996, 1997, !998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004); Stare Zagora Airglow Seminar (Bulgaria, 1989); Annual European Meeting on

Atmospheric Studies by Optical Methods (Norway, 1991; Russia, 1993; Germany, 1999); International Conference on Substorm (Sweden, 1992); 1st Internationa! Meeting Workshop "Magnetic reconnection at the magnetopause and auroral dynamics" (Apatity, Russia 1995); International Conference on Problems of Geocosmos (St.-Petersburg, Russia, 1998, 2000, 2002, 2004); International Conference on Substorm-5 (St. Petersburg, Russia, 2000); COSPAR-ESA Colloquium "Acceleration and heating in the Magnetosphere" (Poland, 2001); International Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestrial Relations" (Moscow, 2003); International Conference on Substorm-7 (Levi, Finland, 2004).

Личный вклад авторе.

Автор принимал непосредственное участие в постановке задач, обработке экспериментальных данных и составлении компьютерных программ. Выводы диссертационной работы получены в результате анализа данных спутников DMSP и наблюдений, проведенных на архипелагах Шпицберген и Земля Франца-Иосифа экспедициями Полярного геофизического института, в ряде которых автор принимал участие. Основные результаты диссертации получены автором лично, либо при его непосредственном участии.

Структура и овьем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 167 страниц текста, 43 рисунка. Список литературы включает 159 источников.

Пу&чикацию.

По теме диссертации опубликовано 18 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ дана общая характеристика работы; обоснована актуальность проблемы, цель работы и задачи проводимых исследований; приведены основные положения, выносимые на защиту; кратко изложены полученные новые результаты, их научная и практическая значимость; степень личного участия автора в получении основных результатов; апробация работа и краткое содержание диссертации.

В первой главе работы представлены результаты исследования структуры и динамики дневных авроральных высыпаний и влияние магнитной активности на распределение зон авроральных вторжений дневного сектора. Дано описание структуры дневных авроральных высыпаний из различных плазменных доменов и возможные механизмы передачи энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли. Представлен краткий обзор существующих в настоящее время эмпирических моделей зависимости положения границ авроральных высыпаний от геомагнитной активности. Приводятся их достоинства и недостатки.

На основе базы данных спутников DMSP F6 и F7 исследовано пространственное распределение различных зон авроральных вторжений в зависимости от уровня геомагнитной активности, выраженной AL-индексом, Для обозначения областей высыпаний с различными характеристиками использована терминология, основанная на сопоставлении границ электронных вторжений с особенностями планетарного распределения аврорального свечения. Представлена меридиональная структура авроральных высыпаний, которую можно сформулировать следующим образом: Самая экваториальная область DAZ (diffuse auroral zone) представляет собой пояс диффузных высыпаний, расположенный экваториальнее овала м совпадающий с зоной диффузного аврорального свечения. К полюсу от нее располагается область ЛОДаигога! oval precipitation,) с потоками мягких (51 кэВ) структурированных высыпаний и

пространственно совпадающая со статистическим овалом дискретных форм сияний. Области DAZ и АОР разделены провалом в электронных высыпаниях (провал интенсивности), где потоки высыпающихся частиц находятся ниже порога чувствительности аппаратуры. К полюсу от области АОР находится полоса мягких диффузных высыпаний SDP (soft diffuse precipitation), окаймляющая область АОР с приполюсной стороны.

Создана эмпирическая модель суббури в авроральных высыпаниях для среднестатистической суббури интенсивностью около -400 нТл в //компоненте магнитного поля. Модель включает в себя динамику границ различных типов авроральных высыпаний, а также изменение средней энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в периоды всех фаз суббури. Показано, что экваториальное смещение границ различных типов высыпаний хорошо коррелирует с величиной магнитного возмущения. Перед самым началом суббури обнаружено одновременное уменьшение энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах АОР и DAZ. Показано, что. на Земле в процессе развития суббури наземная аппаратура на обсерваториях о. Хейса и Баренцбурга может регистрировать геофизические явления, вызванные высыпаниями из разных структурных образований: АОР, DAZ, SDP,

Получены аналитические выражения, связывающие характеристики высыпаний с величиной AL и Dv индексов. Аналитические выражения использованы для построения планетарной картины распределения зон авроральных вторжений при разном уровне магнишой активности, выраженном величиной AL и D„ индексов. Проведен анализ планетарного распределения, который показывает, что на дневной стороне Земли DAZ является наиболее широкой областью авроральных высыпаний. В дневном секторе обнаружен разрыв между зонами высыпаний АОР и DAZ, ширина которого увеличивается с ростом величины D,, вариации.

Вторая глава посвящена изучению характеристик авроральных и сопутствующих им геомагнитных пульсаций. Пульсации регистрировались с

помощью фотометрической аппаратуры на обсерваториях о. Хейса (ЗФИ) и Баренцбурга (арх. Шпицберген). В качестве основного средства регистрации авроральных пульсаций использовался комплект узкоугольных фотометров, снабженных интерференционными фильтрами на основные авроральные эмиссии (427.8 нм, 557.7 нм и 630.0 нм). Регистрация сигнала производилась как в аналоговой форме на самописец, так и в цифровом виде на магнитном носителе. Чувствительность фотометров в разные годы несколько менялась и составляла 50-70 R в зеленой линии.

Интенсивность аврорального свечения в магнитном зените контролировалась с помощью спектрофотометрической установки (СФУ) с высоким спектральным разрешением и чувствительностью. Авроральная ситуация в периоды регистрации авроральных пульсаций (АП) определялась по данным фотографической камеры всего неба (С-180), телевизионной (ТВ) камеры всего неба и сканирующего фотометра (ФСК).

Для исследования положения пульсирующих сияний в структуре областей высыпающихся частиц дневного сектора использовались данные спутника DMSP F7 во зремя его пролета над зоной пульсирующих сияний. Траектория спутника проходила примерно вдоль геомагнитного меридиара и пространственно близко совпадала с меридиональным, разрезом, контролируемым сканирующим фотометром (ФСК).

Изучены основные морфологические характеристики дневных высокоширотных пульсирующих сияний и определено место их генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора. Проанализирован уровень магнитной активности и состояние межпланетной среды в периоды регистрации пульсаций. Показано, что с наибольшей -вероятностью пульсации наблюдаются в предполуденном секторе в интервале 08-11 MLT на широтах 74°-75° CGL в облает высыпания относительно жестких электронов в спокойные периоды, при f АЕ f <100 нТл.

Выделено два типа пульсирующих сияний с различными морфологическими характеристиками и определена область генерации

пульсаций в структуре высыпаний дневного сектора. Пульсации первого типа представляют собой простые серии иррегулярных увеличений интенсивности свечения. Пульсации второго типа более распространены и представляют собой колебания уровня интенсивности светового потока с квазипериодом 10-50 с, часто промодулированные более длиннопериоднымй (3-5 мин) вариациями, которые формируется в результате импульсного расширения к полюсу экваториальной юны жестких высыпаний. Источники обоих типов пульсаций располагаются к экватору от полосы дневного красного свечения, внутри которой отношение интенсивностей l^jw/bs??1*!, в области «провала интенсивности» (разрыв в высыпаниях между областями ЛОР и DAZ).

Показано, что источник в upstream foreshock region не является существенным для генерации исследуемых пульсаций и что генерация пульсаций не связана с появлением высокоскоростных потоков солнечного вс i ра и потоков с большой плотностью плазмы. По результатам одновременных наземно-спутниковых наблюдений обнаружено, что пульсации генерируются в магнитосфере на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля около внешней границы радиационного пояса.

На основании полученных экспериментальных материалов проведен анализ известных из научной литературы механизмов генерации пульсаций, который показывает необходимость новых теоретических усилий в этой области.

В третьей 1лавс представлены результаты исследования импульсных проявлений активности дневных пульсаций. Исследованы пульсации в диапазонах периодов Рс1-2 и РсЗ-4, их спектральные и морфологические характеристики. Рассмотрены вспышечные проявления активности авроральных и геомагнитных пульсаций, связанных с дискретными формами дневных сияний.

Показано, что вспышки активности пульсаций регистрируются во время нахождения обсерваюрии в области мшкич. мекфонныч высыпаний

дневного сектора Геомагнитные пульсации в диапазоне периодов 1-10 с регистрируются, как правило, в начальный период формирования ярких дискретных дуг сияний и/или в период резкого увеличения их интенсивности и достаточно хорошо коррелируют с пульсациями яркости дискретных форм сияний. Обнаружено, что пульсации сяечения с периодами около 15 с регистрируются в большинстве двигающихся к полюсу лучистых дугах сияний. В это нремя спектр геомагнитных, пульсаций может быть более широким и иметь несколько максимумов. Авроральные пульсации в диапазоне периодов 4-10 с связаны с появлением кратковременных интенсификации лучистых дуг сияний. Пульсации этого типа хорошо коррелируют (пик в пик) с вариациями геомагнитного поля.

Исследованы спектральные характеристики геомагнитных пульсаций в диапазоне периодов 5-100 с, наблюдаемые во время появления высокоширотных магнитных импульсов. В процессе исследования найдены следующие особенности пульсаций, наблюдаемых в области дневного красного свечения: (1) магнитные импульсы сопровождаются кратковременным, длительностью 10-15 мин, увеличением мощности геомагнитных пульсаций в Я- и О- компонентах геомагнитного поля; (2) среднее спектральное распределение пульсаций имеет широкий максимум в диапазоне периодов 10-60 с, однако в индивидуальных событиях в этом диапазоне регистрируется несколько узких спектральных пиков; (3) увеличение мощности геомагнитных пульсаций с периодами 10-25 с наблюдается в течение 10-15 мин и связано с появлением движущихся ионосферных вихрей и электронных высыпаний, ответственных за дневные пульсирующие дискретные сияния; (4) мощность геомагнитных пульсаций с периодом -40 с увеличивается при прохождении двойным токовым вихрем зенита станции, а изменения режима пульсаций в Н- и О- компонентах поля хорошо согласуются со структурой ионосферного возмущения.

Исследованы спектральные и морфологические характеристики мтннгных пульсаций с периодами 5-НЮ с, зарегистрированные во время

наблюдений в дневных полярных сияниях специфических явлений, которые могли быть обусловлены спорадическим пересоединением на дневной магнитопаузе (FTE). Случаи FTE идентифицированы по результатам оптических наблюдений полярных сияний на обсерватории Нью-Алесунд, которая располагается примерно на 1.3° к полюсу от Баренцбурга. В процессе изучения спектральных н морфологических характеристик дневных геомагнитных пульсаций, наблюдаемых в периоды FTE, обнаружены новые закономерности. В исследуемые периоды наблюдаются кратковременные увеличения мощности пульсаций в Н- и D- компонентах геомагнитного поля, совпадающие по времени с появлением двигающихся к полюсу дискретных форм дневных сияний. Спектры геомагнитных пульсаций имеют характерные максимумы в диапазонах периодов 4-8 с (Pel-2) и 30-60 с (РсЗ-4). Пульсации в диапазоне Рс 1-2 наблюдаются в виде всплесков с амплитудой -0.1-0.2 нТл и длительностью ~2-5 мин. Одновременно отмечается увеличение амплитуды пульсаций в диапазоне РсЗ-А. перманентно регистрируемых в дневной высокоширотной области. Проведен сравнительный анализ особенностей генерации пульсаций в периоды FTE и DPI (dynamic pressure impulses).

Для изучения спектральных и морфологических характеристик дневных геомагнитных пульсаций з период начала магннтосферных суббурь использовались результаты дневных наблюдений на обсерватории Бапенцбург и одноаременные наблюдения в полуночном секторе авроральной. зоны на канадской сети станций CANOPUS. Моменты начала взрывной фазы суббури (Т0) с точностью ±2 мин были определены по данным меридиональных сканирующих фотометров (MSP) и магнитометров канадской цепочки станций.

Исследовались характеристики геомагнитных пульсаций с периодами 3100 с в течение 10-ти магниз осферных суббурь. Обнаружено увеличение мощности геомагнитных пульсаций в диапазонах периодов 3-8 с и 30-80 с в начале магннтосферных суббурь и уменьшение мощности 30-80 с пульсаций

примерно за 5-10 мин перед Т0 Предложен возможный сценарий развития явлений в нериол начала суббури Показана сущест вел пая роль полярной ионосферы в механизме генерации пульсаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, изложенные в настоящей работе, сводятся к следующему:

) По наблюдениям спутников серии DMSP определена меридиональная структура областей дневных авроральных высыпаний, которая может быть описана следующим образом:

а). Самая экваториальная область, DAZ, характеризуется жесткими, порядка нескольких кэВ, неструктурированными высыпаниями с низкими значениями потоков высыпающихся частиц. Ширина этой области уменьшается от -8° широты в секгоре 06-09 MLT до 3° широты в секторе 15-18 ML.T. л

б). К полюсу от нее располагаются высыг.ания аврорального овала, АОР, с потоками мягких (<1 кэВ) структурированных высыпаний. Ширина области АОР остается практически постоянной внутри каждого 3-х часового интервала при увеличении уровня магнитной активности. Однако, в околополуденных секторах, 09-12 MLT и 12-15 MLT, область АОР значительно уже (~2°широты) по сравнению с утренним (06-09 MLT) и вечерним (15-18 MLT) секторами, где она составляет ~4°.

в). К полюсу от области АОР находится полоса мягких диффузных высыпаний, SDP. Ее ширина быстро уменьшается с ростом магнитной активност и, а при I AL | >500 нТл высыпания SDP практически полностью исчезают. Отмечено сужение всех областей высыпаний при переходе от утреннего сектора (06-09 MLT) к вечернему (15-18 MLT). Такое поведение границ высыпаний соответствует суточным вариациям аврорального овала и экваториального диффузного свечения.

2. Установлена динамика областей дневных авроральных высыпаний в зависимости от уровня геомагнитной активности, выраженной AL и Dst индексами. Определены значения средних энергий и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах DAZ, АОР и SDP. Показано, что на дневной стороне Земли зона высыпаний DAZ является наиболее широкой областью авроральных вторжений. Между зонами DAZ и АОР обнаружен разрыв в электронных высыпаниях, ширина которого увеличивается с ростом магнитной активности. Ширина разрыва наибольшая в секторе 12-15 MLT. Выведены аналитические выражения, связыва.ощие положение границ различных областей высыпаний и характеристики высыпающихся частиц с уровнем магнитной активности. В совокупности с аналогичными исследованиями в ночном секторе, полученные результаты позволили построить планетарную картину распределения областей авроральных высыпаний и их характеристики для любого уровня активности, выраженного величинами AL и Dst индексов.

3. Построена эмпирическая модель суббури в дневных авроральных высыпаниях. Модель включает в себя динамику границ различных типов авроральных вторжений, а также изменение средней энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в периоды всех фаз суббури. Показано, что экваториальное смещение границ различных типов высыпаний хорошо коррелирует с величиной магнитного возмущения. Исключение составляет экваториальная граница зоны DAZ, положение которой достигает минимальной широты в заключительный период фазы восстановления суббури. Обнаружено одновременное уменьшение энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах АОР ^ DAZ перед самым началом суббури.

4. По результатам многолетних оптических наблюдений определены основные спектральные и морфологические характеристики авроральных пульсаций (АЛ) в дневной высокоширотной области. Показано, что с наибольшей вероятностью пульсации наблюдаются в предполуденном

секторе в интервале 08-11 М1Л на широтах 74°-75' СИ, Характерным видом пульсаций являются вариаиии интенсивности свечения с периодом 10 50 с, часто модулированные более длинночериодными, 3-5 мин, вариациями. Определена область генерации пульсаций в структуре высыпаний дневногс сектора. Установлено, что пульсации ¡эегистрируются в области «провала интенсивности» (разрыв в высыпаниях между областями ЛОР и ВЛЖ), Длиннопериогные вариации свечения обусловлены периодическим расширением к полюсу области жестких (4-6 кэВ) электронных высыпаний области ВА'1, приполюсная граница которой при этом испытывает более высокочастотные (10-50 с) вариации. По результатам одновременных наземно-спутниковых наблюдений обнаружено, что пульсации генерируются в магнитосфере на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля около внешней границы радиационного пояса.

5. По результатам наземных наблюдений показано, что в области дневных структурированных электронных высыпаний (АОР) наблюдаются резкие кратковременные (3-5 мин) усиления мощности в спектрах геммгниггных пульсаций в диапазоне периодов 4-10 с. Показано, что появление вспышечной активности геомагнитных пульсаций совпадает с резкими увеличениями интенсивности сияний в эмиссии 557.7 нм, происходящими в начальный период формирования ярких лучистых дуг сияний и/или в периоды резких кратковременных увеличений веж интенсивности. Впервые обнаружены вариации яркости дискретных форм сияний с периодами 6-8 с и 30-60 с, коррелирующие с пульсациями геомагнитного поля.

6. Определены характерные особенности геомагнитных пульсаций, связанные с появлением ТСУ (движущиеся ионосферные вихри), РТЕ (случаи импульсного пересоединения на дневной магнитопаузе) и в периоды начала фазы развития суббурь. Установлено, что появление ТСУ и РТЕ сопровождается резким кратковременным увеличением мощности пульсаций в Я- и £)-компонентах геомагнитного поля. Впервые выявлено влияние

начала магмнтосферных суббурь на характеристики дневных геомагнитных пульсаций. Показано, что начало фазы развития суббури (Т0) сопровождается значительным увеличением мощности геомагнитных пульсаций длительностью SO-15 мин, в то время как перед моментом Т0 наблюдается ослабление их мощности длительностью -5-10 мин. Временное поведение мощности пульсаций совпадает с соответствующим затуханием и увеличением интенсивности дуг сияний в эмиссии 557.7 км, что свидетельствует о важности вторичного ионосферного источника в процессе генерации пульсаций.

Ошошое содержание джсеряшцт ыъложет в мублшшцшх:

1. Yegodkuus O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V. Pulsating aurora and geomagnetic pulsations in the daytime high-latitude region // Planet. Space Sci. V.38.J&I.P.149459.1990.

2. YagoMim 0.1, Vorobjev V.G., Leoniiev S. V,'., Sandholt P.I., EgelandA. Bursts of geomagnetic pulsations and their relationship with the dayside auroral forms //Planet. Space Sci. V.40. №10. P. 1303-1309.1992a.

3. Ymgm&kmst 01., leontyev S.V., Vorobjev V.G., Fedorenko Yu.V, Spectral ¡efjaracteristics of auroral pulsations in the dayside auroral arcs /7 Substorm 1. Proceedings of the 'fust international inference on sabsiorras. Kimna, Sweden. 23-27 Match. 1992. ESA SP-33S. P.I79-18L 1992b.

Воробьев ВТ, Дневные геомагнитные пульсации, связанные с движущимися ионосферными вихрЯЙи // Геомагнетизм и аэрошомня. Т34. № 4. С.84-92.1994. 5. ШгЫкшнв О.HL, Воробьев ВТ. Проявление событий FTE в дневных геомагнитных гоулыеадиж // Геомагнетизм и аэрономия. Т.35. №5. С.24-33.199$.

6. Yagodkina СЛ., Vorobjev KG ! Ti s'^nalure in tb< dayv'dc j.comaJiretic pulsations // Mayu'topause rect> tr.eciior and auro.al dynamics. F.ds. Semenov V.S,. ПК, Biernat, R.F. kijnbeeL and И.О. Ruckc. Verlas; der Osterreichischen Akademie der Wissenschaften. P.W>1-169. 1906.

7. Yagodkina O.I., Vorobjev VG. Day>.ime high-latitude pulsations associated with solar wind dynamic pie?sure impulses and flux transfer events U J. Geophys. Res. V.102. № Al. ?M-hl. '.997a.

8. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Greutzberg F Dayside geomagnetic pulsations during magnetObpheric substorrn on^et //Problems o! Geospace. Eds Pudovkin M.I., Besser В.P.. Riedler \V. and Latskaya A M. Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Wein P 227-232. Î 907b.

9. Vorobjev KG, Yagodkina O.l. and 'Zverev V.L Morphological features of bipolar magnetic impulsive events and associated interplanetary medium signatures // J. Geophys. Res. V.104. P.4595-460S 1999a.

10. Vorobjev Vi . Yagodkina O.l.. Sibeck O.G., Newell P. Daytime high-latitude auroral pulsations, some morphological features and the region of the magnetospheric source // J. Geophys. Res. V.104. P.Î0135-10144. 1999b.

PI VatgoMimti Q.I., Vorobjev VG. Magnetospheric origin of day side high-latitude аиглйш! .fUiikitiiwni // ¡Problem of Geospace 2. Proceedings of the International (TienEaœnae. iPiEtröduenets. -St. Petersburg. Russia. June29-July 3, 1998 Eds. Semenov V.S„ Biernat ItLK... Kubyshkina M.V., Farrugia C.J., Muhlbachier S. Wien. Ausstria. P.3V9-325. 1999c.

12. Ягодкина O.IÎ, Воробьев В Г Усиление мощное tu дневных îеомагтпных пульсаций в периоды начала магннтосферных суббурь // Г еомагнетизм и аэрономия. Т.40. №3. С.49-55 2000.

13. Воробьев В,Г.. Ягодкина О.И., Старков Г.В., Фельдштейч Я И. Влияние секторной структурыММП на положение границ авроральных высыпаний в полуночномодйкгмрк //¡Геомагнетизм и аэрономия. Г.42. №4. С.477-484. 20Q2.

14. Vurobjev V G.. YugoJkma OJ. S.arkov G. V., Feldstein Ys I. A substorm in midnight aurcrai precipitation // \nnales Geophysicae. V.21. Is. 12. P.227I-2280. 2003.

\5.Yagodkinc O.I., Vorobjev V.G Daytime aurora! precipitation during substorm development // Proceedings of the 26lh Annual Seminar "Physics of auroral phenomena" Apat:ty 2003. P.49-52. 2003.

16. Yagodhiua O.J., Vorobjev V.C. Davside auroral precipitation during substorms ¡1 Proc. Of the 7 ,h Internationa! Conference on Substorms. Levi, Lapland, Finland, 21-27 March, -2004, Finnisn Meteorological Institute, Helsinki 2004. P.95-9S. 2004.

17. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. Midnight electron precipitation pattern for substorm development // Proceedings of the conference in memory of Yuri Ga'.perin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestriil Relations", eds: L.M. Zelenyi, M.A. Geller. J.H. Allen, CAWSES Handbook-001, 2004. P.341-349. 2004.

IB. Воробьев В.Г, Ягодкипа О.И. Влияние магнитной активности на

глобальное распределение зон авроральных вторжений И Геомагнетизм и аэрономия. Т.45. №.4. С.438 -448. 2005.

Работы, выполненные по теме диссертации, были поддержаны грантами РФФИ: 94-05-16273а, 96-05-64222,99-05-65117 и 02-05-64807.

Благодарности

Хну nptiTin особую благодарность руководителю диссерта, Воробьеву Вячеславу Георгиевичу за помощь в постановке зада» постоянный интерес к работе, моральную поддержку, за полезные советы и рекомендации.

Выражаю свою благодарность всем коллегам, с которыми выполнялись научные исследования - Фельдштейну Я.И., Старкову Г.В, Леонтьозу C.B., Реженову Б.В., Звереву В.Л.

Хочу поблагодарить холлег, проявивших интерес к представляемой диссертации и давших полезные советы в процессе ее подготовки -Роллугину В.К., Черноусу С.А., Яхиину А.Г., Старкову Г.В.

Выражаю искреннюю благодарность сотрудникам Г(ГИ, коллегам ло экспедициям, принимавшим активное участие в проведении исследований на архипелагах Шпицберген и Земля Франца-Иосифа: Жернакову Н.Ф., Капитонову H.H., Корогкооу В.Г., Тотуновой Г.Ф., ГТигину Е.В., Гапахову В.А., Федоренко К).В., Калошину В., Тагирову В.Р., а такхе Богданову Н.К. за помощь в создании калибровочной установки.

Ягодкина Оксана Ивановна

ПУЛЬСИРУЮЩИЕ СИЯНИЯ И ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ ДНЕВНОЙ ВЫСОКОШИРОТНОЙ ОБЛАСТИ И ИХ. СВЯЗЬ СО СТРУКТУРОЙ АВРОРАЛЬНЫХ ВТОРЖЕНИЙ

Подписано к печати ii.l0.200Ь Учи. печ. л-1,5. Бесплатно., Заказ Тираж 100 экз.

Отпечатано р ИЗМИР АН

142190, г. Троицк Московской области

(

г

í

»20687

РНБ Русский фонд

2006-4 20105

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Ягодкина, Оксана Ивановна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И ДИНАМИКА ДНЕВНЫХ АВРОРАЛЬНЫХ ВЫСЫПАНИЙ.

1.1. Структура дневных авроральных высыпаний.

1.2. Эмпирические модели авроральных высыпаний.

1.3 Влияние магнитной активности на характеристики зон авроральных вторжений.

1.4. Эмпирическая модель суббури в дневных авроральных высыпаниях.

1.5. Влияние магнитной активности на распределение зон авроральных вторжений в процессе развития суббури.

ГЛАВА 2. ДНЕВНЫЕ АВРОРАЛЬНЫЕ И ГЕОМАГНИТНЫЕ ПУЛЬСАЦИИ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ.

2.1. Авроральные пульсации и условия их наблюдения.

2.2. Морфологические характеристики дневных авроральных и геомагнитных пульсаций.

2.3. Магнитная активность и параметры межпланетной среды.

2.4. Область регистрации пульсирующих сияний и геомагнитных пульсаций.

2.5. Пульсирующие сияния и структура аврорального свечения.

2.6. Положение пульсирующих сияний в структуре областей высыпающихся частиц дневного сектора.

2.7. Положение пульсирующих сияний в структуре областей захваченных частиц дневного сектора.

2.8. Механизмы генерации пульсаций.

ГЛАВА 3. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ ДНЕВНЫХ ГЕОМАГНИТНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ.

3.1. Вспышки активности геомагнитных пульсаций и их связь с дневными сияниями.

3.2. Спектральные характеристики пульсаций свечения дневных дуг сияний

3.3. Дневные геомагнитные пульсации, связанные с движущимися ионосферными вихрями.

3.4. Проявление событий FTE в дневных геомагнитных пульсациях.

3.4.1. Магнитные пульсации 2 декабря 1991 г.

3.4.2. Магнитные пульсации 12 января 1992 г.

3.5. Особенности генерации пульсаций в периоды DPI и FTE.

3.5.1. Пульсации в диапазоне периодов Рс 1 -2.

3.5.2. Пульсации в диапазоне периодов РсЗ-4.

3.6. Усиление мощности геомагнитных пульсаций в периоды начала магнитосферных суббурь.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пульсирующие сияния и геомагнитные пульсации в дневной высокоширотной области и их связь со структурой авроральных вторжений"

В диссертации представлены результаты исследований характеристик дневных электронных высыпаний, а также спектральные и морфологические характеристики высокоширотных пульсирующих сияний и геомагнитных пульсаций и положение области их генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора. Исследования характеристик авроральных вторжений проводились по данным низковысотных спутников с полярной орбитой DMSP и NOAA. Авроральные и геомагнитные пульсации регистрировались на высокоширотных обсерваториях Баренцбург (арх. Шпицберген, Ф'=74.4°, MLT=UT+2.5) и о. Хейса (арх. Земля Франца - Иосифа, Ф'=74.5°, MLT=UT+3.5).

Актуальность проблемы. Геомагнитное поле Земли непрерывно испытывает изменения в результате взаимодействия с плазмой солнечного ветра. Усиление или ослабление солнечного ветра, изменение его структуры отражаются в перестройке системы магнитосферной конвекции и самой магнитосферы в целом. Всякая перестройка магнитосферы приводит к развитию в ней динамических процессов, которые существенным образом отражаются в поведении целого комплекса геофизических явлений, регистрируемых на земной поверхности и в околоземном космическом пространстве. В дневные часы проекция овала сияний вдоль геомагнитных силовых линий с большой точностью совпадает с границей магнитосферы. Основные процессы передачи энергии из переходного слоя в систему магнитосфера-ионосфера, изучение которых является одной из фундаментальных проблем современной геофизики, протекают на дневной магнитопаузе и в пограничных слоях магнитосферы. Полярный касп и низкоширотный граничный слой рассматриваются как основные области, где происходит проникновение плазмы переходного слоя в магнитосферу. В этой связи крайне важным и актуальным представляются наблюдения в высокоширотной области. Регистрируемые здесь высыпания частиц происходят в районе границы между разомкнутыми и замкнутыми силовыми линиями геомагнитного поля и связаны как с различными типами сияний и авроральных высыпаний, так и с генерацией авроральных и геомагнитных пульсаций. Информацию о положении границ высыпаний с различными характеристиками можно получить с помощью как наземных наблюдений за полярными сияниями, так и непосредственно по данным спутниковых измерений. Такой комплексный подход дает представление о структуре, динамике и физических процессах в магнитосфере Земли.

Особый интерес и актуальность представляют исследования характеристик дневных полярных сияний, структуры авроральных вторжений, динамики и энергетики вторгающихся частиц. Работы по изучению поведения дневных сияний были начаты ещё в середине шестидесятых годов прошлого столетия Я.И. Фельдштейном и Г.В. Старковым. Позже Фельдштейном Я.И. и Гальпериным Ю.И. была предложена новая терминология для обозначения областей высыпаний с различными характеристиками для ночной стороны Земли, которая в последние годы получила дальнейшее развитие в трудах российских ученых для дневной высокоширотной области.

Изучением высокоширотных авроральных и геомагнитных пульсаций занималась большая группа российских ученых (В.А. Троицкая, О.М. Распопов, В.К. Ролдугин, С.А. Черноус, Н.Г. Клейменова, О.В. Большакова и др.). Результаты их исследований внесли существенный вклад в изучение природы пульсаций и дали определенный импульс развитию геофизических исследований в высокоширотной области.

Актуальность исследований подтверждается многочисленными публикациями, в которых проводятся сопоставления яркостных характеристик свечения со структурой высыпающихся частиц и геомагнитной активностью, исследуются положения границ высыпаний от параметров солнечного ветра и межпланетного магнитного поля. На основе полученных данных разработан целый ряд эмпирических моделей с определенными достоинствами и недостатками. Однако пока еще нет окончательной ясности в вопросе о связи различных типов авроральных высыпаний со структурой плазменных доменов в магнитосфере. Все эти вопросы требуют комплексного подхода в исследовании геофизических явлений, таких как полярные сияния, вариации геомагнитного поля, авроральные и геомагнитные пульсации и т.д.

Генерация пульсаций связана с развитием неустойчивостей магнитосферной плазмы и плазмы солнечного ветра, а также с возбуждением резонансных процессов внутри магнитосферы. Это означает, что пульсации могут возбуждаться как в солнечном ветре и в пограничных слоях дневной магнитосферы, так и внутри магнитосферы и в ионосфере и регистрироваться как в спокойные, так и в возмущенные периоды. Кратковременные, регистрируемые на Земле, вспышки активности авроральных и геомагнитных пульсаций могут быть индикаторами резких изменений параметров межпланетной среды.

Генерируясь в различных областях магнитосферно-ионосферной системы, пульсации переносят на поверхность Земли информацию о физических процессах как в области генерации, так и на пути их распространения к земной поверхности, и что весьма актуально, информация о поведении пульсаций может служить дополнительным инструментом для диагностики состояния магнитосферы и, возможно, для мониторинга передачи в магнитосферу энергии солнечного ветра.

Цели и задачи работы. Цель работы состоит в экспериментальном исследовании спектральных и морфологических характеристик дневных авроральных и геомагнитных пульсаций и определении области их генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора.

В соответствии с основной целью работы ставились следующие задачи:

1. Провести статистическое исследование положения границ различных типов авроральных вторжений в дневном секторе, исследовать их динамику и вариации потоков высыпающихся электронов в зависимости от уровня геомагнитной активности.

2. Создать эмпирическую модель магнитосферной суббури в авроральных высыпаниях дневного сектора.

3. Исследовать спектральные и морфологические характеристики авроральных пульсаций и пульсаций геомагнитного поля в дневной высокоширотной области в их взаимосвязи с различными геофизическими явлениями и характеристиками межпланетной среды.

Научная новизна диссертационной работы.

Проведено статистическое исследование положения границ плазменных вторжений в дневном секторе, исследована динамика областей и величины потоков высыпающихся электронов, впервые создана модель зависимости положения границ различных типов авроральных вторжений от уровня авроральной активности и фазы магнитосферных возмущений.

Впервые построена эмпирическая модель авроральных высыпаний в дневном секторе (06-18 MLT) в периоды магнитосферных суббурь. Модель включает в себя динамику границ различных типов авроральных высыпаний, а также изменение средней энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в периоды всех фаз суббури. Перед самым началом суббури обнаружено одновременное уменьшение энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах АОР и DAZ.

Впервые показано, что длиннопериодные (3-5 мин) вариации свечения обусловлены пульсирующим расширением к полюсу области жестких электронных высыпаний, положение приполюсной границы которых испытывает более высокочастотные (10-50с) вариации. Обнаружено, что такие пульсации генерируются в магнитосфере на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля предположительно около внешней границы радиационного пояса. Анализ возможных механизмов генерации пульсаций показал, что длиннопериодные вариации могут быть связаны с развитием перестановочной (или желобковой) неустойчивости, в то время как механизм генерации более высокочастотных вариаций остается пока неизвестным.

Впервые показана связь вспышечных проявлений активности дневных геомагнитных пульсаций с резкими увеличениями яркости лучистых дуг сияний и выделен особый тип авроральных пульсаций, обусловленных вариациями интенсивности этих дуг.

Впервые определены особенности спектральных и морфологических характеристик пульсаций, регистрируемых в периоды взаимодействия магнитосферы с импульсами динамического давления солнечного ветра и появлением случаев импульсного пересоединения на дневной магнитопаузе.

Впервые показано влияние начала фазы развития магнитосферных суббурь (Т=0) на характеристики дневных геомагнитных пульсаций.

Достоверность полученных в работе результатов определяется большим массивом используемых в работе данных. Для исследования структуры дневных высыпаний и влияния магнитной активности на глобальное распределение зон авроральных вторжений нами была создана база данных спутников DMSP F6 и F7. Эта база данных содержит более 30 ООО пролетов со стандартными значениями положения границ авроральных вторжений различных типов и характеристиками высыпающихся частиц (средние и максимальные потоки и энергии). Кроме стандартных значений, база данных для каждого пролета спутника через зону высыпаний содержит сведения о параметрах плазмы солнечного ветра и межпланетного магнитного поля (ММП), значения индексов магнитной активности (АЕ, AL, AU, Dst) и фазы магнитосферной суббури, в период которых проводились измерения. Такая база данных не имеет мировых аналогов и позволяет исследовать основные характеристики, динамику и энергетику высыпаний из различных магнитосферных доменов не только в зависимости от уровня геомагнитной активности, но и от фазы магнитосферных возмущений. Для дневного сектора (0618 MLT) использовано более 15 ООО пересечений авроральной области.

Массив данных о характеристиках дневных авроральных и геомагнитных пульсаций является самым большим в мире и не имеет аналогов по многим параметрам.

Полученная в результате исследований картина распределения дневных авроральных высыпаний в зависимости от уровня магнитной активности, а также картина развития пульсаций, их характеристики и положение области генерации в структуре авроральных высыпаний дневного сектора апробированы в научных публикациях как в нашей стране, так и за рубежом, а также докладывались и обсуждались на многочисленных отечественных и зарубежных семинарах и конференциях: Ежегодный Апатитский семинар «Физика авроральных явлений» (Апатиты 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004); Stara Zagora Airglow Seminar (Bulgaria, 1989); Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods (Norway, 1991; Russia, 1993; Germany, 1999); International Conference on Substorm (Sweden, 1992); 1st International Meeting Workshop "Magnetic reconnection at the magnetopause and auroral dynamics" (Apatity, Russia 1995); International Conference on Problems of Geocosmos (St.-Petersburg, Russia, 1998, 2000, 2002, 2004); International Conference on Substorm-5 (St. Petersburg, Russia, 2000); COSPAR-ESA Colloquium "Acceleration and heating in the Magnetosphere" (Poland, 2001); International Symposium in memory of Professor Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestrial Relations" (Moscow, 2003); International Conference on Substorm-7 (Levi, Finland, 2004).

Выводы работ согласуются с современными физическими представлениями о возможной природе исследуемых явлений и подтверждены работами других авторов.

Научная и практическая значимость работы состоит в решении целого ряда задач, связанных с проблемой проникновения частиц солнечного ветра в магнитосферу Земли, которая является одной из важнейших в физике магнитосферы. Созданная база данных спутников DMSP F6 и F7 не имеет мировых аналогов и позволяет исследовать основные характеристики, динамику и энергетику высыпаний из различных магнитосферных доменов не только в зависимости от уровня геомагнитной активности, но и от фазы магнитосферных возмущений.

Полученные в процессе исследования знания о положении границ областей плазменных вторжений и характеристиках высыпающихся в этих областях частиц дают возможность связать области авроральных вторжений, регистрируемые спутниками на высотах ионосферы, с магнитосферными доменами, т.е. связать плазменные высыпания с крупномасштабной структурой магнитосферы.

Созданная эмпирическая модель суббури в авроральных высыпаниях, полученные аналитические выражения положения границ областей высыпаний в зависимости от величины AL и Dst индексов дают возможность практического использования модели для оценки положения и характеристик высыпаний в определенных геофизических ситуациях.

Новые знания о положении областей и механизмов генерации дневных авроральных и геомагнитных пульсаций могут служить дополнительным инструментом для мониторинга передачи энергии в системе солнечный ветер-магнитосфера-ионосфера.

Полученные в диссертации новые экспериментальные результаты могут стать предметом дальнейших теоретических исследований в таких областях геофизики как изучение механизмов передачи энергии солнечного ветра в магнитосферу Земли, процессов взаимодействия в системе солнечный ветер — магнитосфера -ионосфера, механизмов генерации авроральных и геомагнитных пульсаций.

На защиту выносятся:

1. Динамика различных зон авроральных вторжений и энергетические характеристики высыпающихся частиц в зависимости от уровня геомагнитной активности.

2. Эмпирическая модель магнитосферной суббури в авроральных высыпаниях дневного сектора.

3. Спектральные и морфологические характеристики дневных авроральных пульсаций, их место в структуре авроральных высыпаний и положение области источника генерации.

4. Особенности импульсных проявлений активности дневных высокоширотных пульсаций, связанные с импульсами динамического давления солнечного ветра, с процессами спорадического пересоединения на дневной магнитопаузе и с началом фазы развития магнитосферной суббури.

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач, обработке экспериментальных данных и составлении компьютерных программ. Выводы диссертационной работы получены в результате анализа данных спутников DMSP и наблюдений, проведенных на архипелагах Шпицберген и Земля Франца-Иосифа экспедициями Полярного геофизического института, в ряде которых автор принимал участие. Основные результаты диссертации получены автором лично, либо при его непосредственном участии.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ягодкина, Оксана Ивановна

Основные результаты, изложенные в настоящей работе, сводятся к следующему:

1. По наблюдениям спутников серии DMSP определена меридиональная структура областей дневных авроральных высыпаний, которая может быть описана следующим образом: а). Самая экваториальная область, DAZ, характеризуется жесткими, порядка нескольких кэВ, неструктурированными высыпаниями с низкими значениями потоков высыпающихся частиц. Ширина этой области уменьшается от -8° широты в секторе 06-09 MLT до 3° широты в секторе 15-18 MLT. б). К полюсу от нее располагаются высыпания аврорального овала, АОР, с потоками мягких (<1 кэВ) структурированных высыпаний. Ширина области АОР остается практически постоянной внутри каждого 3-х часового интервала при увеличении уровня магнитной активности. Однако, в околополуденных секторах, 09-12 MLT и 12-15 MLT, область АОР значительно уже (~2°широты) по сравнению с утренним (06-09 MLT) и вечерним (15-18 MLT) секторами, где она составляет ~4°. в). К полюсу от области АОР находится полоса мягких диффузных высыпаний, SDP. Ее ширина быстро уменьшается с ростом магнитной активности, а при IAL | >500 нТл высыпания SDP практически полностью исчезают. Отмечено сужение всех областей высыпаний при переходе от утреннего сектора (06-09 MLT) к вечернему (15-18 MLT). Такое поведение границ высыпаний соответствует суточным вариациям аврорального овала и экваториального диффузного свечения.

2. Установлена динамика областей дневных авроральных высыпаний в зависимости от уровня геомагнитной активности, выраженной AL и Dst индексами. Определены значения средних энергий и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах DAZ, АОР и SDP. Показано, что на дневной стороне Земли зона высыпаний DAZ является наиболее широкой областью авроральных вторжений.

Между зонами DAZ и АОР обнаружен разрыв в электронных высыпаниях, ширина которого увеличивается с ростом магнитной активности. Ширина разрыва наибольшая в секторе 12-15 MLT. Выведены аналитические выражения, связывающие положение границ различных областей высыпаний и характеристики высыпающихся частиц с уровнем магнитной активности. В совокупности с аналогичными исследованиями в ночном секторе, полученные результаты позволили построить планетарную картину распределения областей авроральных высыпаний и их характеристики для любого уровня активности, выраженного величинами AL и Dst индексов.

3. Построена эмпирическая модель суббури в дневных авроральных высыпаниях. Модель включает в себя динамику границ различных типов авроральных вторжений, а также изменение средней энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в периоды всех фаз суббури. Показано, что экваториальное смещение границ различных типов высыпаний хорошо коррелирует с величиной магнитного возмущения. Исключение составляет экваториальная граница зоны DAZ, положение которой достигает минимальной широты в заключительный период фазы восстановления суббури. Обнаружено одновременное уменьшение энергии и потоков энергии высыпающихся электронов в зонах АОР и DAZ перед самым началом суббури.

4. По результатам многолетних оптических наблюдений определены основные спектральные и морфологические характеристики авроральных пульсаций (АП) в дневной высокоширотной области. Показано, что с наибольшей вероятностью пульсации наблюдаются в предполуденном секторе в интервале 08-11 MLT на широтах 74°-75° CGL. Характерным видом пульсаций являются вариации интенсивности свечения с периодом 10-50 с, часто модулированные более длиннопериодными, 3-5 мин, вариациями. Определена область генерации пульсаций в структуре высыпаний дневного сектора. Установлено, что пульсации регистрируются в области «провала интенсивности» (разрыв в высыпаниях между областями АОР и DAZ). Длиннопериодные вариации свечения обусловлены периодическим расширением к полюсу области жестких (4-6 кэВ) электронных высыпаний области DAZ, приполюсная граница которой при этом испытывает более высокочастотные (10-50 с) вариации. По результатам одновременных наземно-спутниковых наблюдений обнаружено, что пульсации генерируются в магнитосфере на замкнутых силовых линиях геомагнитного поля около внешней границы радиационного пояса.

5. По результатам наземных наблюдений показано, что в области дневных структурированных электронных высыпаний (АОР) наблюдаются резкие кратковременные (3-5 мин) усиления мощности в спектрах геомагнитных пульсаций в диапазоне периодов 4-10 с. Показано, что появление вспышечной активности геомагнитных пульсаций совпадает с резкими увеличениями интенсивности сияний в эмиссии 557.7 нм, происходящими в начальный период формирования ярких лучистых дуг сияний и/или в периоды резких кратковременных увеличений их интенсивности. Впервые обнаружены вариации яркости дискретных форм сияний с периодами 6-8 с и 30-60 с, коррелирующие с пульсациями геомагнитного поля.

6. Определены характерные особенности геомагнитных пульсаций, связанные с появлением TCV (движущиеся ионосферные вихри), FTE (случаи импульсного пересоединения на дневной магнитопаузе) и в периоды начала фазы развития суббурь. Установлено, что появление TCV и FTE сопровождается резким кратковременным увеличением мощности пульсаций в Я- и D-компонентах геомагнитного поля. Впервые выявлено влияние начала магнитосферных суббурь на характеристики дневных геомагнитных пульсаций. Показано, что начало фазы развития суббури (Т0) сопровождается значительным увеличением мощности геомагнитных пульсаций длительностью 10-15 мин, в то время как перед моментом Т0 наблюдается ослабление их мощности длительностью -5-10 мин. Временное поведение мощности пульсаций совпадает с соответствующим затуханием и увеличением интенсивности дуг сияний в эмиссии 557.7 нм, что свидетельствует о важности вторичного ионосферного источника в процессе генерации пульсаций.

Список опубликованных работ автора по теме диссертации.

1. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I, Starkov G. V., Feldstein Ya. I. A substorm in midnight auroral precipitation // Annales Geophysicae -2003.-V.21. -Is.12. -P.2271-2280

2. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. and Zverev V.L. Morphological features of bipolar magnetic impulsive events and associated interplanetary medium signatures // J. Geophys. Res. -1999. -V.104. -P.4595-4608.

3. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. Midnight electron precipitation pattern for substorm development // Proceedings of the conference in memory of Yuri Galperin "Auroral Phenomena and Solar-Terrestrial Relations", eds: L.M. Zelenyi, M.A. Geller, J.H. Allen, CAWSES Handbook-001, 2004. -2004. -P.341-349.

4. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Sibeck D.G., Newell P. Daytime high-latitude auroral pulsations: some morphological features and the region of the magnetospheric source // J. Geophys. Res. -1999b. -V.104 -P.10135-10144.

5. Yagodkina O.I. Vorobjev V.G. Daytime auroral precipitation during substorm development. Proceedings of the 26th Annual Seminar "Physics of auroral phenomena".

Apatity. 2003, -2003, - P.49-52.

6. Yagodkina O.I., Leontyev S.V., Vorobjev V.G., Fedorenko Yu.V. Spectral characteristics of auroral pulsations in the dayside auroral arcs. // Substorm 1. Proceedings of the first international conference on substorms. Kiruna, Sweden. 23-27 March. 1992. ESA SP-335. -1992b.-P.179-181.

7. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G. Magnetospheric origin of dayside high-latitude auroral pulsation // Problem of Geospace 2. Proceedings of the International Conference. Petrodvorets. St. Petersburg. Russia. June29-July 3, 1998. Eds. Semenov V.S., Biernat H.K., Kubyshkina M.V., Farrugia C.J., Muhlbachler S. Wien. Ausstria.1999. P. 319-325.

8. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G. Dayside auroral precipitation during substorms // Proc. of the 7 Л International Conference on Substorms. Levi, Lapland, Finland, 21-27 March, -2004, Finnish Meteorological Institute, Helsinki 2004, -2004. - P.95-98.

9 Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Greutzberg F. Dayside geomagnetic pulsations during magnetospheric substorm onset. //Problems of Geospace. Eds Pudovkin M.I., Щ Besser B.P., Riedler W. And Latskaya A.M. Verlag der Osterreichischen Akademie der

Wissenschaften. Wein. -1997b. -P. 227-232.

10. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V. Pulsating aurora and geomagnetic pulsations in the daytime high-latitude region // Planet. Space Sci. -1990. -V.38. -№1.-P. 149-159.

11. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V., Sandholt P.I., Egeland A. Bursts of geomagnetic pulsations and their relationship with the dayside auroral forms. // Planet. Space Sci. -1992a. -V.40. -№10. -P.1303-1309.

12. Yagodkina, O.I. and V.G. Vorobjev, Daytime high-latitude pulsations associated with solar wind dynamic pressure impulses and flux transfer events // J. Geophys. Res. -1997a. -V.102. -№> Al. -P.57-67.

13. Yagodkina, O.I. and V.G. Vorobjev. FTE signature in the dayside geomagnetic pulsations. // Magnetopause reconnection and auroral dynamics. Eds. Semenov V.S,. H.K. Biernat, R.P. Rijnbeek, and H.O. Rucker. Verlag der Osterreichischen Akademie der Wissenschaften. -1996. -P.161-169.

14. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Старков Г.В., Фельдштейн Я.И. Влияние секторной структуры ММП на положение границ авроральных высыпаний в полуночном секторе // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т.42. №4. С.477-484.

15. Воробьев В.Г, Ягодкина О.И. Влияние магнитной активности на глобальное распределение зон авроральных вторжений. Геомагнетизм и аэрономия. -2005. -T«£N<>f/-CМА?-к73.

16. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г. Дневные геомагнитные пульсации, связанные с движущимися ионосферными вихрями // Геомагнетизм и аэрономия. -1994. -Т.34. -№ 4. -С.84-92.

17. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г. Проявление событий FTE в дневных геомагнитных пульсациях. // Геомагнетизм и аэрономия. -1995. -Т.35. -№5. -С.24-33.

18. Ягодкина О.И., Воробьёв В.Г. Усиление мощности дневных геомагнитных пульсаций в периоды начала магнитосферных суббурь. // Геомагнетизм и аэрономия. -2000. -Т.40. №3. -С.49-55.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Ягодкина, Оксана Ивановна, Апатиты

1. Большакова О. В., Боровкова О. К., Троицкая В. А., Хорошева О. В. пульсации типа Pile в дневном секторе аврорального овала // Геомагнетизм и аэрономия. -1987. -Т.27. -№ 1. -С.109-114.

2. Большакова О.В., Троицкая В. А. Связь высокоширотного максимума интенсивности РсЗ с дневным каспом // Геомагнетизм и аэрономия. -1984. -Т.24. -№5. -С.776-779.

3. Большакова О.В., Троицкая В.А., Хесслер В.П. Определение положения полярной границы дневного каспа по интенсивности высокоширотных пульсаций // Геомагнетизм и аэрономия. -1975. -Т.15. -С.569-571.

4. Боровкова O.K., Большакова О.В., Троицкая В.А. Тонкая структура дневных Pile как отражение процесса FTE // Геомагнетизм и аэрономия. -1989. -Т.29. -№ 5. -С.743-747.

5. Боровкова O.K., Большакова О.В. Два типа геомагнитных пульсаций Рс1-2 // Геомагнетизм и аэрономия. -1991. -Т.31. -№ 4. -С.601-606.

6. Волков М.А., Мальцев Ю.П. Желобковая неустойчивость внутренней границы плазменного слоя // Геомагнетизм и аэрономия. -1986. -Т.26. -№ 5. -С.798-801.

7. Воробьев В.Г, Ягодкина О.И. Влияние магнитной активности на глобальное распределение зон авроральных вторжений // Геомагнетизм и аэрономия. -2005. -Т. -№. -С.438 -448.

8. Воробьев В.Г., Зверев В.Л. Влияние параметров солнечного ветра на геомагнитную активность // Геомагнетизм и аэрономия. 1982. Т.22. №2. С.257.

9. Воробьев В.Г., Зверев В.Л., Старков Г.В. Затухание дневных сияний перед началом фазы развития суббури // Геомагнетизм и аэрономия. -1992. -Т.32. -№5. -С.71-75.

10. Воробьев В.Г., Тагиров В.Р., Черноус С.А. Взаимное положение зоны мягких вторжений и авроральных пульсаций в дневной полярной области // Геомагнетизм и аэрономия. -1984. -Т.24. -№2. -С.337-339.

11. Воробьев В.Г., Ягодкина О.И., Старков Г.В., Фельдштейн Я.И. Влияние секторной структуры ММП на положение границ авроральных высыпаний в полуночном секторе // Геомагнетизм и аэрономия -2002. -Т.42. -№4. -С.477-484.

12. Гульельми А.В., Довбня Б.В., Матвеева Э.Т., Щепетнов Р.В. Геомагнитные пульсации в диапазоне 1 гц в полярных широтах при погружении Земли в "плазмосферу" вспышечного потока // Геомагнетизм и аэрономия. -1988. -Т.28. -№ 6. —С.908-911.

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

14. Дмитриева Н.П., Яхнин А.Г., Мирошникова Т.В., Деспирак И.В. Высыпания энергичных протонов в высоких широтах: зависимость от межпланетного магнитного поля // Космические исследования -1999. -Т.37. -№4. -С.339-347.

15. Зверев B.JL, Федосеев В.И., Черноус С.А. Особенности пульсирующих сияний по фотометрическим наблюдениям на ст. Мирный //В кн. Антарктика. М. -1973. -Т.12.-С.5-8.

16. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме // М. Наука. -1988. -238с.

17. Казак Б.Н., Ролдугин В.К., Черноус С.А. Одновременность появления пульсаций поля и сияний // Геомагнетизм и аэрономия. -1972. -Т. 12. -№5. -С.941.

18. Клеймёнова Н.Г., Афанасьева J1.T., Распопов О.М., Кангас Й., Паккарайнен Т., Ранта А., Ранта X. Дневные геомагнитные пульсации диапазона Pi 1 в авроральных широтах // Геомагнетизм и аэрономия. -1986. -Т.26. -№ 6. -С.990-995.

19. Клеймёнова Н.Г., Большакова О.В., Троицкая В.А., Фрирс-Христенсен Е. Два вида длиннопериодных геомагнитных пульсаций вблизи экваториальной границы полярного каспа // Геомагнетизм и аэрономия. -1985. -Т.25. -С.163-164.

20. Кошелевский В.К., Распопов О.М., Ролдугин В.К. О природе пульсаций интенсивности свечения полярных сияний, связанных с геомагнитными пульсациями типа Pi2 // Геомагнетизм и аэрономия. -1972. -Т.12. -№4. -С.618

21. Липов О.С., Ролдугин В.К. Пульсации полярных сияний в диапазоне 1-10 гц // Геомагнетизм и аэрономия. -1974. -Т.14. -№2. -С.371-373.

22. Мальцев Ю.П. Лекции по магнитосферно-ионосферной физике // Ред. Пивоваров В.Г. КНЦ ПГИ. Апатиты. 1995. 121с.Структура авроральных вторжений в дневном секторе // Геомагнетизм и аэрономия. -2002. -Т.42. -№ 2. -С. 186-194.

23. Распопов О.М., Троицкая В.А. Развитие суббури в геомагнитных пульсациях // Высокоширотные геофизические явления. Наука. JI. -1974. -С.232.

24. Распопов О.М., Черноус С.А., Ролдугин В.К., Похотелов О.А. Пульсирующие потоки частиц в магнитосфере и ионосфере // Наука. Ленинград. -1978. -278с.

25. Ролдугин В.К. Пульсирующие сияния и их связь с другими геофизическими явлениями // Автореферат диссертации. М. ИКИ АН СССР. -1970.

26. Ролдугин В.К. Пульсирующие сияния типа Pil // В кн. Высокоширотные геофизические явления. JI. -1974. -С.224-232.

27. Старков Г.В., Реженов Б.В., Воробьев В.Г., Фельдштейн Я.И. Планетарное распределение авроральных высыпаний и их связь с областями аврорального свечения // Геомагнетизм и аэрономия. -2003. -Т.43. -№5. -С.609-619.

28. Старков Г.В., Реженов Б.В., Воробьев В.Г., Фельдштейн Я.И., Громова Л.И. Троицкая В. А., Плясова-Бакунина Т.А., Гульельми А.В. Связь между пульсациями Рс2-4 и межпланетным магнитным полем // Доклады Академии Наук. СССР. -1971. -Т.197 (6). -С.1312.

29. Федосеев В.И., Черноус С.А. О соотношении пульсирующей и непульсирующей компонент интенсивности свечения полярных сияний // В кн. Исследования по геомагнетизму и аэрономии авроральной зоны // Л. -1973. -С.16-19.

30. Черноус С.А. Экспериментальные исследования пространственно-временной структуры пульсирующих сияний и геомагнитных пульсаций // Автореферат диссертации. М. ИКИ АН СССР. -1977.

31. Ющенко В.Ф., Ролдугин В.К., Черноус С.А. Пульсации интенсивности свечения полярных сияний типа РсЗ и Рс4 // В кн. Антарктика. М. -1976. -Т.15. -С.5-10.

32. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г. Дневные геомагнитные пульсации, связанные с движущимися ионосферными вихрями // Геомагнетизм и аэрономия. -1994. -Т.34. -№ 4. -С.84-92.

33. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г. Проявление событий FTE в дневных геомагнитных пульсациях. // Геомагнетизм и аэрономия. -1995. -Т.35. -№5. -С.24-33.

34. Ягодкина О.И., Воробьёв В.Г. Усиление мощности дневных геомагнитных пульсаций в периоды начала магнитосферных суббурь. // Геомагнетизм и аэрономия. -2000. -Т.40. №3. -С.49-55.

35. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г., Леонтьев С.В. Пульсирующие сияния и геомагнитные пульсации в дневной высокоширотной области // Геомагнетизм и аэрономия. -1988. -Т.28. -№ 6. -С. 1019-1021.

36. Ягодкина О.И., Воробьев В.Г., Леонтьев С.В. Структура пульсирующих сияний в дневном секторе и их морфологические характеристики // Геомагнетизм и аэрономия. -1989. -Т.29. -№3. -С.411-416.

37. Akasofu S.-I., Roderer М., Corrick G.K., Covey D.N. Equatorward shift of the cusp during magnetospheric substorm // Planet. Space Sci. -1981. -V.29. -P.317.

38. Arnoldy R.L., Engebretson M.J., Cahill L.I. Bursts of Pel-2 near the ionospheric footprint of the cusp and their relationship to flux transfer events // J. Geophys. Res. -1988.-V.93.-P.1007.

39. Arnoldy, R. L., Cahill, L. I., Father, R. H., Engebretson, M. I. 0.1 Hz ULF magnetic pulsations measured at South Pole, Antarctica // J. Geophys. Res. -1986 -V.91. -№A5. -P.5700-5710.

40. Axford W.I. Viscous interaction between the solar wind and earth's magnetosphere // Planet. Space Sci. -1964. -V.12. -P.45-54.

41. Baker K.B., Engebretson M.J., Rodger A.S., and Arnoldy R.L. The coherence scale length of band-limited Pc3 pulsations in the ionosphere // Geophys. Res. Lett. -1998. -V.25. -P.2357.

42. Bolshakova O.V., Troitskaya V.A., Ivanov K.G. High-latitude Pel-2 geomagnetic pulsations and their connection with location of the dayside polar cusp // Planet. Space Sci. -1980. -V.28. -№1. -P.l.

43. Bosinger T. And Wedeken U. Pi IB type magnetic pulsations simultaneously observed at mid and high latitudes // J. Atmos. Terr. Phys. -1987. -V.49. -P.573.

44. Bosinger Т., Alanko K., Kangas J., Opgenoorth H., and Baumjohann M. Correlations between PiB type magnetic micropulsations, auroras and equivalent current structures during two isolated substorms // J. Atmos. Terr. Phys. -1981. -V.43. -P.933.

45. Brekke A., Pettersen H. Some observation of pulsating aurora at Spitzbergen // Planet. Space Sci. -1971. -V. 19. -№5. -P.536-540.

46. Brittnacher M., Fillingim, and Parks G., Germany G., Spann J. Polar cap area and boundary motion during substorms // J. Geophys. Res. -1999. -V.104. -P. 12,251.

47. Caan M.N., McPherron R.L., Russell C.N. The statistical magnetic signature of magnetospheric substorm // Planet. Space Sci. 1978. V.26. P.269.

48. Chernouss S.A., Tagirov V.R., Chernouss M.A., Kangas J., Leinonen J., Kivinen M. Auroral and geomagnetic pulsation in the morning sector of the auroral zone // Geophysica. -1985. -V.21. -P.19.

49. Christon S.P., Williams D.J., Mitchell D.G., Frank L.A., and Huang C.Y. Spectral characteristics of plasma sheet ion and electron populations during undisturbed geomagnetic conditions // J. Geophys. Res. -1989. -V.94. -P. 13409.

50. Cole K.D., Morris R.J., Matveeva E.T., Troitskaya V.A., Pokhotelov O.A. The relationship of the boundary layer of the magnetosphere to IPRP events // Planet. Space Sci. -1982. -V.30. -№ 2. -P.129.

51. Creutzberg F., McEwen O. J. A rocket-ground study of electron precipitation in the cleft region // Space Res. -1978. -V.18. -P.309.

52. Crooker N.U., Eastman Т.Е., Fairfield D.H. Magnetic field and low-energy plasma signatures at the dayside magnetopouse // EOS. Trans. Am. Geophys. Un. -1977. -V.58. -P.1207.

53. Cuperman S., Sternlieb A., Williams D.J. Non-linear development of the ion-cyclotron electromagnetic instability // Plasma Phys. -1976.-V.16. -P.57.

54. Dangey J.W. Interplanetary magnetic field and the auroral zone // Phys. Rev. Lett. -1961. -V.6. -P.47-48.

55. Eastman Т.Е., Hones E.W., Bame S.J., Asbridge J.R. The magnetospheric boundary layer: site of plasma, momentum and energy transfer from the magnetosheath into the magnetosphere // Geophys. Res. Lett. -1976. -V.3. -P.685-688.

56. Eather R.H., Carovillano R.L. The ring current as the source region for proton aurora // Cosmic. Electrodyn. -1971. -V.2. -P.105.

57. Engebretson M.J., B.J. Anderson, L.J. Cahill, P.T. Newell, C.-I. Meng, L.J. Zanetti, and T.A. Potemra, A multipoint case study of high-latitude daytime ULF // J. Geophys. Res. -1989. -V.94. -P.17143.

58. Engebretson M.J., B.J. Anderson, L.J. Cahill, R.L. Arnoldy, T.J. Rosenberg, D.L. Carpenter, Gail W.B., and Eather R.H. Ionospheric signatures of cusp latitude РсЗ pulsation // J. Geophys. Res. -1990. -V.95. -P.2447.

59. Engebretson MJ., Cahill L.J., Arnoldy R.L. Anderson B.J., Carpenter D.L., Inan U.S., Eather E.H. The role of the ionosphere in coupling upstream ULF wave power into the dayside magnetosphere // J. Geophys. Res. -1991. -V.96. -№A2. -P.1527.

60. Engebretson, M. J., Meng, C.-L, Arnoldy, R. L. And Cahill, L. J. РсЗ pulsations observed near the south polar cusp // J. Geophys. Res. 1986. V.91. P.8909-8918.

61. Engebretson, M. J., Cobian, R.K., Posch, J.L., Arnoldy, R. L. A conjugate study of Pc3-4 pulsations at cusp latitudes: Is there a clock angle effect? // J. Geophys. Res. -2000. -V.105. -P.19965-19980.

62. Fairfield D. H., Baumjohann W., Paschmann G., Luhr H., Sibeck D. G. Upstream pressure variations associated with the bow shock and their effects on the magnetosphere. //J. Geophys. Res. -1990. -V.95. -P.3773-3786.

63. Fairfield D. H., Baumjohann W., Paschmann G., Luhr H., Sibeck D.G. Upstream pressure variations associated with the bow shock and their effects on the magnetosphere // J. Geophys. Res. -1987. -V.92. -P.4565.

64. Fujimoto M., Mukai Т., Kawano H., Nakamura M., Nishida A., Saito Y., Yamamoto Т., Kokubun S. Geotail observations of the low-latitude boundary layer // Adv. Space Res. -1997. -V.20. -P.813.

65. Fukunishi H. Latitude dependence of poleward spectra of magnetic pulsations near L-4 exited by SSC's and Si's // J. Geophys. Res. -1979. -V.84. -№ A12. -P.7191.

66. Gillis E. J., Rijnbeek R., Kling R., et at. Do flux transfer events cause long-periodmicropulsations in the dayside magnetopause? // J. Geophys. Res. -1987. -V.92. -№ 6. -P.5820.

67. Glassmeier K.-H., Heppner C. Traveling magnetospheric convection twin vortices another case study, global characteristics, and a model // J. Geophys. Res. -1992. -V.97. -P.3977-3992.

68. Glassmeier K-H., Lester M., Mier-Jedrzejowicz W. A. C., et. al. Pc5 pulsations and their possible source mechanisms: A case study // J. Geophys. Res. -1984. -V. 55. -№ 2. -P.108.

69. Gold T. Motions in the magnetosphere of the Earth // J. Geophys. Res. -1959. -V.64. -P.1219.

70. Greenstadt E.W., McPherron R. L., and Takahashi K. Solar wind control of daytime midperiod geomagnetic pulsations // J. Geomagn. Geoelectr. -1980. -V.32. -Suppl. II, -SII. -P.89.

71. Haerendel G., Paschman G., Sckopke N., Rosenbauer H., Hedgecock P.C. The frontside boundary layer of the magnetopause and the problem of reconnection // J. Geophys. Res. -1978. -V.83. -P.3195-3216.

72. Hansen H.J., Fraser BJ., Menk F.W. Hu J.D., Newell P.T., Meng C.-I., Morris R.J. High-latitude Pel bursts arising in the dayside boundary layer region // J. Geophys. Res. -1992. -V.97. -NoA4. -P.3993.

73. Hardy D.A., Gussenhoven M.S., Holeman E. A statistical model of auroral electron precipitation // J. Geophys. Res. -1985. -V.90. -P.4229.

74. Heacock R.R., Chao J.K. Type Pi magnetic field pulsations at very high latitudes and their relation to plasma convection in the magnetosphere // J. Geophys. Res. -1980. -V.85. -P.1203.

75. Heikkila WJ. Impulsive plasma transport through the magnetopause // Geophys. Res. Lett. -1982. -V.9. -P. 159-162.

76. Judge R.J.R. Electron excitation and auroral emission parameters // Planet. Space Sci. -1972. -V.20. -No 12. -P.2081-2092.

77. Kangas J., Aikio A, Olson J. K. Multistation correlation of ULF pulsation spectra associated with sudden impulses // Planet. Space Sci. -1966. -V.34. -№ 6. -P.543.

78. Kokubun S., Yamamoto Т., Hayashi I.C. Oguti Т., Egeland A. Impulsive Pi bursts associated with poleward moving auroras near the polar cusp // J. Geomag. Geoelectr.-1988.-V. 40. -№ 5. -P. 537.

79. Kovner M.S., Lebedev V.V., Plyasova-Bakunina T.A., Troitskaya V.A. On the generation of low frequency waves in solar wind in the front of bow shock // Planet. Space Sci. -1976. -V.24. -№3. -P.261.

80. Maltsev Yu.P. Search of relation between the substorm onset and the solar wind parameters // Substorm-4. Edited by Kokubun S. and Kamide Y. Astrophysics and Space Science Library. Japan. -1998. -V.238. -P.291.

81. McDiarmid I.B., Burrows J.R., Budzinski E.E. Average characteristics of magnetospheric electrons /150 eV to 200 keV/ at 1400 km // J. Geophys. Res. -1975. -V.80 -P.73-79.

82. McDiarmid I.B., Burrows J.R., Budzinski E.E. Particle properties in the day side cleft // J. Geophys. Res. -1976. -V.81. -P.221-226.

83. McHarg M.G., Olson J.V. Correlated optical and ULF magnetic observations of the winter cusp boundary layer system // J. Geophys. Res. -1992. -V.97. -P.817.

84. McHarg M.G., Olson J.V., Newell P.T. ULF cusp pulsation: diurnal variations and' interplanetary magnetic field correlations with ground-based observations // J. Geophys. Res. -1995. -V.100. -P. 19729-19742.

85. Menk F.W., Fraser B.J., Hansen H.J., Newell P.T., Meng C.-I., Morris R.J. Identification of the magnetospheric cusp and cleft using Pel-2 ULF pulsations // Journal Atm. Terr. Phys. -1992. -V.54. -№7/8. -P.1021-1042.

86. Morris R.J., Cole K.D. High-latitude day-time Pel-2 continuous magnetic pulsations. A ground signature of the polar cusp and cleft projection // Planet. Space Sci. -1991. -V.39. -№ 11. -P.1473-1491.

87. Morris R.J., Cole K.D. Pel-2 discrete regular daytime pulsation bursts at high latitude // Planet. Space Sci. -1985. -V.33. -№ 1. -P.53-67.

88. Morris R.J., Cole K.D., Matveeva E.T., Troitskaya V.A. Hydromagnetic "whistlers" at the dayside cusp //Planet. Space Sci. -1982. -V.30. -№ 2. -P.l 13-128.

89. Mozer R.L. Electric field evidence on the viscous interaction at the magnetopause // Geophys. Res. Lett. -1984. -V.ll. -P.135-137.

90. Newell P.T., Meng C.-I. Ionospheric projections of magnetospheric regions under low and high solar wind pressure conditions // J. Geophys. Res. -1994. -V.99. -P.273-286.

91. Newell P.T., Meng C.-I. Mapping the dayside ionosphere to the magnetosphere according to particle precipitation characteristic // Geophys. Res. Lett. -1992. -V.19. -P.609-612.

92. Newell P.T., Meng C.-I. The cusp and the cleft/boundary layer: low-altitude identification and statistical local time variation // J. Geophys. Res. -1988. -V.93. -P.14549-14556.

93. Newell P.T., Wing S., Meng C-I., Sigillito V. The auroral oval position, structure and intensity of precipitation from 1984 onward: an automated on-line data base // J. Geophys. Res. -1991a. -V.96. -P.5877-5882.

94. Nikitenkova E.V. and Maltsev Yu.P. Ionospheric mechanism for the two maxima in the spatial distribution of Pc3 geomagnetic pulsations // J. Atm. Terr. Phys. -1993. -V.55. -P.1281.

95. Nishida A. Theory of irregular geomagnetic micropulsations associated with a magnetic bay // J. Geophys. Res. -1964. -V.69. -P.947.

96. Ogilvie K.W., Fitzenreiter R.J. The Kelvin-Helmholtz instability at the magnetopause and inner boundary layer surface // J. Geophys. Res. -1989. -V.94. -P.15113-15123.

97. Ogilvie K.W., Fitzenreiter R.J. The Kelvin-Helmholtz instability at the magnetopause and inner boundary layer surface // J. Geophys. Res. -1989. -V.94. -P.15113-15123.

98. Ogilvie K.W., Fitzereiter R.J., Scudder J.D. Observations of electron beams in the low-altitude boundary layer // J. Geophys. Res. -1984. -V.89. -P. 10723.

99. Olson J.V. Poleward propagation of pulsations near the cusp // Planet. Space Sci. -1989. -V.33.-P.775.

100. Olson J.V., C.A.L. Szuberla, A study of Pc3 coherence at cusp latitudes // J. Geophys. Res. -1997. -V.102. -P.l 1375.

101. Olson W.P., Pfitzer K.A. Magnetospheric responses to the gradient drift entry of solar wind plasma // J. Geophys. Res. -1985. -V.90. -P.10823.

102. Olson, J. V. VLF signatures of the polar cusp // J. Geophys. Res. -1986. -V.91. -№A9. -P.10055-10062.

103. Pu Z.-U., Kivelson M.G. Kelvin-Helmholtz instability at the magnetopause. Solution for compressible plasma// J. Geophys. Res. -1983. -V.88. -P.841-852.

104. Rees M.H., Lucky D. Auroral electron energy derived from ratio of spectroscopic emissions. 1. Model computations // J. Geophys. Res. -1974. -V.79. -P.5181-5186.

105. Robert P., Gendrin R., Perraut S., Roux A. Geos-2 identification of rapidly moving current structures in the equatorial outer magnetosphere during substorms // J. Geophys. Res. -1984. -V.89. -P.819.

106. Russell C.T., Elphic R.C. ISEE observations of flux transfer events at dayside magnetopause // Geophys. Res. Lett. -1979. -V.6. -P.33-36.

107. Saito T. Geomagnetic pulsations // Space Sci. Rev. -1969. -V.10. -P.319.

108. Saito Т., Matsushita S. Geomagnetic pulsations associated with sudden commencement and sudden impulses // Planet. Space Sci. -1967. -V.15. -№ 3. -P.573.

109. Sandholt P. E., Egeland A., Holtet J. A., Lybekk В., Svenes K., Asheim S. and Deehr C. S. Large- and small-scale dynamics of the polar cusp // J. Geophys. Res. -1985. -V.90. —P.4407.

110. Sandholt P.E., Moen J., Opsvik D., Denig W.F., Burke W.J. Auroral event sequences at the dayside cap boundary: signature of time-varying solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling // Adv. Space Res. -1993a. -V.13. -№A4. -P.7.

111. Sandholt P.E., Moen J., Rudland A., Opsvik D., Denig W.F., Hansen T. Auroral event sequences at the dayside cap boundary for positive and negative interplanetary magnetic field By// J. Geophys. Res. -1993b. -V.98. -NoA5. -P.7737.

112. Sandholt P.E., Moen J., Rudland A., Opsvik D., Denig W.F., Hansen T. Auroral event sequences at the dayside polar cap boundary for positive and negative interplanetary magnetic field By // J. Geophys. Res. -1993. -V.98. -P.7737.

113. Sauvaud J.-A. An attempt to characterize substorm drivers in the interplanetary medium // Substorm-4. Edited by Kokubun S. and Kamide Y. Astrophysics and Space Science Library. Japan. -1998. -V.238. -P.131.

114. Sckopke N., Pashmann G., Haerendel G., Sonnerup B.U.O., Dame S.J., Forbes T.G., Hones E.W., Russell C.T. Structure of the low-latitude boundary layer // J. Geophys. Res.-1981.-V.86. -P.2099.

115. Sibeck D.G., Baumjohann W., Elphic R.C. et al. The magnetospheric response to 8-minute period strong-amplitude upstream pressure variations // J. Geophys. Res. -1989. -V.94. -P.2505.

116. Sibeck D.G., Croley D.J. Solar wind dynamic pressure variations and possible ground signatures of flux transfer events // J. Geophys. Res. -1991. -V.96. -P.1669-1683.

117. Sibeck D.J. A Model for the transient magnetospheric response to sudden solar wind dynamic pressure variations // J. Geophys. Res. -1990. -V.95. -P.3755-3771.

118. Slawinski R., Vankatesan D., Wolfe A., Lanzerotti L.J. and Maclennan C.G. Transmission of solar wind hydromagnetic energy into the terrestrial magnetosphere // Geophys. Res. Lett. -1988. -V.15. -P.1275.

119. Sonnerup B.U.O., Paschmann G., Papamastorakis I., Sckopke N., Haerendel G., Bame S.J., Asbridge J.R., Gosling J.T., Russell C.T. Evidence for magnetic field reconnection at the earth's magnetopause // J. Geophys. Res. -1981. -V.86. -P.10049.

120. Sotirelis Т., Newell P.T. Boundaiy-oriented electron precipitation model // J. Geophys. Res. -2000. -V.105. -P. 18655.

121. Southwood D. J. The ionospheric signature of flux transfer events // J. Geophys. Res. -1987. -V. 92. -№ A 4. -P.3207.

122. Spiro D.J., Reiff P.Y., Maher L.J. Precipitating electron energy flux and auroral zone conductances an empirical model // J. Geophys. Res. -1982. -V.87. -P.8215.

123. Szuberla, C.A.L., Olson J.V., Engebretson M.J., Fraser B.J., Abies S., Hughes W.J. Interstation Pc3 coherence at cusp latitudes // Geophys. Res. Lett. -1998. -V.25. -P.2381.

124. Thomas I.L., Scourfield M.W., Parsons N.R. Classification of optical auroral pulsations // Can. J. Phys. -1973. -V.51. -№20. -P.2209-2215.

125. Troshichev O.A., Kotikov A.L., Bolotinskaya B.D., Andrezen V.G. Influence of the IMF azimuthal component on the magnetospheric substorm dynamics // J. Geomag. Geoelectr. -1986. -V.38. -P. 1075.

126. Victor L.J. Correlated auroral and geomagnetic micropulsations in the period range 5 to 40 sec. // J. Geophys. Res. -1965. -V.70. №13. -P.3123-3130.

127. Vorobjev V.G., O.I. Yagodkina, G. V. Starkov, Ya. I. Feldstein. A substorm in midnight auroral precipitation. Annales Geophysicae. -2003. -V.21. -Is.12. -P. 2271-2280,.

128. Vorobjev V.G., Starkov G.V., Feldstein Ya.I. The auroral oval during the substorm development // Planet. Space Sci. -1976. -Vol.24. -P. 055-965.

129. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I. and Zverev V.L., Morphological features of bipolar magnetic impulsive events and associated interplanetary medium signatures // J. Geophys. Res. -1999a. -V.104. -P.4595-4608.

130. Vorobjev V.G., Yagodkina O.I., Sibeck D.G., Newell P. Daytime high-latitude auroral pulsations: some morphological features and the region of the magnetospheric source // J. Geophys. Res. -1999b. -V.104 -P.10135-10144.

131. Wei C.Q., Lee .L.C. Coupling of magnetopause boundary layer to the polar ionosphere // J. Geophys. Res. -1993. -V.98. -P.5707.

132. Wei C.Q., Lee .L.C., LaBelle-Hamer A.L. A simulation study of the vortex structure in the low-latitude boundaiy layer // J. Geophys. Res. -1990. -V.95. -P.20793.

133. Wolfe A., Kamen E., Lanzerotti L. J., Maclennan C. G., Bamber J. F., and Venkatesan D. ULF geomagnetic power at cusp latitudes in response to upstream solar wind conditions // J. Geophys. Res. -1987.-V. 92. -P.168.

134. Yagodkina O.I. Vorobjev V.G., Daytime auroral precipitation during substorm development. Proceedings of the 26th Annual Seminar "Physics of auroral phenomena". Apatity. 2003. -2003. -P.49-52.

135. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Dayside auroral precipitation during substorms, Proc. ofiLthe 7 International Conference on Substorms. Levi, Lapland, Finland, 21-27 March, -2004, Finnish Meteorological Institute, Helsinki 2004. -2004. -P.95-98.

136. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V. Pulsating aurora and geomagnetic pulsations in the daytime high-latitude region // Planet. Space Sci. -1990. -V.38. -№1. -P.149-159.

137. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V., Sandholt P.I., Egeland A. Bursts of geomagnetic pulsations and their relationship with the dayside auroral forms. // Planet. Space Sci. -1992a. -V.40. -№10. -P.1303-1309.

138. Yagodkina O.I., Vorobjev V.G., Leontiev S.V., Sandholt P.I., Egeland A. Bursts of geomagnetic pulsations and their relationship with the dayside auroral forms. // Planet. Space Sci. -1992a. -V.40. -№10. -P.1303-1309.

139. Yagodkina, O.I. and V.G. Vorobjev, Daytime high-latitude pulsations associated with solar wind dynamic pressure impulses and flux transfer events // J. Geophys. Res. -1997a. -V.102. -№ Al. -P.57-67.

140. Yamamoto T. Temporal and spatial characteristics of pulsating auroras and possible mechanisms. Ph. D. Thesis. University of Tokyo. -1984.

141. Yumoto K. Low-frequency upstream waves as a probable source of low-latitude Pc3-4 magnetic pulsations//Planet. Space Sci. -1985. -V.33. -P.239.