Планетарная картина эффектов крупномасштабных ВГВ в ионосфере во время бури 22 марта 1979 г.

А.Т. Карпачев, Г.Ф. Деминова

e-mail: karp@izmiran.ru

Страницы: 1 | 2 | 3 | 4

      Построена картина глобального отклика ионосферы на магнитную бурю 22 марта 1979 г., состоящую из двух мощных суббурь, в первые часы после начала бури. Показано, что локализация эффектов крупномасштабных ВГВ по мировому и местному времени определялась картиной нагрева высокоширотной атмосферы, при этом волновой фронт во время обеих суббурь охватывал практически все часы местного времени, т.е. все долготы. Одним из источников ВГВ был нагрев термосферы в области дневного каспа. На средних широтах в ночные часы для обеих суббурь доминирующим был эффект ВГВ с амплитудой подъема слоя F2 в среднем около 150 км, в дневные часы амплитуда эффекта ВГВ была значительно меньше (до 70 км) и наблюдалась суперпозиция эффектов ВГВ и электрических полей. Для средних широт построена зависимость амплитуды эффекта ВГВ в hmF2 и foF2 от местного времени. На экваториальных широтах были четко зафиксированы эффекты электрических полей магнитосферного происхождения, связанные с поворотами Bz компоненты ММП, причем днем эффекты электрических полей доминируют над эффектами ВГВ, ночью их амплитуды сравнимы. В ночной ионосфере наблюдалась высокая степень симметрии эффектов ВГВ в северном и южном полушариях вплоть до количественного совпадения их амплитуды. В дневных условиях в американском долготном секторе наблюдалась значительная асимметрия, связанная, по-видимому, с разницей в степени нагрева высокоширотной ионосферы и в характеристиках геомагнитного поля.

ВВЕДЕНИЕ

      Крупномасштабные внутренние гравитационные волны (ВГВ), генерируемые в всплесками авроральных электроджетов во время магнитосферных возмущений, исследовались неоднократно (см., например, обзор [Hocke, Schlegel, 1996] и ссылки в нем). Было показано, что крупномасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ) являются ионосферным проявлением ВГВ. Были исследованы их характеристики, выявлена их зависимость от местного времени, сезона, уровня солнечной и магнитной активности (см., например, Шашунькина и др., 1998, Шашунькина, Гончарова, 2001, а также ссылки в этих работах]. Однако проведенные ранее исследования ионосферных эффектов ВГВ для конкретных суббурь обычно носили локальный характер и в лучшем случае ограничивались анализом данных той или иной меридиональной цепочки станций. В настоящей статье предпринята попытка построить планетарную картину ионосферных эффектов ВГВ для магнитной бури 22 марта 1979 г. Для этого были использованы данные наземного вертикального зондирования, спутника "Космос-900", а также привлечены опубликованные ранее результаты анализа вариаций параметров магнитосферы, ионосферы и термосферы для этой бури. Полученная планетарная картина позволяет локализовать эффекты ВГВ в пространстве и во времени, изучить зависимости характеристик ПИВ от интенсивности нагрева термосферы и местного времени, разделить эффекты ВГВ и электрических полей, исследовать влияние процессов в дневном каспе и в конечном итоге уточнить картину развития суббури в ионофере.

Рис.1. Характеристики бури

       Магнитная буря 22 марта 1979 г. была довольно интенсивной (Крmax = 7-, Dstmin = -81 нТл) и состояла из двух последовательных суббурь - рис.1. Обе суббури были вызваны резкими переворотами Bz-компоненты ММП к югу. Они характеризовались резкими всплесками АЕ индекса, которые сопровождались сильным нагревом авроральной термосферы и генерацией мощных ВГВ.

Рис.2. Глобальная картина развития бури

       Картины джоулева нагрева для бури 22 марта 1979 г. были рассчитаны по данным 107 наземных магнитометров, расположенных в северном полушарии, группой Камиде [Kamide et al., 1981, Kamide, Baumjohan, 1985, Baker et al., 1985]. Результаты этих расчетов представлены на рис.2 в виде полярных диаграмм для максимумов первой (11:40 UT) и второй (14:50 UT) суббурь. Первая изолиния соответствует величине 0.006 Вт/м², остальные следуют с таким же интервалом.
       В 11:40 UT наблюдаются четыре области локального нагрева ионосферы. Первая из них расположена в околополуденном секторе в полосе геомагнитных широт ~70-80^o, связана с дневным каспом и обеспечена резкой интенсификацией высыпаний частиц, конвергенцией плазмы в узкой горловине конвекции высокоширотной плазмы и джоулевым нагревом электрическими токами. Более низкоширотная область (60-65^o) в вечернем секторе обусловлена восточным электроджетом. Более высокоширотная область нагрева (c максимумом на ~70^o) в вечернем-околополуночном секторе и область в утреннем секторе (60-65^o) связаны с западным электроджетом. Как видно из рис.2а, наиболее сильный нагрев наблюдался в области западного электроджета. Западный электроджет был максимально развит потому, что первая суббуря была локализована в основном в послеполуночном секторе (02-03 LT) хвоста магнитосферы [McPherron, Manka 1985, Baker et al., 1985]. Несколько слабее был нагрев в области дневного каспа.

       Для демонстрации эффектов ВГВ в ионосфере на рис.2 представлены вариации высоты слоя F2 на станциях, расположенных на последовательных долготах в полосе средних широт (показано точками). Для ночной ионосферы приведены значения Dh`F, а для дневной ионосферы DhmF2, рассчитанные из параметра М3000F2 согласно [Шашунькина, 1968]. Максимальный эффект наблюдается в ночной ионосфере и достигает 200 км и более. Амплитуда эффекта в высоте слоя F2 в первом приближении связана с интенсивностью джоулева нагрева, и, следовательно, с интенсивностью электроджета. В дневной ионосфере эффект намного слабее, чем на ночной стороне, что согласуется с другими наблюдениями [Шашунькина и др., 1998, Шашунькина, Гончарова, 2001] и теоретическими расчетами [Смертин, Намгаладзе, 1982]. Тем не менее, амплитуда эффекта в полуденном секторе достигает 50-70 км и он четко фиксируется. Обычно генерацию ВГВ связывают с резкими всплесками электроджетов, восточного и (или) западного, поскольку наличие регулярных AU и AL-индексов позволяет установить такую связь. Для описания дневного каспа нет магнитного индекса, поэтому детальная картина нагрева высокоширотной ионосферы, рассчитанная для буря 22 марта 1979 г., предоставляет редкую возможность рассмотреть дневной касп в качестве источника ВГВ.

Перейти к продолжению статьи »