Диссертация (1149588), страница 21
Текст из файла (страница 21)
4.2.2 и 4.2.3, смещение может достигать 8o CGLat в центре токового клина117(красная область). Так как величина отношения ΔBZ/BZ0 растет при приближении кэкваториальному току R1, величина полярного смещения проекций стартующих из области r ~12–13 Re, имеет максимальное значение.Вторая характерная область деформации поля соответствует скрученным силовым линиямвокруг продольных токов петли R1, что отражено на рис.
4.2.3 в виде спиральных форм. Дляточек нейтрального слоя расположенных внутри токового клина вблизи продольных токов (<1–2 Re) проекции скручиваются вихревым полем токов и локализуются вблизи проекциипродольного тока, что отражается на рис. 4.2.2 в виде сине-голубых областей, расположенных упроекций продольных токов в промежутке 7–12 Re по координате X.
В совокупности,перечисленные деформации типов 1 и 2 образуют крупномасштабную структуру в картинеионосферных проекций области диполизаций, которая может быть сопоставлена с авроральнойвыпуклостью развивающейся во время суббури.Третья область деформаций геомагнитного поля совпадает с перемещением проекцийточек нейтрального слоя к экватору вблизи экваториального тока R2 (в данном случае онпротекает на расстоянии RT2 = 6 Re). Эффект скручивания силовых линии вокруг продольныхтоков петли R2 также формирует экваториальную выпуклую ионосферную структуру.Экваториальная выпуклость в несколько раз меньше полярной выпуклости по двум причинам:(1) величина поля во внутренней магнитосфере существенно больше, чем в областидиполизации и (2) интенсивность тока R2, как было показано в гл.
3, меньше чеминтенсивность тока R1. Поэтому отношение ΔBZ/BZ0 для области лежащей вблизи тока R2невелико и связанные с ним амплитуды смещений небольшие.Для авроральных приложений полезно спроецировать в ионосферу другой тип контуровнейтрального слоя — прямолинейные полоски, ориентированные вдоль оси X и в грубомприближении напоминающие геометрию потоков плазмы (BBF) из хвоста к Земле (см. рис.4.2.4а). Искаженные ионосферные проекции модельных BBF могут быть сравнены сэлементами авроральных дуг. Ионосферной проекцией BBF, имеющего поперечный размер ~2–3 Re и вытекающие продольные токи еще меньшего размера, могут быть вытянутые в североюжном направлении дискретные структуры, называемые также авроральными стримерами(Elphinstone et al., 1996) или ―poleward boundary intensifications‖ (PBIs, Lyons et al., 1999,Henderson et al., 1998, 2012).118a.Рисунок 4.2.4.
(а) Конфигурация и положение трех гипотетических потоков плазмы вэкваториальной плоскости и (b) их ионосферные проекции. Черные полосы показываютполосы, спроецированные с помощью модели фонового поля IGRF+T89; цветные показываютполосы, спроецированные с помощью IGRF+T89+SCW2L (I1 = 1 MA, I2 = 0.5 MA, RT1 = 15 Re,RT2 = 6 Re и RCF = 6).
Цветом отмечена ориентация или направление движения плазменныхструй и стримеров.119Три отрезка нейтрального слоя (контура I и II) в диполизованной области на рисунке4.2.4a симулируют геометрию трех плазменных струй, движущихся из хвоста в направленииЗемли. Из рисунка 4.2.4b видно, что при добавлении модели SCW2L проекции гипотетическихплазменных струй деформируются (цветные полосы) и заметно отличаются от проекций полиниям фонового магнитного поля (черные полосы). Видно, что проекции модельных BBFсмещаются к полюсу и в некоторой степени вытягиваются в направлении север-юг.
В отличиеот контура I (Y = 0), прямолинейная форма которого не искажается, контуры II и III,находящиеся вблизи продольных токов (Y ≠ 0), заметно смещаются по азимуту изакручиваются вокруг ионосферных положений продольных токов. Хотя основные чертыдеформаций проекций можно распознать с помощью рис. 4.2.3, амплитуда вращения структур иразмер этих форм зависит от взаимного расположения структур и продольных токов токовогоклина. В частности, закручивание структуры на утренней стороне, отражающей проекцииплазменной струи пересекающей проекцию продольного тока на экваториальную плоскость (ноне пересекающуюся с токовой трубкой), выражается сильнее в отличие структуры в вечернемсекторе внутри SCW.
Дальнейшее исследование форм деформаций ионосферных проекцийможет дать информацию для изучения распределения и интенсивности продольных токов.4.2.2. Зависимость величины полярного смещения проекций от параметров SCW2LИсследуем величины полярного смещения проекций точек нейтрального слоя, лежащих вобласти диполизации на центральном меридиане (Y = 0, Z = 0), для разных параметров моделиSCW2L.
Значения пространственных параметров SCW2L (PW, PE, RT1 и RT2) оставлено теми же,что и в предыдущем параграфе. Классифицируя интенсивность суббури по величине тока петлиR1 (I1) и степени вытянутости линий ближнего хвоста (RCF), мы задавали комбинациипараметров, соответствующих трѐм разным уровням возмущенности. Для слабых суббурьзаданы I1 = 0.5 MA, RCF = 3 (рис. 4.2.5c), для средних суббурь I1 = 1MA, RCF = 6 (рис. 4.2.5d) идля сильных суббурь I1 = 2MA, RCF = 8 (рис.
4.2.5e). Зависимость параметра RCF отинтенсивности I1 задавалась в соответствии с рис. 3.5.2, где приведена зависимость отношенияамплитуд диполизации на спутниках THEMIS и GOES от BZ0 (по сути, RCF являетсябезразмерным параметром модели, пропорциональным реально наблюдаемой величинемагнитного поля BZ0).Как видно из рис.
4.2.5c–e, основным параметром, который влияет на величину полярногосмещения проекций, является интенсивность токовой петли типа R1. Максимальная амплитуда120Рисунок4.2.5.Зависимостьширотыионосферной проекции точек плазменногослоя от параметров SCW2L. (а) Проекцияпродольных токов SCW2L (пунктирныелинии) на плоскость X0Z и магнитныесиловые линии, трассированные из точки X =-10 Re, Y = 0 Re, Z = 0 Re; (b) величина ΔBZгенерируемая моделью SCW2L (I1 = 1 MA)вдольнеискаженнойсиловойлинии,построенной с помощью модели T89 източки X = -10 Re, Y= 0 Re, Z = 0 Re; (с)широтноесмещениепроекцийдляслабовозмущенных условий (I1 = 0.5 MA,RCF = 3); (d) то же что и (c), но для сильныхсобытий с разными степенями вытянутостигеометрии ближнего хвоста; (e) то же что и(с) и (d), но для крайне сильных возмущений(I1 = 2 MA, RCF = 8). Разными цветами награфиках (c)–(e) отмечены широты проекцийпри одинаковых значениях I1, но при разныхI2/I1: зеленым отмечены результаты расчетовдля I2/I1 = 0.3, красным для I2/I1 = 0.8.
Всевычисленияосуществлялисьпрификсированных параметрах RT1 = 15 Re, RT2= 6 Re, азимутальный раствор токовогоклина 50o.121смещения ионосферных проекций на центральной долготе токового клина невелика для слабыхсобытий ΔLat ~ 2–3o CGLat, увеличивается в случае событий средней интенсивности до ΔLat ~5–6o CGLat и может достигать ΔLat ~ 9–10o CGLat в сильно возмущенные периоды.
Посравнению с наблюдаемыми и хорошо известными амплитудами полярной экспансии сияний(Akasofu, 1976) в периоды суббурь, модельные расчеты выглядят вполне реалистичными.Неожиданным является то, что усиление интенсивности токов R2 (то есть, увеличениезначения отношения I2/I1 при фиксированной интенсивности I1), которые увеличиваютамплитуду диполизации в экваториальной плоскости (рис. 3.2.1c и d), в реальности уменьшаютвеличину смещения ионосферных проекций на ~20% (рис. 4.2.5c–d, красные и зеленые кривые).Этот факт можно объяснить с помощью расчета магнитных эффектов SCW вдоль магнитнойсиловой линии, построенной с помощью модели фонового поля IGRF+T89 и исходящей източки нейтрального слоя X = -10 Re, Z = 0.
На рис. 4.2.5b видно, что рост интенсивности I2 насамом деле подавляет амплитуду возмущения ΔBZ на высокоширотной части силовой линии(малых геоцентрических расстояниях R < 6 Re), при этом в приэкваториальной части силовойлинии при R > 6 Re) амплитуда ΔBZ меняется слабо. Соответствующая конфигурация силовыхлиний при разных значениях I2 представлена на рис. 4.2.5a. Из него видно, что исходящая източки нейтрального слоя (X = 10 Re) силовая линия практически не реагирует на изменениятока в приэкваториальной области, однако она заметно прогибается в сторону экватора, приприближении к высокоширотной части продольных токов R2, которые подавляют ΔBZ в этойобласти.Согласно рисункам 4.2.5c–e в области экваториального тока R2 проекции точек приопределенных условиях могут смещаться к экватору, образуя экваториальную выпуклость (см.рис.
4.2.3 и провалы красных кривых на рис. 4.2.5). Экваториального смещения проекций невозникает в случае малой величины отношения токов I2/I1 = 0.3, однако оно появляется привозрастании отношения токов до I2/I1 = 0.8 (ΔLat < 1o CGLat). Величина этого смещения,естественно, может варьировать в зависимости от расстояния до экваториального тока R2.Объясняется такое различие амплитуд полярного и экваториального смещения очень просто.На верхнем рисунке 4.2.6 представлен радиальный профиль компоненты возмущений ΔBZвдоль оси X на центральном меридиане SCW.
На среднем рисунке приведен профиль фоновогогеомагнитного поля с наложенными эффектами SCW2L. В области, лежащей между 7 и 11 Reфоновое поле, предсказываемое моделью IGRF+T89, убывает с удалением в хост от 100 до 10нТл (черная линия на среднем рис. 4.2.6), в то время как амплитуда ΔBZ в модели SCW2Lостается практически неизменной (~30–40 нТл, верхний график). В области, ближней к Земле122Рисунок 4.2.6. (Сверху-вниз) Радиальныйпрофиль ΔBZ-возмущения в модели SCW2L(на центральной долготе SCW) с параметрамиI1 = 1 MA, I2 = 0.5 MA, RT1 = 15 Re, RT2 = 6Re, RCF = 6; радиальный профиль фоновогополя IGRF+T89 с наложенными эффектамиSCW2L; радиальный профиль величиныизменения фонового поля (выраженная в %)при добавлении эффектов SCW2L.123(4–6 Re), фоновое поле возрастает от ~105 до 140 нТл, в то время как ΔBZ в сравнении суровнем фонового поля невелико (максимум ± 45 нТл).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
