Диссертация (1149588), страница 4
Текст из файла (страница 4)
(3) Двухпетлевая модель SCW2L разумно описывает величинымагнитных вариаций, как на поверхности Земли, так и в космосе, в частности, успешно былипредсказаны амплитуды градиентов магнитного поля вблизи экваториальной границы петлиR2. (4) Величина отношения токов I1 и I2, полученная из соотношения амплитуд возмущений наповерхности Земли и в хвосте магнитосферы, варьируется от 0.2 до 0.6 (с медианнымзначением 0.4). В разделе 3.6 приведено обсуждение полученных результатов тестированиядвухпетлевой модели SCW2L.В четвертой главе рассчитываются амплитуды смещений ионосферных проекцийплазменного слоя, вызываемые двухпетлевой токовой системой суббури, чьи токи при I1 > 0.5MA заметно искажают геометрию силовых линий ближней магнитосферы, вызываютпространственную деформацию (расширение) плазменного слоя и области вторжения частиц ввысокоширотную ионосферу из зоны диполизации и ускорения частиц.
Для количественныхоценок использовалась двухпетлевая модель SCW2L. В разделе 4.1 приведено краткоевведение к четвертой главе. В разделе 4.2 описаны формы деформаций ионосферных проекцийплазменного слоя, связанных с воздействием двухпетлевой системы SCW, и приведены оценкиамплитуд смещений этих проекций к полюсу для характерных величин токов петли R1 (раздел4.2.1). Тремя характерными формами ионосферных проекций являются: (1) авроральнаявыпуклость, возникающая внутри азимутального сектора токовой системы суббури, благодарясмещению проекций к полюсу в области диполизаций; (2) спиральные структуры проекций назападном и восточном изгибе авроральной выпуклости, образующиеся вблизи втекающего ивытекающего продольных токов, винтовое магнитное поле которых скручивает магнитныесиловые линии; (3) экваториальное смещение проекций южнее авроральной выпуклости наширотах, магнитно-сопряженных с экваториальным положением тока R2. Количественно16зависимость смещения проекций к полюсу от параметров SCW2L рассмотрена в разделе 4.2.2,в котором даны количественные оценки амплитудам смещений по широте в зависимости отинтенсивности тока R1 (I1), отношения токов R1 и R2 (I2/I1), а также степени вытянутостимагнитных силовых линий хвоста.
Показано, что интенсивность петли R1 является основнымпараметром, контролирующим величину смещения проекций к полюсу (остальные параметрывносят меньший вклад), которая при I1 = 1 MA составляет ~7o..8o CGLat, что характерно длянаблюдаемых расширений авроральной выпуклости в периоды сильных суббурь. Также былопоказано, что амплитуды смещений проекций могут достигать ~10 o CGLat в периоды оченьсильных возмущений (I1 = 2 MA) и не превышают ~3o CGLat в случае слабого и среднегоуровня возмущений. Расчет деформаций магнитного поля ближнего хвоста в реальныхусловиях интенсивной суббури описан в разделе 4.3. В разделе 4.3.1 подробно описанынаблюдения двух последовательных суббурь 17 марта 2013 года наземными среднеширотнымистанциями INTERMAGNET и THEMIS.
Анализ спутниковых наблюдательных данных по этимсобытиям приведен в разделе 4.3.2. С помощью модели SCW2L, усовершенствованной путемдобавления к ней симметричного кольцевого тока (DR) с радиусом 4 Re и частично-кольцевоготока (DRP), оценивались параметры SCW в период двух последовательных суббурь 17 марта2013 года (раздел 4.3.3).
Вычисление параметров осуществлялось в два этапа. Сначалаопределялись азимутальные положения продольных токов DRP и SCW c помощью болеебыстрой интерпретационной модели IW, описанной в разделе 1.3. Затем интенсивности токов I1и I2 вычислялись при решении обратной задачи, используя спутниковые и среднеширотныеизмерения магнитного поля. Далее, точки плазменного слоя трассировались в ионосферу посиловым линиям поля, вычисляемого с помощью моделей SCW2L, T89 и IGRF. Полученныерезультаты сравнивались с амплитудами полярной экспансии сияний, регистрируемыхназемными широкоугольными камерами всего неба сети THEMIS (раздел 4.3.4). Былопоказано, что порядок величины смещений проекций, предсказываемых моделью, в обоихсобытиях составляет ~3.5o и 5o CGLat, и он сопоставим с наблюдаемым порядком величинырасширения сияний к полюсу ~2o и 7..8o CGLat соответственно.
Отличие этих величин можетобъясняться движением области пересоединения/разрушения тока хвоста от Земли припереходе взрывной фазы суббури к фазе восстановления. Также в разделе 4.3.4 приведенырезультаты сравнения проекций, оцененных с помощью адаптивной модели AM03 и SCW2Lдля события 17 марта 2010 года. Анализ показал, что адаптивная модель хорошо описываетамплитуды смещения ионосферных проекций плазменного слоя, которые согласуются снаблюдениями (~1.6o и 4.5o CGLat), однако двухпетлевая модель SCW2L имеет рядпреимуществ: (1) она дает более точные оценки амплитудам полярной экспансии сияний, (2)учитывает эффекты расширения проекций к экватору, вызванных петлѐй R2 и (3) описывает17уменьшение размера авроральной выпуклости в периоды затухания взрывной фазы суббури. Вразделе 4.4 приведено обсуждение полученных результатов и заключения по четвертой главе.В заключении приведены основные результаты диссертации.Результаты исследований были опубликованы в рецензируемых научных изданиях,рекомендованных ВАК:1) Sergeev V.A., N.
A. Tsyganenko, M.V. Smirnov, A.V. Nikolaev, H.J. Singer, W. Baumjohann,Magnetic effects of the substorm current wedge in a 'spread-out wire' model and theircomparison with ground, geosynchronous, and tail lobe data, JGR, 116,doi:10.1029/2011JA16471.2) Sergeev, V. A., A. V. Nikolaev, N. A. Tsyganenko, V. Angelopoulos, A. V. Runov, H.
J. Singer,and J. Yang (2014), Testing a two-loop pattern of the substorm current wedge (SCW2L), J.Geophys. Res. Space Physics, 119, 947–963, doi:10.1002/2013JA019629.3) Sergeev, V. A., A. V. Nikolaev, M.V. Kubyshkina, N. A. Tsyganenko, H. Singer, J. Rodriguez, V.Angelopoulos, R. Nakamura, S. Milan, J. Coxon, B. Anderson, H. Korth (2014), Event studycombining magnetospheric and ionospheric perspectives of the substorm current wedgemodelinganddynamics,J.Geophys.Res.SpacePhysics,119,9714–9728,doi:10.1002/2014JA020522.4) Nikolaev, A.
V., Sergeev, V. A., Tsyganenko, N. A., Kubyshkina, M. V., Opgenoorth, H., Singer,H., and Angelopoulos, V.: A quantitative study of magnetospheric magnetic field linedeformation by a two-loop substorm current wedge, Ann. Geophys., 33, 505-517,doi:10.5194/angeo-33-505-2015, 2015.Другие публикации по теме диссертации:1) A.V. Nikolaev, V.A. Sergeev, N.A. Tsyganenko, V.
Angelopoulos, H. Singer, Themagnetospheric magnetic field deformation: effects of double-loop substorm current wedge,Physics of Auroral Phenomena, Proc. XXXVI Annual Seminar, Apatity, pp. 51–54, 2013.18Глава 1.Токовый клин суббуриМногие объекты в нашей Вселенной обладают собственным магнитным полем, котороепри взаимодействии с потоками ионизованной плазмы образует магнитосферу — плазменнуюполость, в пределах которой заключены силовые трубки магнитного поля объекта.Магнитосфера, как сложноорганизованная структура, является закрытой системой, но приопределенных условиях в окружающей еѐ среде энергия и плазма могут попадать внутрьмагнитосферы вдоль «открытых» магнитных силовых линий, связывающих объект имежзвездную/межпланетную среду, а затем аккумулироваться в ней.
Запасѐнная таким образомэнергия взрывообразно высвобождается, вызывая электромагнитные и плазменные возмущениявразныхобластяхмагнитосферы.Однимизобъектов,обладающихсобственноймагнитосферой, является Земля, а окружающая еѐ среда ионизованного газа — Солнечныйветер (СВ). Преобразование накопленной в магнитосфере Земли магнитной энергии в тепловуюэнергию плазмы по временным и пространственным масштабам меняется в широких пределах.Самым распространенным явлением импульсного выделения энергии (порядка 1012 – 1013 Вт)на временных интервалах от нескольких минут до десятков минут является магнитосфернаясуббуря.1.1Признаки и фазы магнитосферной суббуриЭкспериментальное исследование явлений диссипации энергии в земной ионосфере имагнитосфере осуществлялось с помощью измерения возмущений разных параметров,регистрируемых наземными средствами наблюдений.
На ранних стадиях этих исследованийиспользовались приборы (магнитометры), измеряющие земное магнитное поле, с помощьюкоторых изучалась взаимосвязь магнитной активности с процессами, происходящими наСолнце. Магнитные возмущения, измеряемые наземными датчиками, в первых работахАкасофу и Чепмена (1961 г.) объединялись в концепции спонтанных явлений, которые авторыназвал суббурями — бухтообразные магнитные возмущения, которые предположительноявлялись элементом глобальной магнитной бури. Еще до начала спутниковой эры в 1957 г.широко использовались камеры всего неба («all sky cameras»), которые фотографировали всюобласть видимого неба.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
