Глобальный отклик полного электронного содержания, его плазмосферной части,

1. Глобальный отклик полного электронного содержания, его плазмосферной части, средне- и высокоширотной F области ионосферы на геомагнитную бурю 26-29 сентября 2011 года Клименко В.В.1, Клименко М.В.1, Захаренкова И.Е.1, Черняк Ю.В.1, Ратовский К.Г.2, Степанов А.Е.3 1ЗО ИЗМИРАН им. Н.В. Пушкова, г. Калининград, Россия, vvk_48@mail.ru 2ИСЗФ СО РАН, г. Иркутск, Россия 3ИКФИА СО РАН, г. Якутск, Россия

2. Краткое описание модели ГСМ ТИП Глобальная Самосогласованная Модель Термосферы, Ионосферы и Протоносферы (ГСМ ТИП) была разработана в лаборатории моделирования ионосферных процессов Западного отделения ИЗМИРАН. Модель подробно описана в Namgaladzeetal., 1988, 1991. В этой модели реализовано численное решение системы квазигидродинамических уравнений непрерывности, движения и теплового баланса для многокомпонентной смеси газов, состоящей из нейтральных (O2, N2, O, H) и заряженных (молекулярные ионы O2+, NO+, атомарные ионы O+, H+ и электроны) частиц. Модель дополнена новым блоком расчета электрических полей ионосферного (динамо поле) и магнитосферного происхожденияKlimenkoetal., 2006, 2007, который позволяет корректно описывать распределение электрического поля вблизи геомагнитного экватора и глобальное распределение зонального тока. Геомагнитное поле аппроксимируется в модели ГСМ ТИП центральным диполем с учетом несовпадения географической и геомагнитной осей.

3. Potential Differencethrough Polar Cap (PDPC) Δ (kV)= 38 + 0.089  AE FeshchenkoE.Yu., and MaltsevYu.P. (2003) Problems in storm time modeling (1) _____ AE index _____ SW & IMF ΔΦ (kV) = 10-4 Vsw2 (km/s) + 11.7  |BIMF| (nT) sin3 (θ/2), θ = arcos (BZIMF/|BIMF|) Boyle, C. B., Reiff P.H., and Hairston M.R. (1997)

4. Problems in storm time modelng(2) Particle PrecipitationEnergy Flux (erg/cm2) & Energy (keV) Zhang and Paxton, 2008Vorobjov and Yagodkina, 2005, 2007

5. Problems in storm time modeling (3) FACs (Papitashvili et al., 2002) Equinox North Hemisphere BZIMF=0, BYIMF=0 BTIMF = 1 nT BZIMF>0, BYIMF<0 BZIMF>0, BYIMF=0 BZIMF>0, BYIMF>0 BZIMF=0, BYIMF>0 BZIMF<0, BYIMF>0 BZIMF<0, BYIMF=0 BZIMF<0, BYIMF<0 BZIMF=0, BYIMF<0

6. Storm time conditions Δ= 38 + 0.089AE, kVat geomagnetic latitudes75° Feshchenko, Maltsev (2003) Field aligned currents of the 2nd region according to Cheng et al. (2008); Snekvik et al. (2007) in quiet conditions and at recovery phase of storm j2= 310-9 + 6 10-12AE, A/m2 at SSC phase of storm with 30 min delay j2= 310-9 + 1.5 10-11AE, A/m2 in active phase of storm j2= 310-9 + 3.6 10-11AE, A/m2 The displacement of field aligned currents of the 2nd region to the lower latitudes as by Sojka et al. (1994) 65° for Δ ≤ 40 kV; 60° for 40 kV < Δ≤ 50 kV; 55° for 50 kV < Δ≤ 88.5 kV; 50° for 88.5 kV < Δ≤ 127 kV; 45° for 127 kV < Δ≤ 165.4 kV; 40° for 165.4 kV < Δ≤ 200 kV; 35° for 200 kV < Δ

7. 1 – Millstone Hill, 2 – Arecibo, 3 – Jicamarca, 4 – Agua Verde 1 2 3 4 Klimenko et al., 2011 Radio Sci.,Adv. Space Res., Геомагн. Аэрон. Quiet conditions Storm-time conditions

8. The calculations of disturbance dynamo electric field effects A Calculation results with dynamo electric field Quiet conditions C  A – B Quite time effect of dynamo electric field B Calculation results without dynamo electric field Quiet conditions G  F – C Effect of disturbance dynamo electric field D Calculation results with dynamo electric field Disturbed conditions F  D – E Storm-time effect of dynamo electric field E Calculation results without dynamo electric field Disturbed conditions Klimenko et al., 2012JASTP

9. Распространение радиоволны с частотой 2.86 MHz от гипотетической низкоширотной передающей станции на поверхности Земли с географическимикоординатами φ = 10°S, λ = 69°W, для которой α = 45° и β = 90° – угол места и азимут излучения передающей антенны, соответственно. Слева спокойные условия 1 мая 2010 г., справа возмущенные условия 3 мая 2010 г.

10. Геомагнитные индексы, параметры солнечного ветра и ММП

11. Геомагнитная буряв период 24 – 30сентября 2011 г. F10.7 = 130 – 190 Разность потенциалов через полярные шапки ΔΦ (кВ) = 38 + 0.089  AE Фещенко, Мальцев (2003) Продольные токи 2-ой зоны (R2 FAC) j2(А/м2) = 3  10-8 + 1.2 10-10  AE 30 minзадержка Cheng et al. (2008) Snekvik et al. (2007) Смещениепродольных токов 2-ой зоны к низким широтам Sojka, J.J., R.W. Schunk, and W.F. Denig (1994) 65° для Δ ≤ 40 кВ; 60° для 40 кВ < Δ≤ 50 кВ; 55° для 50 кВ < Δ≤ 88.5 кВ; 50° для 88.5 кВ < Δ≤ 127 кВ; 45° для 127 кВ < Δ≤ 165.4 кВ;40° для 165.4 кВ < Δ≤ 200 кВ; 35° для 200 кВ < Δ Модель высыпаний авроральных электронов Воробьев, Ягодкина (2005, 2007)

14. 26 сентября 2011 г.

16. Mechanism of negative storm ~ 150 m/sec

21. ВЫВОДЫ • Исследован отклик ионосферы на геомагнитную бурю 26-29 сентября 2011 года с использованием глобальной модели верхней атмосферы Земли (ГСМ ТИП). • Показано, что модель ГСМ ТИПвоспроизводит наблюдающиеся одновременно значительные подъем высоты и уменьшение электронной концентрации максимума F2 слоя на главной фазе геомагнитной бури. • Проведенный анализ глобальных возмущений термосферных и ионосферных параметров подтвердил классический механизм формирования отрицательной фазы ионосферной бури. • Впервые рассмотрено изменение глобального распределения плазмосферного вклада в полное электронное содержание во время геомагнитной бури и дана его оценка. Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта РФФИ № 12-05-31217 и Программы РАН 22.