SYNCHRONIZATION OF GEOMAGNETIC AND IONOSPHERIC DISTURBANCES OVER KAZAN STATION
Abstract and keywords
Abstract (English):
We have analyzed the phenomena which accompany synchronization of night-time ionospheric and geomagnetic disturbances in an ULF range with periods 35–50 min near the mid-latitude station Kazan during a global magnetically quiet period. The comparison between dynamic spectra and wavelet patterns of these disturbances has revealed that spectral features of simultaneous disturbances of the F2-layer critical frequency and H, D, Z geomagnetic field components are similar. By studying spectral features of the F2-layer critical frequency over Kazan and disturbances of the H and D geomagnetic field components at magnetic stations which differ from Kazan in longitude and latitude, we have established that the disturbances considered belong to the class of fast magnetosonic waves. The analysis of solar wind parameters, interplanetary magnetic field (IMF), and values of the auroral index AL in the period under study has shown that this event is associated with IMF Bz component disturbances and occurs during substorm development.

Keywords:
ionospheric disturbances, geomagnetic field disturbances, interplanetary magnetic field, substorm, magnetohydrodynamic disturbances
Text
Publication text (PDF): Read Download

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важных задач исследования ионосферной и геомагнитной возмущенности является установление естественных и искусственных источников волн магнитогидродинамической (МГД) природы. К настоящему времени известно, что магнитосфера Земли является природным резонатором для альвеновских, быстрых (БМЗ) и медленных магнитозвуковых (ММЗ) волн [Гульельми, Троицкая, 1973]. Распространение альвеновских и ММЗ-волн привязано к геомагнитному полю и при их отражении от проводящей ионосферы в магнитосфере возникают стоячие МГД-волны. Источниками этих волн в магнитосфере Земли может быть быстрый магнитный звук. В свою очередь, БМЗ-волны могут проникать в магнитосферу из солнечного ветра (СВ) или генерироваться неустойчивостью Кельвина—Гельмгольца на магнитопаузе при обтекании потоком СВ [Мишин, Томозов, 2014]. Скорость распространения МГД-возмущений в магнитосфере может изменяться в пределах от сотен до тысяч километров в секунду. С подобными колебаниями в настоящее время связывают геомагнитные пульсации — ультранизкочастотные (УНЧ) периодические магнитосферные возмущения, частотный диапазон которых составляет от 1 мГц до 5 Гц.

Появление МЗ-волн в магнитосферно-ионосферной среде часто связывают с развитием геомагнитной бури. Например, в работе [Vorontsova et al., 2016] на фазе восстановления сильной магнитной бури были обнаружены геомагнитные пульсации диапазона Pc5, во время которых по GPS-данным было отмечено увеличение полного электронного содержания (ПЭС) на высоте слоя F2. Авторы высказали предположение, что за одновременные плазменные и геомагнитные возмущения может быть ответственна МЗ-волна. Однако возбуждение МГД-волн в магнитосфере и проводящих слоях ионосферы необязательно может быть связано с развитием глобальных геомагнитных возмущений. Например, авторами работ [Бархатова и др., 2009; Barkhatova et al., 2015] были обнаружены волны МЗ-типа, генерируемые восточным электроджетом и землетрясениями большой магнитуды. При этом наряду с возмущениями геомагнитного поля в УНЧ-диапазоне отмечались синхронные возмущения в проводящем слое F2 ионосферы.

Основной целью настоящего исследования является анализ явлений, сопровождающих событие синхронной ночной ионосферной и магнитной возмущенности, отмеченное в глобально-магнитоспо-койное время по минутным данным среднеширотной станции Казань. Рассматриваемое явление имело кратковременный характер и наблюдалось в течение 50 мин в частотном диапазоне от 0.5 до 1 мГц (периоды 15–30 мин), т. е. в области УНЧ-колебаний. Отмеченная синхронизация дает основания полагать, что обнаруженные возмущения имеют МЗ-природу. Для определения характерных параметров этих ионосферных и магнитных возмущений были использованы методы динамического и спектрального вейвлет-анализа, достаточные для установления диапазона частот и моментов их синхронизации. В моменты возникновения рассматриваемой МЗ-возму-щенности в районе ст. Казань изучены вариации геомагнитного поля на станциях, удаленных от нее по долготе и широте. С целью поиска причин рассматриваемой возмущенности во время ее регистрации выполнен анализ внемагнитосферных процессов, включающих изменения динамики компонент ММП, скорости и концентрации протонов в СВ. Определена связь обнаруженной ионосферной и магнитной возмущенности с суббуревой активностью, определяемой по значениям AL-индекса.

References

1. Barkhatov N.A., Vorobyev V.G., Revunov S.E., Yagodkina O.I. Effect of solar wind dynamics on substorm activity formation. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and aeronomy]. 2017, vol. 57, no. 3, pp. 251-256. (In Russian).

2. Barkhatova O.M., Barkhatov N.A., Grigoryev G.I. Detection of magneto-gravity waves in the ionosphere from the analysis of maximum observed frequencies at oblique sounding paths. Izvestiya vuzov. Radiofizika [Transactions of Higher School: Radiophysics]. 2009, vol. 52, no. 10, pp. 761-778. (In Russian).

3. Barkhatova O.M., Barkhatov N.A., Kosolapova N.V. Distribution of magnetogravity waves during strong earthquakes (M>6.5) preparation periods. Geomagnetism and Aeronomy. 2015, vol. 55, no. 3, pp. 369-377.

4. Belakhovsky V.B., Pilipenko V.A., Samsobov S.N. Irregular Pi3 pulsations and their correlation with charged particle fluxes in the magnetosphere and ionosphere. Proc. XXXVIII Annual Seminar “Physics of Auroral Phenomena”. Apatity. 2015, pp. 71-74. (In Russian).

5. Guglielmi A.V., Troitskaya V.A. Geomagnetic pulsations and diagnostics of the magnetosphere. Moscow, Nauka Publ., 1973, p. 208. (In Russian).

6. Henderson M.G., Reeves G.D., Belian R.D., Murphree J.S. Observations of magnetospheric substorms occurring with no apparent solar wind/IMF trigger. J. Geophys. Res. 1996, vol. 101, no. A5, pp. 10773-10792.

7. Lyons L.R. Substorms: Fundamental observational features, distinction from other disturbances, and external triggering. J. Geophys. Res. 1996, vol. 101, no. A6, pp. 13011-13026. DOI: 10.1029/ 95JA01987.

8. McPherron, R. L., Russell C. T., Aubry M.P. Satellite studies of magnetospheric substorms on August 15, 1968: 9. Phenomenological model for substorms. J. Geophys. Res. 1973, vol. 78, no. 16, pp. 3131-3149.

9. Mishin V.V., Tomozov V.M. Manifestations of Kelvin-Helmholtz instability. Solar-Terrestrial Physics. 2014, iss. 25, pp. 10-20.

10. Morley S.K., Freeman M.P. On the association between northward turnings of the interplanetary magnetic field and substorm onsets. Geophys. Res. Lett. 2007, vol. 34, L08104. DOI:https://doi.org/10.1029/2006GL028891.

11. Vorobyev V.G., Yagodkina O.I., Zverev V.L. Research into isolated substorms: generation conditions and and characteristics of different phases Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and aeronomy]. 2016, vol. 56, no. 6, pp. 721-732. DOI:https://doi.org/10.7868/S001679401606016X. (In Russian).

12. Vorontsova E., Pilipenko V., Fedorov E., et al. Modulation of total electron content by global Pc5 waves at low latitudes. Adv. Space Res. 2016, no. 57, pp. 309-319.

Login or Create
* Forgot password?