Техника инверсии магнитограмм

4.2.2 Преимущества и Ограничения

Много недавних изучений доказали то что, что техника инверсии магнитограмм - мощный инструмент для количественной оценкаи трехмерных токовых систем, ответственных за магнитные беспорядки, происходящие на высоких широтах и связанные с авроральными сияниями (Akasofu и Kamide 1985). Эти схемы "дистанционного зондирования" были также показаны, чтобы быть весьма полезными в обсуждении связи ионосферы и магнитосферы в обеспечении основной информации, такой как электростатический потенциал на границе полярной шапки, числовое моделирование процессов плазмы магнитосферы (Wolf и Kamide 1983) и термосферы, модели ветра через Джоулевая теплоотдача от ионосферного тока (Рис 1983). В отличие от спутниковые измерения, определение электродинамических параметров в высокоширотной ионосфере, применяют схему инверсии магнитограммы, не основано на месте данные, а прежде всего на косвенных магнитных измерениях на земной поверхности. Однако, со схемой инверсии магнитограммы это возможно, чтобы оценить ионосферные количества в глобальном масштабе (вместо единственного вдоль спутниковые орбиты) с временным разрешением приблизительно 5 минут или даже меньше за длительные периоды времени.

 Развитие этого особого метода в поле, который приносит значительную пользу, продвигается в других областях, таких как наблюдения электрического поля спутниками, выпуски бария от звучащих ракет, и измерений, полученных с воздушных шаров и некогерентного радара рассеяния. Было бы полезно изменить числовой алгоритм таким способом, что бы одновременные, "более прямые" измерения электрических полей, электропроводностей, и продольных токов спутником и радаром могли быть включены в схему. Некоторые из недавних моделей продвигаются в этом направлении Раздел 4.2.4.

Хотя в не ограничивающий себя методе, должно отмечаться то что, модель ионосферных электропроводностей должна быть дана в магнитограмме – инверсии порядка, хотя нет в настоящее время никакого простого способа, в которых изменениях времени в электропроводностях по всей полярной области, может быть точно проверен. Несколько эмпирических моделей ионосферных проводимостей были предложены, например, Уоллисом и Будзинским (1981), Spiro и др. (1982), Робинсон и др. (1987) и Fuller-Rowell и Эванс (1987). Эти средние модели выведены из радарных измерений плотности электронов и спутниковых измерений высыпающихся электронов. В связи с довольно высокой степенью, в которой оценка электрического поля зависит от выбора распределения электропроводности, критические сравнения должны делаться между результатами из техники инверсии магнитограмм и полученных посредством более прямых методов.

4.2.3 Глобальное Распределение Ионосферных Параметров

Алгоритм KRM (Kamide и др. 1981) был применен ко многим различным множествам наземных данных магнитометра для спокойных и возмущенных периодов (например. Kamide и др. 1982b). В этом разделе мы демонстрируем один пример (Kamide и Baumjohann 1985), где мгновенный, неприглаженные магнитные данные от некоторой сотни непостоянно раздельных станций применены как входной, управлять возможным получением "снимка" токовой системы так же как потенциальных моделей по всей полярной области.

 У авроральной проводимости есть и солнечные УФ и высыпающиеся вклады материальной точки. Для аврорального повышения, эмпирическая модель на основе работа Spiro и др. (1982) с обновленными усовершенствованиями была применена. В этой модели распределение аврорально вызванных величин проводимости зависит от величины АЕ показателя. Период времени, изученный во время CDAW-6 (Скоординированный Семинар по Анализу данных, Серия 6), состоит из двух интервалов деятельности суббури, который были отобраны научным сообществом на основе доступности исчерпывающих наборов данных (Макпэррон и Манка 1985). Рисунок 4.9 показывает авроральные индексы электроструи, АU и AL, для одного из этих двух интервалов. Соответствующая, компонента B_z межпланетного магнитного поля (ММП) также показана. Во время этого интервала происходили две больших, относительно изолированные суббури. Это очевидно на рисунке 4.9 - первой суббуре предшествует длинный интервал спокойных с точки зрения авроральной деятельности электроструи. Вторая суббуря начиналась сразу после восстановления первой суббури к спокойному уровню.

 Связанный с межпланетным магнитным полем направленный на юг поворот, AU и AL начали выращивать при 1020-1022UT, и достигли пика при 1050UT. Максимальная величина AU при это время была немного больше чем AL. Этот интервал сопровождался внезапным уменьшением в AU и увеличением в интенсивности AL при, 1055 UT, которых, могут опознаваться как начало расширения первой суббури. Пик направленной на запад интенсивности электроструи был зарегистрирован приблизительно в 1130 UT, и кончился приблизительно 1250-1300 UT, которая знаменует собой почти полное восстановление геомагнитной активности.

  Вторая суббуря следовала снова за южным поворотом IMF при 1310 UT, который, казалось, увеличивал деятельность электроструи, запускающую при 1320-1325 UT. Основное расширение второй суббури наблюдалось при 1436 UT, индекс AL указывает то что, что острый пик при 1450 UT сопровождается приблизительно 45 минутами относительно устойчивой и интенсивной деятельности электроструи. Восстановление этой второй суббури начиналось между 1600 и 1700UT.

  Как отмечено недавно Kamide и Akasofu (1983), много важных особенностей детальных структур развитие суббурей не могут быть полностью объяснены одними только АЕ индексами. Трудно определить количество степени авроральной деятельности электроструи, не имея, по крайней мере, несколько параметров, таких как максимальная плотность тока, широтная ширина и долготная степень авроральных электроструй. Согласно этим ограничениям в следующем мы пытаемся представить особенности глобальных моделей электрических полей и токов во время основных суббурь CDAW-6. 

Эквивалентные Токи

Иллюстрировать сложные (в местном масштабе), но систематические (в глобальном масштабе) структуры развития суббурь, рисунок 4.10 представляет собой серию эквивалентных токовых систем от 1030 до 1220UT. Следующие три отчетливо выраженные крупномасштабные модели, характеризующие различные состояния магнитосферы и ионосферы, отмечаются: 

1. После поворота на юг поворот межпланетного магнитного поля, очень ясной токовой системы с двумя клетками, определяемой обычно как DP 2 системы (например. Nishida 1968a, b), начинает развиваться на высоких широтах. Токовая система состоит из направленного по часовой стрелке эквивалентного тока в утреннем секторе и против часовой стрелки тока в вечернем секторе, представляя предположительно плазменную конвекционную систему с двумя клетками в магнитосфере.
2. При 1055UT, начало утренней части текущего по часовой стрелке вихря было внезапно усилено и искажено, сигнализируя о внезапном развитии интенсивной суббури, направленной на запад электроструи. С повышением интенсивности электроструи на запад, в продольном направлении увеличилась в восточном и западном направлениях. В результате процессов токовая система с одной клеткой преобладала при максимальной стадии этой интенсивной суббури. Можно назвать эту систему DP 1 токовая система. Особенности DP 1 и DP2 системы прежде и после начала суббуревого "взрыва" проверены подробно Clauer и Kamide (1985).

  3. Во время фазы восстановления суббури, начинающейся приблизительно в 1140 UT, малая величина против часовой стрелки клетка появилась в предполуночном секторе и увеличила свою интенсивность. В целом, это появляется в токовых системах DP1 и DP2 сосуществовали. Относительное отношение двух текущих сил изменяется решительно со временем; сравните эти три модели при 1200, 1210, и 1220UT года для прогрессивных изменений в относительной важности двух основных моделей. В частности интенсивность DP 1 и DP 2 тока почти равны при 1210 UT, но глобальная текущая модель при 1220UT, очень подобна той, что перед началом расширения, описанного в модели (1). Единственные заметные различия от DP 2 находятся в том, что в 1220UT модель, ночная часть все еще кажется значительно искаженной, возможно, указывая на остаток суббури направленной на запад электроструи.

 Примеры, показанные в этом разделе, демонстрируют ясно существование двух основных мод эквивалентных токовых систем. Соответствующие крупномасштабные модели в электрическом потенциальном и ионосферном и продольных токах являются также заметными, подразумевая то что, что различные физические процессы работают во время DP 1 и DP 2 периода. Важно указать, что эти два типа токовых систем могут сосуществовать во время большинства интервалов суббури, и их относительная сила, время от времени, изменяется (например. Baumjohann 1983). Это может быть то, почему индивидуальные токовые системы кажутся очень сложными. 

Потенциальная Модель

Рисунок 4.11 показывает расчетные потенциальные распределения для 1040 и 1140UT, который представляют время, предшествующее основному началу расширения и время максимальной стадии первой суббури, соответственно. В эквивалентных текущих характерных признаках эти две эпохи опознавались как типичная DP 2 и DP 1 текущий интервал (см. рисунок 4.10). Экспертиза электрической потенциальной модели для DP 2 интервала чрезвычайно важны, потому что DP 2 системы

      — 

Рисунок 4.10. Прогрессивное изменение в эквивалентной ионосферной токовой системе (очерчивают интервал: 80000 A) для первая основная суббуря 22 марта 1979. (После Kamide и Baumjohann 1985)

как полагают, в результате электрического поля, связанного с крупномасштабными магнитосферы конвекции. Однако, поскольку во время типичного DP 2 периода, деятельность суббури или ионосферные повышения электропроводности в полуночном секторе должны отсутствовать, эквивалентная токовая система подобна потенциальной модели. Хотя в эквивалентной токовой системе при 1040 UT линия установления границ между утренними и вечерними вихрями приезжает 1000-2200 меридианов MLT, линия, отделяющая два потенциальных вихря, кажется, совмещает почти к полудню-полуночи меридиан.

 Потенциальное распределение во время максимальной фазы суббури при 1140UT особенностей модель с двумя клетками при высокие широты, но высокопотенциальное производство вихря направленное на юг электрическое поле в утреннем секторе намного больше, чем его коллега в секторе дня. Отметим, что поскольку в числовой схеме все линии поля, как предполагается, являются вертикальными к горизонтальной ионосфере, потенциальные ценности при подавроральных широтах становятся нереалистично большими. 
 

Ионосферные Токи

Одно из преимуществ техники инверсии магнитограмм заключается в том, что возможно вычислить распределение ионосферных токов, не эквивалентных токов, через предположение об ионосферной проводимости. Это было найденным при использовании многих примеров, и статистические и отдельные случаи (например. Kamide и Ричмонд 1982), то что ионосферное распределение токов, полученное через схемы инверсии не чувствительно к выбору модели электропроводности, если авроральные повышения не неуместны в модели.

  Рисунок 4.12 показывает распределение расчетных ионосферных текущих векторов. Сравнивая эквивалентные и "истинные" ионосферные токи, можно отметить то что, что грубые модели этих двух токов очень подобны для все эпохи, указывая на то, что на землю магнитные волнения авроральных широт созданы главным образом ионосферными токами. Значительная разница может быть найденным в текущем направлении в дневной полярной шапке. Эта разность указывает на важность эффектов продольного тока сектора местного времени. Это очень интересно, чтобы сравнить, вышеупомянутые мгновенные распределения ионосферной токовой системы со средней моделью был определен более раннее использование тот же самый алгоритм, но различные, усредненные данные, а именно, набор данных, полученный из Аляски цепь меридиана (например, Акасофу и др. 1980,1981). Грубые особенности похожи между средними и мгновенными распределениями. Значительная разница появляется в вечернем секторе, когда направленный на запад усиленный скачок путешествия и направленная на запад электроструя, проникавшая в вечерний сектор, особенность, указывающая то, что на область неоднородности Harang, являются в зависимости от очень поведением динамического во время индивидуальных суббурь. 
 
 

 В существующей схеме ионосферная плотность тока вычислена для каждого 1º широты и 1 h MLT. Благодаря интеграции с востока на запад плотности тока, общее востоку и к западу ионосферных токов выводятся на каждом секторе. Рисунок 4.13 показывает максимальные направленные на запад и на восток токи всюду по интервалу CDAW-6. Изображенный наряду с полные токи электроструи, АU и AL индексы, которые, переданы от рисунка 4.10. Из их определения,

AU и AL индексы должны выразить максимальную плотность тока и направленных на запад и на восток электроструй, соответственно.