Техника инверсии магнитограмм

 Общие тенденции между AU и полным током на восток, и между AL и направленным на запад током, подобны. Коэффициенты корреляции колеблются от 0.75 до 0.94. Средние коэффициенты нормализации в вертикальных масштабах в рисунке 4.13: 500nT в AU соответствует 0.75 x 10⁶ в полном токе на восток, тогда как 500 nT в AL соответствуют 0.90 x 10⁶ в полном направленном на запад токе. Это указывает то что, что средняя широтная ширина направленной на запад электроструи несколько больше чем то что электроструи на восток. 

Продольный ток

Распределение продольных токов, которые вычислены от дивергенции ионосферных текущих векторов, кажется, является очень сложным. Рисунок 4.14 показывает, временные изменения в расчетных вытекающих и втекающих токов, включающих много местных структур. Эти диаграммы представляют максимальную фазу первой суббури. Центральная локализация и интенсивность продольных токов изменяются значительно во время десятиминутного интервала. Это также важно, чтобы больше указать изменчивость в широтном и долготном распределении продольных токов во время индивидуальных суббурь по сравнению со статистической моделью, полученной составлением в среднем большого количества спутниковых измерений (например. Iijima и Potemra 1976). В частности Область 1 ток в утреннем секторе, кажется, расколот широтным образом в две части и простирается в длину в предполуночные часы. Область 2 тока, кажется, слаба во время этого интервала.

  Осмотр многих распределений продольного тока для всего периода CDAW-6 указывает на то, что очень часто трудно без предвзятого мнения опознавать должным образом даже Область 1 и Область 2 тока. Вариации суббури распределения токов отклоняются значительно от простого состояния, в котором крупномасштабная модель неизменяема и единственна изменения интенсивности с ростом и распадом деятельности суббури. Очень, чрезвычайно, во время экспансивной фазы, много местных структур вытекающих и втекающих продольных токов появляются и исчезают в темном секторе. Это, возможно, не слишком удивительно в некотором смысле, потому что распределение продольных токов представляет, математически, первую производную ионосферного тока и вторую производную электрического потенциала и, физически, местные повышения авроральных токов электроструи. Однако, должно отмечаться, что производные продольные токи не отражают мелкомасштабные повышения ионосферной электропроводности поскольку использовалась только статистическая модель электропроводности. 
 

4.2.4 Недавние Усовершенствования

Отметим еще раз, в отличие от ракетных и спутниковых измерений, происхождение продольных токов и других ионосферных параметров на основе схемы инверсии магнитограмм не применяет на месте данные, такие как прямое количество электронных потоков или потенциальных снижений, а скорее полагается на косвенные наблюдения, которые имеют размеры, магнитные эффекты, обусловившие электрическими токами, которые несутся заряженными частицами, перемещающимися во втекающих электрических полях. Ясно, что реалистическая модель интегральных ионосферных электропроводностей должна быть применена в схеме, но никакие измерения теперь не в состоянии ощутить мгновенное глобальное распределение проводимости. Современная доступность радара и спутниковых данных некоторых ионосферных параметров в определенных моментах и областях, однако, имеют тенденцию обеспечивать нас уникальной возможностью делать оптимизированную оценку электродинамических особенностей. Чрезвычайно полезно улучшить числовые схемы таким способом, что бы одновременные, более прямые измерения электрических полей, электропроводностей, и продольные токи могли быть включены в алгоритмы инверсии магнитограммы.

Алгоритм был улучшен несколькими способами: во-первых, компонента аврорального повышения ионосферной проводимости была вычислена на основе глобальных изображений авроральной эмиссии, наблюдаемой от 20000-километровой высоты с Проводником Динамики (DE), 1 спутник (Франк и др. 1982, 1986), вместо того, чтобы использовать статистические модели, которые были применены экстенсивно на более ранних изучениях (Kamide и др. 1986). Хотя абсолютная величина расчетной электропроводности нуждается в дальнейших поперечных калибровках с вычислениями, касающимися возбуждения ионосферных элементов, области авроральных расширений проводимости можуг быть довольно точно определены из полярных сияний данных изображений.

Далее, применение одновременных данных дрейфов иона от однотипного спутника, DE 2, при более низких высотах (300 км) позволяют проверить точность нашей оценки, сравнивая расчетные электрические поля с измерениями дрейфа иона, хотя такое сравнение может должным образом делаться только вдоль DE 2 орбит (Kamide и др. 1989). Оптимальное распределение электропроводности было тогда выбрано на повторяющемся базисе, таком, что бы результирующие электрические поля становились совместимыми с DE 2 дрейфом ионов. С этой целью, Rice модель электропроводности была изменена. Рисунок 4.15a показывает распределение электрического потенциала для максимальной интенсивности суббури, вычисленного от данных магнитометра земли, объединенных с оптимальной электропроводностью. Потенциальное распределение для модель Райса (Spiro и др. 1982) без модификаций также показано слева. Полные потенциальные распределения для этих двух случаев представлены знакомой моделью с двумя клетками. Следует отметить, что общая разность потенциалов на полярной шапке увеличивается в два раза с помощью усовершенствованной модели проводимости. В то время как у обеих моделей, вероятно, будет трудность в определении электрического потенциала точно в полярной шапке, где проводимость очень низка, улучшенная модель имеет тенденцию выдавать менее сложные потенциальные модели.

Рисунок 4.15b сравнивает, электрическое поле, оцененное от измеряемого иона, фланирует DE 2 орбиты приблизительно между северным и южным направлением с электрическим полем, вычисленным используя две модели электропроводности (модель Райса и улучшенная модель). Положение спутниковой орбиты относительно полная потенциальная модель, показано на рисунке 4.15a. 
 

                                                                                                                                                                                                                                  Очевидно, что места переломов в знаке электрического поля, что свидетельствует о границах полярной шапки, не сильно изменится: что соответствует спутниковым наблюдениям. Однако, применение статистической модели Райса дает малое электрическое поле в авроральных широтах, особенно в секторе рассвета. С другой стороны, улучшенное распределение электропроводности воспроизводит величину DE 2 электрических полей (максимум 80-100mV/m вдоль орбита) достаточно хорошо в авроральных широтах и в полярной шапке. Отметим, что, хотя часть полярной шапки расчетного электрического поля не изображена из-за больших колебаний, обусловивших низкими величинами электропроводности, составлением в среднем расчетного электрического поля для слабой электропроводности согласовывается с DE 2 величины.

 Среди других многочисленных ионосферных параметров, полученных со схемой инверсии магнитограммы, рисунок 4.15c показывает распределение расчетных удельных весов продольного тока для двух моделей электропроводности. Над полной текущей моделью доминируют Области 1 и 2 тока, которые имеют отношение к авроральным электроструям (не показанный здесь). Отметим, что максимальный ток увеличен на 50-70 %, когда улучшенной моделью для электропроводность заменяют для модель Райса. Важно отметить то, что, несмотря, на существенные изменения в принятых моделях электропроводности, нет никакого существенного различия между двумя диаграммами с точки зрения глобальной модели продольного тока. Это подтверждает предыдущее заключение (Kamide и др.. 1981), что распределения ионосферного и продольного тока не очень чувствительны к выбору модели проводимости тех пор, пока проводящий пояс достаточно хорошо размещается в широте с повышенной активностью полярных сияний. Это подразумевает то, что мы имеем дело только с электрическими токами, мы не должны обращать слишком много внимания на определение точного распределения электропроводности.

  Во второй усовершенствованной форме можно применить много различных типов одновременных измерений (Ричмонд и Kamide 1988), такие как электрические поля и ионосферные электропроводности от радара и полярного орбитального спутника, продольный ток от спутников и ионосферный ток от радара, так же как наземных магнитных волнений (см. Ричмонд и Kamide 1988 для математические детали процедуры). Эта обновленная техника также использует располагаемую статистическую информацию об электростатическом потенциале таким способом, что в областях, где любые данные недостаточны, выведенная модель склоняется к статистической модели. Одно из преимуществ нового алгоритма в том что, она может определить количество ошибок, свойственных электрическому полю, нанесенному на карту, таким образом, требуя более специфичный количественный вход. Рисунок 4.16 обрисовывает в общих чертах усовершенствование (Ричмонд и Kamide 198-8). Практическая цель подхода состоит в том, чтобы определить внутренне совместимые модели электростатического потенциала, ионосферного тока, продольного тока, и магнитных волнений на земле и на спутниковых высотах. Другими словами, даже если измерения точки спутником требуют, чтобы мы изменили не только местные, но также и глобальные структуры ионосферных параметров, мы должны проверить модификации количественно с точки зрения их выполнимости. К этой цели каждое из количеств, показанных в рисунке 4.16, расширено в серии функций "базиса", и статистический метод оптимизации впоследствии сопровождается, чтобы вычислить математические ожидания.

  Рисунок 4.17 показывает, результаты применения к случаю, который был ранее проанализирован простым алгоритм KRM. Этот пример представляет приблизительно максимальную эпоху интенсивной суббури с направленным на запад внедрением электроструи

глубоко в вечерние часы. Заметим, что хотя эти два метода дают вообще подобные результаты, есть некоторые заметные различия, специально для электрических потенциалов в областях низкой проводимости. Метод после усовершенствования, кажется, выдает менее сложные электрические поля в таких областях.

  В третьей форме усовершенствования мгновенное распределение электропроводности, выведенное из данных рентгена тормозного излучения изображения от космического корабля DMSP-F6, было объединено с техникой инверсии магнитограмм (Ан и др. 1989). Спутниковые рентгеновские изображения имеют большое преимущество в том, что сканирование изображения детектора можно производить на сравнительно большой части пояса полярных сияний по обоим солнечным и не солнечным условиям. В модернизации числового алгоритма используется ионосферная проводимость, вычисленная от высыпающегося электронного спектра на основе данных рентгена изображения следующий так называемый метод максимальной энтропии (Gorney и др. 1985). Рисунок 4.18a состоит из шести полярных графиков, изображенных вскоре после максимальной фазы суббури: два из них представляют вход технике инверсии магнитограмм, и другие четыре произведены. Мгновенная Холловская проводимость выведена из данных рентгена изображения, показывая то что, помимо полного повышения вдоль аврорального пояса, в полуночном секторе есть подобное скачку повышение.

Рисунок 4.18b показывает пример накладывающихся графиков Холловской проводимости с электростатическим потенциалом (верхний график) и с ионосферными текущими векторами.

Очевидно, что к направленной на экватор части на запад электроструи в утреннем секторе вморожена в увеличенной зоне проводимости, в то время как по направлению к полюсу делят на части, кажется, расположен в сильной области электрического поля. Тем не менее, несколько иная ситуация наблюдается в полуночном секторе, где расширенной области проводимости без существенных сопровождающих ионосферных токов, к экватору на запад заряженных частиц в постполуночном секторе, позволяет предположить, что за повышением проводимости даже в ночных авроральных широтах не обязательно следует увеличение ионосферных токов. С другой стороны, за исключением подобного участка повышения в секторе полуночи, больше всего электроструи на восток, расположен в области увеличенной проводимости солнечного УФ источника. Это указывает на то, что электроструя на восток, кажется, вообще во власти электрического поля.

 Распределение продольного тока на рис. 4.18a также показывает четкую Область 1 и 2 токовых систем и в полуденном и в  полуночном полушарие, за исключением того, что втекающий Области 2 ток заключен в пределах полуденного сектора. Только вытекающая Область 2 тока в утреннем секторе достаточно хорошо подобраны с увеличенной зоной проводимости, указывая то, что  электронному спектру достаточно трудно создать значительное повышение проводимости в области.

 Изосчетная скорости джоулева тепла в рисунке 4.18a показывает то что, основные производственные области высокой температуры примерно очерчивают авроральные электроструи. Однако, более пристальное рассмотрение показывает, что основная согревающая область в утреннем секторе, расположена вдоль по направлению к полюсу, часть направленной на запад электроструи, таким образом говорится, что электрическое поле более важно, чем проводимость в по направлению к полюсу, часть направленной на запад электроструи и противоположной тенденции преобладает в ее части экваторной половины. С другой стороны, хотя доказательства являются менее убедительными, тенденция, кажется, полностью изменена в области электроструи на восток. Как и ожидалось, местный полуночный сектор, где повышение проводимости, кажется, просто важнее, чем электрическое поле, не показывает значительной Джоулевой диссипации.