ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2012, том 52, № 4, с. 494-500
УДК 550.386
ВЛИЯНИЕ СУББУРЬ В НОЧНОМ СЕКТОРЕ ЗЕМЛИ НА ВАРИАЦИИ ПРИЗЕМНОГО АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛЯРНЫХ И ЭКВАТОРИАЛЬНЫХ ШИРОТАХ
© 2012 г. Н. Г. Клейменова1, О. В. Козырева1, М. Кубицки2, А. Оджимек2, Л. М. Малышева1
1ФГБУнауки Институт физики Земли РАН, г. Москва 2 Институт геофизики Польской Академии Наук, г. Варшава e-mail: kleimen@ifz.ru Поступила в редакцию 15.11.2011 г.
Выполнен анализ среднесуточных вариаций атмосферного электрического поля AEz в обс. Хор-зунд, расположенной вблизи границы полярной шапки, и в обс. Какиока, расположенной в приэкваториальных широтах в магнитоспокойных и слабо возмущенных условиях. Установлено, что в обеих обсерваториях среднесуточные вариации AEz в основном контролируются расположением точки наблюдения относительно фокусов конвективных вихрей системы DP0. Показано, что развитие суббури в ночном секторе магнитосферы (резкий всплеск АЕ индекса) приводит к отрицательным вариациям AEz в дневном секторе полярных широт (обс. Хорзунд) и положительным отклонениям AEz в предполуночное время в приэкваториальных широтах (обс. Какиока). Сделан вывод, что вариации AEz в обс. Какиока в значительной мере контролируются экваториальным электрод-жетом, максимальным в дневные часы, а в обс. Хорзунд — авроральным электроджетом, максимальным в ночные и ранние утренние часы местного времени.
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что основным источником глобальной атмосферной электрической цепи и вариаций приземного атмосферного электрического поля является грозовая активность, мировые центры которой находятся в центральной части Африки, Азии и Америки. Глобально интегрированный эффект этих гроз проявляется одновременно на всей Земле в изменении напряженности электрического поля атмосферы. Это — унитарная (UT вариация) [Israel, 1973], которую обычно называют "кривой Карнеги" по имени парусника Carnegie, на котором эта вариация была впервые обнаружена. В условиях так называемой "хорошей погоды" (отсутствие сильного ветра, осадков, тумана и т.д.) унитарная вариация проявляется на всех широтах и долготах, в основном, в виде минимальных значений напряженности приземного электрического поля в ~02—04 UT и максимальных в ~18—20 UT.
Глобальная атмосферная электрическая цепь замыкается через высокоширотную ионосферу, следовательно, на состояние и вариации атмосферного электрического поля большое влияние могут оказывать магнитосферные и ионосферные возмущения. Наиболее четко это проявляется в полярных и авроральных широтах, что подтверждается многочисленными публикациями, (например, [Olsen, 1971; Апсен и др., 1988; Mich-nowski et al., 1991; Belova et al., 2001; Frank-Ka-menetsky et al., 2001; Никифорова и др., 2003;
Клейменова и др., 1998, 2010]). В то же время эффекты геомагнитных возмущений в вариациях были обнаружены во время магнитных бурь и на средних широтах. Так, анализ данных наблюдений Е1 в среднеширотной обс. Свидер показал [Клейменова и др., 2008], что в средних широтах в магнитовозмущенное время могут наблюдаться большие дневные возмущения в Ez, происходящие одновременно с развитием геомагнитных суббурь в ночном секторе авроральных широт.
В дневные часы в магнитоспокойное время в полярных широтах обычно геомагнитных возмущений не отмечается. В то же время предварительный анализ данных наблюдений вертикальной компоненты приземного электрического поля (Ez) в полярной обс. Хорзунд показал, что и в таких условиях в дневные часы возможно появление значительных вариаций в Ez.
Цель настоящей работы — выявление возможного влияния ночных магнитосферных суббурь на дневные вариации в Ez в полярных районах, подобно тому, как это было ранее нами установлено в среднеширотной обс. Свидер [Клейменова и др., 2008]. Кроме того, было бы интересным посмотреть, влияют ли суббури на вариации атмосферного электрического поля и в экваториальных широтах.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Данная работа основана на анализе данных наблюдений вариаций Ez в двух обсерваториях, расположенных на разных широтах и долготах: в полярной обс. Хорзунд на арх. Шпицберген (HOR, Ф'= 74.0°, Л' = 110.5°, геомагнитный полдень в ~09 UT) и в приэкваториальной обс. Какиока (КАК, Ф' = 28.8°, Л' = 210.7°, геомагнитный полдень в ~03 UT). Поскольку обычно интервалы "хорошей погоды" в этих обсерваториях не совпадают, анализа одновременных наблюдений не проводилось. Ниже приведены результаты, полученные раздельно в полярных (обс. Хорзунд) и экваториальных (обс. Какиока) обсерваториях.
2.1. Полярные широты, обс. Хорзунд. В работе использовались данные наблюдений вариаций вертикальной компоненты атмосферного электрического поля (Ez) в полярной обс. Хорзунд, полученные в условиях "хорошей погоды", сохраняющихся в течение всего дня (24 часа). Анализировались данные Ez при спокойных или слабо возмущенных условиях (Кр < 2) в период минимума солнечной активности (2006—2009 гг.). Исходные 1-мин измерения Ez были сглажены 30-мин скользящим окном и нормированы на среднее значение Ez в данный день. Для построения средних суточных вариаций было проведено осреднение данных 20 дней наблюдений, из которых была исключена среднесуточная унитарная, т.е. глобальная вариация (кривая Карнеги EzCAR), нормированная на ее среднее значение [Israel, 1973]. Список анализируемых случаев был взят из работы [Odzimek et al., 2011]. Полученный результат показан на рис. 1.
Положительные отклонения AEz (рис. 1) в утренние часы (01—04 UT, т.е. 04—07 MLT), по-видимому, являются результатом влияния утренних суббурь, развивающихся в данном секторе магнитосферы, и расположением Хорзунда в области положительного вихря полярной ионосферной конвекции. Отрицательные отклонения AEz в ночные часы (18—23 UT, т.е. 21—02 MLT), вероятно, вызваны ночными суббурями и положением обсерватории в области отрицательного вихря ионосферной конвекции, как это было показано ранее в работе [Клейменова и др., 2010].
Четко видно, что кроме этих экстремумов на кривой суточного хода AEz (рис. 1) отмечаются также отрицательные отклонения AEz в интервале ~11—16 UT (14—19 MLT). Сопоставление этих вариаций AEz в Хорзунде с одновременными значениями АЕ индекса авроральной активности показало, что, в подавляющем большинстве рассмотренных случаев, несмотря на относительно магнитоспокойные условия (Кр = 0—1), отрицательные отклонения AEz в 11—16 UT сопровождались возрастанием АЕ до 200—300 нТл, а иногда и более. В полярных широтах ночного сектора маг-
HOR
00 03
04 07
08 11
12 15
16 19
20 22
00 UT 03 MLT
Рис. 1. Среднесуточные вариации AEz = Ez — Ezcar в магнитоспокойных и слабовозмущенных условиях (Кр ~ 0—1) в обс. Хорзунд.
нитосферы (обс. BRW, Ф' = 70°, Л' = 250°) в это время наблюдались суббури, которые часто отсутствовали в авроральных широтах, в обс. Колледж (СМО, Ф' = 65°, Л' = 263°), что типично для слабо возмущенных условий.
Пример такого события приведен на рис. 2а. Амплитуда ночной полярной суббури составляла порядка 200 нТл, суббуря наблюдалась только в полярной обс. BRW и не отмечалась в авроральных широтах (обс. СМО). В обс. Хорзунд в это время был зарегистрирован восточный электрод-жет. На рис. 2а также показана карта глобальной ионосферной конвекции в обсуждаемый интервал времени, полученная по данным радаров 8и-perDARN (http://superdarn.jhuapl.edu/). Видно, что обс. Хорзунд располагается в области отрицательного вихря конвекции.
На рис. 2б показан еще один пример появления дневных отрицательных вариаций АЕ^ в обс. Хорзуд во время развития суббури в ночном секторе Земли. Несмотря на то, что в это время общая планетарная геомагнитная активность была невысокой (Кр ~ 2), в ночном секторе магнитосферы наблюдалась интенсивная суббуря с амплитудой ~1000 нТл в обс. BRW и ~300 нТл в обс. СМО. Видно, что и в этом случае обс. Хор-зунд располагалась в области отрицательного вихря конвекции. Следует заметить, что реакция дневных вариаций AEz на развитие ночной суббури носит явно нелинейный характер. Так, большая (~1000 нТл) суббуря, приведенная на рис. 2б, сопровождалась примерно такими же дневными отклонениями в АЕг, как и значительно более слабая суббуря (рис. 2а).
Таким образом, результаты анализа показали, что наблюдаемые в магнитоспокойное время послеполуденные отрицательные отклонения АЕ^ в обс. Хорзуд, могут быть результатом развития по-
13.06.2009 г.
24.02.2006 г.
ч н я
0.4 0.2
0
-0.2 -0.4 250 200 150 100 50 0
ч н я
0 0 5
W HOR аЛ^
1 1 1 1 1
AEz
AE
н
я
0.4 0.2
0
-0.2 -0.4 1200
800
400
0
HOR
' 1 1 1 1 1
0 04 08
13.06.2009 г.
12
16 20 14.50 UT
BRW
(70°, 250°)
Ч
Н
Я
д CMO §
(65°, 263°) 10
HOR
(74°, 110°)
00 UT
0 04
24.02.2006 г
08 12 Г
16 20 12.50 UT
AEz.
AE
BRW
(70°, 250°)
CMO
(65°, 263°)
LYR
(75°, 113°)
00 UT
Рис. 2. Примеры вариаций АЕг в обс. Хорзунд, АЁ-индекса и геомагнитных возмущений в ночном (обс. BRW и СМО) и дневном (обс. HOR или LYR) секторах Земли, геомагнитные координаты обсерваторий показаны справа, зачерненный ромб — местная магнитная полночь, светлый треугольник — полдень; а —13 июня 2009 г., б — 24 февраля 2006 г.
лярной суббури в антиподной (ночной) стороне магнитосферы. Поскольку вариации приземного электрического поля являются отражением состояния глобальной электрической цепи, можно предположить, что выявленная связь ДЕг с суббурями на ночной стороне является результатом влияния изменений проводимости ночной ионосферы, вызванных высыпанием энергичных электронов во время развития суббури, на общее состояние глобальной электрической цепи. Однако знак вариаций ЛEz в полярных широтах будет определяться направлением ионосферной конвекции над точкой наблюдения ДЕг.
2.2. Экваториальные широты, обс. Какиока.
Подобный анализ был выполнен и для данных
не наблюдений вариаций атмосферного электриче-
го ского поля (Ez) в обс. Какиока (КАК, Ф' = 28.8°,
о- Л = 210.7°, геомагнитный полдень в ~03 UT) за
но 2009 г.. Эти данные были взяты с CD-ROM, со-
у- держащего ежегодный отчет обс. Какиока за
5м 2009 г. Как и в Хорзунде, исходные 1-мин измере-о-
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.