Geomagnetic Control on the Equatorial Plasma Bubble Formation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Attempts have been made repeatedly to investigate the effect of magnetic activity on the equatorial plasma bubble (EPB) generation. At the moment, it is generally accepted that magnetic activity tends to suppress the EPB generation and evolution in the pre-midnight sector. As for the post-midnight sector, it is believed that the EPB occurrence probability will increase after midnight as magnetic activity increases. Moreover, the growth rates of the EPB occurrence probability will strongly depend on solar activity: at the solar activity minimum, they will be the most significant. A sufficient amount of the observations is required to confirm these ideas. For this purpose, the EPB observations obtained on board the ISS-b satellite (~972−1220 km, 1978−1979) in the pre- and post-midnight sectors are best suited. The data were considered in two latitudinal regions: equatorial/low-latitudinal (± 20°) and mid-latitudinal ± (20°−52°) regions. LT- and Kp-variations of the EPB occurrence probability were calculated for both groups. (1) It was revealed that the occurrence probability maximum of the EPBs recorded at the equator and in low latitudes is in the pre-midnight sector. The EPB occurrence probability decreases with increasing Kp index with a delay of 3 and 9 hours before the EPB detection. (2) However, the occurrence probability maximum of the EPBs recorded at the mid-latitudes is in the post-midnight sector. Their occurrence probability increases slightly as Kp index increases, when Kp is a 9-hours delayed one. Thus, the idea of the ionospheric disturbance dynamo (IDD) influence on the post-midnight EPB generation has been confirmed. IDD mechanism sets in after some hours of enhanced geomagnetic activity and favors the generation. However, its influence is weakened during the years of increased solar activity.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. N. Sidorova

Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lsid@izmiran.ru
Russian Federation, Troitsk

References

  1. Сидорова Л.Н., Филиппов С.В. Долготная статистика плазменных “пузырей”, видимых на высотах верхней ионосферы в концентрации Не+ // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 53. № 1. С. 64−77. 2013. https://doi.org/10.7868/S0016794012060107
  2. Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные “пузыри”: зависимость от местного времени // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 5. С. 557–565. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020050144
  3. Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные “пузыри”: Изменчивость широтного распределения с высотой // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 4. C. 445–456. 2021. https://doi.org/10.31857/S0016794021040167
  4. Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные пузыри: влияние термосферных меридиональных ветров // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 3. С. 374–382. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022030166
  5. Сидорова Л.Н. Вероятность наблюдения экваториальных плазменных пузырей в зависимости от месяца года // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 2. С. 238–246. 2023а. https://doi.org/10.31857/S0016794022600533
  6. Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные пузыри: влияние зонального термосферного ветра // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 6. С. 798–805. 2023б. https://doi.org/10.31857/S0016794023600369
  7. Basu S., Basu Su., Rich F.J., Groves K.M., MacKenzie E., Coker C., Sahai Y., Fagundes P.R., Becker-Guedes F. Response of the equatorial ionosphere at dusk to penetration electric fields during intense magnetic storms // J. Geophys. Res. – Space. V. 112. № 8. ID A08308. 2007. https://doi.org/10.1029/2006JA012192
  8. Blanc M., Richmond A.D. The ionospheric disturbance dynamo // J. Geophys. Res. – Space. V. 85. № 4. P. 1669–1686. 1980. https://doi.org/10.1029/JA085iA04p01669
  9. Bowman G.G. A relationship between polar magnetic substorms, ionospheric height rises and the occurrence of spread F // J. Atmos. Terr. Phys. V. 40. № 6. P. 713–722. 1978. https://doi.org/10.1016/0021-9169(78)90129-0
  10. Burke W.J. Plasma bubbles near the dawn terminator in the topside ionosphere // Planet. Space Sci. V. 27. № 9. P. 1187−1193. 1979. https://doi.org/10.1016/0032-0633(79)90138-7
  11. Fejer B.G. Low latitude electrodynamic plasma drifts: A review // J. Atmos. Terr. Phys. V. 53. № 8. P. 677–693. 1991. https://doi.org/10.1016/0021-9169(91)90121-M
  12. Fejer B.G., Scherliess L. Time dependent response of equatorial electric fields to magnetospheric disturbances // Geophys. Res. Lett. V. 22. № 7. P. 851–854. 1995. https://doi.org/10.1029/95GL00390
  13. Fejer B.G., Scherliess L. Empirical models of storm time equatorial zonal electric fields // J. Geophys. Res. – Space. V. 102. № 11. P. 24047–24056. 1997. https://doi.org/10.1029/97JA02164
  14. Fejer B.G., Scherliess L., de Paula E.R. Effects of the vertical plasma drift velocity on the generation and evolution of equatorial spread F // J. Geophys. Res. – Space. V. 104. № 9. P. 19859–19869. 1999. https://doi.org/10.1029/1999JA900271
  15. Heelis R.A., Hanson W.B., Bailey G.J. Distributions of He+ at middle and equatorial latitudes during solar maximum // J. Geophys. Res. – Space. V. 95. № 7. P. 10313−10320. 1990. https://doi.org/10.1029/JA095iA07p10313
  16. Kelley M.C., Fejer B., Gonzales C. An explanation for anomalous equatorial ionospheric electric fields associated with a northward turning of the interplanetary magnetic field // Geophys. Res. Lett. V. 6. № 4. P. 301–304. 1979. https://doi.org/10.1029/GL006i004p00301
  17. Li G., Ning B., Liu L., Wan W., Liu J.Y. Effect of magnetic activity on plasma bubbles over equatorial and low-latitude regions in East Asia // Ann. Geophys. V. 27. № 1. P. 303–312. 2009. https://doi.org/10.5194/angeo-27-303-2009
  18. Martinis C.R., Mendillo M.J., Aarons J. Toward a synthesis of equatorial spread F onset and suppression during geomagnetic storms // J. Geophys. Res. – Space. V. 110. № 7. ID A07306. 2005. https://doi.org/10.1029/2003JA0101362
  19. Palmroth M., Laakso H., Fejer B.G., Pfaff R.F. Jr. DE 2 observations of morningside and eveningside plasma density depletions in the equatorial ionosphere // J. Geophys. Res. – Space. V. 105. № 8. P. 18429–18442. 2000. https://doi.org/10.1029/1999JA005090
  20. RRL. Summary plots of ionospheric parameters obtained from Ionosphere Sounding Satellite-b. Tokyo: Radio Research Laboratories. Ministry of Posts and Telecommunications. V. 1−3. 1983.
  21. RRL. Summary plots of ionospheric parameters obtained from Ionosphere Sounding Satellite-b. Tokyo: Radio Research Laboratories. Ministry of Posts and Telecommunications. Special Report. V. 4. 1985.
  22. Scherliess L., Fejer B.G. Storm time dependence of equatorial disturbance dynamo zonal electric fields // J. Geophys. Res. – Space. V. 102. № 11. P. 24037–24046. 1997. https://doi.org/10.1029/97JA02165
  23. Senior C., Blanc M. On the control of magnetospheric convection by the spatial distribution of ionospheric conductivities // J. Geophys. Res. – Space. V. 89. № 1. P. 261−284. 1984. https://doi.org/10.1029/JA089iA01p00261
  24. Sidorova L.N., Filippov S.V. Topside ionosphere He+ density depletions: seasonal/longitudinal occurrence probability // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 86. P. 83–91. 2012. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2012.06.013.
  25. Singh S., Bamgboye D.K., McClure J.P., Johnson F.S. Morphology of equatorial plasma bubbles // J. Geophys. Res. – Space. V. 102. № 9. P. 20019−20029. 1997. https://doi.org/10.1029/97JA01724
  26. Sobral J.H.A., Abdu M.A., Takahashi H., Taylor M.J., de Paula E.R., Zamlutti C.J., de Aquino M.G., Borba G.L. Ionospheric plasma bubble climatology over Brazil based on 22 years (1977–1998) of 630 nm airglow observations // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 64. № 12−14. P. 1517−1524. 2002. https://doi.org/10.1016/S1364-6826(02)00089-5
  27. Stolle С., Lühr H., Rother M., Balasis G. Magnetic signatures of equatorial spread F as observed by the CHAMP satellite // J. Geophys. Res. – Space. V. 111. № 2. ID A02304. https://doi.org/10.1029/2005JA011184. 2006.
  28. Taylor H.A. Evidence of solar geomagnetic seasonal control of the topside ionosphere // Planet. Space Sci. V. 19. № 1. P. 77–93. 1971. https://doi.org/10.1016/0032-0633(71)90068-7
  29. Watanabe S., Oya H. Occurrence characteristics of low latitude ionospheric irregularities observed by impedance probe on board the Hinotori satellite // J. Geomagn. Geoelectr. V. 38. № 2. P. 125−131. 1986. https://doi.org/10.5636/jgg.38.125
  30. Wilford C.R., Moffett R.J., Rees J.M., Bailey G.J., Gonzalez S.A. Comparison of the He+ layer observed over Arecibo during solar maximum and solar minimum with CTIP model results // J. Geophys. Res. – Space. V. 108. № 12. P. 1452−1461. 2003. https://doi.org/10.1029/2003JA009940.
  31. Woodman R.F., La Hoz C. Radar observations of F-region equatorial irregularities // J. Geophys. Res. V. 81. № 31. P. 5447−5466. 1976. https://doi.org/10.1029/JA081i031p05447

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. LT-variations of the EPB observation probability (RERV). (a) - Equatorial and low latitude region: ± 20°. (b) - Mid-latitude region: ± (20°-52°).

Download (169KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. RERV variations as a function of the interval value of the Kr-index. Equator and low latitude region: ± 20°. (a) - Delay of the Kr-index for 3 hours. (b) - Delay of the Kr-index of 6 hours. (c) - Delay of the Kr-index for 9 hours.

Download (203KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Variations of RERV as a function of the interval value of the Kr-index. Mid-latitude region: ± (20°-52°). (a) - Delay of the Kr-index for 3 hours. (b) - Delay of the Kr-index for 6 hours. (c) - Kr-index delay for 9 hours.

Download (213KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Schematic representation of the evolution of equatorial plasma bubbles with respect to magnetic force tubes, dipole latitude, and altitude. Horizontal lines show the approximate flyby altitudes of the ISS-b (~ 972-1220 km), ROCSAT-1 (~ 600 km), and AE-E (~ 350-475 km) satellites.

Download (196KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».