Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and AeronomyГеомагнетизм и аэрономия0016-79403034-5022The Russian Academy of Sciences65092410.31857/S0016794024040093RSSHQPArticlesСтатьиResearch ArticleComparative analysis of the propagation of magnetic variations and equivalent current vortices of geomagnetic Pc5 pulsations along the meridian and azimuthСравнительный анализ распространения магнитных вариаций и эквивалентных токовых вихрей геомагнитных Pc5 пульсаций по меридиану и азимутуMoiseevA. V.МоисеевА. В.
Russian Federation
moiseev@ikfia.ysn.ruPopovV. I.ПоповВ. И.
Russian Federation
volts@mail.ruStarodubtsevS. A.СтародубцевС. А.
Russian Federation
starodub@ikfia.ysn.ruYu.G. Shafer Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера СО РАН (ИКФИА СО РАН)23082024644ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ54856601022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-7940/article/view/650924

For a number of events, the propagation velocities of geomagnetic Pc5 pulsations in the azimuthal and meridional directions were analyzed. Two methods were used: by the phase delays of the signal between stations and by the displacement of the vortex centers of their equivalent current systems. The analysis showed that the distribution of pulsations and vortices coincides in direction: along the meridian they predominantly propagate to the north. In most cases, the propagation velocity of pulsations is 5 km/s, and that of vortices is 2 km/s. In azimuth, pulsations and vortices propagate westward, the propagation velocity of pulsations is 10 km/s, and the vortices velocity is 3 km/s. However, in the distribution of azimuthal velocities of both pulsations and vortices there are maxima of comparable magnitude, corresponding to the eastward propagation: pulsations with a velocity of 10 km/s, and vortices with a velocity of 5 km/s. It is concluded that at the ionospheric level, the phase velocities of pulsations measured by us are approximately 2 times greater than the group velocities of the vortices.

Для ряда событий проанализированы скорости распространения геомагнитных Pc5 пульсаций в азимутальном и меридиональном направлении. Использовано два метода: по фазовым задержкам сигнала между станциями и по смещению центров вихрей их эквивалентных токовых систем. Анализ показал, что распространение пульсаций и вихрей совпадает по направлению ‒ вдоль меридиана они преимущественно распространяются к северу. В большинстве случаев скорость распространения пульсаций составляет 5 км/с, а вихрей ‒ 2 км/с. По азимуту пульсации и вихри распространяются по направлению к западу, скорость распространения пульсаций составляет 10 км/с, а вихрей ‒ 3 км/с. Однако в распределении азимутальных скоростей как пульсаций, так и вихрей есть сравнимые по величине максимумы, соответствующие восточному распространению: пульсаций со скоростью 10 км/с, а вихрей ‒ 5 км/с. Сделан вывод, что на уровне ионосферы измеренные нами фазовые скорости пульсаций примерно в 2 раза больше групповых скоростей вихрей.

Министерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationКлибанова Ю.Ю., Мишин В.В., Цэгмэд Б., Моисеев А.В. Свойства дневных длиннопериодных пульсаций во время начала магнитной бури // Геомагнетизм и аэрономия Т. 56. № 4. C. 457‒471. 2016.Макаров Г.А., Баишев Д.Г., Соловьев С.И., Пилипенко В.А., Енгебретсон М., Юмото К. Меридиональная скорость распространения магнитного SI в высокоширотной области // Геомагнетизм и аэрономия Т. 41. № 5. С. 604‒609. 2001.Мишин В. В., Матюхин Ю.Г. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца на магнитопаузе как возможный источник волновой энергии в магнитосфере Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 26. № 6. С. 952‒957. 1986.Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: Сов.радио. 224 с. 1980.Allan W., White S.P., and Poulter E.M. Impulse-excited hydromagnetic cavity and field-line resonances in the magnetosphere // Planet. Space Sci. V. 34. P. 371‒385. 1986. https://doi.org/10.1016/0032-0633(86)90144-3Chen L., Hasegawa A. A theory of long-period magnetic pulsations: 1. Steady state excitation of field line resonance // J. Geophys. Res. V. 79(7). P. 1024‒1032. 1974. https://doi.org/10.1029/JA079i007p01024Chinkin V.E., Soloviev A.A., Pilipenko V.A. Identification of Vortex Currents in the Ionosphere and Estimation of Their Parameters Based on Ground Magnetic Data // Geomagnetism and Aeronomy. V. 60(5). P. 559‒569. 2020. https://doi.org/10.1134/S0016793220050035Friis-Christensen E., Vennerstrom S., McHenry M.A., Clauer C.R. Ionospheric traveling convection vortices observed near the polar cleft-A triggered response to sudden changes in the solar wind // Geophys. Res. Lett. V. 15. P. 253–256. 1988. https://doi.org/10.1029/GL015i003p00253Gjerloev J.W. The SuperMAG data processing technique // J. Geophys. Res. V. 117. A09213.2012. https://doi.org/10.1029/2012JA017683Hughes W.J., Southwood D.J., Mauk B., McPherron R.L. and Barfield J.N. Alfvén waves generated by an inverted plasma energy distribution // Nature. V. 275. P. 43–45. 1978. https://doi.org/10.1038/275043a0Kataoka R., Fukunishi H., Lanzerott L.J., Rosenberg T.J., Weatherwax A.T., Engebretson M.J., Watermann J. Traveling convection vortices induced by solar wind tangential discontinuities // J. Geophys. Res. Space Physics. V. 107 (A12). SMP 22-1-SMP 22-12. 2002. https://doi.org/10.1029/2002JA009459Korotova G., Sibeck D., Engebretson M., Balikhin M., Thaller S., Kletzing C., Spence H., and Redmon R. Multipoint observations of compressional Pc 5 pulsations in the dayside magnetosphere and corresponding particle signatures // Ann. Geophys. V. 38. P. 1267–1281. 2020. https://doi.org/10.5194/angeo-38-1267-2020Leonovich A.S., Mishin V.V., and Cao J.B. Penetration of magnetosonic waves into the magnetosphere: influence of a transition layer // Ann. Geophys. V. 21. P. 1083–1093. 2003. https://doi.org/10.5194/angeo-21-1083-2003Lühr H., Blawert W. Ground Signatures of Travelling Convection Vortices Solar Wind Sources of Magnetospheric ULF Waves. M.J. Engebretson, et al. (Eds.) // Geophys. Monogr. V. 81, AGU, Washington. P. 231‒251. 1994. https://doi.org/10.1029/GM081p0231Makarov G.A., Solovyev S.I., Engebretson M., Yumoto K. Azimuth propagation of geomagnetic sudden pulse in high latitudes at the December 15, 1995 sharp decrease in a solar wind density // Geomagnetism and Aeronomy. V. 42. 1. P. 42–50. 2002.Mishin V.V. Accelerated motions of the magnetopause as a trigger of the Kelvin Helmholtz instability // J. Geophys. Res. V. 98. № 12. P. 21365–21372. 1993. https://doi.org/10.1029/93JA00417Motoba T., Kikuchi T., Lühr H., Tachihara H., Kitamura T.I., Hayash K, et al. Global Pc 5 caused by a DP2-type ionospheric current system // J. Geophys. Res. V. 107. P. 1032–1047. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JA900156Mann I.R., Voronkov I., Dunlop M., Donovan E., Yeoman T.K., Milling D.K., Wild J., Kauristie K., Amm O., Bale S.D., Balogh A., Viljanen A., Opgenoorth H.J. Coordinated ground-based and Cluster observations of large amplitude global magnetospheric oscillations during a fast solar wind speed interval // Ann. Geophys.V.20. P. 405‒426. 2002. https://doi.org/10.5194/angeo-20-405-2002Pronin V.E., Zakharov V.I., Pilipenko V.A., Martines-Bedenko V.A., Murr D.L. Response of ionospheric total electron content to convective vortices // Cosmic Res. V. 57. 2. P. 69–78. 2019.Pulkkinen A., Amm O., Viljanen A., and BEAR working group. Separation of the geomagnetic variation field on the ground into external and internal parts using the spherical elementary current system method // Earth Planets Space. V. 55. P. 117–129. 2003. https://doi.org/10.1186/BF03351739Saito T. Long-period irregular magnetic pulsation Pi3 // Space Sci. Rev. V. 21. P. 427–467. 1978. https://doi.org/10.1007/BF00173068Samson J.C., Harrold B.G., Ruohoniemi J.M., Greenwald R.A, Walker A.D.M. Field line resonances associated with MHD waveguides in the magnetosphere // Geophys. Res. Let. V. 19. № 5. P. 441‒444. 1992. https://doi.org/10.1029/92GL00116Southwood D.J. Some features of field line resonances in the magnetosphere // Planet. Space Sci. V. 22. P. 483‒491. 1974.Southwood D.J., Dungey J.W., Etherington R.J. Bounce resonant interaction between pulsations and trapped particles // Planet. Space Sci. V. 17. P. 349‒361. 1969. https://doi.org/10.1016/0032-0633(69)90068-3Vanhamäki H., Juusola L. Introduction to Spherical Elementary Current Systems. // Ionospheric Multi-Spacecraft Analysis Tools. V. 17. P. 5–33. 2020. https://doi.org/10.1007/978-3-030-26732-2_13Vorobiev V.G. Dynamics of Hall vortices in the daytime high-latitude region // Geomagnetism and Aeronomy. V. 33. № 5. P. 58‒68. 1993.Wright A.N. Dispersion and wave coupling in inhomogeneous MHD waveguides // J. Geophys. Res. V. 99. P. 159‒167. 1994. https://doi.org/10.1029/93JA02206Yeoman T.K., Tian M., Lester M., Jones T.B. A study of Pc 5 hydromagnetic waves with equatorward phase propagation // Planet. Space Sci. V. 40. P. 797–810. 1992. https://doi.org/10.1016/0032-0633(92)90108-ZZhao H., Liu Y., Zong Q., Yang H., Hu Z., Zhou X., Sun J. Poleward-Moving Black Aurora Associated with Impulse-Excited Field-Line Resonances in the Dawnside Sector: THEMIS and Ground Observations // Universe. 9(6), 250 2023. https://doi.org/10.3390/universe9060250Zesta E., Hughes W. J., Engebretson M. J. A statistical study of traveling convection vortices using the Magnetometer Array for Cusp and Cleft Studies // J. Geophys. Res. V. 107. P. 18.1‒18.21. 2002. https://doi.org/10.1029/1999JA000386SuperMAG Web Service API. http://supermag.jhuapl.edu/mag.Coordinated Data Analysis Web (CDAWeb). http://cdaweb.gsfc.nasa.gov.Vanhamäki and Juusola 2020.Program code as supplementary material to the paper https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-26732-2_2#Sec18