Geomagnetism and AeronomyGeomagnetism and AeronomyГеомагнетизм и аэрономия0016-79403034-5022The Russian Academy of Sciences68155110.31857/S0016794024060075QOLYNNArticlesСтатьиResearch ArticleGeomagnetic Control on the Equatorial Plasma Bubble FormationГеомагнитный контроль развития экваториальных плазменных пузырейSidorovaL. N.СидороваЛ. Н.
Russian Federation
lsid@izmiran.ruPushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of SciencesИнститут земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН1512202464679080030052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-7940/article/view/681551

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.

Неоднократно делались попытки исследовать влияние геомагнитной активности на генерацию экваториальных плазменных пузырей. На настоящий момент принято считать, что геомагнитная активность стремится подавить генерацию и развитие экваториальных плазменных пузырей в дополуночном секторе. Что касается послеполуночного сектора, то полагают, что вероятность их наблюдать после полуночи будет возрастать по мере роста геомагнитной активности. Причем темпы роста вероятности будут сильно зависеть от уровня солнечной активности: в минимуме они будут наиболее значительны. Для подтверждения этих идей требуется достаточное количество наблюдательных данных. Для этой цели наилучшим образом подходят наблюдения экваториальных плазменных пузырей, полученные в до- и послеполуночном секторах на борту спутника ISS-b (~ 972−1220 км, 1978−1979). Данные были рассмотрены в двух широтных регионах: экваториально-низкоширотном ± 20° и среднеширотном ± (20°–52°). Для обеих групп были рассчитаны LT и Kp-вариации вероятности наблюдения экваториальных плазменных пузырей. (1) Выявлено, что максимум вероятности наблюдения пузырей, регистрируемых на экваторе и в низких широтах, приходится на дополуночный сектор. Вероятность их наблюдать убывает по мере роста Kp-индекса, взятого за 3 и 9 часов до их регистрации. (2) Однако, максимум вероятности наблюдения пузырей, регистрируемых на средних широтах, приходится на послеполуночный сектор. Вероятность их наблюдать немного возрастает по мере роста Kp-индекса, взятого за 9 часов до их регистрации. Таким образом, получено подтверждение идеи о влиянии на генерацию послеполуночных экваториальных плазменных пузырей механизма возмущенного ионосферного динамо. Он “включается” после нескольких часов повышенной геомагнитной активности и благоприятствует генерации. Однако его влияние ослаблено в годы повышенной солнечной активности.

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/S0016794012060107Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные “пузыри”: зависимость от местного времени // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 5. С. 557–565. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020050144Сидорова 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/S0016794021040167Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные пузыри: влияние термосферных меридиональных ветров // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 3. С. 374–382. 2022. https://doi.org/10.31857/S0016794022030166Сидорова 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/S0016794022600533Сидорова Л.Н. Экваториальные плазменные пузыри: влияние зонального термосферного ветра // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 6. С. 798–805. 2023б. https://doi.org/10.31857/S0016794023600369Basu 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/10.1029/2006JA012192Blanc M., Richmond A.D. The ionospheric disturbance dynamo // J. Geophys. Res. – Space. V. 85. № 4. P. 1669–1686. 1980. https://doi.org/10.1029/JA085iA04p01669Bowman 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)90129-0Burke 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)90138-7Fejer 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-MFejer 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/10.1029/95GL00390Fejer 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/10.1029/97JA02164Fejer 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/10.1029/1999JA900271Heelis 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/JA095iA07p10313Kelley 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/GL006i004p00301Li 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-27-303-2009Martinis 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/10.1029/2003JA0101362Palmroth 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/10.1029/1999JA005090RRL. Summary plots of ionospheric parameters obtained from Ionosphere Sounding Satellite-b. Tokyo: Radio Research Laboratories. Ministry of Posts and Telecommunications. V. 1−3. 1983.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.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/10.1029/97JA02165Senior 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/JA089iA01p00261Sidorova 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.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/10.1029/97JA01724Sobral 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)00089-5Stolle 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.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)90068-7Watanabe 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.38.125Wilford 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.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