Пространственно-временные характеристики пульсирующих форм полярных сияний: новые наблюдения и методы анализа

Б.В. Козелов, Е.Е.Титова, В.Е.Юров, Л.П.Боровков

Полярный геофизический институт, Апатиты

Содержание

• Возобновление интереса к пульсирующим сияниям

• Существующие представления и противоречия

• Новая система камер (MAIN) – возможности

• Подходы и методы анализа

Возобновление интереса к пульсирующим сияниям

• Статистика по канадским камерам: – Jones, S. L., M. R. Lessard, K. Rychert, E. Spanswick, and E. Donovan (2011),

Large‐scale aspects and temporal evolution of pulsating aurora, J. Geophys. Res., 116, A03214, doi:10.1029/2010JA015840.

• Моделирование: – Hikishima, M., Y. Omura, and D. Summers (2010), Microburst precipitation of

energetic electrons associated with chorus wave generation, Geophys. Res. Lett., 37, L07103, doi:10.1029/2010GL042678.

• По спутникам Темис: – Li, W., R. M. Thorne, J. Bortnik, Y. Nishimura, and V. Angelopoulos (2011),

Modulation of whistler mode chorus waves: 1. Role of compressional Pc4–5 pulsations, J. Geophys. Res., 116, A06205, doi:10.1029/2010JA016312.

– Li, W., J. Bortnik, R. M. Thorne, Y. Nishimura, V. Angelopoulos, and L. Chen (2011), Modulation of whistler mode chorus waves: 2. Role of density variations, J. Geophys. Res., 116, A06206, doi:10.1029/2010JA016313.

Seasons2010-20112011-2012

Apatity range PGI building4120 м

1. all-sky camera2. Guppy F-044B, ~18o

(glass filter ~558 nм), motorized pan-tilt mount

+GPS synchronization+ weather station+auroral spectrograph

1. Guppy F-044C, ~67o 2. Guppy F-044B, ~18o

(glass filter ~558 nм), motorized pan-tilt mount

+GPS synchronization

) ) ) ( ( (

Wi-Fi connection

West East

MultiscaleAurora Imaging Network

http://aurora.pgia.ru/http://www.geosci-instrum-method-data-syst-discuss.net/1/31/2011/gid-1-31-2011.pdf

http://aurora.pgia.ru/http://www.geosci-instrum-method-data-syst-discuss.net/1/31/2011/gid-1-31-2011.pdf

Возможности системы:

1)одновременные наблюдения на 3 масштабах (поля зрения – 180o, 68o и 18o)2) 2 пары для триангуляции (с базой 4 км в Апатитах и базой 86 км Апатиты-Ловозеро) – определение высоты3)GPS синхронизация всех камер4)патрульный режим работы всех камер5)в реальном времени – на web-сайте

Существующие представления

• Классификация выделяет несколько типов пульсирующих форм относительно очага суббури.

• Heppner (1954); Davis (1961,1962); • Akasofu et al. (1966); • Omholt et al. (1968); Cresswell (1972)

[Jones et al., 2011]

[Cresswell, 1972]Apatity ASC, 2011-02-04-18

Примеры пульсирующих структур

мультиплетные дуги пятна

Камера F-044C, зеленый канал.Поле зрения 67о (диагональ), т.е. 120х80 км на высоте 110 км

2011-10-31 23:30UT 2011-12-03 23:15UT

3-4 December 2011, 22:00-01:00 UTApatity all-sky camera keogram

22:00 23:00 00:00 01:00

N

S

22:47 UT 23:30 UT 00:30 UT

29 January 2012, 03:00-04:00 UT

~4 min

03:00 04:0003:30S

NApatity all-sky camera keogram

”OFF” 03:49 UT ”ON” 03:51 UT

Существующие противоречия

• Морфологическая классификация выделяет несколько типов пульсирующих форм, но попытки теоретического описания сводятся к утренним пульсирующим пятнам.

• Модель проточного мазера, ЛОВ.• Примеры успешной корреляций оптических

и ОНЧ сигналов (пик-в-пик) весьма немногочисленны

6 February 2011, 01:00-02:00 UT

Проблемы при анализе периодов:- одновременно разные, нерегулярные- возможны пространственные корреляции

Поэтому при анализе необходимо:- определить сложность (число степеней свободы)- учесть возможность различных пространственных мод

Оценки корреляционной размерностиGrassberger-Procaccia algorithm

Lovozero all-sky camera keogram, 11 January 1998, 00:27-00:33 LT

For full images For central (20×20) part

large scales

small scales

(Kozelov and Vjalkova, 2005)

Principal component analysis (Proper Orthogonal Decomposition)

03:30:00UT 03:41:02UT 03:53:46 UT

IRIS absorption keogram, 1997-01-07

TVASC images, Porojarvi

12 January 1997, 05:35-05:50 UT, PorojarviTV ASC

Пример периодичности

Выводы• Необходима новая экспериментальная

информация о пульсирующих формах полярных сияний

• Есть надежда получить её с помощью новой наблюдательной системы

• Необходимо использовать методы, позволяющие анализировать пространственно-временную динамику аврорального свечения