The Spatio-Temporal Features of Pc1 Structured Geomagnetic Pulsations

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The results of a study of the spatio-temporal features and interplanetary conditions for the excitation
of structured geomagnetic pulsations in the range Pc1 (“pearls”) are presented. For the analysis, we
used simultaneous dynamic spectra of ultra-low-frequency oscillations in the frequency range 0.2–5.0 Hz
obtained from digital data with high resolution of synchronous observations at two mid-latitude Borok observatories
(BOX, Φ' = 53.6°; Λ' = 114.4°; L = 2.8) and Mondy (MND, Φ' = 47°; Λ' = 174°; L = 2.1) for the
period from 1996 to 2001. During the analyzed period, 108 coherent series of “pearls” were selected at two
observatories. It was found that the series of Pc1 pulsations were observed at the Borok observatory in relation
to the Mondy observatory simultaneously (19% of cases), later (54% of cases), and earlier (27% of cases). It
is shown that the time intervals of the effects of later arrival and advance of the onset of pearls in BOX with
respect to MND were predominantly 10 and 20 min, respectively. Significant differences were found in the
diurnal variation in the number of cases of Pc1 pulsations and geophysical conditions under which the Pc1
series are excited simultaneously, or later or earlier to BOX in relation to MND. The detected effects of western
and eastern drift of the Pc1 series may be due to the position of the oscillation source relative to the plasmapause,
depending on the interplanetary conditions

About the authors

B. I. Klain

Geophysical Observatory Borok Branch, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: klain@borok.yar.ru
pos. Borok (Yaroslavl region), Russia

N. A. Kurazhkovskaya

Geophysical Observatory Borok Branch, Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: knady@borok.yar.ru
pos. Borok (Yaroslavl region), Russia

References

  1. ‒ Гульельми А.В., Троицкая В.А. Геомагнитные пульсации и диагностика магнитосферы. М.: Наука, 208 с. 1973.
  2. ‒ Гульельми А., Кангас Й., Культима Й., Лундин Р., Матвеева Э., Полюшкина Т.Н., Потапов А.С., Турунен Т., Цэгмед Б. Воздействие солнечного ветра на волновую активность магнитосферы в диапазоне Pс1 // Солнечно-земная физика. Вып. 8. С. 122–125. 2005.
  3. ‒ Гульельми А.В., Потапов А.С. Частотно-модулированные ультранизкочастотные волны в околоземном космическом пространстве // УФН. Т. 21. № 5. С. 475‒ 491. 2021. https://doi.org/10.3367/UFNr.2020.06.038777
  4. ‒ Довбня Б.В., Клайн Б.И., Куражковская Н.А. Динамика ионосферных альвеновских резонансов (ИАР) в конце 21 ‒ 24 циклах солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 59. № 1. С. 39–49. 2019. https://doi.org/10.1134/S0016794019010061
  5. ‒ Довбня Б.В., Клайн Б.И., Куражковская Н.А. Долготные эффекты геомагнитных пульсаций Pc1. Шестнадцатая ежегодная конференция “Физика плазмы в солнечной системе”. Сборник тезисов. ИКИ РАН, Москва, 8‒12 февраля 2021 г. С. 151. 2021.
  6. ‒ Матвеева Э.Т., Калишер А.Л., Довбня Б.В. Физические условия в магнитосфере и в межпланетном пространстве при возбуждении геомагнитных пульсаций типа Рс1 // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 12. № 6. С. 1125–1127. 1972.
  7. ‒ Матвеева Э.Т. Циклическая вариация активности геомагнитных пульсаций Рс1 // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 27. № 3. С. 455–458. 1987.
  8. ‒ Матвеева Э.Т., Щепетнов Р.В. Связь активности ионно-циклотронных волн в магнитосфере Земли с параметрами солнечного ветра // Космич. исслед. Т. 44. С. 569–572. 2006.
  9. – Нишида А. Геомагнитный диагноз магнитосферы. М.: Мир, 299 с. 1980.
  10. ‒ Пархомов В.А., Цэгмэд Б., Дмитриев А.В. О природе источников всплеска неструктурированных пульсаций Рс1 по одновременным наблюдениям на Земле и на геостационарной орбите // Солнечно-земная физика. Вып. 23. С. 75–83. 2013.
  11. ‒ Пудовкин М.И., Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть II. Короткопериодические колебания геомагнитного поля. Л.: Изд-во ЛГУ, 271 с. 1976.
  12. ‒ Фейгин Ф.З., Клейменова Н.Г., Хабазин Ю.Г., Прикнер К. Нелинейный характер ионно-циклотронных волн (Pc1 пульсаций) с расширяющимся динамическим спектром // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49. № 3. С. 335–341. 2009.
  13. ‒ Фейгин Ф.З., Клейменова Н.Г., Малышева Л.М., Хабазин Ю.Г., Громова Л.И., Райта Т. Поляризация геомагнитных пульсаций Pc1 как косвенный индикатор положения их источника // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 62. № 1. С. 88–96. 2022. https://doi.org/1031857/S0016794021060055
  14. ‒ Baransky L., Golikov Yu., Feygin F., Harchenko I., Kangas J., Pikkarainen T. Role of the plasmapause and ionosphere in the generation and propagation of pearl pulsations // J. Atmos. Terr. Phys. V. 43. № 9. P. 875–881. 1981. https://doi.org/10.1016/0021-9169(81)90079-9
  15. ‒ Bier E.A., Owusu N., Engebretson M.J., Posch J.L., Lessard M.R., Pilipenko V.A. Investigating the IMF cone angle control of Pc3–4 pulsations observed on the ground // J. Geophys. Res.−Space. V. 119. P. 1797‒1813. 2014. https://doi.org/10.1002/2013JA019637
  16. ‒ Campbell W.H., Thornberry T.C. Propagation of Pc1 Hydromagnetic Waves across North America // J. Geophys. Res. V. 77. № 10. P. 1941‒1950. 1972. https://doi.org/10.1029/JA077i010p01941
  17. ‒ Demekhov A.G. Recent progress in understanding Pc1 pearl formation // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 69. P. 1609‒1622. 2007. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2007.01.014
  18. ‒ Dmitrienko I.S., Mazur V.A. On waveguide propagation of Alfven waves at the plasmapause // Planet. Space Sci. V. 33. P. 471–477. 1985. https://doi.org/10.1016/0032-0633(85)90092-3
  19. ‒ Erlandson R.E., Anderson B.J. Pc1 waves in the ionosphere: a statistical study // J. Geophys. Res. V. 101. P. 7843–7857. 1996. https://doi.org/10.1029/96JA00082
  20. ‒ Feygin F Z., Kleimenova N.G., Pokhotelov O.A., Parrot M., Prikner K., Mursula K., Kangas J., Pikkarainen T. Nonstationary pearl pulsations as a signature of magnetospheric disturbances // Ann. Geophysicae. V. 18. № 5. P. 517–522. 2000. https://doi.org/10.1007/s00585-000-0517-9
  21. ‒ Fraser B.J. Polarization of Pc1 pulsations at high and middle latitudes // J. Geophys. Res. V. 80. № 19. P. 2797–2807. 1975. https://doi.org/10.1029/JA080i019p02797
  22. ‒ Fraser B.J., Kemp W.J., Webster D.J. Ground-satellite study of a Pc1 ion cyclotron wave event // J. Geophys. Res. V. 94. P. 11 855–11 863. 1989. https://doi.org/10.1029/JA094iA09p11855
  23. ‒ Gou X., Li L., Zhang Y., Zhou B., Feng Y., Cheng B., Raita T., Liu J., Zhima Z., Shen X. Ionospheric Pc1 waves during a storm recovery phase observed by the China Seismo-Electromagnetic Satellite // Ann. Geophysicae. V. 38. № 3. P. 775–787. 2020. https://doi.org/10.5194/angeo-38-775-2020
  24. ‒ Kangas J., Guglielmi A.V., Pokhotelov O.A. Morphology and physics of short-period magnetic pulsations (a review) // Space Sci. Rev. V. 83. P. 435‒512. 1998. https://doi.org/10.1023/A:1005063911643
  25. ‒ Kerttula R., Mursula K., Pikkarainen T. Storm-time Pc1 activity at high and middle latitudes // J. Geophys. Res. V. 106. № A4. P. 6213‒6227. 2001. https://doi.org/10.1029/2000JA900125
  26. ‒ Kodera K., Gendrin R., Villedary C. Complex representation of a polarized signal and its application to the analysis of ULF waves // J. Geophys. Res. V. 82. № 7. P. 1245–1255. 1977. https://doi.org/10.1029/JA082I007P01245
  27. ‒ Kurazhkovskaya N.A., Klain B.I., Dovbnya B.V., Zotov O.D. On the relation of giant pulsations (Pg) to pulsations in the Pc1 band (the “pearls” series) // Int. J. Geomagnetism and Aeronomy. Publ. AGU. V. 5. № 2. GI2001. 2004. https://doi.org/10.1029/2003GI000062
  28. ‒ Kurazhkovskaya N.A., Klain B.I., Dovbnya B.V. Patterns of simultaneous observations of high-latitude magnetic impulses (MIEs) and impulsive bursts in the Pc1–2 band // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 69. P. 1680‒1689. 2007. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2006.12.003
  29. ‒ Loto’aniu T.M., Fraser B.J., Waters C.L. The modulation of electromagnetic ion cyclotron waves by Pc5 ULF waves // Ann. Geophysicae. V. 27. № 1. P. 121–130. 2009. https://doi.org/10.5194/ANGEO-27-121-2009
  30. ‒ MATLAB, Wavelet Toolbox Documentation. https:// www.mathworks.com/help/wavelet/index.html?s_tid=CRUX_ lftnav. Accessed December 17, 2018.
  31. ‒ Mazur V.A., Potapov A.S. The evolution of pearls in the Earth’s magnetosphere // Planet. Space Sci. V. 31. № 8. P. 859–863. 1983. https://doi.org/10.1016/0032-0633(83)90139-3
  32. ‒ Moldwin M.B., Downward L., Rassoul H.K., Amin R., Anderson R.R. A new model of the location of the plasmapause: CRRES results // J. Geophys. Res. V. 107. № A11. 1339. 2002. https://doi.org/10.1029/2001JA009211
  33. ‒ Nomura R., Shiokawa K., Pilipenko V., Shevtsov B. Frequency-dependent polarization characteristics of Pc1 geomagnetic pulsations observed by multipoint ground stations at low latitudes // J. Geophys. Res. V. 116. A01204. 2011. https://doi.org/10.1029/2010JA015684
  34. ‒ Sucksdorff E. Occurrences of rapid micropulsations at Sodankylä during 1932 to 1935 // Terrestr. Magn. Atmosp. Electr. V. 41. P. 337‒344. 1936. https://doi.org/10.1029/TE041i004p00337
  35. ‒ Usanova M. E., Mann I.R., Rae I.J., Kale Z.C., Angelopoulos V., Bonnell J.W., Glassmeier K.-H., Auster H.U., Singer H.J. Multipoint observations of magnetospheric compression-related EMIC Pc1 waves by THEMIS and CARISMA //Geophys. Res. Lett. V. 35. L17S25. 2008.
  36. https://doi.org/10.1029/2008GL034458
  37. ‒ Verbanac G., Pierrard V., Bandić M., Darrouzet F., Rauch J.-L., Décréau P. The relationship between plasmapause, solar wind and geomagnetic activity between 2007 and 2011 // Ann. Geophysicae. V. 33. № 10. P. 1271–1283. 2015. https://doi.org/10.5194/angeo-33-1271-2015

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (779KB)
Indexing metadata
3.

Download (859KB)
Indexing metadata
4.

Download (339KB)
Indexing metadata
5.

Download (586KB)
Indexing metadata
6.

Download (803KB)
Indexing metadata
7.

Download (384KB)
Indexing metadata
8.

Download (362KB)
Indexing metadata
9.

Download (391KB)
Indexing metadata
10.

Download (815KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Б.И. Клайн, Н.А. Куражковская