大磁気嵐における
サブオーロラ帯・中緯度対流パターン：
シミュレーションとDMSP観測
海老原祐輔 (NIPR), M.-C. Fok (NASA’s GSFC)
謝辞：M.R.Hairston, D.G.Mitchell, P. C:son Brandt, and R.A.Wolf
内部磁気圏 self-consistent simulation (Fok et al., 2001)
Loss(charge exchange)
Boundary condition fb
Isotropic Maxwellian
Phase space density f of ions
Grad-B and
curvature currents
Kinetic equation
Magnetospheric E-field
Field-aligned current
Mapping
(T96 with fixed parameters)
Mapping
(T96 with fixed parameters)
Ionospheric E-field
Ionospheric conductivity
MSIS-90,IRI-95
F10.7 and DOY
dependence
Solar EUV
Hardy et al.(1987)
(Kp dependence)
Aurora
Poisson’s equation
Polar Cap Potential
ACE observation at X~230 Re
Solar wind and IMF
シミュレーションで解く方程式
ボルツマン方程式
f
d f
d f


 L
t
dt 
dt 
f ( ,  , M , K ) : phase space density
p sin 
M
(first invariant)
2m B
K   Bm  Bds (second invariant )
i
i
i
i
i
i
2
2
0
d
1 H

dt
qG 
i
電流のクロージャー
J ||   B    J  dl / B
磁気圏
        J || sin I
電離圏
  J     J B  J C 
沿磁力線電流
i
d
1 H

dt
qG 
電離圏・電場ポテンシャル
i
i
qM
cos 2
2r
G  M sin 2 / r
H  W  q 
E
i
i
E
i
i
電離圏・電気伝導度
電場ポテンシャルと沿磁力線電流 (2000年8月12日)
上向き電流
下向き電流
1200 MLT
夕方側の電場ポテンシャル
夕方側：局所的な早い西向きドリフト
SubAuroral Polarization Stream
Foster and Vo (2002)
ポテンシャルパターン（夕方側から朝側へ拡がるドリフト反転）
朝側：ドリフト反転
朝側：ドリフト速度反転 (DMSP F13)
東向きドリフト
西向きドリフト
朝側：ドリフト速度反転(報告例)
東向き
西向き
Huang et al. (2001)
朝側：ドリフト速度反転(磁気圏粒子輸送への影響)
Weimer (2001)型電場
Self-consistent電場
IMAGE HENA (H)
シミュレーション (H)
シミュレーション (H+)
2003年11月20日のスーパーストーム
最小Dst=-472nT (1957年以降歴代２位）
上向き電流
下向き電流
1200 MLT
まとめ
磁気嵐におけるサブオーロラ帯・中緯度対流の特徴
夕方側：西向きの早いフロー
(SubAuroral Polarization Stream)
オーロラオーバルの低緯度
側に下向き沿磁力線電流が
流れる。
極方向に強い電場が作られ
る
朝側：ドリフト速度反転
東向きのシールディング電場
が夕方側から朝側へ入り込
む。
地球方向にExBドリフトが向
き、粒子はより地球側へドリ
フト。
朝側のリングカレント・イオン
のフラックスが夕方側に比べ
て増加。
北海度レーダー
• 分のオーダーでドリフト速度を２次元観測することによ
り、これらの現象を観測的により深く理解できる。
• 磁気圏の粒子ダイナミクスの理解に必須の情報を提供
する。

STAREとHF Dopplerによる高緯度と低緯度電離圏における過遮蔽電場

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