Time evolution of global equivalent current system associated with partial ring current

Abstract

It is well known that a strong dawn-dusk asymmetry exits in the geomagnetic horizontal component during a geomagnetic storm especially in the main phase. Such a dawn-dusk asymmetry has been attributed to a partial ring current system which closes via field-aligned currents and ionospheric currents. In this paper, it is investigated how a 'partial ring current' system is formed during a geomagnetic storm by drawing average equivalent ionospheric current vectors at various storm times using one minute resolution geomagnetic field data. The storm events analyzed in this paper were selected from events satisfying the following three criteria: the minimum of the Dst field less than -50 nT, the rather monotonic variation of the Dst field from the beginning of the decrease to the minimum peak, and the main phase lasting at least three hours. Total 294 storm events meeting the above criteria are selected from events of 1984 to 1995. At the start of main phase (T = 0), it should be emphasized that the current pattern starts from afternoon side and develops toward evening side, which possibly indicates the importance of the convection electric field rather than the particle injection from night-side in the formation of the partial ring current system. In the early morning sector, the southward flow starts to develop in the subauroral region around T = 30 min and develops to form the dawn-side return flow of the westward electrojet. It is noted that the current flow near midnight is southward which opposite to the effect of substorm wedge current system. This southward equivalent current suggests the existence of net upward field-aligned current on the night-side forming a part of the partial ring current system. Another point to be noted is that the average current pattern in the polar region is rather similar and show two cell convection pattern though the morning side vortex is large and strong. This is probably because the southward component of the interplanetary magnetic field is strong during storm main phase. Averaged equivalent current vectors at T = 2 hour from the start of the main phase for the interval of UT (Universal Time) between 2100 to 0900 UT and that between 0900 and 2100 UT are compared. In the afternoon-side subauroral- and mid-lattitudes, the northward current is clearer for the interval between 0900 and 2100 UT. On the other hand, the southward currents around midnight subauroral region are more clearly seen for the interval from 2100 to 0900 UT.

磁気嵐の間は特に主相において地磁気の水平成分が明け方側と夕方側で強い非対称性を持つことは良く知られている。そのような非対称性は、沿磁力線電流と電離圏電流を通じて閉じている部分環電流によるものとされてきた。本研究では、1分の時間分解能を持つ地磁気データを用いて磁気嵐のそれぞれの時期での平均等価電流を描くことにより、磁気嵐の間に部分環電流系がどのように形成されるかを調べた。解析に用いた磁気嵐は、Dstの最小値が-50nT以下で、Dst場の減少の始まりから最小値までかなり単調に変化し、主相が3時間以上続くという3つの基準を満たすものから選んだ。294事象を、1984年から1995年の間から選んだ。主相開始直後(T=0)では、昼側から始まる電流のパターンは夕方側へ向かって発達していることは注目すべきで、これは部分環電流系の形成に際して、夜側からの粒子注入よりも対流電場が重要であることを示唆している。早朝セクターで、南向きの流れが主相開始30分頃サブオーロラ領域で始まり、西向きジェットである明け方側への逆流を形成するように発達していく。注目すべき点は、真夜中近くの電流は南向きで、サブストームのウェッジ電流系の効果とは反対方向であることである。この南向き等価電流は、部分環電流の一部を形成するような夜側での正味の上向き沿磁力線電流の存在を示唆している。さらに注目すべき点は、極域での平均電流パターンが同じであり、朝側の渦は大きくて強いが、2細胞の対流パターンを示している。これは、磁気嵐主相の間、惑星間磁場の南向き成分が強いためと思われる。また、世界時が21時から9時と9時から21時の時間間隔で平均した主相開始から2時間目(T=2hr)における等価電流ベクトルを比較した。すると、9時から21時のイベントの方が、昼側のサブオーロラ領域と中緯度領域で、北向きの電流がより明瞭であった。一方、真夜中サブオーロラ領域周辺での南向き電流については、21時から9時の時間間隔で明瞭に見られた。