Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 28466 10.12737/szf-54201909 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Mid-latitude aurora in solar cycles 23–24 from observations in the south of Eastern Siberia Среднеширотные сияния в 23–24-м солнечных циклах по данным наблюдений на юге Восточной Сибири Михалев Александр Васильевич Mikhalev Aleksandr Vasilyevich mikhalev@iszf.irk.ru

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 5 4 80 89 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/28466/view

В работе представлены данные наблюдений среднеширотных сияний (СС) на юге Восточной Сибири в 23–24-х солнечных циклах. Рассматриваются спектральный состав и доминирующие эмиссии СС, суточное распределение вероятности регистрации СС, зависимость от уровня геомагнитной активности, принадлежность к различным типам сияний. Показана тесная связь интенсивности доминирующей эмиссии 630.0 нм с Dst-индексом во время магнитных бурь (МБ). Отмечается, что наиболее интенсивные СС регистрируются в главные фазы МБ. Зарегистрированное СС 20 ноября 2003 г. может дополнить список наиболее известных сияний (great aurora). Описывается динамика авроральных эмиссий 557.7 и 630.0 нм для очень сильных МБ (Dstmin< –200 нТл) 24 марта 1991 г., 6 апреля 2000 г., 30 октября и 20 ноября 2003 г., 17 марта 2015 г. Обсуждаются механизмы возбуждения эмиссий во время магнитных бурь и возможная связь с магнитосферными структурами.

The paper presents observations of mid-latitude aurora (MA) in the south of Eastern Siberia in solar cycles 23–24. Spectral composition and dominant emissions of MA, daily distribution of MA detection probability, dependence on the level of geomagnetic activity, and classification according to types of aurora are discussed. A close relationship is shown between the intensity of dominant emission at 630.0 nm and the Dst index during magnetic storms (MSs). It is pointed out that the most intense MA are recorded during MS main phases. The MA detected on November 20, 2003 can enlarge the list of great aurora. For the severe MSs (Dstmin< –200 nT) of March 24, 1991, April 6, 2000, October 30 and November 20, 2003, March 17, 2015, the observed dynamics of 557.7 and 630.0 nm auroral emissions is presented. Mechanisms of emission excitation during geomagnetic storms and a possible connection with magnetospheric structures are discussed.

 среднеширотные сияния магнитные бури mid-latitude aurora magnetic storms

Акасофу С. Полярные сияния // Успехи физических наук. 1966. Т. 89, № 4. С.669-680. Afraimovich E.L., Yashkaliev Ya.F., Aushev V.M. Beletsky A.B., Vodyanikov V.V., Leonovich L.A., Lesyuta O.S., Mikhalev A.V., Yakovets A.F. Simultaneous radiophysical and optical measurements of the ionospheric response during a major magnetic storm on April 6, 2000. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2002, vol. 42, no. 3, pp. 383-393. (In Russian). Афраймович Э.Л., Яшкалиев Я.Ф., Аушев В.М. и др. Одновременные радиофизические и оптические измерения ионосферного отклика во время большой магнитной бури 6 апреля 2000 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2002. Т. 42, № 3. С. 383-393. Akasofu S. Auroras. Uspehi fizicheskih nauk [Advances in the Physical Sciences]. 1966, vol. 89, no 4, pp. 669-680. (In Russian). Гальперин Ю.И., Кранье Ж., Лисаков Ю.В. и др. Диффузная зона: 1. Модель экваториальной границы диффузной зоны вторжения авроральных электронов в вечернем и околополуночном секторах // Космические исследования. 1977. Т. 15. С. 421-433. Bame S.J., Asbridgie J.R., Felthauseer H.E., Honesa E.W., Strong I.B. Characteristics of the plasma sheet in the Earth’s magnetotail. J. Geophys. Res. 1967, vol. 72, iss. 1, pp. 113-129. DOI: 10.1029/JZ072i001p00113. Дегтярев В.И., Михалев А.В., Jiyao Xu. Вариации свечения ночного неба в Восточной Сибири в период магнитной бури 31 марта - 4 апреля 2001 г. // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16, № 5-6. C. 552-556. Barbier D. Recherches sur la raie 630.0 de la luminescence atmospherique nocturne. Ann. Geophys. 1959, vol. 15, no. 2, pp. 179-217. Зверев В.Л., Фельдштейн Я.И., Воробьев В.Г. Авроральное свечение к экватору от овала полярных сияний // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52, № 1. С. 64-72. Chamberlan J.W. Physics of the Aurora and Airglow. London, Academic Press, 1961, 722 p. (International Geophysics Series, vol. 2). Иевенко И.Б., Алексеев В.Н. Влияние суббури и бури на динамику SAR-дуги. Статистический анализ // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, № 5. С. 643-654. Cole K.D. Magnetospheric processes leading to mid-latitude aurora. Annales de Géophysique. 1970, vol. 26, no. 1, pp. 187-193. Краковецкий Ю.К., Лойша В.А., Попов Л.Н. Хроноло-гия полярных сияний за последнее тысячелетие // Солнеч-ные данные. 1989. № 5. С. 110-115. Degtyarev V.I., Mikhalev A.V., Jiyao Xu. Variations of the glow of the night sky in Eastern Siberia in the period of magnetic storm from March 31 to April 4, 2001. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2003, vol. 16, no. 5-6, pp. 552-556. (In Russian). Лазутин Л.Л. Овал полярных сияний - прекрасная, но устаревшая парадигма // Солнечно-земная физика, 2015. Т. 1, № 1. С. 23-35. Fairfield D.H., Vinos A.F. The inner edge of the plasma sheet and the diffuse aurora. J. Geophys. Res. 1984, vol. 89, no. A2, pp. 841-854. DOI: 10.1029/JA089iA02p00841. Лобзин В.В., Павлов А.В. Связь интенсивности свечения субавроральных красных дуг с солнечной и геомагнитной активностью // Геомагнетизм и аэрономия. 1998. Т. 38, № 3. С. 49-61. Fishkova L.M., Martsvaladze N.M. On the behavior of HI 656.3 nm and [OI] 630 nm emissions of the upper atmosphere during magnetic storms with a sudden onset. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1985, vol. 27, no. 3, pp. 509-511. (In Russian). Михалев А.В. Некоторые особенности наблюдений среднеширотных сияний и возмущений эмиссий верхней атмосферы во время магнитных бурь в регионе Восточной Сибири // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14, № 10. С. 970-973. Galperin Yu.I., Cranier J., Lisakov Yu.V., Nikolaenko L.M., Sinitsyn V.M., Soveaux J.-A., Khalipov V.L. Model of the equatorward boundary of the auroral electron diffusion precipitation zone in the dusk and nearmidnight sectors. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 1977, vol. 15, no. 3, pp. 421-433. (In Russian). Михалев А.В. Среднеширотные сияния в Восточной Сибири в 1991-2012 гг. // Солнечно-земная физика. 2013. Вып. 24. С. 78-83. Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Clúa de Gonzalez A.L. Interplanetary origin of geomagnetic storms. Space Sci. Rev. 1999, vol. 88, iss. 3-4, pp. 529-562. DOI: 10.1023/A:1005160 129098. Михалев А.В, Белецкий А.Б, Костылева Н.В., Черниговская М.А. Среднеширотные сияния на юге Восточной Сибири во время больших геомагнитных бурь 29-31 октября и 20-21 ноября 2003 г. // Космические исследования. 2004. Т. 42, № 6. C. 616-621. Ievenko I.B., Alekseyev V.N. The influence of the substorm and storm on the dynamics of the SAR arc. Statistical analysis. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2004, vol. 44, no. 5, pp. 643-654. (In Russian). Михалев А.В., Белецкий А.Б., Костылева Н.В., Черниговская М.А. Характеристики среднеширотных сияний во время больших геомагнитных бурь в текущем солнечном цикле // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18, № 1-2. С. 155-159. Khorosheva O.V. Magnetospheric disturbances and the associated dynamics of the ionospheric electrojet, auroras and plasmapause. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1987, vol. XXVII, no. 5, pp. 804-811. (In Russian). Михалев А.В., Белецкий А.Б., Васильев Р.В. и др. Спектральные и фотометрические характеристики среднеширотного сияния во время магнитной бури 17 марта 2015 г. // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 4. С. 54-61. DOI: 10.12737/szf-44201806. Kozyra J.U., Nagy A.F., Slater D.W. High-altitude energy source(s) for stable auroral red arcs. Rev. Geophys. 1997, vol. 35, iss. 2, pp. 155-190. DOI: 10.1029/96RG03194. Надубович Ю.А. Морфологические исследования полярных сияний. Новосибирск: Наука, 1992. 384 с. Krakovetsky Yu.K., Loisha V.A., Popov L.N. Chronology the auroras for last millennium. Solnechnye dannye [Solar Data]. 1989, no. 5, pp. 110-115. (In Russian). Омхольт А. Полярные сияния. М.: Мир, 1974. 246 с. Lazutin L.L. The auroral oval is a beautiful but outdated paradigm. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys.]. 2015, vol. 1, no. 1, pp. 23-35. (In Russian). Старков Г.В. Планетарная динамика аврорального свечения. Физика околоземного космического пространства. Т. 1. Апатиты: Изд-во Кольск. науч. центра РАН, 2000. 706 с. Leonovich L.A., Mikhalev A.V., Leonovich V.A. Covariations in atomic oxygen emissions and ionospheric total electron content during geomagnetic storms. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012, vol. 80, no. 5, pp. 247-251. DOI: 10.1016/j. jastp.2012.02.003. Трутце Ю.Л. Верхняя атмосфера во время геомагнитных возмущений // Полярные сияния и свечения ночного неба. М.: Наука, 1973. № 20. С. 5-22. Lobzin V.V., Pavlov A.V. The relationship of the intensity of the glow of subauroral red arcs with solar and geomagnetic activity. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 1998, vol. 38, no. 3, pp. 49-61. (In Russian). Фишкова Л.М., Марцваладзе Н.М. О поведении эмиссий HI 656.3 нм и [OI] 630 нм верхней атмосферы во время магнитных бурь с внезапным началом // Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т. 27, № 3. С. 509-511. Mikhalev A.V. Some particulars in observation of mid-latitude airglows and disturbances of the upper atmosphere emissions during magnetic storms in the Eastern Siberia region. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2001, vol. 14, no. 10, pp. 970-973. (In Russian). Хорошева О.В. Магнитосферные возмущения и связанная с ними динамика ионосферных электроструй, полярных сияний и плазмопаузы // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. XXVII, № 5. С. 804-811. Mikhalev A.V., Beletsky A.B., Kostyleva N.V., Chernigovskaya M.A. Mid-latitude airglows in the southeast Siberia during strong magnetic storms on October 29-31 and November 20-21, 2003. Kosmicheskie issledovaniya [Cosmic Res.]. 2004, vol. 42, no. 6, pp. 616-621. (In Russian). Шуйская Ф.К. «Красные сияния» на средних широтах // Полярные сияния и свечения ночного неба. М.: Наука, 1970. № 18. С. 97-103. Mikhalev A.V., Beletsky A.B., Kostyleva N.V., Chernigovskaya M.A. Characteristics of mid-latitude airglows during strong magnetic storms in the current solar cycle. Optika atmosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2005, vol. 18, no. 01-02, pp. 155-159. (In Russian). Bame S.J., Asbridgie J.R., Felthauseer H.E., et al. Characteristics of the plasma sheet in the Earth’s magnetotail // J. Geophys. Res. 1967. V. 72, N 1. P. 113-129. DOI: 10.1029/JZ0 72i001p00113. Mikhalev A.V. Mid-latitude auroras in Eastern Siberia in 1991-2012. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terr. Phys.]. 2013, vol. 24, pp.78-83. (In Russian). Barbier D. Recherches sur la raie 630.0 de la luminescence atmospherique nocturne // Ann. Geophys. 1959. V. 15, N 2. Р. 179-217. Mikhalev A.V., Beletsky A.B., Vasilyev R.V., Zherebt-sov G.A., Podlesny S.V., Tashchilin M.A., Artamonov M.F. Spectral and photometric characteristics of mid-latitude auroras during the magnetic storm of March 17, 2015. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 4, iss. 4, pp. 42-47. DOI: 10.12737/stp-44201806. Chamberlan J.W. Physics of the Aurora and Airglow. London: Academic Press, 1961. 722 p. (International Geophysics Series, vol. 2). Mishin V.V., Lunyushkin S.B., Mikhalev A.V., Kliba-nova Yu.Yu., Tsegmed B., Karavaev Yu.A., Tashchilin A.V., Leonovich L.A., Penskikh Yu.V. Extreme geomagnetic and optical disturbances over Irkutsk during the 2003 November 20 superstorm. J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018, vol. 181, pt. A, pp. 68-78. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.013. Cole K.D. Magnetospheric processes leading to mid-latitude aurora // Ann. Geophys. 1970. V. 26, N 1. P. 187-193. Nadubovich Yu.A. Morfologicheskie issledovaniya polyarnykh siyaii [Morphological Studies of Auroras]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1992, 384 p. Fairfield D.H., Vinos A.F. The inner edge of the plasma sheet and the diffuse aurora // J. Geophys. Res. 1984. V. 89, N A2. P. 841-854. DOI: 10.1029/JA089iA02p00841. Omholt A. Polyarnye siyaniya [Auroras]. Moscow, Mir Publ., 1974, 246 p. (In Russian). (English edition: Omholt A. The Optical Aurora. Springer-Verlag Berlin - Heidelberg, 1971, 200 p. DOI: 10.1007/978-3-642-46269-6.) Gonzalez W.D., Tsurutani B.T., Clúa de Gonzalez A.L. Interplanetary origin of geomagnetic storms // Space Sci. Rev. 1999. V. 88, iss. 3-4. P. 529-562. DOI: 10.1023/A:1005 160129098. Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A. Low-latitude particle precipitation and associated local magnetic disturbance. J. Geophys. Res. 1992. vol. 97, iss. A4, pp. 4041-4052. DOI: 10.1029/91JA03028. Kozyra J.U., Nagy A.F., Slater D.W. High-altitude energy source(s) for stable auroral red arcs // Rev. Geophys. 1997. V. 35, iss. 2. P. 155-190. DOI: 10.1029/96RG03194. Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A., Slater D.W. Spectrometric and photometric observations of low-latitude aurorae. J. Geophys. Res. 1993, vol. 98, iss. A5, pp. 7695-7709. DOI: 10.1029/92JA02269. Leonovich L.A., Mikhalev A.V., Leonovich V.A. Covariations in atomic oxygen emissions and ionospheric total electron content during geomagnetic storms // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2012. V. 80, N 5. P. 247-251. DOI: 10.1016/ j.jastp.2012.02.003. Rees M.H., Luckey D. Auroral electron energy derived from ratio of spectroscopic emissions. 1. Model computations. J. Geophys. Res. 1974, vol. 79, iss. 34, pp. 5181-5186. DOI: 10.1029/JA079i034p05181. Mishin V.V., Lunyushkin S.B., Mikhalev A.V., et al. Extreme geomagnetic and optical disturbances over Irkutsk during the 2003 November 20 superstorm // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2018. V. 181, pt. A. P. 68-78. DOI: 10.1016/j.jastp.2018.10.013. Simmons D.A.R. A classification of auroral type. J. Br. Astron. Assoc. 1998, vol. 108, no. 5, pp. 247-257. Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A. Low-latitude particle precipitation and associated local magnetic disturbance // J. Geophys. Res. 1992. V. 97, iss. A4. P. 4041-4052. DOI: 10.1029/91JA03028. Shiokawa K., Ogawa T., Kamide Y. Low-latitude auroras observed in Japan: 1999-2004. J. Geophys. Res. 2005, vol. 110, iss. A5, A05202. DOI: 10.1029/2004JA010706. Rassoul H.K., Rohrbaugh R.P., Tinsley B.A., Slater D.W. Spectrometric and photometric observations of low-latitude aurorae // J. Geophys. Res. 1993. V. 98, iss. A5. P. 7695-7709. DOI: 10.1029/92JA02269. Shuiskaya F.K. “Red auroras” at mid-latitudes. Polyarnye siyaniya i svecheniya nochnogo neba [Auroras and Night Airglows]. Moscow, Nauka Publ., 1970, no. 18, pp. 97-103. (In Russian). Rees M.H., Luckey D. Auroral electron energy derived from ratio of spectroscopic emissions. 1. Model computations // J. Geophys. Res. 1974. V. 79, iss. 34. P. 5181-5186. DOI: 10.1029/ JA079i034p05181. Starkov G.V. Planetarnaya dinamika avroral'nogo svecheniya. Fizika okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva [Planetary Dynamics of Auroral Luminescence. Physics of Near-Earth Space], vol. 1. Apatity: Izd-vo Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN, 2000, 706 p. (In Russian). Shiokawa K., Ogawa T., Kamide Y. Low-latitude auroras observed in Japan: 1999-2004 // J. Geophys. Res. 2005. V. 110, iss. A5. A05202. DOI: 10.1029/2004JA010706. Tinsley B.A., Rohrbaugh R.P., Rassoul H., Barker E.S., Cochran A.L., Cochran W.D., Wills B.J., Wills D.W., Slater D. Spectral characteristics of two types of low latitude aurorae. Geophys. Res. Lett. 1984, vol. 11, iss. 6, pp. 572-575. DOI: 10.1029/GL011i006p00572. Simmons D.A.R. A classification of auroral type // J. Br. Astron. Assoc. 1998.V. 108, N 5. P. 247-257. Tinsley B.A., Rohrbaugh R.P., Rassoul H., Sahai Y., Teixeira N.R., Slater D. Low-latitude aurorae and storm time current systems. J. Geophys. Res. 1986, vol. 91, iss. A10, pp. 11257-11269. DOI: 10.1029/JA091iA10p11257. Tinsley B.A., Rohrbaugh R.P., Rassoul H., et al. Spectral characteristics of two types of low latitude aurorae // Geophys. Res. Lett. 1984. V. 11, iss. 6. P. 572-575. DOI: 10.1029/ GL011i006p00572. Truttse Yu.L. Upper atmosphere during geomagnetic disturbances. Polyarnye siyaniya i svecheniya nochnogo neba [Auroras and Night Airglows]. 1973, vol. 20, pp. 5-22. (In Russian). Tinsley B.A., Rohrbaugh R.P., Rassoul H., et al. Low-latitude aurorae and storm time current systems // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, iss. A10. P. 11257-11269. DOI: 10.1029/ JA091iA10p11257. Vallance Jones A. Historical review of great aurora. Can. J. Phys. 1992, vol. 70, iss. 7, pp. 479-487. DOI: 10.1139/p92-083. Vallance Jones A. Historical review of great aurora // Can. J. Phys. 1992. V. 70, iss. 7. P. 479-487. DOI: 10.1139/p92-083. Zverev V.L., Feldshtein Ya.I., Vorobjev V.G. Auroral glow to the equator from the auroral oval. Geomagnetizm i aeronomiya [Geomagnetism and Aeronomy]. 2012, vol. 52, no. 1, pp. 64-72. (In Russian). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/spectr (дата обращения 20 апреля 2019 г.). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/spectr (accessed 20 June 2019). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/color (дата обращения 20 апреля 2019 г.). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/color (accessed 20 June 2019). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/keo (дата обращения 20 апреля 2019 г.). URL: http://atmos.iszf.irk.ru/ru/data/keo (accessed 20 June 2019). URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 20 апреля 2019 г.). URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (accessed 20 June 2019).