Унифицированный РС индекс: методика его расчёта и диагностика высокоширотных магнитных возмущений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.03, кандидат физико-математических наук Янжура, Александр Станиславович

• Янжура, Александр Станиславович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Янжура, Александр Станиславович

Введение

1. PC индекс как индикатор магнитной активности в полярной шапке.

1.1 Общие сведения.

1.2 Физическое обоснование PC индекса.

1.3 Методика расчета PC индекса.

1.4 PCN и PCS индексы.

2. Унифицированная методика для расчета PCN и PCS индексов.

2.1 Обзор спутниковой информации о межпланетном электрическом поле, необходимой для расчета PC индекса.

2.2 Методика расчета кривой спокойного дня (КСД).

2.3 Методика определения параметров ф, а и р.

2.4 Тестирование унифицированной методики.

2.5 Летний и зимний PC индекс: причины возможных различий.

3. Реакция унифицированного PC индекса на изменения параметров солнечного ветра

3.1 Соотношение между PC и геоэффективным межпланетным электрическим полем Em

3.2 Реакция PC индекса на резкие изменения параметров солнечного ветра при прохождении фронтов межпланетных ударных волн

3.3 Реакция PC индекса на отрицательный скачок динамического давления солнечного ветра на фоне южной компоненты ММП

3.4 Реакция PC индекса на скачок динамического давления солнечного 73 ветра на фоне северной компоненты ММП

3.5 Оценка эффекта влияния импульсов динамического давления в 75 конкретных событиях

3.6 Основные результаты проведенного анализа

4. PC индекс и развитие изолированных суббурь

4.1 Методика анализа

4.2 Статистические оценки связи PC индекса с развитием изолированных суббурь

4.3 Статистические соотношения между PC и AE/AL/AU индексами в летней и зимней полярных шапках

4.4 Скорости нарастания PC и AE/AL/AU индексов на разных фазах суббури

4.5 Обсуждение результатов и выводы

5. PC индекс и развитие периодически повторяющихся бухтообразных 96 возмущений

5.1 Данные и метод анализа

5.2 Статистические соотношения между величинами Em, PC, и AL

5.3 Соотношение между PC индексами в летней и зимней полярных 105 шапках в ходе периодически повторяющихся бухтообразных возмущений

5.4 Соотношения между параметрами, характеризующими развитие 106 возмущений в течение фазы роста и фазы экспансии.

5.5 Соотношения между PC и AL в случае периодически повторяющихся возмущений в авроральной зоне: сводка результатов

5.6 Общие закономерности развития изолированных суббурь и 113 периодически повторяющихся бухтообразных возмущений в авроральной зоне

5.7 Обсуждение результатов и выводы

Основные результаты диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Унифицированный РС индекс: методика его расчёта и диагностика высокоширотных магнитных возмущений»

Работа посвящена разработке индекса, характеризующего магнитную активность в северной и южной полярных шапках, обусловленную воздействием геоэффективного солнечного ветра на магнитосферу Земли. Описывается методика расчёта и результаты верификации унифицированного PC индекса, адекватно отвечающего на геоэффективные изменения солнечного ветра независимо от местоположения точки наблюдения, сезона года (зима или лето) и местного времени. Оценивается эффективность воздействия "на величину PC индекса вариаций межпланетного электрического поля и импульсов динамического давления солнечного ветра. Анализируется взаимосвязь между ростом PC индекса и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне в случае изолированных магнитосферных суббурь, и для длительных периодов высокой магнитной активности, характеризующихся мощными повторяющимися бухтообразными возмущениями.

Актуальность проблемы. Солнечный ветер, взаимодействующий с магнитосферой Земли, является причиной существенных изменений параметров регулярного геомагнитного поля и ионосферы, которые, при достижении определённой интенсивности, называют магнито-ионосферными возмущениями. Магнито-ионосферные возмущения вызывают сбои или даже нарушения в работе различных спутниковых и наземных технологических систем (коммуникационные, навигационные, радиолокационные, линии электропередач, газопроводы и т.д.), т.е. критическим образом влияют на среду обитания человека. Магнито-ионосферные возмущения определяются изменениями параметров солнечного ветра, наиболее геоэффективным из которых является: межпланетное электрическое поле (МЭП), определяемое, главным образом, южной компонентой межпланетного магнитного поля (Bz ММП) и скоростью солнечного ветра Vsu'. При геоэффективном МЭП происходит интенсивная накачка энергии солнечного ветра в магнитосферу, её накопление, и последующее высвобождение в виде суббурь — магнито-ионосферных возмущений, достигающих максимальной интенсивности в авроральной зоне, при этом первым сигналом о воздействии геоэффективного солнечного ветра является как раз повышение магнитной активности в полярных шапках.

Динамика развития и интенсивность магнитных возмущений обычно описывается индексами Dst, AE(AL/AU), и PC. Первые два из них, Dst и АЕ (AL/AU), характеризуют, интенсивность мировых магнитных бурь и интенсивность магнитных возмущений в авроральной зоне, т.е. описывают процесс реализации энергии солнечного ветра, накопленной в магнитосфере. Третий индекс PC описывает магнитную активность в полярной шапке, и поскольку эта активность контролируется параметрами солнечного ветра (прежде всего межпланетным электрическим полем), то можно полагать, что PC индекс характеризует поступление энергии солнечного ветра в магнитосферу.

PC индекс был предложен более 20 лет назад (Troshichev and Andrezen, 1985). Первоначально рассчитывались, по данным двух околополюсных станций, северной станции Туле в Гренландии и южной станции Восток в Антарктике, 15-минутные величины PC индексов. Результаты целого ряда статистических анализов, проведённые на основе опубликованных рядов 15-минутных PC индексов, показали, что индекс может рассматриваться, как показатель текущего состояния магнитосферы.

Однако после перехода к расчёту 1-минутных PC индексов в 1999-2000гг выявились существенные расхождения между величинами PCN индексов, рассчитываемых в Датском метеорологическом институте (ДМИ), и PCS индексов, рассчитываемых в Арктическом и Антарктическом научно-исследовательском институте (ААНИИ). Эти расхождения привели к несоответствию результатов схожих анализов и, соответственно, к различным физическим выводам. Расхождения касались следующих параметров, характеризующих состояние магнитосферы: частота появления отрицательных значений PC индекса в южном и северном полушарии; соотношение между предельно большими величинами PC и межпланетного электрического поля (Troshichev et al., 2000; Nagatsuma, 2002); реакция PC индекса на изменения динамического давления солнечного ветра (Lukianova, 2003; Huang, 2005); зависимость между PC и АЕ индексами (Troshichev and Lukianova, 2002; Huang, 2005).

Причиной расхождений между PCN и PCS индексами оказались определённые различия в техниках расчёта PC индекса, принятых в ААНИИ и ДМИ, прежде всего при определении уровня отсчёта величины магнитных возмущения в полярных шапках. Стало очевидным, что PCN и PCS индексы необходимо вычислять по единой методике, чтобы устранить любое влияние техники расчёта на результаты анализа и их физическую интерпретацию. Результатом этой работы явилась унифицированная процедура расчёта PC индекса. На основании этой процедуры были рассчитаны новые ряды PCN и PCS индексов,-адекватно реагирующих на изменения геоэффективных параметров солнечного ветра. Как показал анализ связи между вариациями параметров солнечного ветра и величиной PC индекса, с одной стороны, и PC индексом и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне, с другой стороны, имеются все основания для использования PC индекса в целях диагностики и текущего прогноза состояния магнитосферы («космической погоды»).

Цель диссертационной работы. Разработка унифицированной методики расчёта PC индекса, характеризующего, по данным о магнитной активности в полярной шапке, геоэффективность солнечного ветра, независимо от точки наблюдения, местного времени и сезона года. Количественная оценка связи PC индекса с изменениями геоэффективного межпланетного электрического поля и импульсами динамического давления солнечного ветра. Анализ соотношений между поведением PC индекса и развитием магнитных возмущений в авроральной зоне и, на этой основе, определение возможностей мониторинга магнитных возмущений (суббурь) по данным о PC индексе.

На защиту выносятся:

1. Автоматизированный метод расчёта суточной вариации спокойного магнитного поля.

2. Унифицированная методика расчёта PC индекса обеспечивающая согласованные оценки геоэффективности солнечного ветра по данным о магнитной активности в северной и южной полярных шапках.

3. Оценка влияния геоэффективного межпланетного электрического поля и импульсов динамического давления солнечного ветра на величину PC индекса при различных геофизических условиях.

4. Закономерности поведения PC индекса и развития магнитных возмущений в авроральной зоне в суббурях разного типа и интенсивности.

Научная новизна.

1. Предложена унифицированная методика расчёта индекса магнитной активности PC, обеспечивающая согласованность величин PC в северной и южной полярных шапках при взаимодействии магнитосферы с геоэффективным солнечным ветром.

2. Разработан метод автоматического, в режиме реального времени, определения суточной вариации спокойного геомагнитного поля. Метод, являющийся основой унифицированной методики расчёта PC индекса, может быть использован для выявления спокойной суточной вариации в любых геофизических процессах.

3. Даны количественные оценки реакции PC индекса на изменение геоэффективных параметров солнечного ветра, таких как вариация межпланетного электрического поля и импульс динамического давления солнечного ветра.

4. Показано, что увеличение магнитной активности в полярных шапках является предвестником магнитных возмущений в авроральной зоне независимо от характера и интенсивности этих возмущений (слабые магнитные бухты, изолированные магнитосферных суббури, повторяющиеся пилообразные возмущения в периоды длительной и высокой магнитной активности). Показана зависимость временного интервала между началом увеличения PC и внезапным началом магнитного возмущения в авроральной зоне (длительность фазы роста) от скорости роста PC индекса.

5. Для суббурь разного типа и интенсивности выявлена связь между скоростью роста PC индекса и интенсивностью магнитных возмущений в авроральной зоне.

Практическая ценность работы состоит в разработке унифицированного метода расчёта индекса PC, характеризующего величину магнитной активности, генерируемой в полярных шапках под воздействием геоэффективного солнечного ветра. Увеличение PC индекса, предваряющее развитие магнитных возмущений в авроральной зоне, и связь интенсивности этих возмущений от скорости роста PC индекса служат основой для диагностики и текущего прогноза состояния магнитосферы («космической погоды»). Эта задача реализуется в рамках Федеральной целевой программы «Мониторинг геофизической обстановки» (2008-2015гг).

Апробация работы. Результаты исследований, представленных в работе, докладывались на следующих международных научных конференциях: IAGA & ICMA Joint-Symposiar-Perugia,Italy,-2005;-l 1—Quadrennial-Solar—Terrestrial-Physics-Symposium-"Sun, Space Physics and Climate", Rio de Janeiro, Brazil, 6-10 March, 2006; 31-й ежегодный семинар «Физика авроральных явлений», Апатиты, Россия, 2008; 7-я Международная конференция «Проблемы Геокосмоса», Санкт-Петербург, Россия 2008.

Унифицированный PC индекс публикуется на сайтах Арктического и Антарктического Научно Исследовательского Института (PCS) и' Датского Метеорологического Института (PCN). Электронные адреса этих сайтов: http://www.aarLnw.ru/clgmi/geophys/pcmain.htm http://web.dmi.dk/projects/wdccl/pcnu/pcnu.html

Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь статей: две статьи в рецензируемых научных журналах (в качестве первого автора), а также шесть статей с участием в качестве соавтора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, и списка литературы из 90 наименований, содержит 130 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков и 3 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Физика Солнца», Янжура, Александр Станиславович

Основные результаты диссертации:

1. Предложена унифицированная методика расчета PC индексов для северной (PCN) и южной (PCS) полярных шапок. Особенностью этой методики являются:

• процедура автоматического, в режиме реального времени, определения спокойного суточного хода, от которого ведётся отсчёт величины магнитного возмущения 5F.

• процедура расчёта коэффициентов связи между 5F и Em, обеспечивающая получение согласованных PCN и PCS индексов в независимости от местного времени и сезона года и цикла солнечной активности.

2. Исследована реакция PC индекса на вариации межпланетного электрического поля и импульсы динамического давления солнечного ветра. Показано, что величина и поведение PC индекса определяется главным образом геоэффективным межпланетным электрическим полем Em; PC реагирует на увеличение и уменьшение Em с задержкой примерно 15-30 минут. Скачок динамического давления солнечного ветра является вторым наиболее важным фактором, влияющим на изменение PC индекса. Эффект изменения давления на dPsw =1 нПа (за —10 минут) приблизительно эквивалентен эффекту влияния электрического полю Em = 0.33 мВ/м. При нарастании давления PC индекс растет, при уменьшении давления — падает. Рост давления является единственным фактором увеличения PC индекса при северной Bz компоненте ММП.

3. Исследована связь PC индекса с развитием изолированных магнитных суббурь. Показано, что увеличение PC индекса начинается примерно за час до внезапного начала суббури, демонстрируя наличие ярко выраженной фазы роста магнитной активности в полярной шапке. PC индекс в летней полярной шапке (летний PC) начинает расти раньше и достигает больших величин в сравнении с зимним PC. Поведение зимнего PC индекса в ходе развития суббури соответствует поведению магнитной возмущённости в авроральной зоне (AL индекс). После фазы экспансии летний и зимний PC индексы выравниваются.

4Изучены—особенности—статистической—связи- PC—индекса—с периодически— повторяющимися бухтообразными магнитными возмущениями в периоды длительной и экстремально высокой магнитной активности. Внезапное начало магнитных возмущений в авроральной зоне наблюдается, в среднем, через 30 минут после начала роста PC индекса, когда уровень PC превышает пороговое значение ~ 1.7 мВ/м. Величина и вариации PC индекса определяются поведением межпланетного электрического поля Em. Эффект влияния магнитных возмущений в авроральной зоне на магнитную активность в полярной шапке не превышает 10-20% среднего значения PC на фазе развития.

5. Сопоставление закономерностей развития авроральных магнитных возмущений разной интенсивности (изолированных коротких, длительных и замедленных суббурь и периодически повторяющихся бухтообразных возмущений показывает, что продолжительность фазы роста и интенсивность магнитных возмущений в авроральной зоне зависят от скорости увеличения PC индекса.

По совокупности полученных результатов делается вывод, что PC индекс может рассматриваться, как независимая мера геоэффективности солнечного ветра, взаимодействующего с магнитосферой Земли.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Янжура, Александр Станиславович, 2009 год

1. Благовещенская Н.Ф., Д.В. Благовещенский, В.А. Корниенко, Т.Д. Борисова, И.В.

2. Москвин, М.Ю. Бердникова, А.С. Янжура, Ионосферные эффекты в главную фазу магнитной бури 20 ноября 2003 г. в европейском регионе Арктики., Геомагнетизм и аэрономия, Том 45, № 1, 2005.

3. Ионосферно-магнитные возмущения в высоких широтах, Гидрометиздат, Ленинград,1986.

4. Кузнецов Б.М., О.Л.Коростелкина, О.А.Трошичев, DP2 вариация и электрическиеполя в полярной шапке, Геомагн. исследования, 21, 1976.

5. Пудовкин М.И., Козеллов В.П., Лазутин Л.Л., Трошичев О.А., Чертков А.Д.,

6. Физические основы прогнозированя магнитосферных возмущений, Л., Наука, 312с, 1977.

7. Сергеев В.А., Цыганенко Н.А.: Магнитосфера Земли, Наука, М., 1980.

8. Трошичев О.А., В.П.Васильев, Б.М.Кузнецов, Особенности магнитных возмущений взимней и летней полярных шапках, Геомагн. исследования, 26, 62-716 1979

9. Akasofu, S.I., Physics of magnetospheric substorms, D.Reidel, Holland, 719p., 1977.

10. Akasofu, S.I., The development of the aurorally substorm, Planet. Space Sci.,12, 273-282,1964.

11. Akasofu S.-I. and S.Chapman, Solar-Terrestrial Physics, Oxford, 1972.

12. Biran, A., MATLAB 6 for Engineers, Prentice Hall, 2002.

13. Birkeland, K., The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903, vol.1, Christiania,1908.

14. Borovsky, J., RJ.NEmzek, and R.D.Belian, The occurrence rate of magnetospheric-substorm onsets: Random and periodic substorms, J.Geohys. Res., 98, 3807-3813, 1993.

15. Boudouridis, A., E.Zesta, R.Lyons, P.C.Anderson ans D.Lummerzheim, Effect of solarwind pressure pulses on the size and strength of the auroral oval, J. Geophys. Res., 108, N A4, 8012, doi: 10.1029/2002JAA009373, 2003.

16. Bythrow P.F. and T.A.Potemra, The relationship of total Birkeland currents to the mergingelectric field, Geophys. Res. Lett., 10, 573-576, 1983.

17. Campbell, W.H., Occurrence of AE and Dst geomagnetic index levels and the selection ofthe quietest days in a year, J. Geophys. Res., 84, Mar. 1, 1979.17 .Chapman,S.and Bartels, Geomagnetism, Geomagnetism, Oxford, Clarendon Press,1.ndon, 1940.

18. Christiansen, F., V.O. Papitashvili, and T. Neubert, Seasonal variations of high-latitudefield-aligned currents inferred from Oersted and Magsat observations, J. Geophys. Res., 107(2), 5-1,2002.

19. Chun, F. K., D. J. Knipp, M. G. McHarg, G. Lu, B. A. Emery, S. Vennerstram, and O. A.

20. Troshichev, Polar cap index as a proxy for hemispheric Joule heating, Geophys. Res. Lett., 26(8), 1101, 1999.

21. Chun, F. K., D. J. Knipp, M. G. McHarg, J. R. Lacey, G. Lu, and B. A. Emery, Jouleheating patterns as a function of polar cap index, J. Geophys. Res., 107(A7), 1119, doi: 10.1029/2001JA000246, 2002.

22. Clauer, C.R., X.Cai, D.Welling, A.DeJong, and M.G.Henderson, Characterizing the 18

23. April 2002 storm-time sawtooth events using ground magnetic data, J. Geophys. Res., Ill, A04S90, doi: 10.1029/2005JA011099, 2006.

24. Dmitrieva, N.P. and V.A.Sergeev, The spontaneous and induced onset of the explosivephase of a magnetospheric substorm and the duration of the preliminary phase, Geomagn. Aeron., (Engl. Transl), 23, 380-382, 1983.

25. Erlandson, R.E., D.G.Siebeck, R.E.Lopez, L.J.Zanetti, and T.A.Potemra, Observations ofsolar wind pressure initiated fast mode waves at geostationary orbit and in the polar cap, J. Atmosph. Terr. Phys., 53, 231-239, 1991.

26. Fujii R., T.Iijijma, T.A.Potemra, and M.Sugiura, Seasonal dependence of large-scale Birkeland currents, Geophys. Res. Lett., 8, 1103-1106, 1981.

27. Fukushima H., Equivalence in ground magnetic effect of Chapman-Vestine's and

28. Birkeland-Alfven's electric current systems for polar magnetic storms, Rep. Ion. Space Res. Japan, 23, 219-227, 1969.

29. Gerard, J.-C., B.Hubert, A.Grard, M.Meaurant, and S.B.Mende, Solar wind control of auroral substorm onset locations observed with the IMAGE-EUV imagers, J. Geophys. Res., 109, A 03208, doi:10.1029/2003JA010129, 2004.

30. Gizler, V.A., B.M.Kuzhetsov, V.A.Sergeev, and O.A.Troshichev, The sources of the polarcap and low latitude bay-like disturbances during substorms, Planet. Space Sci., 24, 11331139, 1976.

31. Gizler V.A, V.S.Semenov, O.A.Troshichev, The electric fields and currents in theionosphere generated by field-aligned currents observed by TRIAD, Planet. Space Sci.,27,223-231, 1979

32. Henderson, M.G., G.D.Reeves, R.Skoug, M.F.Thomsen, M.H.Denton, S.B.Mende,

33. T.J.Immel, P.C.Brandt, and H.J.Singer, Magnetospheric and auroral activity during the 18 April 2002 sawtooth event, J. Geophys. Res., Ill, A01S90, doi:10.1029/2005JA011111, 2006.

34. Hitchman, A.P.; Lilley,F.E.M.; Campbell,W.H., The quiet daily variation in the total magnetic field: global curves., Geophys. Res. Let., 25, Issue 11, p. 2007.

35. Hsu, T.-S., and R.L.McPherron, Average characteristics of triggered and nontriggeredsubstorms, J. Geophys. Res., 109, A07208, doi: 10.1029/2003JA009933, 2004.

36. Huang, C.-S, G.D.Reeves, J.E.Borovsky, R.V.Skoug, Z.Y.Pu, and G.Le, Recurrent magnetospheric substorms and their relationship with solar wind variations, J. Geophys. Res., 108(A6), 1255, doi:10.1029/2002JA009704, 2003.

37. Huang, C-S., J.C.Foster, G.D.Reeves, J.Watermann, J.H.Sastri, K.Yumoto, and P.Song,

38. Global magnetospheric-ionospheric oscillations iniated by a solar wind pressure impulse, J. Geophys. Res., 108(A6) , 1232, doi:10.1029/2002JA009465, 2003a.

39. Huang, C.-S., G.Lee, and G.D.Reeves, Periodic magnetospheric substorms duringfluctuating interplanetary magnetic field Bz, Geophys. Res. Lett., 31, LI4801, doi: 10.1029/2004GL020180, 2004.

40. Iijima, Т., and T.A. Potemra, The amplitude distribution of field-aligned currents at northern high latitudes observed by TRIAD, J. Geophys. Res., 81, 2165-2174, 1976.

41. Iijima T. and T.APotemra, The relationship between interplanetary quantites and

42. Birkeland current densities, Geophys. Res. Lett., 4, 442-445, 1982

43. Iijima, Т., Т. A. Potemra, L. J. Zanetti, and P. E. Bythrow, Stable patterns of large-scale

44. Birkeland currents in the polar region during strongly northward IMF, J. Geophys. Res., 89, 7441, 1984.

45. Janzhura, A.S., О. A. Troshichev, Determination of the running quiet daily geomagneticvariation, J.Atmos. Solar-Terr. Phys., 70, 7, 2008-5.

46. Janzhura, A.S., O.A. Troshichev, and P. Stauning, Unified PC indices:-Relation to theisolated magnetic substorms, submitted in J. Geophys. Res., doi:10.1029/2006JA012132, 2007.

47. Kamide, Y. Electrodynamic processes in the Earth's ionosphere and magnetosphere, Kyoto

48. Sangyo Uni. Press, 756p, 1988.

49. Kamide, Y., and W.Baumjohann, Magnetosphere-ionosphere coupling, Springer-Verlag,

50. Berlin Heidelberg, 178p, 1993.

51. Kan, J. R., and L. C. Lee (1979), Energy coupling function and solar wind-magnetospheredynamo, Geophys. Res. Lett., 6, 577.

52. Kan, J.R., L.C.Lee, Energy coupling function and solar wind-magnetosphere dynamo,

53. Geophys. Res. Lett., 6, 577, 1979.

54. Kitamura, K., H.Kawano, S.Ohtani, A.Yoshikawa, and K.Yomoto, Local-time distributionof low and middle latitude ground magnetic disturbances at sawtooth injections of April 18-19, 2002, J Geophys. Res., 110, A07208, doi: 10.1029/2004J AO 10734, 2005.

55. Lee, D.-Y., L.R.Lyons. and K.Yumoto, Sawtooth oscillations directly driven by solar winddynamic pressure enhancements, J. Geophys. Res., 109, A04202, doi: 10.1029/2003JA010246, 2004.

56. Liou, K., J. F. Carbary, P. T. Newell, С. I. Meng, and O. Rasmussen, Correlation of auroralpower with the polar index, J. Geophys. Res., 108(A3), 1108, doi: 10.1029/2002JA009556, 2003.

57. Liou, K., P.T.Newell, C.-I.Meng, C.-C.Wu, and R.P.Lepping, Investigation of externaltriggering of substorms with Polar ultraviolet imager observations, J. Geophys. Res., 108, n A10, 1364, doi: 10.1029/2003JA009984, 2003.

58. Liou, K., P.T.Newell, C.-I.Meng, C.-C.Wu, and R.P.Lepping, On the relationship betweenshock-induced polar magnetic bays and solar wind parameters, J. Geophys. Res., 109, A06306, doi: 10.1029/2004JA010400, 2004.

59. Lopez, R.E., M. Wiltberger, S.Hernandez, and J.G.Lyon, Solar wind density control ofenergy transfer to the magnetosphere, J. Geophys. Res., 31, L08804, doi: 10.1029/2003GL018780, 2004.

60. Lui, A.T.Y., T.Hori, S.Ohtani, Y.Zhang, X.Y.Zhou, M.G.Henderson, T.Mukai,

61. H.Hayakawa, and S.B.Mende, Magnetotail behaviour during storm time "sawtooth events", J. Geophys. Res., 109, A10215, doi:10.1029/2004JA010543, 2004

62. Lukianova, R., О. Troshichev, and G. Lu, The polar cap magnetic activity indices in thesouthern (PCS) and northern (PCN) polar caps: Consistency and discrepancy, Geophys. --Res.-Lett.,-29(18), 1879, doi:10.1029/2002GL015179, 2002.

63. Lukianova, R.Yu., Magnetospheric response to sudden changes in solar wind dynamicpressure inferred from polar cap index, J. Geophys. Res., 108, A12, 428, doi: 10.1029/2002JA009790, 2003.

64. Maezawa K. Magnetospheric convection induced by the positive and negative Zcomponents of the interplanetary magnetic field: quantitative analysis using polar cap magnetic records, J. Geophys. Res., 81, 2289-2303, 1976.

65. Matsushita S. and H. Maeda, On the geomagnetic solar quiet daily variation field during the

66. Y, J. Geophys. Res., 70, 2535, 1965.

67. Meurant, M., J.-C.Gerard, C.Blockx, B.Hubert, and V.Coumans, Propagation of electronand proton shock-induced aurora and the role of the interplanetary magnetic field and solar wind, J. Geophys. Res., 109, A10210, doi:10.1029/2004JA010453, 2004.

68. Moretto, Т., A.J.Ridley, M.J.Engebretson, and O.Rasmussen, High-latitude ionosphericresponse to a sudden impulse events during northward IMF conditions, J. Geophys. Res., 105, NA2, 2521-2531,2000.

69. Motoba, Т., T.Kikuchi, T.Okuzawa, and K.Yumoto, Dynamical response of themagnetosphere-ionosphere system to a solar wind dynamic pressure oscillation, J. Geophys. Res., 108, N. A5, 1206, doi:10.1029/2002JA009696, 2003.

70. Nagatsuma, Т., Saturation of polar cap potential by intense solar wind electric fields,

71. Geophys.Res.Lett., 29(10), 1422, doi:10.1029/ 2001GL014202, 2002.

72. Newell, P.T., and C.-I.Meng, Ionospheric projections of magnetospheric regions under lowand high solar wind pressure conditions, J. Geophys. Res., 99, N Al, 273-286, 1994.

73. Ohtani, S., G. Ueno, and T.Higuchi, Comparison of large-scale field-aligned currents undersunlit and dark ionospheric conditions, J. Geophys. Res., 110, A09230, doi: 10.1029/2005JA011057, 2005.

74. Palmroth, M., T.I.Pulkkinen, P.Janhunen, D.J.McComas, C.W.Smith, and H.E.J.Koskinen,

75. Role of solar wind dynamic pressure in driving ionospheric Joule heating, J. Geophys. Res., 109, A11302, doi: 10.1029/2004JA010529, 2004.

76. Petrukovich, A.A. and A.A.Rusanov, AL index dependence on the solar wind input revisited, Adv. Space Res., 36, 2440-2444, 2005.

77. Ramsay, J.O., Functional Data Analysis, Springer, 2005.

78. Ridley, A. J., and E. A. Kihn, Polar cap index comparisons with AMIE cross polar cappotential, electric field, and polar cap area, Geophys. Res. Lett., 31, L07801, doi:10.1029/2003GL019113, 2004.

79. Rostoker, G., S.I.Akasofu, W.Baumjohann, Y.Kamide, R.L.MaPherron, The roles of directinput of energy from the solar wind and inloading of stored magnetotail energy in driving magnetospheric substorms, Space Sci. Rev.,46, 93, 1987.

80. Sergeev V.A. and B.M.Kuznetsov, Quntitative dependence of the polar cap electric field on the IMF Bz component and solar wind velocity, Planet. Space Sci. 29, 205-213, 1981.

81. Sibeck, D.G., and D.J.Croley, Solar wind dynamic pressure variations and possible groundsignatures of fluxes transfer events, J. Geophys. Res., 96, A2, 1669-1683, 1991.

82. Stauning, P., O. Troshichev, and A. Janzhura, Polar Cap (PC) index. Unified PC-N (North)index procedures and quality, DMI Scientific Report, SR-06-04, Danish Meteorological Institute, Copenhagen, Denmark, 2006.

83. Stauning P. and O.A. Troshichev, Polar cap convection and PC index during suddenchanges in solar wind dynamic pressure, J. Geophys. Res., 113, A08227, doi:10.1029/2007JA012783, 2008

84. Stauning, P., O. A. Troshichev, and A. S. Janzhura, The polar cap (PC) index. Relations tosolar wind parameters and global magnetic activity level, J. Atm. Solar-Terr. Phys Volume 70, Issue 18, p. 2246-2261, 2008.

85. Takalo, J. and J. Timonen, On the relation of the AE and PC indices, J. Geophys. Res., 103,29393, 1998.

86. Troshichev, O. A., N. P. Dmitrieva, and В. M. Kuznetsov, Polar cap magnetic activity as asignature of substorm development, Planet. Space Sci., 27, 217, 1979.

87. Troshichev, O.A., Polar magnetic disturbances and field-aligned currents, Space Sci. Rev.,32, 275-360, 1982.

88. Troshichev, O. A., and V. G. Andrezen , The relationship between interplanetary quantitiesand magnetic activity in the southern polar cap, Planet. Space Sci., 33, 415,1985.

89. Troshichev, O. A., R. Yu. Lukianova, V. O. Papitashvili, F. J. Rich, and O. Rasmussen2000), Polar cap index (PC) as a proxy for ionospheric electric field in the near-pole region, Geophys. Res. Lett., 27, 3809.

90. Troshichev, О. A., V. G. Andrezen, S. Vennerstram, and E. Friis-Christensen, Magneticactivity in the polar cap A new index, Planet. Space Sci., 36, 1095, 1988.

91. Troshichev, O., A. Janzhura, and P.Stauning, Unified PCN and PCS indices: method ofcalculation, physical sense and dependence on the IMF azimuthal and northward components, J. Geophys. Res., 111, A05208, doi: 10.1029/2005JA011402, 2006.

92. Troshichev, О., A. Janzhura, and P.Stauning, Magnetic activity in the polar caps: Relationto sudden changes in the solar wind dynamic pressure, J. Geophys. Res., 112, doiil0a029/2007JA012369, 2007

93. Troshichev, O., A. Janzhura, and P. Stauning, Reply to Comment of R.Lukianova on paper

94. The unified PCN and PCS indices: method of calculation, physical sense, dependence on the IMF azimuthal and northward components" by O.Troshichev, A Janzhura Geophys. Res., 112, 2007.

95. Troshichev, О., H. Hayakawa, A. Matsuoka, T. Mukai, and K. Tsuruda (1996), Cross polar cap diameter and voltage as a function of PC index and interplanetary quantities, J. Geophys. Res., 101, 13,429.

96. Troshichev, O.A., and R.Lukianova, Relation of the PC index to the solar wind parametersand substorm activity in time of magnetic storm, J. Atmos. Solar.Terr. Phys., 64, 585, 2002.

97. Troshichev, O.A., B.M.Kuznetsov, and M.I.Pudovkin, The current systems of the magneticsubstorm growth and explosive phases, Planet. Space Sci., 22, 1403, 1974.

98. Vassiliadis, D., Angelopoulos, V., Baker, D.N., Klimas, A. J., The relation between thenorthern polar cap and auroral electrojet geomagnetic indices in the wintertime, Geophys. Res. Lett., 23,2781, 1996.

99. Vennerstroem, S., E. Friis-Christensen, O. A. Troshichev, and V. G. Andrezen,

100. Geomagnetic Polar Cap (PC) index 1975 1993, Rep. UAG-103, World Data Cent. A for Sol.-Terr. Phys., Natl. Geophys. Data Cent., Boulder, Colo, 1994.

101. Vennerstram, S., Friis-Christensen, E., Troshichev, O.A., Andrezen, V.G., Comparisonbetween the polar cap index PC and the auroral electrojet indices AE, AL and AU, J. Geophys. Res., 96, 101, 1991.

102. Wing S. and P.T.Newell, Quiet time plasma sheet ion pressure condition, J. Geophys. Res.105,7793-7802, 2000.

103. Yang Y.S., R.W.Spiro, and R. A. Wolf. Generation of Region 1 current by magnetosphericpressure gradients, J. Geophys. Res., 99, 223-234, 1994.

104. Zhou, X.-Y., R.J.Strangeway, P.G.Anderson, D.G.Sibeck, B.T.Tsurutani, G.Haerendel, H.U.Frey, and J.K.Arballo, Shock aurora: FAST and DMSP observations, J. Geophys. Res., 108, N A4, 8019, doi: 10.1029/2002JAA009701, 2003.