Induction arrow spatial and temporal variations
The induction arrow C is a characteristic of the variable geomagnetic field at one observation point (x, y) for a certain period T of geomagnetic variations B. It visually describes the magnitude and direction of the deviation of the geomagnetic field vector from the horizontal plane. The induction...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/307063 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-307063 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-12-15T15:25:43Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
Electrical properties Electromagnetic theory Geomagnetic induction Magnetotellurics Time-series analysis |
| spellingShingle |
Electrical properties Electromagnetic theory Geomagnetic induction Magnetotellurics Time-series analysis Rokityansky, Igor Tereshyn, Artem Induction arrow spatial and temporal variations |
| topic_facet |
Electrical properties Electromagnetic theory Geomagnetic induction Magnetotellurics Time-series analysis Електричні властивості Електромагнітна теорія Геомагнітна індукція Магнітотелурика Аніліз часових рядів |
| format |
Article |
| author |
Rokityansky, Igor Tereshyn, Artem |
| author_facet |
Rokityansky, Igor Tereshyn, Artem |
| author_sort |
Rokityansky, Igor |
| title |
Induction arrow spatial and temporal variations |
| title_short |
Induction arrow spatial and temporal variations |
| title_full |
Induction arrow spatial and temporal variations |
| title_fullStr |
Induction arrow spatial and temporal variations |
| title_full_unstemmed |
Induction arrow spatial and temporal variations |
| title_sort |
induction arrow spatial and temporal variations |
| title_alt |
Просторово-часові варіації індукційної стрілки |
| description |
The induction arrow C is a characteristic of the variable geomagnetic field at one observation point (x, y) for a certain period T of geomagnetic variations B. It visually describes the magnitude and direction of the deviation of the geomagnetic field vector from the horizontal plane. The induction arrow is nonzero only when the vertical component Bz appears. Bz appears in three cases: 1) electrical conductivity’s horizontal gradients under the surface of the globe; 2) incomplete compensation of the vertical component of the primary field of the ionosphere-magnetosphere source by the secondary field induced in the horizontally layered Earth. The degree of compensation systematically changes during the day, year..., leading to temporal variations in the induction arrow (source effect); 3) the appearance of not-removed noise or lithosphere emission containing Bz. This article presents the spatial and temporal variations of the induction arrows. Real (in-phase) and imaginary (out-of-phase) induction arrows (vertical response functions or tippers) were obtained for every day with proper observations from 1991 to 2014 years for five intervals of periods: 150—300 s, 300—600 s, 600—1200 s, 1200—2400 s, 2400—3600 s, calculated from three components of geomagnetic field recorded at 137 observatories of the global network INTERMAGNET. To reduce the scatter, the daily values were recalculated to monthly values. Such global material from +87° to –88° of geomagnetic latitude was obtained for the first time and its analysis yielded new scientific results. The annual variations (with a period one year) are visible at about 2/3 of the observatories (at the other observatories, they are below the background level of shorter period variations and/or noise). Its amplitude strongly depends on the geomagnetic latitude and sometimes reaches such a high value as 0.4—0.5 (peak-to-peak) at high (>65°) latitudes and varies within 0.01—0.15 at middle and low latitudes. Previous studies at middle latitudes discovered that the annual variations in the northern component Au is positive everywhere (maximum in June, minimum in December) and proposed, as a global source model for the annual variations explanation, the ring current at the height 3―6 Earth’s radii. We discovered that at high latitudes, Au is usually negative. We propose to explain all the observed features of the induction arrow’s annual variations by variations of the ionosphere currents in the aurora zone. 11-year variations are found at ≈30 % of observatories located at all latitudes but more frequently in aurora zones. At a few observatories, trends (monotonous changes in arrows) were found. The largest trend of magnitude 0.2 for all periods was found in southern Greenland, where glaciers have been melting rapidly over the past 30 years, which makes it possible to associate both trends with global warming. In a few aurora observatories of North America trends of magnitude ≈0.1 were noticed. In these same years, the North Magnetic Pole unusually rapidly migrated for 1100 km in 23 years. It can be assumed that these trends are related to changes in the aurora oval position. At geomagnetic latitudes from –78° to +78°, the main harmonic (24 hours=86400 s) of daily variations of the geomagnetic field is always accompanied by at least one higher order harmonic 24/n (n=1÷7). At higher latitudes >78° of both hemispheres only the fundamental 24-hour harmonic is visible. Induction arrow temporal variations create difficulties in determining its constant component used to study the electrical conductivity of the Earth’s crust and upper mantle but can be very useful for geodynamic processes study |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/307063 |
| work_keys_str_mv |
AT rokityanskyigor inductionarrowspatialandtemporalvariations AT tereshynartem inductionarrowspatialandtemporalvariations AT rokityanskyigor prostorovočasovívaríacíííndukcíjnoístrílki AT tereshynartem prostorovočasovívaríacíííndukcíjnoístrílki |
| first_indexed |
2024-12-15T20:49:18Z |
| last_indexed |
2024-12-15T20:49:18Z |
| _version_ |
1818840013666779136 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-3070632024-12-15T15:25:43Z Induction arrow spatial and temporal variations Просторово-часові варіації індукційної стрілки Rokityansky, Igor Tereshyn, Artem Electrical properties Electromagnetic theory Geomagnetic induction Magnetotellurics Time-series analysis Електричні властивості Електромагнітна теорія Геомагнітна індукція Магнітотелурика Аніліз часових рядів The induction arrow C is a characteristic of the variable geomagnetic field at one observation point (x, y) for a certain period T of geomagnetic variations B. It visually describes the magnitude and direction of the deviation of the geomagnetic field vector from the horizontal plane. The induction arrow is nonzero only when the vertical component Bz appears. Bz appears in three cases: 1) electrical conductivity’s horizontal gradients under the surface of the globe; 2) incomplete compensation of the vertical component of the primary field of the ionosphere-magnetosphere source by the secondary field induced in the horizontally layered Earth. The degree of compensation systematically changes during the day, year..., leading to temporal variations in the induction arrow (source effect); 3) the appearance of not-removed noise or lithosphere emission containing Bz. This article presents the spatial and temporal variations of the induction arrows. Real (in-phase) and imaginary (out-of-phase) induction arrows (vertical response functions or tippers) were obtained for every day with proper observations from 1991 to 2014 years for five intervals of periods: 150—300 s, 300—600 s, 600—1200 s, 1200—2400 s, 2400—3600 s, calculated from three components of geomagnetic field recorded at 137 observatories of the global network INTERMAGNET. To reduce the scatter, the daily values were recalculated to monthly values. Such global material from +87° to –88° of geomagnetic latitude was obtained for the first time and its analysis yielded new scientific results. The annual variations (with a period one year) are visible at about 2/3 of the observatories (at the other observatories, they are below the background level of shorter period variations and/or noise). Its amplitude strongly depends on the geomagnetic latitude and sometimes reaches such a high value as 0.4—0.5 (peak-to-peak) at high (>65°) latitudes and varies within 0.01—0.15 at middle and low latitudes. Previous studies at middle latitudes discovered that the annual variations in the northern component Au is positive everywhere (maximum in June, minimum in December) and proposed, as a global source model for the annual variations explanation, the ring current at the height 3―6 Earth’s radii. We discovered that at high latitudes, Au is usually negative. We propose to explain all the observed features of the induction arrow’s annual variations by variations of the ionosphere currents in the aurora zone. 11-year variations are found at ≈30 % of observatories located at all latitudes but more frequently in aurora zones. At a few observatories, trends (monotonous changes in arrows) were found. The largest trend of magnitude 0.2 for all periods was found in southern Greenland, where glaciers have been melting rapidly over the past 30 years, which makes it possible to associate both trends with global warming. In a few aurora observatories of North America trends of magnitude ≈0.1 were noticed. In these same years, the North Magnetic Pole unusually rapidly migrated for 1100 km in 23 years. It can be assumed that these trends are related to changes in the aurora oval position. At geomagnetic latitudes from –78° to +78°, the main harmonic (24 hours=86400 s) of daily variations of the geomagnetic field is always accompanied by at least one higher order harmonic 24/n (n=1÷7). At higher latitudes >78° of both hemispheres only the fundamental 24-hour harmonic is visible. Induction arrow temporal variations create difficulties in determining its constant component used to study the electrical conductivity of the Earth’s crust and upper mantle but can be very useful for geodynamic processes study Вектор індукції C — є характеристикою змінного геомагнітного поля в одній точці спостереження (x, y) для певного періоду T геомагнітних варіацій B. Він наочно описує величину та напрямок відхилення вектора геомагнітного поля від горизонтальної площини. Вектор індукції не є нульовим лише тоді, коли з’являється вертикальна компонента Bz. Вона з’являється у таких випадках: 1) за наявності горизонтальних градієнтів електропровідності під поверхнею Землі; 2) в разі неповної компенсації вертикальної компоненти первинного поля іоносферно-магнітосферного джерела вторинним полем, індукованим у горизонтально-шаруватій Землі; ступінь компенсації систематично змінюється протягом дня, року …, що зумовлює тимчасові коливання вектора індукції (ефект джерела); 3) поява невидаленого шуму або емісії літосфери, що містить Bz. Розглянуто просторову та часову мінливість вектора індукції. Реальні (у фазі) та уявні (позафазно) вектори індукції (вертикальна функція відгуку, або типер) отримані для кожної доби під час відповідних спостережень з 1991 по 2014 р. для п’яти інтервалів періодів, с: 150—300, 300—600, 600—1200, 1200—2400, 2400—3600, що розраховані за трьома компонентами геомагнітного поля, зареєстрованими на 137 обсерваторіях глобальної мережі INTERMAGNET. Щоб зменшити розкид, щоденні значення було перераховано у місячні значення. Такий глобальний матеріал від +87° до –88° геомагнітної широти отримано вперше, його аналіз дає нові наукові результати. Річні варіації (із періодом 1 рік) спостерігаються приблизно на 2/3 обсерваторій (у решті обсерваторій вони нижчі за фоновий рівень варіацій коротких періодів і/або шуму). Його амплітуда сильно залежить від геомагнітної широти та іноді досягає такого високого значення — 0,4—0,5 (від піку до піку) у високих (>65°) широтах і змінюється у межах 0,01—0,15 у середніх і низьких широтах. Попередні дослідження у середніх широтах виявили, що річна варіація північної компоненти Au є скрізь додатною (максимум — у червні, мінімум — у грудні), тому для пояснення річних варіацій було запропоновано модель глобального джерела у вигляді кільцевого струму на висоті 3—6 радіусів Землі. Ми виявили, що у високих широтах Au зазвичай є від’ємною, і пропонуємо пояснити всі спостережувані особливості річних варіацій вектора індукції варіаціями іоносферних струмів у зоні полярних сяйв. 11-річні варіації трапляються у ≈30 % обсерваторій, розташованих на всіх широтах, але частіше у зонах полярних сяйв. У кількох обсерваторіях було виявлено монотонні зміни векторів — тренди. Найбільший тренд величиною 0,2 для всіх періодів був виявлений на півдні Гренландії, де льодовики швидко тануть за останні 30 років, що дає можливість пов’язати обидва тренди із глобальним потеплінням. У декількох авроральних обсерваторіях Північної Америки було помічено тренди величиною ≈0,1. У ці самі роки Північний магнітний полюс надзвичайно швидко перемістився на 1100 км за 23 роки. Можна припустити, що ці тенденції пов’язані зі зміною позиції аврорального овалу. На геомагнітних широтах від –78° до +78° основна гармоніка (24 год=86400 с) добових варіацій геомагнітного поля завжди супроводжується принаймні однією гармонікою вищого порядку 24/n (n=1÷7). На вищих широтах >78° обох півкуль існує лише основна 24-годинна гармоника. Часові варіації вектора індукції можуть створювати труднощі у визначенні їх постійної складової, яка використовується для вивчення електропровідності земної кори та верхньої мантії, але можуть бути корисними для вивчення геодинамічних процесів Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2024-12-15 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/307063 10.24028/gj.v46i6.307063 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 46 No. 6 (2024) Геофизический журнал; Том 46 № 6 (2024) Геофізичний журнал; Том 46 № 6 (2024) 2524-1052 0203-3100 en https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/307063/308268 Copyright (c) 2024 Igor Rokityansky, Artem Tereshyn https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 |