*Yugo Kitanoya [Tokyo U.,D2]

1. 2010/06/16 STP seminar Localized electron density enhancementsin the high-altitude polar ionosphereand their relationships with SED/TOI events *Yugo Kitanoya [Tokyo U.,D2]

2. 0. plasma density profile in the polar cap earth magnetosphere Electron density by AKEBONO[Kitamura et al.,2008] Electron density in the polar cap by S3-3[Kletzing et al.,1998] In general, plasma density decrease with altitude. In the high-altitude polar cap, plasma density is very low.

3. 磁気嵐時、 1.夕方側のリングカレント増加 ↓ 2.電場発生＠夕方側電離圏 ↓ 3.西向き対流発生 ↓ 4.SED発生 60° latitude 25° -60° -130° longitude 1-1. SED (Storm Enhanced Density) / TOI (a polar Of Tongue Ionization) ・SED: プラズマ圏→カスプ領域へのプラズマ輸送 ・TOI: SEDが極冠域に侵入したもの SEDby GPS-TEC (Total Electron Count) [Foster et al., 2004] The ring-current density by kiku-6 [Terada et al.,1998]

4. Electron temperature SED Electron density SED In SED, electron temperature and density by Millstone Hill radar [Foster, 1993] 1-2. The feature of SED/TOI The feature of SED/TOI at F-region Compared with surrounding, 1. electron density ： high （約10倍） 2. electron temperature ： low （数100K）

5. SED in the magnetosphere by 1989-046 satellite SED in F-region by ground-based radar [Su et al., 2001] SED/TOI →高高度までプラズマ密度が分布している。 1-3. In the magnetosphere, SED is observed 6h 12h 0h drainage plume 18h Plasmasphere drainage plume by IMAGE [Foster et al., 2004]

6. 1. SED/TOI in the cusp region Outflow : Cleft Ion Fountain (CIF) SED/TOI → CIF increase [W. Zeng and J. L. Horwitz, 2008] ※シミュレーション 2. SED/TOI in the polar cap Outflow : Polar wind SED/TOI → Polar wind increase [Schunk et al., 2005] 3. SED/TOI in the night-side polar cap ※シミュレーション up-flow by precipitation particle SED/TOI → up-flow increase [Zhi-Gang Y. et al., 2008] ※観測 1-4. Outflow? of SED/TOI in the polar cap SED/TOI in the polar cap → plasma source of the magnetosphere ?? Polar wind (ion drift velocity) in the polar cap [Abe et al.,1993a] 極冠域高高度でのSED/TOI ： 観測なし

7. 2-1. localized plasma density enhancements in the high-altitude polar cap Electron Temperature [K] Probe Bias [V] POLAR WIND：小 H+ Ion Velocity [km/s] O+ Localized plasma density enhancements in the high-altitude polar cap by AKEBONO （1992/03/10 17:24-46UT） Plasma density increase at ALT5000km ・electron density = 約2000cm-3 （normalの約10倍） ・electron temperature = 約4000K（normal>8000K） ・H+ ion velocity = low : 約5km/sほど遅い

8. If SED/TOI = 高高度の密度上昇, 　イオン観測（Akebono衛星） 　　　→SED/TOIの極冠域でのoutflowとしての振る舞いを確認 2-2. Summary of two localized plasma density increase Localized plasma density enhancement by AKEBONO @ALT3000-6000km 1. High solar activity 2. High geomagnetic activity 3. Electron density = high 4. Electron temperature = low 5. Ion drift velocity = low 6. O+ ion が支配的 SED/TOI @ALT850km 1. High geomagnetic activity 2. Electron density = high 3. Electron temperature = low 4. 高高度（磁気圏）でも密度増加

9. SED [1] Akebono衛星 （高高度での電子密度増加を確認） [2] GPS衛星TEC観測 （SEDを確認） [3] DMSP衛星 （低高度での対流と密度増加を確認） [4] SuperDARN radars （極域の対流を確認） 2-3. Linkage between two localized plasma density increase SED/TOIのルートを把握し、高高度でも密度上昇しているか確認

10. 2-4. Result and Discussion C Kp=4+, By=+, Bz=- 1. SED, 14:00-15:50 UT by GPS_TEC 2. ion density increase, 15:45-15:48 UT by DMSP 3. electron density increase, 15:40-15:47 UT by AKEBONO 15:30-16:00 UT, by SuperDARN convection patternは大きな変化なし。

11. 2-5. Result and Discussion B SEDがあけぼの衛星が観測している極冠域高高度の局所的プラズマ密度上昇を引き起こしている可能性が高い。 密度上昇（SED/TOI）内のあけぼの衛星のイオン観測より、 ①極冠域において、SED/TOIは、Polar Windを強める方向には働いていない。 ②O+ ionが支配的（←SEDが低・中の電離圏高度のプラズマで構成？）

12. 3-1. Low H+ ion velocity in SED/TOI 電子密度・温度@TOI by AKEBONO（高度約3000-5000km）、DMSP（高度約850km） 　　　　　　　　　　　　　↓ TOI内の電子密度・温度の高度方向のモデルを作成 TOI内のH+,O+密度・温度の高度方向のモデルを作成 　　　　　　　　　　　　　↓ TOI内に「分極電場」、「H+の圧力勾配」、「H+とO+との衝突による力」を算出 　　　　　　　　　　　　　↓ TOI内におけるH+にかかる力について考察 H+ionの運動方程式 ： mH+nH+(dvH+/dt) = -mH+nH+g + enH+E – mH+nH+νH+O+(vH+-vO+) - ▽pH+ 重力加速度：g = GmE/(rE+h)2 衝突周波数：νH+O+ = 1.23nO+/(TO+)3/2 圧力 = k n T 電場 ： E = -(1/ene) ▽pe

13. ・通常のモデル by [Kletzing and Torbert,1994] →n(z)=6×104exp(-(z-318)/383) + 1.34×107z-1.55 ・密度上昇内のモデル by AKEBONO,DMSP →n(z)=6×105exp(-(z-318)/383) + 1.34×107z-1.08 3-2. Electron density model in TOI ・観測：AKEBONO衛星 1989-1992年　ILAT>75°MLT9-15hでのデータ使用 密度上昇内の観測値： ALT>3000km 電子密度>1000cm-3電子温度<7000K ・観測：DMSP衛星 2002年 SED/TOI 2ケース（2/5 22h UT、3/20 15h UT）のデータ使用

14. 3-3. Electron temperature model in TOI ・通常のモデル by AKEBONO → 高度1500-3000kmの観測を指数近似で表した 電子温度=2727.5×exp(0.0002685×高度) ・密度上昇内のモデル by AKEBONO,DMSP → 4000K@高度3000km になるように調整した → 3500K@高度850km になるように調整した 電子温度=2850.0×exp(0.0001400×高度)

15. 3-4. Ion density and temperature model in TOI Ion composition 通常：観測（平均） TOI内：観測（平均） ・[H+イオン] + [He+イオン] + [O+イオン] = 100% ・電子密度 = イオン密度 ※イオン温度 = 2000K　高度にかかわらず一定とした。 ※O+速度 = 0km/s　高度にかかわらず一定とした。 TOI内：モデル 通常：モデル

16. ※TOI内モデルでは、通常モデルに比べ、 ・O+衝突による減速（O+の密度が増加したため） ・電場加速→約40%減少@2300km ・圧力勾配加速→約20%減少@2300km 3-5. Result : H+ ion velocity model in TOI H+ionの運動方程式 ： dvH+/dt = -g+ eE/mH+– νH+O+(vH+-vO+)– (▽pH+)/mH+nH+ νH+O+ = 1.23nO+/(TO+)3/2 TOI内：モデル 通常：モデル

17. TOI内のH+イオンの低速度（アウトフローにならない）の原因については以下が考えられる。TOI内のH+イオンの低速度（アウトフローにならない）の原因については以下が考えられる。 1. O+ion密度が増加したことによるO+ionとの衝突による減速 （↑定性的） 2. 分極電場加速の減少（定量的に見積もれた） 3. 圧力勾配加速の減少（定量的に見積もれた） 3-6. Result and Discussion ※H+の速度=0km/s@1500kmとして、計算 ※まだ衝突に関する項についてのモデルが未完成

18. 4. Summary and Future work ・あけぼの衛星の長期の観測により、ごく稀に（太陽活動がmax付近に、約7%）、極冠域の高高度において、比較的低温なプラズマで構成された局所的な密度増加が観測。 ・あけぼの衛星、DMSP衛星、GPS衛星、SuperDARNの同時観測から、極冠域の高高度の局所的な密度上昇は、SED/TOIにより引き起こされている可能性が高い。 ・SED/TOIは、低・中緯度の比較的にO+が支配的な電離圏高度のプラズマで構成されていると推測できる。 ・極冠域に侵入したSED/TOIは、Polar Wind（アウトフロー）を強化する方向には働いていない。・・・原因：圧力勾配、分極電場による加速が減少。増加したO+との衝突。 ・モデルの再検討（衝突項を完成させる。いろんなパターンを作成し、それぞれの特性を確認） ・SED/TOIのカスプ・夜側でのアウトフローについて確認。