Study of nonlinear and pulsation magnetohydrodynamical processes in the near-Earth region by the aid of geomagnetic and in-situ satellite magnetic records  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75640
Type K
Principal investigator Kovács, Péter
Title in Hungarian Nemlineáris és pulzációs magnetohidrodinamikai folyamatok vizsgálata Föld körüli térségünkben földi és műholdas mágneses észlelések felhasználásával
Title in English Study of nonlinear and pulsation magnetohydrodynamical processes in the near-Earth region by the aid of geomagnetic and in-situ satellite magnetic records
Keywords in Hungarian magnetoszféra, mágneses tér, műhold, obszervatórium, műhold
Keywords in English magnetosphere, magnetic field, observatory, sattellite
Discipline
Geophysics, Physics of the Lithosphere, Seizmology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Geophysics
Panel Earth sciences 1
Department or equivalent Földfizikai Főosztály (Geological and Geophysical Institute of Hungary)
Participants Csontos, András
Facskó, Gábor
Heilig, Balázs
Starting date 2008-10-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 9.690
FTE (full time equivalent) 5.40
state closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunkban a magnetoszféra, a magnetoszféra burok és a napszél fizikai eseményeiben meghatározó szerepet játszó ULF frekvencia–tartományú, Pc3, Pc4 típusú magnetohidrodinamikai (MHD) hullám-jelenségek és nemlineáris MHD turbulens folyamatok előfordulásait tanulmányozzuk a mágneses tér földi idősorai és a földkörüli térség műholdakról származó in-situ regisztrátumai alapján. Különös figyelmet fordítunk a lökéshullámfrontról visszaverődő nagy energiájú ionok expanziójával kifejlődő, plazmában haladó üregek, az ún. „hot flow” anomáliák (HFA) belsejében és környezetében kialakuló turbulens folyamatok vizsgálatára is. A témaválasztás az űridőjárás és az MHD turbulencia fizikai sajátságainak pontosabb megismerését célozza. A földi adatokat obszervatóriumok, az in-situ adatokat pedig az interplanetáris tér két műholdjának (ACE és WIND), valamint a Föld körül keringő Cluster műholdaknak a regisztrátumai adják. Az analízisekben a HD, MHD turbulencia önhasonló és intermittens koherens szerkezeteinek (örvényeinek) tanulmányozására alkalmazott nemlineáris módszereket és modelleket használjuk elsősorban. Vizsgáljuk földkörüli térségünk nemlineáris dinamikai folyamatainak kapcsolatát az MHD hullámtevékenység előfordulásával és sajátságaival különböző ’űridőjárási’ körülmények mellett. Különös hangsúlyt fektetünk továbbá a felszíni és az in situ mérések alapján nyert eredmények közötti kapcsolat meghatározására is. Azt reméljük, hogy a kapcsolat körvonalazása révén felszíni adatainkat a korábbinál megbízhatóbban használhatjuk fel a magnetoszféra–napszél rendszer dinamikai folyamatainak megismerésére és előrejelzésére. A pályázat alkalmat teremt fiatal doktorandusz és postdoc kutatók kutatási tapasztalatainak bővítésére.
Summary
The project concerns with the joint study of Pc3 Pc4 frequency range ULF wave phenomena and the nonlinear turbulent or chaotic dynamical processes evolving in the near-Earth region. Special consideration is planned to be made for the investigation of the turbulent processes evolving in and around “hot flow” anomalies (HFA). The studies are based on in-situ satellite and surface observatory magnetic records. The spaceborn data are basically from the measurements of the WIND and ACE space probes and the four spacecrafts of the Cluster mission. In the nonlinear analyses, methods and models dedicated originally for the investigation of self-similar and intermittent coherent structures (eddies) of the HD, MHD turbulences are planned to be applied. We investigate the relation between the nonlinear dynamical processes and the properties of the MHD wave activities of the near–Earth region, during various ‘space weather’ conditions. Moreover, we address the question: How can the nonlinear information deduced from observatory time-records relate to the in-situ dynamical state of the magnetosphere? The answer can give further insight to the monitoring and prediction of the space weather conditions.
Summarizing, the main scientific and practical objectives of the project are to get better knowledge about the space weather and the physical properties of the MHD turbulence. Moreover, the project may provide opportunity to doctorand and postdoc researchers to gather scientific experiences.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázat célja a nemlineáris és hullám természetű MHD folyamatok tanulmányozása a Föld körüli térség in-situ plazma regisztrátumai (Cluster misszió) és a felszíni geomágneses észlelések alapján. Eredmények: - Folytattuk az Pc3-Pc4 ULF pulzációk megfigyelését Tihanyban és koordináltuk az MM100 hálózatot. Összeállítottunk egy obszervatóriumi adatgyűjtő egységet. - Empirikus modellt készítettünk az ULF pulzációk tihanyi aktivitása és a napszél paraméterek közötti kapcsolat leírására. - Módszert fejlesztettünk a kis amplitúdójú turbulens fluktuációk kimutatására hullámok által átjárt környezetben. - Azonosítottunk 124 „hot flow” anomáliát (HFA), amelyek jellegzetességei alapján igazoltuk több szerző korábbi szimulációs eredményeit. Igazoltuk a HFA-k dinamikájának turbulens jellegét. - Tanulmányoztuk az intermittens turbulencia változását a foreshock-ban (FS), a FS-tól való távolság és az IMF beesési szögének függvényében. Igazoltuk az intermittens jelleg, napszél sebességével való erősödését. Indirekt összefüggést találtunk a Pc3-as pulzációk felszíni aktivitása és a FS turbulens dinamikája között. - Statisztikai analízissel és esettanulmányokkal igazoltuk a sarki tölcsér és a plazmalepel intermittens dinamikáját, és a dinamika változását a geomágneses aktivitás függvényében. - MM100 idősorok intermittens jellege a geomágneses szélességgel és aktivitással nő. Kapcsolatot találtunk az in-situ sarki tölcsér és a geomágneses idősorok nemlineáris jellege között.
Results in English
Main results of the project: - The recording of Pc3-Pc4 ULF pulsations has been continued in Tihany during the project. The MM100 network has also been coordinated. An observatory data acquisition unit has been built. - Empirical model was established for the description of the relation between Pc3 pulsation activity and solar wind (SW) parameters. - Method was elaborated for the study of turbulent fluctuation in environment of strong wave activity. - 124 hot flow anomalies (HFA) were identified. The obtained characters of the HFAs proved the results of simulations carried out by different authors. The turbulent characters of HFA dynamics have been proved. - We studied the characters of intermittent turbulence in the foreshock (FS) as a function of the FS distance and the IMF angle of incidence. It was shown that the strength of intermittency increased with the SW bulk velocity. Indirect relation was found between the strength of FS turbulent dynamics and surface activity of Pc3 pulsations. - The turbulent characters of the polar cusp and plasma sheet dynamics has been proved on the basis of statistical analyses and case studies. The dynamical characters are depending on the geomagnetic activity. - The strength of intermittent property of MM100 time-series is a function of the geomagnetic latitude and activity. Relation was found between the turbulent characters of polar cusp and the geomagnetic time-series.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75640
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kovács, P., G. Facskó, I. Dandouras: Turbulent dynamics inside the cavity of hot flow anomaly, Planetary and Space Science (in press), 2014
Heilig, B., S. Lotz, J., Verő, P. Sutcliffe, J. Reda, K. Pajunpää, and T. Raita: Empirically modelled Pc3 activity based on solar wind parameters, Ann. Geophys., 28, 1703-1722, 2010, 2010
Facskó, G., Z. Németh, G. Erdõs, A. Kis, I. Dandouras: A global study of hot flow anomalies using Cluster multi-spacecraft measurements, Annales Geophysicae, 2009
Facskó, G., J.G. Trotignon, I. Dandouras, E.A. Lucek and P.W. Daly: Study of hot flow anomalies using Cluster multi-spacecraft measurements, Advances in Space Research, Volume 45, Issue 4, p. 541-552, 2010, 2010
Kovács P., Heilig B., Csontos A.: A földmágnesség, Magyar Tudomány (közlésre elfogadva), 2014
Kovács P., Csontos A., Heilig B., Hegymegi L., Merényi L., Vadász G., Koppán A.: Földmágnesség: a Tihanyi Geofizikai Obszervatórium, Magyar geofizika, 2012
Heilig B., Kovács P., Csontos A.: A földmágneses észlelések szerepe az űrkutatásban, Magyar Tudomány, 173, 12, 2013
Heilig B.: Determining the orthogonality error of coil systems by means of a scalar magnetometer: application to delta inclination-delta declination (dIdD) magnetometers, Measurement Science and Technology. 23, 37001, doi:10.1088/0957-0233/23/3/037001, 2012
Z. Németh, G. Facskó, E. A. Lucek: Correlation functions of small-scale fluctuations of the interplanetary magnetic field, Solar Physics, Volume 266, Issue 1 (2010), Page 149, 2010, 2010
Facskó, G., M. Tátrallyay, G. Erdõs, I. Dandouras: Cluster hot flow anomaly observations during solar cycle minimum, The Cluster Active Archive, Astrophysics and Space Science Proceedings, 2010, Part 5, 369-375, DOI: 10.1007/978-90-481-3499-1_25, 2010
Szarka, L., Sátori, G. et al. (P. Kovács, B. Heilig, G. Facskó, A. Csontos): Hungarian National Report on IAGA, 2007-2010, Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica, 2011
Bruno, R., V. Carbone, Z. Vörös, R. D’Amicis, B. Bavassano, M. B. Cattaneo, A. Mura, A. Milillo, S. Orsini, P. Veltri, L. Sorriso-Valvo, T. Zhang, H. Biernat, H. Rucker, W. Baumjohann, D. Jankovičová and P. Kovács: Coordinated Study on Solar Wind Turbulence During the Venus-Express, ACE and Ulysses Alignment of August 2007, Earth, Moon, and Planets, doi: 10.1007/s11038-008-9272-9, 2009
Heilig B., H. Lühr, M. Rother, and P. Sutcliffe: The Use of Low-Earth-Orbit Satellites int he Study of Upstream Wave related Geomagnetic Pulsations, Proceedings of the ESA’s 2nd SWARM International Science Meeting (közlésre elfogadva), 2009
Heilig B.: Pc3-4-es pulzációk vizsgálata a magnetoszférában, ELTE, 2013
Csontos A.: Methods for measuring the gradient of the magnetic field using standard observatory instrumentation, Proceedings of the XVth IAGA Workshop on Geomagnetic Observatory Instruments, Data Acquisition, and Processing, pp. 38-41, 2012
Pilipenko, V., E. Fedorov, B. Heilig, M. J. Engebretson, P. Sutcliffe, H. Lühr: ULF waves in the topside ionosphere: satellite observations and modeling, In Liu, William; Fujimoto, Masaki (Eds.): „The Dynamic Magnetosphere”, IAGA Special Sopron book series, volume 3, Springer, 257-269, doi: 10.1007/978-94-007-0501-2, 2011
Facsko, G., P. Kovacs, I. Dandouras, H. Opgenoorth, M. Palmroth, S. Milan: Turbulent dynamics inside the cavity of hot flow anomalies, GEM 2013 Summer Workshop, Snowmass, CO, USA, June 16-21, 2013 (Invited talk), 2013
Kovács P.: Cluster műholdak mágneses idősorainak nemlineáris vizsgálata a sarki tölcséren való áthaladás során, 28. Ionoszféra- és Magnetoszférafizikai Szeminárium, Kecskemét, 2013. március 7-9., 2013
Heilig, B., V. Pilipenko, and P. Sutcliffe: Interhemispheric asymmetry of the amplitudes of Pc3 geomagnetic pulsations, EGU General Assembly, Vienna, 23 April, 2012 ; Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-10341, 2012, 2012
Heilig, B., A. Csontos, D. Gouws: Measuring the Orthogonality of Coil Systems by Means of a Total Field Magnetometer, XVth IAGA Workshop On Geomagnetic Observatory Instruments, Data Acquisition and Processing, San Fernando (Cádiz), Spain, 4-14 June, 2012, 2012
Facskó, G., A. Opitz, J-A. Sauvaud, A. Fedorov, B. Lavraud, A. B. Galvin, A. Szabo, C. T. Russel, J. G. Luhmann, M. Palmroth: STEREO hot flow anomaly observations, EGU General Assembly 2012; Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-9752-4, 2012, 2012
Kovács, P., G. Vadász, and B. Heilig: Intermittent plasma fluctuation in the terrestrial foreshock, EGU General Assembly 2012; Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-13231, 2012, 2012
Kopács P.: Földmágnesség: a Tihanyi Geofizikai Obszervatórium feladatai, A Magyar Tudományos Akadémia 183. Közgyűlése, 2012
Kovács P., G. Vadász, G. Facskó, B. Heilig: Turbulent magnetic signatures in the polar cusps, Cluster 21 / ESLAB 2011, Bruges, September 19-23, 2011, 2011
Facskó, G., A. Opitz, A. Szabó, C. Russel: STEREO hot flow anomália észlelések, XXVII. Magnetoszféra-Ionoszféra Szeminárium, Baja, 2010. október 14-16., 2010
Kovács P.: Turbulens jegyek vizsgálata a lökéshullámfront előterében a Cluster műholdak adatai alapján, XXVII. Ionoszféra- és Magnetoszférafizikai Szeminárium, Baja, 2010. október 14-16., 2010
P. Kovács, G. Vadász, B., Heilig, A. Csontos: Study of small-amplitude intermittent fluctuations in the terrestrial foreshock, 2012 AGU Fall Meeting, San Francisco, 3-7 Dec., 2012
Yagova, N., B. Heilig, E. Fedorov, and P.Kovács: Pc2-3 Pulsations on the Ground and in the Upper Ionosphere, Third Workshop "Solar influences on the magnetosphere, ionosphere and atmosphere", Sozopol, Bulgaria, 6-10 June 2011, 2011
Sutcliffe, P. R. , B. Heilig, and D. C. Ndiitwani: Evidence of Pc3-4 Cavity Modes Observed in CHAMP Satellite Magnetometer Data, IUGG XXV General Assembly, Melbourne, Australia, 27 June - 8 July, 2011, 2011
Kovács P. and G. Facskó: Investigation of turbulent dynamics inside hot flow anomaly events on the basis of the records of the Cluster mission, Workshop on Cross-Scale Coupling in Plasmas, 2009
Heilig B., H. Lühr, P. Kovács: Upstream wave related Pc3 pulsations observed by CHAMP (10 years of CHAMP ), EGU General Assembly, Vienna, 5 May, 2010 (Geophysical Research Abstracts 12, EGU2010-14645, 2010), 2010
Kovács, P., G. Facskó: Study of wave and turbulent activities in the foreshock region using the FGM magnetic record of the Cluster space mission, EGU General Assembly, Vienna, 5 May, 2010 (Geophysical Research Abstracts 12, EGU2010-14645, 2010), 2010
Kovács, P., G. Facskó: Study of turbulent phenomena in space plasma exhibiting strong wave activity – Investigation of Hot Flow Anomaly turbulence, 19th Cluster Workshop, Brasov, 18-21. May, 2010, 2010
Facskó G., P. Kovács, A. Opitz, Á. Szabó, A. Blagau, I. Dandouras, J.G. Trotignon: Hot flow anomaly like signatures observed by STEREO during Earth orbit phase?, 38th Cospar Scientific Assembly, Bremen, 18-25- July, 2010, 2010
Kovács P., Heilig B., Facskó G.: Investigation of the variation of intermittent magnetic signatures in the quasi-parallel foreshock region using the magnetic records of the Cluster mission, 38th Cospar Scientific Assembly, Bremen, 18-25- July, 2010, 2010
Kovács P. and G. Facskó: Turbulent behaviour of Hot Flow Anomaly plasma fluctuations recorded by the Cluster space mission, , Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, EGU2009-12750, 2009 EGU General Assembly 2009, 2009
Kovács P., Facskó G.: Napszél turbulencia a lökéshullámfront környezetében, XXVI. Ionoszféra- és Magnetoszféra Szeminárium, 2008
Facskó, G., P. Kovács, J-G. Trotignon, A. Blagau, I. Dandouras, E. Lucek: Spatial-temporal study of hot flow anomalies using Cluster measurements, 11th IAGA General Assembly, 2009
Heilig B., H. Lühr, M. Rother, P. Sutcliffe: The Use of Low-Earth Satellites in the Study of Upstream Wave Related Geomagnetic Pulsations, ESA’s 2nd SWARM International Science Meeting, 2009
Pilipenko, V., E. Fedorov, B. Heilig, M. J. Engebretson, K. Shiokawa: ULF Waves int he Top-side Ionosphere and ont he Ground, 11th IAGA General Assembly, 2009
Sutcliffe, P., B. Heilig, D. C. Ndiitwani, L. Merényi: Spectral Structures of Pc3 Pulsations, 11th IAGA General Assembly, 2009
Yagova, N. B. Heilig, E. Fedorov, P. Kovács, H. Lühr, J. Reda, K. Pajunpää, T. Raita: Pc2-3 geomagnetic pulsations on the ground and in the ionosphere. MM100 and CHAMP observations, 11th IAGA General Assembly, 2009
Kovács P., Heilig B., Csontos A.: Monitoring of Turbulence Upstream and Downstream of the Bow Shock Using the Cluster Observations, 11th IAGA General Assembly, 2009
Heilig B., P. Sutcliffe, and J. Verő: Conjugate asymmetry in the ULF Pc3 wave behaviour and its variation through the solar cycle, 11th IAGA General Assembly, 2009
Heilig B., J. Verő, A. Berarducci, B. Worthington, J. Reda, K. Pajunpää , T. Raita, P. Kovács, A. Csontos: Cone Angle Control of Global Pc3 Activity: A New Index to characterize Upstream Wave related Pulsation Activity, 11th IAGA General Assembly, 2009
Heilig B., Lichtenberger J., Sutcliffe P., Verő J., Bencze P., Merényi L., Csontos A., Kovács P., Ndiitvani Ch.: Solar cycle and Seasonal Variation of Plasma Mass Density, 11th IAGA General Assembly, 2009
Kovacs, P., Heilig, B., G., Vadász: Joint nonlinear study of ground-based and polar cusp magnetic records, 12th IAGA Scientific Assembly, Merida, Mexico, August 26-31, 2013 (2013 Abstract Volume, 220, Mexico, 2013), 2013
Facskó, G., E. Gordeev, L. Häkkinen, M. Palmroth, I. Honkonen, P. Janhunen, V. Sergeev, K. Kauristie, S. Milan, S. Merikallio: Grand Unified Magnetosphere Ionosphere Coupling Simulations of the European Cluster Assimilation Techniques Project, 39th COSPAR Scientific Assembly, Mysore, India, 14-22 July 2012, 2012
Facskó, G., E. Gordeev, L. Häkkinen, M. Palmroth, I. Honkonen, P. Janhunen, V. Sergeev, K. Kauristie, S. Milan: Development and validation of the European Cluster Assimilation Techniques run libraries, 2012 EGU General Assembly 2012; Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-9387, 2012, 2012
Facskó, G., T. Laitinen, M. Kangwa, P. Peitso, L. Degener, S. Hoilijoki, C. R. Anekallu, H. Koskinen, E. Tanskanen, K. Kauristie, H. Laakso, M. Palmroth: The preliminary results of the Boundary Layer Identification Code project, EGU General Assembly 2012; Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-9647, 2012, 2012
Facskó, G. J-G. Trotignon, P. M.E. Decreau, J-L. Rauch, S. Kougblénu, G. Lointier, X. Vallieres: Electron density determination based on CAA WHISPER spectra, Sodankyla Seminar, January 3-5, 2011, 2011
Laitinen, T., G. Facskó, L. Degener, H. Koskinen, E. Tanskanen, K. Kauristie, H. Laakso: Determination of magnetospheric boundary crossings of Cluster, IMAGE 2011 Sodankyla Meeting, Sodankyla, 13-15 Jun, 2011, 2011
Lichtenberger, J., M. Clilverd, B. Heilig, M. Vellanate, T. Ulich, C. Rodger, A. Collier, A. Jorgensen, J. Reda, B. Holzworth, R. Friedel: A new, Ground Based Data-Assimilative Model of the Plasmasphere - a Critical Contribution to RB modeling for SW Purposes, Seventh European Space Weather Week, Brugge, Belgium, 15-19 November, 2010, 2010
Janhunen, P., M. Palmroth, T. Laitinen, I. Honkonen, L. Juusola, G. Facskó, T. I. Pulkkinen: The GUMICS-4 global MHD magnetosphere-ionosphere coupling simulation, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Volume 80, Pages 48-59, doi: 10.1016/j.jastp.2012.03.006, 2012, 2012
Hietala, H., N. Partamies, T. V. Laitinen, L. B. N. Clausen, G. Facskó, A. Vaivads, H. E. J. Koskinen, I. Dandouras, H. Reme, and E. A. Lucek: Supermagnetosonic subsolar magnetosheath jets and their effects: from the solar wind to the ionospheric convection, Annales Geophysicae, 30, 33-48, 2012, 2012
Gordeev, E., G. Facskó, V. Sergeev, I. Honkonen, M. Palmroth , P. Janhunen, S. Milan: Verification of the GUMICS-4 global MHD code using empirical relationships, Journal of Geophysical Research, Volume 118, Issue 6, Pages 3138-3146, doi:10.1002/jgra.50359, 2013



Back »