ÿþA u x i l i a r y M a t e r i a l f o r P a p e r 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8
A h i g h - r e s o l u t i o n m o d e l o f f i e l d - a l i g n e d c u r r e n t s t h r o u g h e m p i r i c a l o r t h o g o n a l
f u n c t i o n s a n a l y s i s ( M F A C E )
M a o s h e n g H e a n d J o a c h i m V o g t
S c h o o l o f E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e , J a c o b s U n i v e r s i t y B r e m e n ,
B r e m e n , G e r m a n y
H e r m a n n L u h r
D e u t s c h e s G e o F o r s c h u n g s Z e n t r u m P o t s d a m ,
P o t s d a m , G e r m a n y
E u g e n S o r b a l o
S c h o o l o f E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e , J a c o b s U n i v e r s i t y B r e m e n ,
B r e m e n , G e r m a n y
A d r i a n B l a g a u
S c h o o l o f E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e , J a c o b s U n i v e r s i t y B r e m e n ,
B r e m e n , G e r m a n y
I n s t i t u t e f o r S p a c e S c i e n c e s ,
B u c h a r e s t - M a g u r e l e , R o m a n i a
G u a n L e
H e l i o p h y s i c s S c i e n c e D i v i s i o n , N A S A G o d d a r d S p a c e F l i g h t C e n t e r ,
G r e e n b e l t , M a r y l a n d , U S A
G a n g L u
H i g h A l t i t u d e O b s e r v a t o r y , N C A R ,
B o u l d e r , C o l o r a d o , U S A
H e , M . , J . V o g t , H . L u h r , E . S o r b a l o , A . B l a g a u , G . L e , a n d G . L u ( 2 0 1 2 ) , A
h i g h - r e s o l u t i o n m o d e l o f f i e l d - a l i g n e d c u r r e n t s t h r o u g h e m p i r i c a l o r t h o g o n a l
f u n c t i o n s a n a l y s i s ( M F A C E ) , G e o p h y s . R e s . L e t t . , 3 9 , L 1 8 1 0 5 ,
d o i : 1 0 . 1 0 2 9 / 2 0 1 2 G L 0 5 3 1 6 8 .
I n t r o d u c t i o n
T h i s e l e c t r o n i c s u p p l e m e n t c o n t a i n s t a b l e s o f M F A C E c o e f f i c i e n t s f o r b o t h
t h e N o r t h e r n a n d S o u t h e r n h e m i s p h e r e , a n d a n a d d i t i o n a l f i g u r e p r e s e n t i n g
p o l a r d i s t r i b u t i o n s o f F A C s a t M a r c h E q u i n o x . T o u n i f y t h e d r i v i n g
c o n d i t i o n , M F A C E i s b u i l t w i t h 3 0 m i n u t e s l a g t o s o l a r w i n d s d r i v i n g ,
d e s p i t e t h e F A C d e n s i t y ( ~ 2 0 m i n u t e s ) r e s p o n d s q u i c k e r t h a n F A C l a t i t u d e
d e p e n d e n c e ( ~ 3 5 - 4 0 m i n u t e s ) a s i n d i c a t e d b y F i g u r e 2 b .
T h e c u r r e n t d e n s i t y j z ( i n u n i t s o f m u A m - 2 ) i n t h e d i r e c t i o n o f
g e o m a g n e t i c f i e l d c o u l d b e c a l c u l a t e d t h r o u g h t h e f o l l o w i n g s t e p s , f o r a
g i v e n d r i v i n g s e t o f G e o m a g n e t i c L a t i t u d e ( M L a t ) , G e o m a g n e t i c L o c a l T i m e
( M L T ) , D a y o f Y e a r ( D o Y ) , I M F c l o c k a n g l e ¸I M F i n G S M , I M F c o m p o n e n t i n
G S M y - z p l a n e B t ( i n u n i t s o f n T ) , I M F m a g n i t u d e B ( i n u n i t s o f n T ) ,
s o l a r w i n d s p e e d ( i n u n i t s o f k m / s ) a n d A E i n d e x , .
1 ) D e t e r m i n a t i o n o f l a t i t u d e o f A u r o r a l C u r r e n t C e n t r e ( A C C ) M L a t A C C a n d
t h e s c o r e s j ,
M L a t A C C = S i g m a _ a l p h a _ A C C * t e r m A i * t e r m B i
s j = S i g m a _ a l p h a _ s j * t e r m A i * t e r m B i , j = 1 , 2 , . . . , 1 2
H e r e , t e r m A i a n d t e r m B i a r e f u n c t i o n s o f . T h e s p e c i f i c f u n c t i o n s a r e
g i v e n i n t h e f i r s t a n d s e c o n d c o l u m n s o f t h e t a b l e c o n t a i n e d i n T a b l e s S 1
a n d S 3 . a l p h a ' s a r e c o e f f i c i e n t s p r e s e n t e d i n T a b l e s S 2 a n d S 4 .
2 ) C a l c u l a t i o n o f j m e a n ( d M L a t ) a n d E O F i ( d M L a t ) t h r o u g h t h e d i s c r e t e
f u n c t i o n s l i s t e d i n T a b l e s S 1 a n d S 3 . H e r e , d M L a t i s t h e l a t i t u d e w i t h
r e s p e c t t o t h e r e f e r e n c e p o i n t o f A C C , d M L a t = M L a t - M L a t A C C .
E O F s a r e b a s i s f u n c t i o n s d e t e r m i n e d f r o m t h e p r o f i l e s i n s u c h a w a y t h a t
t h e E O F 1 a c c o u n t s f o r t h e l a r g e s t p o s s i b l e v a r i a n c e , a n d e a c h s u c c e e d i n g
E O F i n t u r n a c c o u n t s f o r m a x i m u m v a r i a n c e p o s s i b l e u n d e r t h e c o n s t r a i n t
t h a t i t b e o r t h o g o n a l t o t h e p r e c e d i n g E O F s . O n l y t h e f i r s t t w e l v e E O F s
a r e p r o v i d e d h e r e , s i n c e t h e y a r e t h e l e a s t s e t t h a t a c c o u n t s f o r m o r e
t h a n 9 5 % v a r i a n c e .
3 ) E s t i m a t i o n o f c u r r e n t d e n s i t y ,
j z = j m e a n + S i g m a _ s i * E O F i
U s e r s c o u l d c u t o f f t h e m o d e l a t l o w e r o r d e r t h a n 1 2 , b e c a u s e t h e
v a r i a n c e c a p t u r e d b y t h e r e g r e s s i o n d e c r e a s e s r a p i d l y w i t h E O F o r d e r , a s
s h o w n i n F i g u r e 2 a .
1 . 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8 - t s 0 1 . x l s
T a b l e S 1 . E O F s f o r t h e N o r t h e r n H e m i s p h e r e .
1 . 1 C o l u m n " d M L a t " , t h e l a t i t u d e w i t h r e s p e c t t o A u r o r a l C u r r e n t C e n t r e .
1 . 2 C o l u m n " j m e a n " , a v e r a g e F A C d e n s i t y o f a l l p r o f i l e s .
1 . 3 C o l u m n s " E O F 1 " , . . . , " E O F 1 2 " , t h e f i r s t t w e l v e E O F s .
2 . 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8 - t s 0 2 . x l s
T a b l e S 2 . C o e f f i c i e n t s f o r t h e N o r t h e r n H e m i s p h e r e .
2 . 1 C o l u m n " t e r m A " , t h e f i r s t f a c t o r t e r m A i .
2 . 2 C o l u m n " t e r m B " , t h e s e c o n d f a c t o r t e r m B i .
2 . 3 C o l u m n " M L a t _ A C C " , a l p h a _ A C C , c o e f f i c i e n t s f o r M L a t A C C .
2 . 4 C o l u m n s " s _ 1 " , . . . , " s _ j " , . . . , " s _ 1 2 " ,
a l p h a _ s 1 , . . . , a l p h a _ s j , . . . , a l p h a _ s 1 2 , c o e f f i c i e n t s f o r s 1 , . . . , s j , . . . , s 1 2 .
3 . 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8 - t s 0 3 . x l s
T a b l e S 3 . S a m e a s T a b l e S 1 b u t f o r t h e S o u t h e r n H e m i s p h e r e .
4 . 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8 - t s 0 4 . x l s
T a b l e S 4 . S a m e a s T a b l e S 2 b u t f o r t h e S o u t h e r n H e m i s p h e r e .
5 . 2 0 1 2 g l 0 5 3 1 6 8 - f s 0 1 . p d f
F i g u r e S 1 . P o l a r d i s t r i b u t i o n o f F A C s a t M a r c h E q u i n o x f o r N o r t h e r n
( l e f t ) a n d S o u t h e r n ( r i g h t ) H e m i s p h e r e s , a r r a n g e d b y I M F c l o c k a n g l e . B t
e q u a l s 5 n T f o r a l l p a t t e r n s e x c e p t e q u a l s 0 n T f o r t h e c e n t r a l p l o t s f o r
e a c h h e m i s p h e r e . I n e a c h p a n e l , n u m b e r s i n c o r n e r s s h o w t h e m a x i m u m
d e n s i t y ( b o t t o m c o r n e r s , i n u n i t s o f m u A m - 2 ) a n d h e m i s p h e r i c a l i n t e g r a t e d
d e n s i t y ( t o p c o r n e r s , i n u n i t s o f M A ) , f o r b o t h t h e d o w n w a r d ( r i g h t
c o r n e r s ) a n d t h e u p w a r d c u r r e n t ( l e f t c o r n e r s ) . M a x i m u m u p w a r d a n d
d o w n w a r d c u r r e n t p e a k s a r e m a r k e d b y c r o s s e s .