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Moore, Thomas; Nykyri, Katariina; Dimmock, AndrewIon-Scale Wave Properties and Enhanced Ion Heating across the Low-Latitude boundaryLayer during Kelvin-Helmholtz Instability

Published in:Journal of geophysical research: Space physics

DOI:10.1002/2017JA024591

Published: 18/12/2017

Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of record

Please cite the original version:Moore, T., Nykyri, K., & Dimmock, A. (2017). Ion-Scale Wave Properties and Enhanced Ion Heating across theLow-Latitude boundary Layer during Kelvin-Helmholtz Instability. Journal of geophysical research: Spacephysics, 122(11), 128-153. https://doi.org/10.1002/2017JA024591

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s

I o n- S c al e W a v e Pr o p erti e s a n d E n h a n c e d I o n H e ati n gA cr o s s t h e L o w- L atit u d e B o u n d ar y L a y erD uri n g K el vi n- H el m h olt z I n st a bilit y

T. W. M o or e 1 , K. N y k yri1 , a n d A. P. Di m m o c k2

1 C e nt er f or S p a c e a n d At m o s p h eri c R e s e ar c h, P h ysi c al S ci e n c e s D e p art m e nt, E m br y- Ri d dl e A er o n a uti c al U ni v er sit y,

D a yt o n a B e a c h, F L, U S A, 2 D e p art m e nt of El e ctr o ni c s a n d N a n o e n gi n e eri n g, S c h o ol of El e ctri c al E n gi n e eri n g, A alt o

U ni v er sit y, E s p o o, Fi nl a n d

A b str a ct I n t h e E art h’s m a g n et o s p h er e, t h e m a g n et ot ail pl a s m a s h e et i o n s ar e m u c h h ott er t h a n i n

t h e s h o c k e d s ol ar wi n d. O n t h e d a w n s e ct or, t h e c ol d- c o m p o n e nt i o n s ar e m or e a b u n d a nt a n d h ott er b y

3 0 – 4 0 % w h e n c o m p ar e d t o t h e d u s k s e ct or. R e c e nt st ati sti c al st u di e s of t h e fl a n k m a g n et o p a u s e a n d

m a g n et o s h e at h h a v e s h o w n t h at t h e l e v el of t e m p er at ur e a s y m m etr y of t h e m a g n et o s h e at h i s u n a bl e t o

a c c o u nt f or t hi s, s o a d diti o n al p h ysi c al m e c h a ni s m s m u st b e at pl a y, eit h er at t h e m a g n et o p a u s e or pl a s m a

s h e et t h at c o ntri b ut e s t o t hi s a s y m m etr y. I n t hi s st u d y, w e p erf or m a st ati sti c al a n al ysi s o n t h e i o n- s c al e

w a v e pr o p erti e s i n t h e t hr e e m ai n pl a s m a r e gi m e s c o m m o n t o fl a n k m a g n et o p a u s e b o u n d ar y cr o s si n g s

w h e n t h e b o u n d ar y i s u n st a bl e t o K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y ( K HI): h ot a n d t e n u o u s m a g n et o s p h eri c,

c ol d a n d d e n s e m a g n et o s h e at h, a n d mi x e d ( H a s e g a w a et al., 2 0 0 4). T h e s e st ati sti c s of i o n- s c al e w a v e

pr o p erti e s ar e c o m p ar e d t o o b s er v ati o n s of f a st m a g n et o s o ni c w a v e m o d e s t h at h a v e r e c e ntl y b e e n li n k e d

t o K el vi n- H el m h olt z ( K H) v ort e x c e nt er e d i o n h e ati n g ( M o or e et al., 2 0 1 6). T h e st ati sti c al a n al ysi s s h o ws t h at

d uri n g K H e v e nt s t h er e i s e n h a n c e d n o n a di a b ati c h e ati n g c al c ul at e d d uri n g i o n s c al e w a v e i nt er v al s w h e n

c o m p ar e d t o n o n- K H e v e nt s. T hi s s u g g e st s t h at d uri n g K H e v e nt s t h er e i s m or e fr e e e n er g y f or i o n- s c al e

w a v e g e n er ati o n, w hi c h i n t ur n c a n h e at i o n s m or e e ff e cti v el y w h e n c o m p ar e d t o c a s e s w h e n K H w a v e s

ar e a b s e nt. T hi s m a y c o ntri b ut e t o t h e d a w n f a v or e d t e m p er at ur e a s y m m etr y of t h e pl a s m a s h e et; r e c e nt

st u di e s s u g g e st K H w a v e s f a v or t h e d a w n fl a n k d uri n g P ar k er- S pir al i nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d.

1. I ntr o d u cti o n

T h e ori gi n of t h e pr o p erti e s of o ur n e ar- E art h pl a s m a i s still n ot w ell u n d er st o o d —f or i n st a n c e, t h e s p e ci fi c

e ntr o p y ( = T ∕ n 2 ∕ 3 ) i n cr e a s e s b y 1 – 2 or d er s of m a g nit u d e a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e t h at i s i n di c ati v e of

str o n g n o n a di a b ati c h e ati n g ( B or o vs k y & C a yt o n, 2 0 1 1). F urt h er m or e, t h e m a g n et o s p h eri c i o n s ar e a b o ut 5 0

ti m e s h ott er t h a n t h o s e i n t h e m a g n et o s h e at h. T h er e al s o e xi st s a t e m p er at ur e a n d d e n sit y a s y m m etr y a m o n g

t h e c ol d c o m p o n e nt i o n s i n t h e m a g n et ot ail pl a s m a s h e et f a v ori n g t h e d a w n fl a n k — c ol d c o m p o n e nt i o n s

ar e 3 0 – 4 0 % h ott er a n d m or e a b u n d a nt at t h e d a w n fl a n k ( H a s e g a w a et al., 2 0 0 3; Wi n g et al., 2 0 0 5).

T h er e ar e t hr e e p o s si bl e s o ur c e s f or t h e s e pl a s m a s h e et a s y m m etri e s: ( a) s e e d a s y m m etr y of t h e m a g n e-

t o s h e at h pl a s m a t e m p er at ur e a n d d e n sit y, ( b) a s y m m etr y of m a g n et o p a u s e pr o c e s s e s f a v ori n g t h e d a w n

fl a n k, a n d ( c) a s y m m etr y of s o m e pl a s m a s h e et/ m a g n et ot ail pr o c e s s e s. W al s h et al. ( 2 0 1 2) h a v e s h o w n

d a w n f a v or e d a s y m m etri e s i n t h e pr ot o n d e n siti e s a n d t e m p er at ur e s, a s w ell a s d u s k f a v or e d a s y m m etri e s

of t h e pl a s m a fl o w s p e e d a n d m a g n eti c fi el d str e n gt h s i n t h e d a ysi d e m a g n et o s h e at h n e ar t h e m a g n e-

t o p a u s e. I n st u di e s c o n si d eri n g t h e e ntir e d a ysi d e m a g n et o s h e at h, t h e d a w n fl a n k, w hi c h i s d o w n str e a m of

t h e q u a si- p ar all el b o w s h o c k, h a s b e e n s h o w n t o h o st a h ott er a n d d e n s er pl a s m a cl o s e t o t h e m a g n et o p a u s e

( Di m m o c k et al., 2 0 1 5; Di m m o c k, P ul k ki n e n, et al., 2 0 1 6). H o w e v er, t h e l e v el of t hi s d a ysi d e a s y m m etr y ( 1 5 %)

i s i n s u ffi ci e nt t o a c c o u nt f or t h e o b s er v e d pl a s m a s h e et a s y m m etr y ( 3 0 – 4 0 %) i n t h e m a g n et ot ail, i n p arti c ul ar

b e c a u s e m a g n et o s h e at h pl a s m a b e c o m e s c o ol er wit h i n cr e a si n g t ail w ar d di st a n c e. T h e d a w n fl a n k m a g n e-

t o s h e at h i s al s o m or e pr o n e t o hi g h er- a m plit u d e m a g n eti c fi el d fl u ct u ati o n s t h at ar e f urt h er e n h a n c e d d uri n g

f a st er s ol ar wi n d v el o citi e s ( Di m m o c k et al., 2 0 1 4), w hi c h m a y a ff e ct t h e gr o wt h of t h e p h ysi c al m e c h a ni s m s at

t h e m a g n et o p a u s e. I n f a ct, i n a m or e r e c e nt st u d y Di m m o c k et al. ( 2 0 1 7) h a v e s h o w n t h at i n cr e a s e d a m plit u d e

i o n- s c al e fl u ct u ati o n s g e n er at e l ar g er t e m p er at ur e fl u ct u ati o n s.

R E S E A R C H A R TI C L E1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

K e y P oi nt s:

• O bli q u el y pr o p a g ati n g w a v e s h a v e

m or e p o w er i n t h e M S P-li k e pl a s m a

r e gi o n s w h e n K HI i s pr e s e nt

• Str o n g n o n a di a b ati c h e ati n g

a s s o ci at e d wit h i o n- s c al e w a v e

a cti vit y i s e n h a n c e d d uri n g i nt er v al s

of K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y

• T h e e n h a n c e d i o n- s c al e w a v e

a cti vit y a n d i o n h e ati n g d uri n g

K HI m a y e x pl ai n t h e t e m p er at ur e

a s y m m etr y of c ol d c o m p o n e nt

pl a s m a s h e et i o n s

C orr e s p o n d e n c e t o:

T. W. M o or e,

m o or et o m m y w @ g m ail. c o m

Cit ati o n:

M o or e, T. W., N y k yri, K., &

Di m m o c k, A. P. ( 2 0 1 7). I o n- s c al e

w a v e pr o p erti e s a n d e n h a n c e d

i o n h e ati n g a cr o s s t h e l o w-l atit u d e

b o u n d ar y l a y er d uri n g

K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y.

J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h:

S p a c e P h ysi cs , 1 2 2 , 1 1, 1 2 8 – 1 1, 1 5 3.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

R e c ei v e d 1 7 J U L 2 0 1 7

A c c e pt e d 2 1 S E P 2 0 1 7

A c c e pt e d arti cl e o nli n e 2 6 S E P 2 0 1 7

P u bli s h e d o nli n e 1 1 N O V 2 0 1 7

© 2 0 1 7. A m eri c a n G e o p h ysi c al U ni o n.

All Ri g ht s R e s er v e d.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 2 8

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

T h e t w o m ai n m e c h a ni s m s t h at c a n f a cilit at e pl a s m a tr a n s p ort a n d h e ati n g at t h e L o w- L atit u d e B o u n d ar y

L a y er ( L L B L) ar e m a g n eti c r e c o n n e cti o n a n d K HI. R e c e ntl y, M a a n d Ott o ( 2 0 1 4) s h o w e d, u si n g H all- M H D

si m ul ati o n s, t h at si g ni fi c a nt s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e a s s o ci at e d wit h m a g n eti c r e c o n n e cti o n at t h e E art h’s

m a g n et o p a u s e i s p o s si bl e o nl y if m a g n et o s h e at h pl a s m a b et a i s l o w ( 𝛽 < < 1 ). B e c a u s e m a g n et o s h e at h b et a

t y pi c all y i s of t h e or d er of u nit y cl o s e t o m a g n et o p a u s e ( s e e A p p e n di x A), ot h er p h ysi c al m e c h a ni s m s m u st al s o

b e at w or k t h at c o ntri b ut e t o t h e str o n g n o n a di a b ati c i o n h e ati n g i n t hi s r e gi o n. T h e ot h er p o s si bl e m e c h a-

ni s m i s t h e K HI, w hi c h h a s b e e n o b s er v e d at t h e L L B L d uri n g n ort h w ar d ( Eri k s s o n, L a vr a u d et al., 2 0 1 6; F air fi el d

et al., 2 0 0 0; H a s e g a w a et al., 2 0 0 4; Ott o & F air fi el d, 2 0 0 0), s o ut h w ar d ( H w a n g et al., 2 0 1 1; Y a n et al., 2 0 1 4),

a n d P ar k er- S pir al ( P S) ( M o or e et al., 2 0 1 6; N y k yri et al., 2 0 0 6) i nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d (I M F) ori e nt ati o n s.

A r e c e nt s ur v e y of 6 y e ar s of i n sit u d at a fr o m N A S A’s T H E MI S ( Ti m e Hi st or y of E v e nt s a n d M a cr o s c al e

I nt er a cti o n s d uri n g S u b st or m s) mi s si o n h a s s h o w n t h at K el vi n- H el m h olt z ( K H) w a v e s ar e fr e q u e nt at t h e m a g-

n et o p a u s e ( 1 9 % n or m ali z e d o c c urr e n c e r at e), pr o vi di n g str o n g o b s er v ati o n al e vi d e n c e a s t o t h eir i m p ort a n c e

f or m a g n et o p a u s e d y n a mi c s ( K a v o si & R a e d er, 2 0 1 5). T h e s p ati al di stri b uti o n of t h e s e K H w a v e s o b s er v e d

b et w e e n 2 0 0 7 a n d 2 0 1 3 u si n g t h e li st b y K a v o si a n d R a e d er ( 2 0 1 5) f a v or s t h e d a w n fl a n k m a g n et o p a u s e d ur-

i n g t h e P ar k er- S pir al ( P S) I M F ori e nt ati o n. Al s o, M H D si m ul ati o n s d e m o n str at e t h at f or a v ari et y of s ol ar wi n d

pl a s m a c o n diti o n s a n d d uri n g P S I M F ori e nt ati o n, t h e K HI gr o wt h s h o ws a sli g ht pr ef er e n c e f or t h e d a w n

fl a n k d u e t o s m all er m a g n eti c fi el d t e n si o n w h e n c o m p ar e d t o t h e d u s k fl a n k ( N y k yri, 2 0 1 3). R e c e nt st ati sti c al

st u di e s u si n g 6 y e ar s of T H E MI S d at a ill u str at e t h at t h e fl u ct u ati o n s i n U L F P c 4- P c 5 a n d P c 3 r a n g e, w hi c h c h ar-

a ct eri z e t h e fr e q u e n c y r a n g e of fl u ct u ati o n s g e n er at e d b y t h e K HI ( Mi ur a & Prit c h ett, 1 9 8 2), ar e i n d e e d m or e

e n h a n c e d i n t h e d a w n fl a n k ( Di m m o c k, N y k yri, et al., 2 0 1 6; N y k yri & Di m m o c k, 2 0 1 6). T h er e ar e al s o m or e P c 3

v el o cit y fl u ct u ati o n s o b s er v e d at t h e d a w n fl a n k m a g n et o s h e at h ( Di m m o c k, N y k yri, et al., 2 0 1 6), w hi c h c o ul d

s e e d t h e gr o wt h of K HI.

T h er e ar e m a n y s e c o n d ar y m e c h a ni s m s a s s o ci at e d wit h t h e K HI t h at c a n m a k e pl a s m a h e ati n g a n d tr a n s-

p ort m or e e ffi ci e nt o n t h e d a w n si d e m a g n et o p a u s e fl a n k: M a g n eti c r e c o n n e cti o n i n si d e K H v orti c e s h a s b e e n

pr o p o s e d a s a m e c h a ni s m f or tr a n s p orti n g m a s s a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e a n d g e n er ati n g t h e c ol d- d e n s e

pl a s m a s h e et ( H a s e g a w a et al., 2 0 0 9; N y k yri & Ott o, 2 0 0 1; 2 0 0 4; N y k yri et al., 2 0 0 6; T a yl or et al., 2 0 0 8). M or e

r e c e ntl y, m a g n eti c r e c o n n e cti o n a s s o ci at e d wit h K HI h a s b e e n o b s er v e d b y t h e M a g n et o s p h eri c M ulti s c al e

s p a c e cr aft ( Eri k s s o n, L a vr a u d et al., 2 0 1 6) i n cl u di n g t h e c o h er e nt r e s ol uti o n of t h e el e ctr o n di ff u si o n r e gi o n

( Eri k s s o n, Wil d er et al., 2 0 1 6). K H a s s o ci at e d i o n- b e a m s o b s er v e d d uri n g a r e c o n n e cti o n i nt er v al m a y a ct a s a

dri v er f or i o n- s c al e w a v e s ( N y k yri et al., 2 0 0 6), w hi c h m a y i n t ur n h e at t h e pl a s m a.

K HI m a y al s o l e a d t o t h e f or m ati o n of ki n eti c Alf v é n w a v e s ( K A Ws) at t h e m a g n et o p a u s e vi a m o d e c o n v er si o n

fr o m ultr a-l o w fr e q u e n c y M H D s urf a c e w a v e s (J o h n s o n & C h e n g, 1 9 9 7; J o h n s o n et al., 2 0 0 1). K A Ws h a v e b e e n

attri b ut e d t o i o n h e ati n g a n d pl a s m a tr a n s p ort a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e ( H a s e g a w a & Mi m a, 1 9 7 8; J o h n s o n

& C h e n g, 1 9 9 7; J o h n s o n et al., 2 0 0 1; L e e et al., 1 9 9 4; R e z e a u et al., 1 9 8 9). O b s er v ati o n s c o n si st e nt wit h t hi s p h e-

n o m e n o n h a v e b e e n s h o w n t o tr a n s p ort si g ni fi c a nt e n er g y i nt o t h e m a g n et o s p h er e at t h e Alf v é n r e s o n a n c e

l o c ati o n ( C h a st o n et al., 2 0 0 7). K A Ws h a v e al s o b e e n s h o w n t o d e v el o p i n r e gi o n s a s s o ci at e d wit h r e c o n n e cti o n

( C h a st o n et al., 2 0 0 9; G er s h m a n et al., 2 0 1 6). A st ati sti c al st u d y b y Y a o et al. ( 2 0 1 1) s h o w e d a d a w n- d u s k a s y m-

m etr y i n t h e s p e ctr al e n er g y d e n siti e s of i o n g yr or a dii s c al e el e ctr o m a g n eti c w a v e s t h at f a v or e d t h e d a w n si d e

o v er t h e d u s k si d e m a g n et o p a u s e. M or e r e c e ntl y, Wil d er et al. ( 2 0 1 6) s h o w e d o b s er v ati o n s of l ar g e- a m plit u d e

el e ctr o st ati c w a v e s i n a t ur b ul e nt mi x e d pl a s m a a s s o ci at e d wit h K HI.

Usi n g m e a s ur e m e nt s fr o m t w o Cl u st er s p a c e cr aft ≈ 8 0 k m a p art, M o or e et al. ( 2 0 1 6) r e c e ntl y u n a m bi g u o u sl y

i d e nti fi e d, i n t er m s of a n o b s er v ati o n al di s p er si o n r el ati o n, a f a st m a g n et o s o ni c ( F M W) w a v e p a c k et i n t h e

vi ci nit y of a K H v ort e x. T h e w a v e e n er g y a s s o ci at e d wit h t h e F M W i nt er v al a c c o u nt e d f or a s u b st a nti al a m o u nt

of e n er g y tr a n s p ort t o t h e c ol d- c o m p o n e nt i o n p o p ul ati o n. It w a s s u g g e st e d t h at v el o cit y s h e ar s at t h e fl a n k

m a g n et o p a u s e g e n er at e K HI at t h e M H D s c al e, w hi c h c o nt ai n e d s u ffi ci e nt ki n eti c e n er g y t o p o w er i o n- s c al e

F M W g e n er ati o n i n t h e vi ci nit y of a r oll e d- u p K H v ort e x. S h ell-li k e i o n di stri b uti o n s o b s er v e d i n si d e t h e K H v or-

t e x w er e s u g g e st e d a s a li k el y dri vi n g s o ur c e of t h e o b s er v e d F M W. D uri n g t hi s e v e nt, al s o ot h er w a v e p a c k et s

w er e o b s er v e d wit h pr o p erti e s c o n si st e nt wit h K A Ws i n m a g n et o s h e at h si d e of t h e v ort e x, a s w ell a s a n ot h er

w a v e p a c k et i n mi x e d r e gi o n t h at h a d pr o p erti e s c o n si st e nt wit h F M W. T h e i o n- s c al e w a v e o b s er v ati o n s a n d

a s s o ci at e d h e ati n g d uri n g t hi s e v e nt ar e c o n si st e n t wit h cr o s s- s c al e e n er g y tr a n s p ort fr o m fl ui d- s c al e K HI, i nt o

i o n- s c al e w a v e s, all o wi n g t h e ki n eti c e n er g y of t h e v el o cit y s h e ar t o b e tr a n sf err e d i nt o h e at e n er g y of i o n s.

W e h a v e c al c ul at e d v ari o u s w a v e pr o p erti e s s u c h a s elli pti cit y, P o y nti n g fl u x, w a v e p o w er, a n d w a v e pr o p a-

g ati o n a n gl e wit h r e s p e ct t o t h e m a g n eti c fi el d, d uri n g t hi s e v e nt, w hi c h c a n b e u s e d a s a b e n c h m ar k f or t h e

i nt er pr et ati o n of t h e r e s ult s of t hi s st ati sti c al st u d y of t h e w a v e pr o p erti e s.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 2 9

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

I n t h e pr e s e nt st u d y o ur m oti v ati o n i s t o st u d y ( a) w h et h er i o n- s c al e w a v e s ar e m or e a b u n d a nt w h e n K HI i s

pr e s e nt a n d ( b) w h et h er i o n h e ati n g i s m or e a b u n d a nt d uri n g i o n- s c al e w a v e o b s er v ati o n s w h e n K HI i s pr e s e nt

c o m p ar e d t o cr o s si n g s wit h o ut K HI. T h e pr e s e n c e a n d r ol e of i o n- s c al e t ur b ul e n c e d uri n g K HI i s c urr e ntl y

p o orl y u n d er st o o d; e s p e ci all y it s i m p a ct o n pl a s m a tr a n s p ort at t h e m a g n et o p a u s e. T h e pr e s e nt st u d y ai m s

t o s h e d li g ht o n t hi s u nr e s ol v e d i s s u e b y c o m p ari n g t h e st ati sti c s of (t e m p or al) i o n- s c al e w a v e pr o p erti e s a n d

pl a s m a p ar a m et er s b et w e e n b o u n d ar y cr o s si n g s d uri n g ≈ 1 2 h of K HI t o cr o s si n g s w h er e si g n at ur e s of a cti v e

K HI ar e a b s e nt.

W e h a v e or g a ni z e d t h e m a n u s cri pt a s f oll o ws: ( 1) M et h o d ol o g y: a n i ntr o d u cti o n i nt o e v e nt s el e cti o n

( s e cti o n 2. 2), d at a bi n ni n g ( s e cti o n 2. 3), a n d t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al al g orit h m ( s e cti o n 3. 2); ( 2) R e s ult s:

d e gr e e of p ol ari z ati o n a n d m a g n eti c c o m pr e s si bilit y o v er a br o a d r a n g e of fr e q u e n ci e s ( s e cti o n 3. 1), i o n- s c al e

w a v e pr o p erti e s wit h r e s p e ct t o pr o p a g ati o n a n gl e i n cl u di n g t ot al m a g n eti c w a v e p o w er ( s e cti o n 3. 2. 1),

t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x ( s e cti o n 3. 2. 2), el e ctri c fi el d t o m a g n eti c fi el d r ati o ( s e cti o n 3. 2. 4), a n d pl a s m a

p ar a m et er s ( s e cti o n 3. 2. 5); ( 3) Di s c u s si o n; ( 4) C o n cl u si o n s; a n d ( 5) A p p e n di c e s A a n d B: s ol ar wi n d e ff e ct s o n

m a g n et o s h e at h pl a s m a pr o p erti e s a n d D o p pl er s hift e ff e ct s o n i o n- s c al e w a v e i nt er v al s.

2. M et h o d ol o g y2. 1. D at a a n d I n str u m e nt ati o n

All m a g n et o s p h eri c d at a i n t hi s c urr e nt w or k c o m e fr o m t h e Cl u st er s at ellit e mi s si o n ( E s c o u b et et al., 1 9 9 7),

c o m p o s e d of f o ur s p a c e cr aft or biti n g i n a t etr a h e dr al f or m ati o n. E a c h of t h e f o ur s p a c e cr aft i s e q ui p p e d

wit h i n str u m e nt ati o n t o m e a s ur e b ot h el e ctr o m a g n eti c fi el d s a n d pl a s m a m o m e nt s. T h e pl a s m a m o m e nt s

a n d i o n e n er g y s p e ctr o gr a m s ar e pr o vi d e d b y t h e Cl u st er I o n S p e ctr o m et er ( R è m e et al., 1 9 9 7). T h e Fl u x g at e

M a g n et o m et er i n str u m e nt pr o vi d e s t h e hi g h-r e s ol uti o n m a g n eti c fi el d m e a s ur e m e nt s at a 2 2. 4 H z s a m pli n g

r at e ( B al o g h et al., 1 9 9 7). T h e el e ctri c fi el d d at a w er e c oll e ct e d b y t h e El e ctri c Fi el d s a n d W a v e s e x p eri m e nt

( E F W) ( G u st afs s o n et al., 1 9 9 7), w hi c h i s p art of t h e w a v e c o n s orti u m c o ntr oll e d b y t h e Di git al W a v e Pr o c e s s or

( W o olli s cr oft et al., 1 9 9 7).

2. 2. E v e nt S el e cti o n

T h e K HI d at a b a s e w a s p o p ul at e d fr o m a li st of pr e vi o u sl y p u bli s h e d K H e v e nt s, c o n fir m e d wit h si m ul a-

ti o n s, wit h v ar yi n g I M F c o n fi g ur ati o n s. T hi s d at a b a s e c o nt ai n s fi v e d a w n- fl a n k e v e nt s — o n e mi x e d P S- O P S

( Ot h o- P ar k er S pir al) I M F e v e nt ( N y k yri et al., 2 0 0 6), t w o P S I M F e v e nt s ( M o or e, 2 0 1 2; M o or e et al., 2 0 1 6), a n d t w o

O P S I M F e v e nt s ( M o or e, 2 0 1 2; M o or e et al., 2 0 1 6) — a n d o n e d u s k fl a n k e v e nt u n d er n ort h w ar d I M F ( H a s e g a w a

et al., 2 0 0 4). Di ff er e n c e s i n e v e nt s a cr o s s t h e s ol ar p h a s e s ar e n ot t a k e n i nt o c o n si d er ati o n f or t h e f oll o wi n g

e v e nt s el e cti o n a s t h e e ff e ct of s ol ar p h a s e o n K HI i s b e y o n d t h e s c o p e of t hi s p a p er. O b s er v ati o n s c o n si st e nt

wit h K HI ar e q u a si- p eri o di c v ari ati o n s i n t h e pl a s m a a n d fi el d p ar a m et er s i n cl u di n g a nti c orr el at e d d e n sit y a n d

t e m p er at ur e, bi p ol ar v ari ati o n of t h e m a g n eti c fi el d c o m p o n e nt n or m al t o t h e m a g n et o p a u s e, a n d t ot al pr e s-

s ur e v ari ati o n s, wit h str o n g pr e s s ur e mi ni m u m s at t h e c e nt er of t h e v ort e x. T h e s e o b s er v ati o n s ar e d e pi ct e d

i n a n o v er vi e w pl ot of t h e K HI e v e nt fr o m 6 J u n e 2 0 0 2 ( M o or e, 2 0 1 2; M o or e et al., 2 0 1 6), s h o w n i n Fi g ur e 1.

F or t h e n o n- K HI d at a b a s e, t h e Cl u st er S ci e n c e Ar c hi v e w a s s e ar c h e d f or b o u n d ar y cr o s si n g t h at di d n ot e x hi bit

t h e crit eri a f or K HI. It i s w ort h n oti n g t h at alt h o u g h t h e n o n- K HI d at a b a s e c o n si st s of e v e nt s t h at l a c k o b s er v a-

ti o n s c o n si st e nt wit h K HI, t h er e i s c urr e ntl y n o w a y t o e x cl u d e t h e p o s si bilit y t h at K HI w a s pr e vi o u sl y a cti n g o n

t h e m a g n et o p a u s e b o u n d ar y. H o w e v er, si n c e t h e m oti v ati o n i s t o st u d y t h e i n sit u e ff e ct s of K HI a n d i o n- s c al e

w a v e pr o p erti e s, pr e vi o u s e ff e ct s o n t h e b o u n d ar y ar e i g n or e d.

T h e t ot al ti m e d ur ati o n of o b s er v ati o n s i s a b o ut ≈ 1 2. 5 h f or K H e v e nt s a n d ≈ 1 2. 5 h f or n o n- K H e v e nt s. A n y

di s cr e p a n ci e s i n ti m e ar e t a k e n i nt o a c c o u nt i n t h e v ari o u s st ati sti c s b y i n cl u di n g a w ei g hti n g f a ct or.

2. 3. D at a Bi n ni n g

I n or d er t o p erf or m st ati sti c s o n b o u n d ar y cr o s si n g s d uri n g K HI a cti vit y, t h e d at a ar e bi n n e d wit h r e s p e ct

t o i o n e n er g y l e v el. D u e t o t h e r oll e d- u p m a g n et o p a u s e b o u n d ar y pr o d u c e d b y t h e K HI, s p a c e cr aft h a v e

p eri o di c e n c o u nt er s wit h m a g n et o s p h eri c-li k e a n d m a g n et o s h e at h-li k e pl a s m a p o p ul ati o n s. T hi s r e s ult s

i n s p ati al v ari ati o n s i n i o n e n er gi e s b et w e e n c ol d c o m p o n e nt ( m a g n et o s h e at h-li k e) a n d h ot c o m p o n e nt

( m a g n et o s p h eri c-li k e) a s w ell a s a mi x e d e n er g y p o p ul ati o n d uri n g p eri o d s of K HI ( H a s e g a w a et al., 2 0 0 4).

T h u s, i o n e n er gi e s ar e s e p ar at e d i nt o t hr e e l e v el s — m a g n et o s p h er e ( M S P), m a g n et o s h e at h ( M S H), a n d mi x e d

( MI X) l e v el s — r e pr e s e nt ati v e of t h eir c orr e s p o n di n g pl a s m a r e gi o n s. D et er mi n ati o n of t h e s e e n er g y l e v el v al-

u e s ( a n d s u b s e q u e nt pl a s m a r e gi o n bi n) i s b a s e d o n st ati sti c al a n al ysi s of t h e i o n di stri b uti o n s i n fl u x- e n er g y

s p a c e o v er a n e v e nt i nt er v al a n d i s p erf or m e d s yst e m ati c all y f or e a c h e v e nt. T h e i o n e n er g y s p e ctr o gr a m d at a

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 0

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

Fi g ur e 1. O v er vi e w pl ot of 6 J u n e 2 0 0 2 K HI e v e nt d uri n g P S I M F i n cl u di n g t h e o m ni dir e cti o n al ( a) i o n e n er g y s p e ctr o gr a m, ( b) i o n n u m b er d e n sit y n , ( c) i o nt e m p er at ur e T , ( d) pl a s m a r e gi o n, ( e) n or m al c o m p o n e nt of t h e m a g n eti c fi el d B N , (f ) t ot al pr e s s ur e, ( g) t ot al m a g n eti c w a v e p o w er |𝛽 B t ot |

2 , a n d ( h) t ot alP o y nti n g fl u x S t ot .

fr o m t h e H ot I o n A n al y z er ( HI A) o n b o ar d Cl u st er s p a c e cr aft s 1 a n d 3 h a v e b e e n o bt ai n e d fr o m t h e Cl u st er

S ci e n c e Ar c hi v e ( L a a k s o et al., 2 0 1 0).

I o n e n er g y t hr e s h ol d s f or t h e m a g n et o s p h eri c ( M S P) a n d m a g n et o s h e at h ( M S H) pl a s m a p o p ul ati o n s ar e

d et er mi n e d b y a n al y zi n g p e a k s i n t h e i o n e n er g y hi st o gr a m s. T h e mi x e d ( MI X) t hr e s h ol d i s d et er mi n e d a s a

l o g a v er a g e of t h e M S P a n d M S H t hr e s h ol d s. F or e x a m pl e, Fi g ur e 2 d e pi ct s h o w t h e M S P a n d M S H e n er g y

t hr e s h ol d s ar e d et er mi n e d fr o m t h e o m ni dir e cti o n al i o n e n er g y s p e ctr o gr a m s. I niti all y, t h e i o n- e n er g y c orr e-

s p o n di n g t o t h e m a x e n er g y fl u x i s r e c or d e d f or e a c h ti m e st e p — t h e e n er g y- fl u x di stri b uti o n s ar e s h o w n f or

e a c h ti m e st e p i n Fi g ur e 2 a a n d a q u alit ati v e pl ot i n e n er g y fl u x s p a c e i s d e pi ct e d i n Fi g ur e 2 b. Aft er e a c h i o n

e n er g y at e a c h ti m e st e p h a s b e e n r e c or d e d f or a si n gl e e v e nt, c o u nt s ar e t alli e d t o c al c ul at e a hi st o gr a m i n

e n er g y s p a c e — t h e i o n e n er g y hi st o gr a m i s pl ott e d i n Fi g ur e 2 c. T h e t hr e s h ol d s f or t h e M S P, MI X, a n d M S H

pl a s m a s c o m pil e d fr o m t h e 6 J u n e 2 0 0 2 e v e nt w er e d et er mi n e d t o b e a p pr o xi m at el y 7 2 2, 2, 6 7 0, a n d 9, 9 0 0 e V,

r e s p e cti v el y. D at a ar e t h e n bi n n e d i n t h e M S P, MI X, a n d M S H a c c or di n g t o w hi c h i o n e n er g y t hr e s h ol d t h e

( fl u x) w ei g ht e d a v er a g e e n er g y — c al c ul at e d at e a c h ti m e st e p fr o m t h e i o n e n er g y s p e ctr o gr a m —i s i n cl o s-

e st pr o xi mit y t o ( o n t h e l o g 1 0 - s c al e). R e s ult s f or t h e bi n ni n g al g orit h m f or 6 J u n e 2 0 0 2 K HI e v e nt ar e di s pl a y e d

i n Fi g ur e 1 d.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 1

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

1 00

1 01

1 02

1 03

1 04

1 05

3

4

5

6

7

8

Flux

log

10

[ke

V/(c

m−2sr

ke

V)]

1 00

1 01

1 02

1 03

1 04

1 05

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

E n er g y [ e V]

Count

s

EM S H = 7 2 2 e V

EM S P = 9 9 0 0 e V

1 3: 0 0: 0 0

1 3: 1 5: 0 0

1 3: 3 0: 0 0

1 3: 4 5: 0 0

1 4: 0 0: 0 0 1 00

1 01

1 02

1 03

1 04

1 05

3

4

5

6

7

8

E n er g y [ e V]

Ti m e [ U T]

Flux

log

10

[ke

V/(c

m−2sr

ke

V)] ( a)

( b)

( c)

Fi g ur e 2. O v er vi e w of st ati sti c al d et er mi n ati o n of pl a s m a e n er g y t hr e s h ol d l e v el s fr o m 6 J u n e 2 0 0 2 K HI e v e nt i n cl u di n gt h e ( a) o m ni dir e cti o n al i o n e n er g y s p e ctr o gr a m, ( b) t h e o m ni dir e cti o n al i o n e n er g y s p e ctr o gr a m i n e n er g y fl u x s p a c e,a n d t h e ( c) o m ni dir e cti o n al i o n e n er g y hi st o gr a m.

T hi s pr o c e s s i s r e p e at e d i n d e p e n d e ntl y f or e a c h e v e nt. St ati sti c s o n t h e ki n eti c w a v e pr o p erti e s ar e t h e n c o m-

pil e d f or t h e c oll e cti o n of K HI a n d n o n- K HI e v e nt s. N ot e t h at f or t h e b o u n d ar y cr o s si n g s wit h o ut K HI, t h er e

al s o e xi st s t h e s e t hr e e di sti n ct e n er g y r e gi o n s. It i s p o s si bl e t h at t h e mi x e d l a y er d uri n g t h e n o n- K H e v e nt s t h at

c h ar a ct eri z e s t h e L L B L p o p ul ati o n h a s b e e n pr e vi o u sl y pr o d u c e d b y t h e K HI, s o it i s di ffi c ult t o f ull y a v oi d c o n-

t a mi n ati o n fr o m pr e vi o u s pr o c e s s e s a n d c o m p ar e b o u n d ar y l a y er pr o p erti e s wit h a n d wit h o ut K HI. H o w e v er,

w e ar g u e t h at t h e i o n- s c al e w a v e p a c k et s dri v e n b y t h e a cti v e K HI ar e s h ort li v e d d u e t o e ffi ci e nt d a m pi n g

( M o or e et al., 2 0 1 6), s o it i s f e a si bl e t o a s s u m e t h at t h e i o n- s c al e w a v e a m plit u d e s w o ul d b e l ar g er w h e n t h e

a cti v e s o ur c e i s pr e s e nt.

2. 4. Mi ni m u m V ari a n c e A n al y si s of Br o a d b a n d a n d I o n- S c al e W a v e I nt er v al s

I n or d er t o c oll e ct i nf or m ati o n o n t h e pr o p a g ati o n a n gl e 𝛽 k B b et w e e n t h e w a v e ( u nit) v e ct or k a n d t h e b a c k-

gr o u n d m a g n eti c fi el d B , a sli di n g wi n d o w u si n g mi ni m u m v ari a n c e a n al ysi s ( M V A B) o n t h e hi g h- p a s s filt er e d

m a g n eti c fi el d i s p erf or m e d ( S o n n er u p & S c h ei bl e, 1 9 9 8). A 0. 0 0 5 H z c ut o ff fr e q u e n c y hi g h- p a s s filt er i s u s e d

t o r e m o v e l o w-fr e q u e n c y o s cill ati o n s a s s o ci at e d wit h t h e K H w a v e s. T h e (t e m p or al) l e n gt h of t h e wi n d o w

Δ t i s pr o p orti o n al t o t h e d e sir e d fr e q u e n c y s u c h t h at Δ t = 1 ∕( 2 fj) w h er e j i s t h e jt h i n d e x of t h e fr e q u e n c y

arr a y. A st e p si z e e q u al t o 5 0 % of Δ t i s u s e d all o wi n g f or s o m e o v erl a p. T h e fr e q u e n c y arr a y i s a p o w er of 2

di stri b uti o n of fr e q u e n ci e s r a n gi n g fr o m 0. 0 0 5 H z t o 2. 7 H z. T h e l o w er b o u n d of t hi s fr e q u e n c y r a n g e w a s

c h o s e n t o filt er o ut t h e l o w-fr e q u e n c y o s cill ati o n s fr o m t h e K HI a s m e nti o n e d pr e vi o u sl y. T h e hi g h er li mit of

t h e fr e q u e n c y b a n d w a s c h o s e n b a s e d o n t h e M o or e et al. ( 2 0 1 6) o b s er v ati o n s of a F M W t h at w a s s h o w n t o

h a v e a fr e q u e n c y r a n g e of a p pr o xi m at el y 9 ti m e s t h e i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y. W e p erf or m st ati sti c al a n al ysi s

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 2

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

− 1 − 0. 5 0 0. 5 10. 1

1

ε

A b o v e ωci

− K HI

PD

F

M S PMI XM S H

− 1 − 0. 5 0 0. 5 1ε

A b o v e ωci

− n o n K HI

M S PMI XM S H

− 1 − 0. 5 0 0. 5 10. 1

1

ε

PD

F

B el o w ωci

− K HI

M S PMI XM S H

− 1 − 0. 5 0 0. 5 1ε

B el o w ωci

− n o n K HI

M S PMI XM S H

Fi g ur e 3. D e gr e e of p ol ari z ati o n 𝛽 c al c ul at e d i n t h e M S P (r e d), MI X ( gr e e n), a n d M S H ( bl u e) pl a s m a (t o p r o w) a b o v e a n d( b ott o m r o w) b el o w t h e l o c al i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y fi c d uri n g (l eft c ol u m n) K HI a n d (ri g ht c ol u m n) n o n- K HI e v e nt s.

of m a g n eti c fi el d fl u ct u ati o n s b ot h f or br o a d b a n d fr e q u e n c y r a n g e a n d f or a n arr o w er r a n g e cl o s e t o l o c al

i o n g yr ofr e q u e n c y, a v er a g e d o v er t h e pl a s m a bi n i nt er v al. F or d at a i nt e grit y o nl y M V A B w a v e i nt er v al s

wit h a n ei g e n v al u e r ati o 𝜆 i nt∕ 𝜆 mi n > 5 ar e r et ai n e d. F urt h er m or e, o nl y w ell- p ol ari z e d M V A B w a v e i nt er v al s

(√

𝜆 i nt∕ 𝜆 m a x > 0 .5 ) ar e r et ai n e d f or c o m p uti n g st ati sti c s.

3. R e s ult s3. 1. Br o a d b a n d St ati sti c s

T h e f oll o wi n g br o a d b a n d st ati sti c s ar e t a k e n o v er a r el ati v el y l ar g e b a n d of fr e q u e n ci e s 0. 0 0 5 H z ≤ f ≤ 2 .7 H z

t o o ff er a g e n er al a c c o u nt f or t h e d e gr e e of p ol ari z ati o n a n d m a g n eti c c o m pr e s si bilit y o v er t h e t hr e e pl a s m a

r e gi m e s d uri n g K HI a n d n o n- K HI b o u n d ar y cr o s si n g s.

3. 1. 1. D e gr e e of P ol ari z ati o n

T h e d e gr e e of p ol ari z ati o n 𝜖 , pl ott e d i n Fi g ur e 3, i s c al c ul at e d fr o m t h e St o k e s’ p ar a m et er s c o m pil e d fr o m t h e

m a g n eti c w a v e fi el d s d e s cri b e d b y C ar o z zi et al. ( 2 0 0 1). Pr o b a bilit y di stri b uti o n s i n 𝜖 ar e n o n z er o b et w e e n

a p pr o xi m at el y ± 0. 9 f or fr e q u e n c y r a n g e s a b o v e ( Fi g ur e 3, t o p r o w) a n d b el o w ( Fi g ur e 3, b ott o m r o w) t h e

l o c al i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y fi c. T h e s e di stri b uti o n s f or m a tri d e nt di stri b uti o n c o nt ai ni n g t hr e e di sti n ct p e a k s

at a p pr o xi m at el y ± 0. 6 7 5 a n d 0 f or all pl a s m a r e gi m e s at all fr e q u e n ci e s. O v er all, t h er e i s littl e di sti n cti o n i n

t h e o b s er v e d 𝜖 b et w e e n K HI a n d n o n- K HI e v e nt s. F urt h er m or e, d u e t o p o s si bl e D o p pl er e ff e ct s, a n a c c ur at e

w ei g ht of h a n d e d n e s s (ri g ht h a n d v er s u s l eft h a n d) i n t h e pl a s m a fr a m e i s n ot att ai n a bl e.

3. 1. 2. M a g n eti c C o m pr e s si bilit y

O n e- di m e n si o n al pr o b a bilit y di stri b uti o n f u n cti o n s d e pi cti n g t h e m a g n eti c c o m pr e s si bilit y P B ||∕ P B ⟂

, w h er e

P B ||i s t h e c o m pr e s si o n al m a g n eti c w a v e p o w er a n d P B ⟂

i s t h e m a g n eti c w a v e p o w er, ar e s h o w n f or t h e M S P,

MI X, a n d M S H pl a s m a r e gi m e s i n Fi g ur e 4 f or b ot h K HI e v e nt s (l eft) a n d n o n- K HI e v e nt s (ri g ht). Alt h o u g h

st ati sti c all y tr a n s v er s e ( P B ||∕ P B ⟂

< 1 ) f or all pl a s m a r e gi m e s, t h e w a v e o b s er v ati o n s b e c o m e m or e c o m pr e s si v e

w h e n m o vi n g fr o m t h e M S H t o MI X t o M S P pl a s m a ( s e e Fi g ur e 4, l eft). B e c a u s e K HI h a s b e e n a s s o ci at e d wit h

m o d e c o n v er si o n at t h e m a g n et o p a u s e ( C h a st o n et al., 2 0 0 7; J o h n s o n & C h e n g, 1 9 9 7; J o h n s o n et al., 2 0 0 1),

o n e w o ul d e x p e ct t o s e e a n a m pli fi c ati o n i n t h e tr a n s v er s e w a v e p o w er i n t h e vi ci nit y of t h e m a g n et o p a u s e

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 3

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0 5 1 0 1 5 2 01 0

− 4

1 0− 3

1 0− 2

1 0− 1

1 00

1 01

PB

/ PB

All ω − K HI

PD

F

7 5 % < 1

7 9 % < 1

8 1 % < 1

M S PMI XM S H

0 5 1 0 1 5 2 0

PB

/ PB

All ω − n o n K HI

8 1 % < 1

7 2 % < 1

7 1 % < 1

M S PMI XM S H

Fi g ur e 4. M a g n eti c c o m pr e s si bilit y P B ||∕ P B ⟂

c al c ul at e d i n t h e M S P (r e d), MI X ( gr e e n), a n d M S H ( bl u e) pl a s m a f or all

fr e q u e n ci e s ( 0. 0 5 H z ≤ f ≤ 2. 7 H z) d uri n g (l eft) K HI a n d (ri g ht) n o n- K HI e v e nt s.

(J o h n s o n et al., 2 0 0 1). T o t h e c o ntr ar y, t hi s a m pli fi c ati o n i n tr a n s v er s e w a v e p o w er fr o m t h e M S H t o MI X t o

M S P i s a f e at ur e pr e s e nt e d i n t h e n o n- K H e v e nt s ( s e e Fi g ur e 4, ri g ht). It i s e x p e ct e d t h at t hi s f e at ur e i s mi s s e d

i n t h e K H e v e nt s d u e i n p art b y t h e r e fl e cti o n of K A Ws at t h e Alf v é n r e s o n a n c e l o c ati o n (J o h n s o n et al., 2 0 0 1)

b a c k i nt o t h e M S H.

3. 2. I o n- S c al e W a v e I nt er v al s

T h e st ati sti c s f or t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s ar e o bt ai n e d b y c o n si d eri n g fr e q u e n c y bi n s n e ar t h e l o c al i o n

c y cl otr o n fr e q u e n c y. B e c a u s e t h e i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y i s a n a v er a g e d v al u e, fr e q u e n ci e s i n cl o s e pr o xi mit y

a b o v e a n d b el o w ar e c o n si d er e d, c e nt er e d at fi c. Fr o m t h e fr e q u e n c y arr a y d et ail e d i n s e cti o n 3. 2, t h e fr e-

q u e n c y r a n g e of t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s i n cl u d e s [ f(ji c− 1 0 ) , f(ji c+ 1 0 ) ], w h er e ji c i s t h e i n d e x of t h e fr e q u e n c y

bi n c orr e s p o n di n g t o t h e l o c al i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y. T h e 2- D hi st o gr a m s c o n si sti n g of 𝛽 k B a n d ki n eti c w a v e

pr o p erti e s ar e c o m pil e d b y t all yi n g c o u nt s a c cr u e d i n e a c h p ar a m et er s’ o v erl a p pi n g bi n s.

All of t h e i o n- s c al e w a v e pr o p erti e s ar e c al c ul at e d i n t h e s p a c e cr aft fr a m e. B e c a u s e it i s n ot p o s si bl e t o

a c c o u nt f or t h e a ct u al D o p pl er s hift f or e a c h of t h e M V A B w a v e i nt er v al s o n a st ati sti c al b a si s, w e a p pr o xi m at e

0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 10

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B

PB

[ n T2 / H z]

K HI: M S P

Log

Count

s

0

0. 5

1

1. 5

2

2. 5

0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 10

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B

PB

[ n T2 / H z]

n o n − K HI: M S P

Log

Count

s

0

0. 5

1

1. 5

2

2. 5

3

3. 5

4

Fi g ur e 5. T h e 2- D di stri b uti o n s of m e a n t ot al m a g n eti c w a v e p o w er v er s u s w a v e pr o p a g ati o n a n gl e ( P t ot v er s u s 𝜆 k B )b et w e e n (l eft) K HI a n d (ri g ht) n o n- K HI e v e nt s i n t h e M S P pl a s m a r e gi m e.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 4

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MIX)

0 1 2 30

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

PB

t ot

[ n T2/ H z]

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1 0 1 2

Fi g ur e 6. T h e 2- D c o m p ar ati v e di stri b uti o n s of m e a n t ot al p o w er ( P t ot )v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e ( 𝛽 k B ) b et w e e n K HI a n d n o n- K HI e v e nt s. (t o p) M S P,( mi d dl e) MI X, a n d ( b ott o m) M S H pl a s m a r e gi m e s.

t h e p o s si bl e e ff e ct s b y a s s u mi n g s p e ci fi c w a v e m o d e s. F or a bri ef a n al ysi s

o n t h e D o p pl er s hift e ff e ct s, pl e a s e r ef er t o A p p e n di x B.

T h e M V A B (i o n- s c al e) p ar a m et er s i n cl u di n g t h e M V A B s p e ci fi c e ntr o p y

M V A B , t h e M V A B pl a s m a b et a 𝜆 M V A B , m a g n eti c w a v e p o w er P t ot, a n d t h e

s c al e d E ∕ B r ati o ar e a v er a g e d o v er e a c h M V A B w a v e i nt er v al i n t h e fi cfr e q u e n c y r a n g e. T h e t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x S i nt i s i nt e gr at e d o v er

e a c h M V A B w a v e i nt er v al i n t h e fi c fr e q u e n c y r a n g e. T h e r a w p ar a m et er s

s u c h a s t h e r a w s p e ci fi c e ntr o p y r a w a n d r a w pl a s m a b et a 𝜆 r a w ar e c al c u-

l at e d at e a c h ti m e st e p fr o m t h e u n pr o c e s s e d ti m e s eri e s d at a a n d ar e n ot

filt er e d b y t e m p or al s c al e.

3. 2. 1. M e a n T ot al M a g n eti c W a v e P o w er, P t ot

T h e m e a n t ot al m a g n eti c w a v e p o w er, P t ot = |𝜆 B t ot|2 , i s d et er mi n e d b y

t a ki n g t h e m e a n of t h e t ot al m a g n eti c w a v e p o w er o v er e a c h M V A B w a v e

i nt er v al. T h e 2- D di stri b uti o n of P t ot v er s u s w a v e pr o p a g ati o n a n gl e, 𝜆 k B ,

f or t h e M S P pl a s m a r e gi m e ar e s h o w n i n Fi g ur e 5 (l eft) ( K HI e v e nt s) a n d

Fi g ur e 5 (ri g ht) ( n o n- K HI e v e nt s). Fr o m Fi g ur e 5 (l eft), a hi g h er c o u nt d e n-

sit y (l o g 1 0 c o u nt s p er c ell) d uri n g K HI e v e nt s i s o b s er v e d f or o bli q u el y

pr o p a g ati n g w a v e s wit h r el ati v el y l o w p o w er ( P t ot), wit h t h e hi g h e st c o u nt

d e n sit y a c c o u nt e d f or i n t h e 8 0 ∘ – 9 0 ∘ bi n. A m or e m o d er at e c o u nt d e n sit y

i s o b s er v e d f or o bli q u e w a v e s ( 5 0∘ – 9 0 ∘ ) wit h si g ni fi c a ntl y hi g h er p o w er

f or K H e v e nt s t h a n f or n o n- K HI e v e nt s. I n c o ntr a st, d uri n g n o n- K HI e v e nt s

t h e hi g h e st c o u nt d e n sit y i s o b s er v e d f or 2 0∘ – 5 0 ∘ pr o p a g ati n g, l o w p o w er

w a v e s ( s e e Fi g ur e 5, ri g ht).

T o o ff er a b ett er c o m p ar ati v e a n al ysi s b et w e e n st ati sti c s g at h er e d d ur-

i n g K HI a n d n o n- K HI e v e nt s, a l o g1 0 c o u nt di ff er e n c e b et w e e n t h e K HI

a n d n o n- K HI e v e nt s i s c al c ul at e d f or e a c h of t h e ki n eti c w a v e pr o p erti e s

a n d pl ott e d i n t h e f oll o wi n g 2- D di stri b uti o n s. Di ff er e n c e di stri b uti o n s i n

w hi c h o b s er v ati o n s t a k e n fr o m K HI e v e nt s d o mi n at e ar e d e si g n at e d b y

r e d, w h er e a s t h o s e d o mi n at e d b y o b s er v ati o n s t a k e n fr o m n o n- K HI e v e nt s

ar e d e si g n at e d b y bl u e, a n d a z er o l o g 1 0 c o u nt di ff er e n c e i s d e si g n at e d b y

w hit e. Pl e a s e n ot e t h at a n a ct u al c o u nt di ff er e n c e of 0 or 1 i s a s si g n e d a

l o g1 0 c o u nt di ff er e n c e of 0.

T h e 2- D c o m p ar ati v e di stri b uti o n s of t h e m e a n t ot al w a v e p o w er v er s u s

pr o p a g ati o n a n gl e ( P t ot v er s u s 𝜖 k B ) d e pi cti n g t h e l o g1 0 c o u nt di ff er e n c e

b et w e e n o b s er v ati o n s m a d e d uri n g K HI a n d n o n- K HI e v e nt s ar e s h o w n i n

Fi g ur e 6 f or t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a r e gi m e s, r e s p e cti v el y. I n t h e

M S P pl a s m a r e gi m e pl ott e d i n Fi g ur e 6 (t o p), m or e o bli q u el y pr o p a g ati n g

w a v e s b et w e e n 5 0 ∘ a n d 9 0 ∘ ar e o b s er v e d d uri n g K HI e v e nt s f or a br o a d

r a n g e of p o w er (P t ot ≈ 0 – 0. 9 n T 2 / H z), w h er e a s d uri n g n o n- K HI e v e nt s

m or e w a v e s wit h l o w p o w er ( P t ot ≈ 0 – 0. 1 n T 2 / H z) a n d l o w er pr o p a g ati o n

a n gl e ( 𝜖 k B ≈ 0 ∘ – 5 0 ∘ ) ar e o b s er v e d. A si mil ar tr e n d i s s e e n f or w a v e s wit h

l o w p o w er (P t ot ≈ 0 – 0. 1 n T 2 / H z) i n t h e MI X pl a s m a r e gi m e, w h er e o b s er-

v ati o n s of o bli q u el y pr o p a g ati n g w a v e s ( 𝜖 k B ≈ 4 0 ∘ – 9 0 ∘ ) ar e d o mi n a nt d uri n g K HI e v e nt s a n d w a v e s wit h

l o w er pr o p a g ati o n a n gl e (𝜃 k B ≈ 0 ∘ – 4 0 ∘ ) ar e d o mi n a nt d uri n g n o n- K HI e v e nt s ( s e e Fi g ur e 6, mi d dl e). T h er e i s

a l ar g er di s p arit y b et w e e n hi g h p o w er w a v e s i n t h e MI X pl a s m a r e gi m e w h e n c o m p ar e d t o t h e M S P, wit h a

sli g ht pr ef er e n c e i n t h e K HI e v e nt o b s er v ati o n s b et w e e n 𝜃 k B = 4 0 ∘ a n d 7 0 ∘ . T h e q u a si- p er p e n di c ul ar pr o p-

a g ati n g ( 𝜃 k B = 7 0 ∘ – 9 0 ∘ ) o b s er v ati o n s t e n d t o b e m or e n o n- K HI d o mi n a nt f or P t ot > 0 .3 5 n T 2 / H z. I n t h e M S H

pl a s m a r e gi m e a s s h o w n i n Fi g ur e 6 ( b ott o m), t h e l o w p o w er w a v e o b s er v ati o n s ar e n o n- K HI d o mi n a nt f or

0 ∘ < 𝜃 k B < 7 0 ∘ a n d 8 0 ∘ < 𝜃 k B < 9 0 ∘ . T h er e i s a sli g ht a s y m m etr y f or w a v e s c o ntri b uti n g t o t h e hi g h er p o w er

wit h a cl e ar d o mi n a n c e i n t h e K HI e v e nt s f or l o w pr o p a g ati o n a n gl e s ( 𝜃 k B ≈ 0 ∘ – 3 0 ∘ ).

3. 2. 2. T ot al I nt e gr at e d P o y nti n g Fl u x

T h e P o y nti n g fl u x a n d t h e w a v e el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o ar e c al c ul at e d fr o m t h e w a v e el e ctri c a n d m a g-

n eti c fi el d s pr o vi d e d b y t h e w a v el et tr a n sf or m of t h e hi g h-r e s ol uti o n el e ctri c a n d m a g n eti c fi el d s. B e c a u s e

Cl u st er’s E F W i n str u m e nt c a n o nl y r e s ol v e t h e 2- D el e ctri c fi el d i n t h e s pi n pl a n e, t h e t hir d c o m p o n e nt

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 5

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MIX)

0 2 4 6 8 1 00

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

St ot

i nt [ 1 06 k e V/ c m2 ]

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1 0 1 2

Fi g ur e 7. T h e 2- D c o m p ar ati v e di stri b uti o n of t h e i nt e gr at e d P o y nti n g fl u xv er s u s pr o p a g ati o n a n gl e ( S i nt v er s u s 𝛽 k B ). (t o p) T h e M S P, ( mi d dl e) MI X,a n d ( b ott o m) M S H pl a s m a r e gi m e s.

i s c al c ul at e d b a s e d u p o n t h e a s s u m pti o n t h at E ⋅ B = 0 . T h e t ot al i nt e-

gr at e d P o y nti n g fl u x, S i nt = ∫ S t ot𝜆 t, a s s o ci at e d wit h t h e F M W i nt er v al fr o m

M o or e et al. ( 2 0 1 6) i s a p pr o xi m at el y 4 .4 × 1 0 6 k e V c m − 2 . F or t h e st ati sti c s

S i nt i s c o m p ut e d b y i nt e gr ati n g t h e w a v e P o y nti n g fl u x o v er e a c h M V A B

w a v e i nt er v al. T h e 2- D di stri b uti o n s of S i nt v er s u s 𝜆 k B ar e di s pl a y e d i n

Fi g ur e 7. I n Fi g ur e 7 (t o p), o b s er v ati o n s m a d e i n t h e M S P pl a s m a r e gi m e

s h o w a br o a d di stri b uti o n of K HI d o mi n a nt S i nt f or o bli q u el y pr o p a g at-

i n g w a v e s (𝜆 k B = 5 0 ∘ – 9 0 ∘ ) a n d n o n- K HI d o mi n a nt ( n arr o wl y di stri b ut e d

S i nt) w a v e o b s er v ati o n s f or l o w er pr o p a g ati o n a n gl e s (𝜆 k B = 1 0 ∘ – 5 0 ∘ ). I n

t h e MI X pl a s m a r e gi m e pl ott e d i n Fi g ur e 7, h o w e v er, t h e K HI d o mi n a nt

o b s er v ati o n s ar e s u b d u e d t o a n arr o w b a n d of l o w S i nt f or 𝜖 k B ≈ 4 0 ∘ – 9 0 ∘ .

T h e n o n- K HI d o mi n a nt w a v e o b s er v ati o n s c o m pri s e a n arr o w b a n d of

S i nt f or l o w er pr o p a g ati n g a n gl e s (𝜖 k B ≈ 0 ∘ – 4 0 ∘ ). T h er e t e n d s t o b e m or e

n o n- K HI d o mi n a nt w a v e o b s er v ati o n s of hi g h er S i nt, t h e m or e o bli q u e

t h e pr o p a g ati o n a n gl e b e c o m e s. T h er e i s a tr a n siti o n t o n o n- K HI d o m-

i n a nt w a v e o b s er v ati o n s i n M S H pl a s m a r e gi m e a s s e e n i n Fi g ur e 7

( b ott o m) f or t h e e ntir e r a n g e of S i nt. O v er all, t h er e i s a sli g ht a s y m m etr y

f or m o d er at e i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x (S i nt > 0 .2 5 1 0 6 k e V c m − 2 ) w h er e

o bli q u el y pr o p a g ati n g w a v e s ( 𝜖 k B = 4 0 ∘ – 9 0 ∘ ) ar e n o n- K HI d o mi n a nt a n d

w a v e s wit h s m all er pr o p a g ati o n a n gl e s ( 𝜃 k B = 0 ∘ – 4 0 ∘ ) ar e d o mi n a nt d uri n g

K H e v e nt s.

3. 2. 3. W a v e El e ctri c t o M a g n eti c Fi el d R ati o Di s p er si o n: F M W

M o or e et al. ( 2 0 1 6) s h o w e d u n a m bi g u o u s o b s er v ati o n s of a q u a si-

p er p e n di c ul ar pr o p a g ati n g ( 𝜃 k B ≈ 8 5 ∘ , 8 8∘ ) F M Ws o b s er v e d cl o s e t o c e nt er

of a K H v ort e x ( e vi d e n c e d b y a t ot al pr e s s ur e mi ni m u m) wit h s u ffi ci e nt

e n er g y t o a c c o u nt f or o b s er v e d i o n h e ati n g. T h e w a v e el e ctri c t o m a g-

n eti c fi el d r ati o ( s c al e d b y t h e l o c al Alf v é n s p e e d ), (|𝜃 E ⟂ |∕ |𝜃 B ⟂ |) ∕v A , v er s u s

t h e w a v e fr e q u e n c y c al c ul at e d d uri n g t hi s F M W i nt er v al i s pl ott e d i n

Fi g ur e 8. F or f < fi c, w h er e fi c ≈ 0 .3 H z, t h er e i s a str o n g c o u nt d e n sit y

b et w e e n a p pr o xi m at el y 0 – 4, i n di c ati n g t h e w a v e s ar e m o stl y el e ctr o-

m a g n eti c. T hi s di stri b uti o n br o a d e n s ( el e ctr o st ati c c o m p o n e nt i n cr e a s e s)

f or f > fi c, b ut t h e str o n g e st c o u nt d e n siti e s ar e still i n el e ctr o m a g n eti c

r e gi m e 0 – 1 0.

B e c a u s e t h e l o c al fi c f or t h e F M W i nt er v al i s a p pr o xi m at el y 0. 3 H z, t h e fr e-

q u e n c y r a n g e of i nt er e st i n c o nt e xt t o t h e M V A B w a v e i nt er v al st ati sti c s i s

a p pr o xi m at el y 0. 2 0 – 0. 4 5 H z. I n Fi g ur e 8 (|𝜃 E ⟂ |∕ |𝜃 B ⟂ |) ∕v A i s a p pr o xi m at el y

0 – 4 f or t h e str o n g e st c o u nt d e n siti e s a n d u p t o 8 f or t h e l o w er c o u nt

d e n siti e s.

3. 2. 4. M e a n 𝜹 E ∕ 𝜹 B R ati o Di stri b uti o n

i s c al c ul at e d b y t a ki n g t h e m e a n (|𝛿 E ⟂ |∕ |𝛿 B ⟂ |) ∕v A o v er e a c h M V A B w a v e

i nt er v al i n cl o s e vi ci nit y t o fi c ([f(ji c− 1 0 ) , f(ji c+ 1 0 ) ]). T h e 2- D di stri b uti o n of

v er s u s t h e pr o p a g ati o n a n gl e i s pl ott e d i n Fi g ur e s 9 (t o p) t o 9 ( b ott o m). I n t h e M S P pl a s m a r e gi m e ( Fi g ur e 9,

t o p), t h e di stri b uti o n of v er s u s 𝜃 k B s h o ws a d o mi n a n c e f or K H e v e nt s a cr o s s all v al u e s of f or t h e o bli q u el y

pr o p a g ati n g w a v e s ( 𝜃 k B = 4 0 ∘ – 9 0 ∘ ). T hi s K H- d o mi n a nt di stri b uti o n i s m u c h n arr o w er ( ≈ 0. 2 5 – 3) f or s m all er

pr o p a g ati o n a n gl e s ( 𝜃 k B = 0 ∘ – 4 0 ∘ ). O n e i nt er e sti n g f e at ur e i n t h e M S P pl a s m a i s t h e n o n- K H- d o mi n a nt w a v e

o b s er v ati o n s c o n si sti n g of 3 < < 4 0 a n d 1 0 ∘ < 𝜃 k B < 5 0 ∘ . T h e v er s u s 𝜃 k B di stri b uti o n f or t h e MI X pl a s m a

r e gi m e r e v e al s K H- d o mi n a nt w a v e o b s er v ati o n s f or o bli q u e pr o p a g ati o n a n gl e s a n d n o n- K H d o mi n a nt f or

l o w er pr o p a g ati o n a n gl e s ( s e e Fi g ur e 9, mi d dl e). A d diti o n all y, t h e w a v e o b s er v ati o n s ar e n o n- K H d o mi n a nt

f or n e arl y all pr o p a g ati o n a n gl e s f or > 1 0 .

O b s er v ati o n s i n t h e M S H pl a s m a r e gi m e ( Fi g ur e 9, b ott o m) s h o w a n arr o w K HI d o mi n a nt di stri b uti o n i n

(≈ 0. 2 5 – 2) f or all 𝜃 k B , w h er e a s w a v e o b s er v ati o n s at hi g h er v al u e s of ar e n o n- K HI d o mi n a nt f or all 𝜃 k B .

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 6

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0. 5 1 1. 5 2 2. 50

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

1 8

2 0

Fr e q u e n c y [ H z]

(|δ

E ⊥|/|δ

B ⊥

|)/v

A

Log

Count

s

0

0. 5

1

1. 5

Fi g ur e 8. S c al e d w a v e el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o (|𝛽 E ⟂ |∕ |𝜆 B ⟂ |) ∕v A fr o m 6 J u n e 2 0 0 2 F M W i nt er v al.

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MIX)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 00

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

(|δ E⊥|/|δ B

⊥|)/ v

A

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

(|δ E⊥|/|δ B

⊥|)/ v

A

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1. 5 − 1 − 0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2

Fi g ur e 9. T h e 2- D c o m p ar ati v e di stri b uti o n s of s c al e d m e a n el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e. (t o p) M S P, ( mi d dl e) MI X, a n d ( b ott o m) M S Hpl a s m a r e gi m e s.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 7

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 40

0. 5

1

1. 5

2

2. 5

3

3. 5

4

4. 5

5

βM V A B

PD

F

K HI

4 5 % > 11 6 % > 1

1 9 % > 1

M S PMI XM S H

0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4β

M V A B

n o n K HI

1 0 % > 12 0 % > 1

3 3 % > 1

M S PMI XM S H

Fi g ur e 1 0. Pl a s m a b et a c al c ul at e d d uri n g t h e i o n- s c al e M V A B w a v e i nt er v al s f or t h e M S P (r e d), MI X ( gr e e n), a n d M S H( bl u e) pl a s m a f or t h e (l eft) K H a n d (ri g ht) n o n- K H e v e nt s.

T h e br o a d K HI d o mi n a nt di stri b uti o n s i n at o bli q u e 𝛽 k B ( 5 0∘ – 9 0 ∘ ) f or t h e M S P a n d MI X pl a s m a r e gi m e s ar e

c o n si st e nt wit h t h e F M W 𝜆 E ∕ 𝜆 B r ati o s h o w n i n Fi g ur e 8 i n t h e vi ci nit y of t h e fi c. It i s w ell k n o w n t h at ≥ 1 f or

K A Ws ( C h a st o n et al., 2 0 0 7; C h a st o n et al., 2 0 1 2; St a si e wi c z et al., 2 0 0 0).

3. 2. 5. Pl a s m a P ar a m et er s

I n t hi s s e cti o n, pl a s m a p ar a m et er s ar e s h o w n f or b ot h t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s a n d fr o m t h e r a w d at a.

Pl e a s e r ef er t o A p p e n di x A f or a n a n al ysi s o n p o s si bl e s ol ar wi n d e ff e ct s o n m a g n et o s h e at h pl a s m a p ar a m e-

t er s. T h e pl a s m a b et a 𝜆 c al c ul at e d o v er t h e M V A B w a v e i nt er v al s i s pl ott e d i n Fi g ur e s 1 0 (l eft a n d ri g ht). D uri n g

t h e K HI e v e nt s t h e 𝜆 M V A B pr o b a bilit y di stri b uti o n s i n t h e MI X a n d M S H pl a s m a r e gi m e s ar e o ffs et wit h p e a k s

< 1 c o m p ar e d t o t h at i n t h e M S P pl a s m a a s s e e n i n Fi g ur e 1 0 (l eft). W h e n i nt e gr ati n g t h e t ail s of t h e di stri b u-

ti o n s i n t h e MI X a n d M S H pl a s m a, o nl y ≈ 1 6 % a n d 1 9 % (r e s p e cti v el y) of all t h e w a v e i nt er v al s h a v e 𝜖 M V A B > 1 .

F or K HI e v e nt s ≈ 4 5 % of all w a v e i nt er v al s i n M S P pl a s m a r e gi m e h a v e 𝜖 M V A B > 1 . D uri n g t h e n o n- K HI e v e nt s,

t h e di stri b uti o n s i n all t hr e e pl a s m a r e gi m e s s h ar e si mil ar p e a k s, wit h t h e br o a d e st di stri b uti o n i n t h e M S H

pl a s m a ( Fi g ur e 1 0, ri g ht). I nt e gr ati n g t h e t ail s of t h e di stri b uti o n s r e v e al s t h at t h e 𝜖 M V A B st e a dil y i n cr e a s e s fr o m

t h e M S P (≈ 1 0 % > 1) t o t h e MI X ( ≈ 2 0 % > 1) t o t h e M S H ( ≈ 3 3 % > 1) pl a s m a r e gi m e. It i s i nt er e sti n g t o n ot e t h at

i n t h e s e 𝜃 r a w di stri b uti o n s c al c ul at e d fr o m t h e n o n- K H e v e nt s s h ar e a p pr o xi m at el y t h e s a m e p e a k s.

0 2 4 6 8 1 00

0. 2

0. 4

0. 6

0. 8

1

1. 2

1. 4

1. 6

1. 8

2

βr a w

M S H

PD

F

K HI

2 3 % > 17 7 % < 13 % < 0. 1

M S H

0 2 4 6 8 1 0

βr a w

M S H

n o n K HI

6 5 % > 13 4 % < 12 % < 0. 1

M S H

Fi g ur e 1 1. R a w pl a s m a b et a c al c ul at e d f or t h e M S H pl a s m a f or t h e (l eft) K H a n d (ri g ht) n o n- K H e v e nt s.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 8

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

1 01

1 02

1 03

1 04

0

1

2

3

4

5x 1 0

− 3

S2 ]

PD

F

⟨ SM S H

r a w⟩ = 8 1 e V/ c m

2⟨ SM S H

r a w⟩ = 4 5 e V/ c m2

1 0 0 % > 5 × ⟨ SM S H

r a w⟩

8 3 % > 5 × ⟨ SM S H

r a w⟩

K HIn o n K HI

M V A B[ e V/ c mM S P

Fi g ur e 1 2. (l eft a n d ri g ht) S p e ci fi c e ntr o p y c al c ul at e d d uri n g t h e i o n- s c al e M V A B w a v e i nt er v al s i n t h e M S P pl a s m a f ort h e K H ( bl a c k li n e) a n d n o n- K H e v e nt s ( m a g e nt a li n e). T h e l o g- m e a n a v er a g e of t h e r a w M S H s p e ci fi c e ntr o pi e s ar edi s pl a y e d f or t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s b y t h e v erti c al bl a c k a n d m a g e nt a li n e s, r e s p e cti v el y.

Alt h o u g h t h e pr o b a bilit y di stri b uti o n f u n cti o n s ( P D F s) — c al c ul at e d fr o m t h eir r e s p e cti v e hi st o gr a m s —fr o m

Fi g ur e 1 0 (l eft a n d ri g ht) d e pi ct i o n- s c al e w a v e s pr o p a g ati n g t hr o u g h l o w er b et a M S H pl a s m a s d uri n g K H

e v e nt s c o m p ar e d t o t h e n o n- K H e v e nt s, it i s w ort h w hil e t o i n s p e ct t h e r a w pl a s m a b et a 𝛽 M S Hr a w

o b s er v e d i n

t h e M S H pl a s m a r e gi m e. Fi g ur e 1 1 (l eft a n d ri g ht) s h o ws t h e 1- D di stri b uti o n s of t h e r a w M S H pl a s m a b et a

c al c ul at e d o v er t h e r a n g e 0 < 𝜆 ≤ 1 0 f or t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s, r e s p e cti v el y. It s h o ul d b e n ot e d t h at t h e

r a w M S H d at a v al u e r a n g e e xt e n d s b e y o n d 𝜆 M S Hr a w

; h o w e v er, t h e l o w M S H 𝜆 (r el ati v e t o 1) i s of s p e ci al i nt er e st.

H all M H D si m ul ati o n s of t h e d a ysi d e m a g n et o p a u s e h a v e s h o w n t h at a si g ni fi c a nt s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e

fr o m t h e i n fl o w t o o ut fl o w r e gi o n, a s s o ci at e d wit h m a g n eti c r e c o n n e cti o n, i s o nl y p o s si bl e f or s u ffi ci e ntl y

l o w pl a s m a b et a (𝜆 < < 1 ) i n t h e i n fl o w r e gi o n ( M a & Ott o, 2 0 1 4). Alt h o u g h t h er e e xi st s c o m p o n e nt s of t h e

𝜖 M S Hr a w

P D F s fr o m b ot h t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s t h at ar e m u c h l o w er t h a n o n e, t h e y ar e st ati sti c all y

i n si g ni fi c a nt –≈ 3 % a n d 2 % of t h e P D F s h a v e a r a w M S H pl a s m a b et a l e s s t h a n 0. 1 f or t h e K H a n d n o n- K H

e v e nt s, r e s p e cti v el y. M a a n d Ott o ( 2 0 1 4) c o n cl u d e d t h at 𝜖 ≈ 0. 1 – 1 i n t h e m a g n et o s h e at h i s i n s u ffi ci e nt f or a

s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e of 1 t o 2 or d er s of m a g nit u d e d u e t o m a g n eti c r e c o n n e cti o n. Fr o m Fi g ur e 1 1, 𝜖 M S Hr a w

i s l o w er d uri n g t h e K H e v e nt s c o m p ar e d t o t h e n o n- K H e v e nt s —≈ 7 7 % < 1 a n d ≈ 3 4 % < 1 f or t h e K H a n d

n o n- K H e v e nt s, r e s p e cti v el y.

W h e n c al c ul ati n g t h e m e a n s p e ci fi c e ntr o p y o v er t h e M V A B w a v e i nt er v al s ( M V A B ), t h er e i s a si g ni fi c a ntl y

l ar g er i n cr e a s e i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y (i n di c ati v e of str o n g n o n a di a b ati c h e ati n g) d uri n g t h e K HI e v e nt s

( Fi g ur e 1 2 (l eft a n d ri g ht)). C ar ef ul a n al ysi s w a s p erf or m e d o n t h e t ail s of t h e di stri b uti o n s fr o m t h e M S P pl a s m a

r e gi m e r el ati v e t o t h e l o g- m e a n a v er a g e of t h e r a w M S H s p e ci fi c e ntr o p y ⟨ M S Hr a w

⟩ ( pl e a s e s e e T a bl e 1). D uri n g

t h e K H e v e nt s, all of t h e s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e M S P pl a s m a r e v e al e d a n i n cr e a s e of at l e a st 5 ti m e s t h at

of t h e r a w l o g- m e a n a v er a g e s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e M S H, w hil e d uri n g n o n- K HI e v e nt s o nl y ≈ 8 3 % s h o w e d

T a bl e 1D et ails o n t h e R a w S p e ci fi c E ntr o p y A cr oss t h e M S P, MI X, a n d M S H Pl as m a R e gi m es

n ⟨ nr a w ⟩ ⟨ n

M V A B⟩ P n

r a wa P n

M V A Bb ⟨ n

r a w ⟩

⟨ M S Hr a w ⟩

M S P 4 .8 7 × 1 0 3 4 .5 9 × 1 0 3 1 0 0 % 1 0 0 % 6 0

MI X 1 .2 7 × 1 0 3 1 .0 3 × 1 0 3 8 2 % 7 8 % 1 6K HI

{

M S H 8 0. 6 8 3. 5 9 % 9. 2 % 1

M S P 2 .8 9 × 1 0 3 1 .1 0 × 1 0 3 1 0 0 % 8 3 % 5 9

MI X 7 5 4 7 7 1 8 1 % 7 7 % 1 5n o n- K HI

{

M S H 4 5. 4 1 4 1 3 5 % 3 5 % 1

a P r a w = % r a w d at a p oi nt s gr e at er t h a n 5 × ⟨ M S Hr a w ⟩ . b P M V A B = i nt e gr al of S n

M V A Bgr e at er t h a n 5 × ⟨ M S H

r a w ⟩ .

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 3 9

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

Fi g ur e 1 3. T h e 2- D di stri b uti o n s of b ul k pl a s m a v el o cit y V b ul k v er s u s r a w s p e ci fi c e ntr o p y ⟨ nr a w ⟩ f or t h e ( a – c) K H a n d ( d –f ) n o n- K H e v e nt s.

a n i n cr e a s e b y at l e a st a f a ct or of 5. T hi s si g ni fi c a nt i n cr e a s e i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y fr o m t h e M S H t o

M S P pl a s m a s o b s er v e d d uri n g t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s s u g g e st s str o n g n o n a di a b ati c h e ati n g. W h e n

c o n si d eri n g o nl y t h e c ol d c o m p o n e nt i o n s, i o n o s p h eri c d at a fr o m t h e D ef e n s e M et e or ol o gi c al S at ellit e Pr o-

gr a m m a p p e d i nt o t h e pl a s m a s h e et s u g g e st t h at t h e s p e ci fi c e ntr o p y m a y o nl y i n cr e a s e b y a f a ct or of 5

(J o h n s o n & Wi n g, 2 0 0 9).

Fi g ur e s 1 3 a – 1 3f s h o w t h e r a w s p e ci fi c e ntr o p y r a w wit h r e s p e ct t o t h e b ul k pl a s m a fl o w ( V b ul k ) d uri n g t h e

K H a n d n o n- K H e v e nt s, r e s p e cti v el y. r a w i s c al c ul at e d fr o m t h e r a w ( u n pr o c e s s e d) ti m e s eri e s d at a f or e a c h

ti m e st e p, n ot t o b e c o nf u s e d wit h M V A B . O n e of t h e m o st stri ki n g f e at ur e s i s t h e di s p arit y b et w e e n t h e

K H a n d n o n- K HI e v e nt s f or t h e m a g n et o s h e at h d at a, a s d e m o n str at e d i n Fi g ur e s 1 3 c a n d 1 3f, r e s p e cti v el y.

Fi g ur e 1 4. T h e 2- D di stri b uti o n s of b ul k pl a s m a v el o cit y V b ul k v er s u s M S H M V A B s p e ci fi c e ntr o p y M S HM V A B

f or t h e( a, c, a n d e) K H a n d ( b, d, a n d f ) n o n- K H e v e nt s. D at a filt er e d b y all ( Fi g ur e s 1 4 a a n d 1 4 b), > 1 ( Fi g ur e s 1 4 c a n d 1 4 d),a n d < 1 ( Fi g ur e s 1 4 e a n d 1 4f ).

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 0

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

T a bl e 2L o g- M e a n S p e ci fi c E ntr o p y R ati os R el ati n g t h e R a w a n d I o n- S c al e W a v e I nt er v als

n⟨ n

M V A B⟩

⟨ M S Pr a w ⟩

⟨ nM V A B

⟩

⟨ MI Xr a w ⟩

⟨ nM V A B

⟩

⟨ M S Hr a w ⟩

M S P 0. 9 4 2 3. 6 1 5 7. 0

MI X 0. 2 1 1 0. 8 1 1 1 2. 8K HI

{

M S H 0. 0 1 7 1 0. 0 6 5 7 1. 0 4

M S P 0. 4 1 4 1. 6 1 2 4. 5

MI X 0. 2 9 0 1. 1 3 1 7. 2n o n- K HI

{

M S H 0. 0 5 3 0 0. 1 2 2 3. 1 4

N ot e. T h e b ol d v al u e s al o n g t h e di a g o n al s c orr e s p o n d t o t h e r ati o of t h er a w l o g- m e a n s p e ci fi c e ntr o p y i n pl a s m a of t y p e n t o it s c orr e s p o n di n gM V A B v al u e.

T h er e e xi st s a p o p ul ati o n of l o w s p e e d, hi g h s p e ci fi c e ntr o p y pl a s m a i n

t h e M S H d uri n g t h e K H e v e nt s t h at i s n ot pr e s e nt d uri n g t h e n o n- K H

e v e nt s. T h e l o w b ul k v el o cit y pr o fil e of t hi s hi g h s p e ci fi c e ntr o p y i o n p o p-

ul ati o n s u g g e st s t h at it r e si d e s i n cl o s e vi ci nit y t o t h e m a g n et o p a u s e. It

i s li k el y t h at t hi s e n h a n c e d M S Hr a w

p o p ul ati o n i s a r e s ult fr o m o n e of t h e

f oll o wi n g: (i) r e fl e cti o n of K A Ws b a c k i nt o t h e M S H a s s u g g e st e d b y

t h e K H e v e nt m a g n eti c c o m pr e s si bilit y pr o fil e, (ii) pl a s m a tr a n s p ort fr o m

t h e M S P t o M S H d u e t o m a g n eti c r e c o n n e cti o n a s s o ci at e d wit h t h e K HI,

or (iii) a c o m bi n ati o n of (i) a n d (ii). T o a d dr e s s t h e h y p ot h e si s p o s e d i n

(i), t h e (i o n- s c al e) s p e ci fi c e ntr o p y M S HM V A B

i s pl ott e d a s a f u n cti o n of b ul k

v el o cit y a n d i n Fi g ur e s 1 4 a – 1 4f. F oll o wi n g t h e M S HM V A B

di stri b uti o n s f or

all a n d > 1 , t h e e n h a n c e d M S HM V A B

p o p ul ati o n i s still pr e s e nt a s s e e n i n

Fi g ur e s 1 4 a a n d 1 4 c. H o w e v er, w h e n c o n si d eri n g < 1 , t hi s e n h a n c e d

M S HM V A B

p o p ul ati o n v a ni s h e s a s s h o w n i n Fi g ur e 1 4 e. T hi s i s p arti c ul arl y

si g ni fi c a nt b e c a u s e K A Ws ar e c o n fi n e d b y ≥ 1 — t h e f a ct t h at t hi s

e n h a n c e d M S HM V A B

p o p ul ati o n i s n ot pr e s e nt w h e n filt eri n g o ut > 1 s u g-

g e st s t h at t hi s l o w b ul k v el o cit y, hi g h s p e ci fi c e ntr o p y p o p ul ati o n mi g ht b e cr e at e d at l e a st i n p art b y t h e

r e fl e cti o n of m o d e c o n v ert e d K A Ws b a c k i nt o t h e M S H. It s h o ul d b e n ot e d t h at t hi s e n h a n c e d M S Hr a w

( M S HM V A B

)

p o p ul ati o n fr o m Fi g ur e 1 3 c ( Fi g ur e 1 4 a) i s h e a vil y i n fl u e n c e d b y t h e 3 J ul y 2 0 0 1 e v e nt i n w hi c h N y k yri et al.

( 2 0 0 6) r e p ort e d e vi d e n c e of m a g n eti c r e c o n n e cti o n i n si d e K H v orti c e s a n d a s s o ci at e d p ar all el i o n b e a m s. F ur-

t h er m or e, t hi s e n h a n c e d M S HM V A B

p o p ul ati o n o c c ur s i n s u ffi ci e ntl y l o w 𝛽 (𝜆 < 0 .1 ) — a r e q uir e m e nt f or si g ni fi c a nt

s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e a s s o ci at e d wit h m a g n eti c r e c o n n e cti o n ( M a & Ott o, 2 0 1 4). T h er ef or e, it i s r e a s o n-

a bl e t o s p e c ul at e t h at t h e t hi s e n h a n c e d M S Hr a w

p o p ul ati o n i s pr o d u c e d b y pl a s m a tr a n s p ort fr o m r e c o n n e cti o n

i n si d e t h e K H v orti c e s a n d t h e r e fl e cti o n of K A Ws.

T h e c al c ul at e d l o g- m e a n s p e ci fi c e ntr o pi e s ⟨ nr a w

⟩ ar e li st e d i n T a bl e 1 f or t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a

r e gi o n s al o n g wit h t h eir r ati o s r el ati v e t o t h e M S H ⟨ nr a w

⟩ ∕ ⟨ M S Hr a w

⟩ a n d t h e p er c e nt a g e of d at a p oi nt s gr e at er

t h a n ⟨ M S Hr a w

⟩ b y at l e a st a f a ct or of 5 b ot h f or ( P nr a w

) a n d t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s (P nM V A B

). A n ot h er i nt er e st-

i n g f e at ur e i s h o w t h e r ati o s of r a w l o g- m e a n s p e ci fi c e ntr o pi e s ar e stri ki n gl y si mil ar f or t h e K H a n d n o n- K H

e v e nt s a s s h o w n i n T a bl e 1.

C o m p ari s o n s b et w e e n t h e r a w a n d M V A B i nt er v al l o g- m e a n s p e ci fi c e ntr o pi e s ar e pr o vi d e d i n T a bl e 2. F or

e a c h pl a s m a r e gi o n, t h e r ati o of t h e l o g- m e a n s p e ci fi c e ntr o pi e s b et w e e n t h e r a w a n d i o n- s c al e w a v e i nt er v al s

(⟨ nM V A B

⟩ ∕ ⟨ nr a w

⟩ ), w h er e n r e pr e s e nt s t h e pl a s m a r e gi o n, c al c ul at e d d uri n g t h e K H e v e nt s i s m u c h cl o s er t o

u nit y w h e n c o m p ar e d t o t h e n o n- K H e v e nt s ( s e e di a g o n al s fr o m T a bl e 2). F or e x a m pl e, i n t h e M S P pl a s m a

(n = M S P) ⟨ M S PM V A B

⟩ ∕ ⟨ M S Pr a w

⟩ i s 0. 9 4 2 a n d 0. 4 1 4 f or t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s, r e s p e cti v el y. T hi s m e a n s t h at t h e

s p e ci fi c e ntr o p y c al c ul at e d i n t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s o ff er s a m or e q u a ntit ati v el y a c c ur at e d e s cri pti o n

of t h e r a w s p e ci fi c e ntr o p y d uri n g t h e K H e v e nt s c o m p ar e d t o t h e n o n- K H e v e nt s. I n ot h er w or d s t h er e i s a

b ett er c orr el ati o n b et w e e n ⟨ nM V A B

⟩ a n d ⟨ nr a w

⟩ w h e n K H i s a cti v e.

4. Di s c u s si o n

I n t h e pr e s e nt w or k, i o n- s c al e pr o p erti e s f or K H a n d n o n- K H e v e nt s w er e c o m p ar e d. Cl u st er d at a fr o m m a g-

n et o p a u s e cr o s si n g s w er e bi n n e d a c c or di n g t o t h eir r el ati v e i o n e n er gi e s i n or d er t o c o m p ar e i o n- s c al e

w a v e pr o p erti e s i n t h e m a g n et o s p h er e, m a g n et o s h e at h, a n d mi x e d pl a s m a s. T h e s e i o n- s c al e pr o p erti e s

ar e c o m p ar e d t o pr e vi o u s o b s er v ati o n s of i o n- s c al e w a v e a cti vit y fr o m M o or e et al. ( 2 0 1 6), s p e ci fi c all y a

F M W i nt er v al a s s o ci at e d wit h i o n h e ati n g i n si d e a r oll e d- u p K H v ort e x. I n Fi g ur e s 3 a – 3 d, t h e d e gr e e of

p ol ari z ati o n 𝜆 a b o v e a n d b el o w fi c w a s s h o w n f or t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s. T h e p e a k s i n t h e |𝜆 | P D F s,

at a p pr o xi m at el y ± 0. 6 7 5, ar e i n g o o d a gr e e m e nt wit h i o n- s c al e w a v e a cti vit y fr o m M o or e et al. ( 2 0 1 6),

w h er e elli pti citi e s w er e c al c ul at e d b et w e e n a p pr o xi m at el y 0. 5 7 a n d 0. 6 6 f or w a v e s i d e nti fi e d t o b e F M W

a n d K A W. Wit h o ut t h e a bilit y t o a c c ur at el y a s s e s s t h e h a n d e d n e s s of t h e s e w a v e s i n a st ati sti c al m a n n er, t h e

w ei g ht of ri g ht t o l eft h a n d e d n e s s i n t h e d e gr e e of p ol ari z ati o n b et w e e n t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s r e m ai n s

i n di sti n g ui s h a bl e.

T h e m a g n eti c c o m pr e s si bilit y w a s pr e s e nt e d i n s e cti o n 3. 1. 2; t h er e i s a n a m pli fi c ati o n i n t h e tr a n s v er s e w a v e

p o w er w h e n tr a n siti o ni n g fr o m t h e M S H t o MI X t o M S P pl a s m a s t h at i s o nl y pr e s e nt f or t h e n o n- K H e v e nt s

a s s h o w n i n Fi g ur e 4 (ri g ht). It i s m o st li k el y t h at t h er e i s si g ni fi c a nt r e fl e cti o n of K A Ws b a c k i nt o t h e M S H

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 1

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

a s s o ci at e d wit h m o d e c o n v er si o n (J o h n s o n & C h e n g, 1 9 9 7; J o h n s o n et al., 2 0 0 1) d uri n g t h e K H e v e nt s s u c h

t h at t hi s a m pli fi c ati o n i s n ot o b s er v e d. I o n- s c al e w a v e s i d e nti fi e d u si n g a sli di n g wi n d o w M V A B w er e s h o w n i n

s e cti o n 3. 2 wit h t h eir r e s p e cti v e pr o p erti e s. I n Fi g ur e s 6 (t o p t o b ott o m) t h e c o m p ari s o n i n t h e t ot al m a g n eti c

w a v e p o w er b et w e e n t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s w a s pr e s e nt e d f or t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a s, r e s p e c-

ti v el y. T h er e i s a n a p p ar e nt tr a n siti o n i n t h e c o m p ari s o n s b et w e e n t h e l o w p o w er b a n d of q u a si- p er p e n di c ul ar

w a v e s fr o m t h e M S H t o t h e MI X a n d M S P pl a s m a s w h er e o b s er v ati o n s g o fr o m n o n- K H t o K H d o mi n a nt,

r e s p e cti v el y. I n t h e M S H pl a s m a t h e l o w p o w er w a v e s ar e n o n- K H d o mi n a nt f or all pr o p a g ati o n a n gl e s. I n

t h e MI X a n d M S P pl a s m a s t h e l o w p o w er o bli q u e w a v e s ar e K H d o mi n a nt, w h er e t h e K H d o mi n a n c e e xt e n d s

t o t h e hi g h p o w er w a v e s i n t h e M S P. F urt h er m or e, t h er e ar e r el ati v el y m or e K H d o mi n a nt hi g h p o w er w a v e

o b s er v ati o n s i n t h e M S P pl a s m a r e gi o n. T h e l o w er p o w er w a v e s s h o w n i n t h e MI X a n d M S P pl a s m a r e gi m e f or

t h e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s ar e c o n si st e nt wit h t h e o b s er v e d q u a si- p er p e n di c ul ar F M W o b s er v e d i n si d e

t h e c e nt er of t h e K H v ort e x fr o m M o or e et al. ( 2 0 1 6). T h e q u a si- p er p e n di c ul ar ( 𝛽 k B = 8 5 ∘ , 8 8∘ ) F M Ws o b s er v e d

o n 6 J u n e 2 0 0 2 b y M o or e et al. ( 2 0 1 6) i n t h e c e nt er of a K H v ort e x h a v e a m a g n eti c w a v e a m plit u d e r a n g e of

a p pr o xi m at el y 0. 3 – 0. 6 n T/ H z 1 ∕ 2 t h at c orr e s p o n d s t o |𝜆 B t ot|2 ≈ 0. 0 9 – 0. 3 6 n T 2 / H z. R e c all t h at t h e bi n ni n g al g o-

rit h m di s c u s s e d e arli er s et s a p pr o xi m at el y 7 5 % of t h e F M W i nt er v al i nt o t h e MI X bi n a n d t h e r e m ai ni n g 2 5 %

i nt o t h e M S P bi n.

T h e di ff er e n c e i n t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x b et w e e n t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s f or t h e M S P, MI X, a n d

M S H pl a s m a s w a s d e pi ct e d i n Fi g ur e s 7 (t o p t o b ott o m), r e s p e cti v el y. T h er e i s a cl e ar n o n- K H d o mi n a n c e i n

t h e a v ail a bl e w a v e e n er g y a m o n g t h e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s i n t h e M S H. H o w e v er, a tr a n siti o n o c c ur s

i n t h e MI X pl a s m a, w h er e t h e w a v e e n er g y a m o n g t h e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s b e c o m e s K H d o mi n a nt f or

t h e l o w er b a n d of S i nt. T hi s tr a n siti o n r e s ult s i n K H- d o mi n a nt q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s f or all S i nt i n t h e M S P

pl a s m a. T hi s a p p e ar s t o b e c o n n e ct e d t o t h e e n h a n c e m e nt of K H- d o mi n a nt q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e p o w er

i n t h e MI X a n d M S P pl a s m a s fr o m t h e M S H di s c u s s e d a b o v e. T hi s tr a n siti o n i n t h e t ot al m a g n eti c w a v e p o w er

a n d t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x s u g g e st s t h at m or e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s a n d t h eir a s s o ci at e d w a v e

e n er g y ar e m or e a c c e s si bl e t o t h e M S P pl a s m a w h e n K HI i s a cti v e. K A Ws c a n h e at i o n s st o c h a sti c all y (J o h n s o n

& C h e n g, 2 0 0 1) a n d h a v e b e e n s h o w n t o tr a n sf er si g ni fi c a nt e n er g y i nt o t h e m a g n et o s p h er e ( C h a st o n et al.,

2 0 0 7) w h e n K HI i s a cti v e. K H v ort e x a s s o ci at e d F M Ws h a v e al s o b e e n s h o w n t o h e at c ol d c o m p o n e nt i o n s

( M o or e et al., 2 0 1 6).

T h e K H- d o mi n a nt o b s er v ati o n s of q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s i n t h e M S P a n d MI X pl a s m a, s h o w n i n Fi g ur e 9

(t o p a n d mi d dl e), r e s p e cti v el y, mi g ht n ot a p p e ar t o b e c o n si st e nt wit h t h e m u c h hi g h er v al u e of S i nt c al c u-

l at e d fr o m t h e F M W i nt er v al; h o w e v er, w h e n c o n si d eri n g t h e M V A B wi n d o w l e n gt h c o m p ar e d t o t h e a ct u al

F M W i nt er v al d ur ati o n, t h e r e s ult s ar e i n g o o d a gr e e m e n t. T h e F M W i nt er v al i s a p pr o xi m at el y 1 8. 4 s i n d ur a-

ti o n wit h a l o c al a v er a g e fi c ≈ 0 .3 H z ( M o or e et al., 2 0 1 6). B e c a u s e t h e M V A B wi n d o w l e n gt h i s d e p e n d e nt

u p o n fi c a n d s e ar c h i s li mit e d t o [ f(ji c− 1 0 ) , f(ji c+ 1 0 ) ], t h e wi n d o w r a n g e o v er t h e F M W i nt er v al i s b o u n d b y a n

a p pr o xi m at e 0. 2 0 – 0. 4 5 H z r e stri cti o n. T hi s r e stri ct s t h e p o s si bl e M V A B wi n d o w l e n gt h s p a s si n g o v er t h e F M W

i nt er v al t o a p pr o xi m at el y 2. 2 – 5 s, w hi c h c orr e s p o n d s t o a m a xi m u m of 2 7 % of t h e a ct u al F M W i nt er v al l e n gt h.

A cr u d e e sti m ati o n a s s u m e s t h at o nl y 2 7 % of t h e a ct u al F M W S i nt i s r e c or d e d i n t h e 2- D di stri b uti o n pl ot of

t h e S i nt v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e, w hi c h i s a p pr o xi m at el y o nl y 1 .2 × 1 0 6 k e V c m − 2 . T hi s s c al e d e sti m at e m a k e s

t h e K HI d o mi n a nt w a v e o b s er v ati o n s i n t h e M S P pl a s m a r e gi m e c o n si st e nt wit h t h e F M W o b s er v ati o n s fr o m

M o or e et al. ( 2 0 1 6).

I n Fi g ur e 8, t h e s c al e d w a v e el e ctri c t o w a v e m a g n eti c fi el d r ati o w a s pr e s e nt e d f or t h e F M W w a v e i nt er-

v al, w hi c h i n cl u d e s d at a fr o m t h e M S P a n d MI X pl a s m a s. T h e di stri b uti o n i s s h o w n t o b e q uit e br o a d

( a p pr o xi m at el y 0 ≤ (|𝜆 E ⟂ |∕ |𝜆 B ⟂ |) ∕v A ≤ 8 ) n e ar t h e l o c al i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y (fi c ≈ 0 .3 H z). A d diti o n all y,

t h e c o m p ari s o n of b et w e e n t h e K H a n d n o n- K H e v e nt s w a s pr o vi d e d f or t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a s i n

Fi g ur e s 9 (t o p t o b ott o m). I n t h e M S H pl a s m a, t h e K H- d o mi n a nt di stri b uti o n c o n si st s of a n arr o w b a n d ( ≤ 3 )

f or all pr o p a g ati o n a n gl e s. T hi s K H- d o mi n a nt di stri b uti o n wi d e n s i n s p a c e f or t h e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e

o b s er v ati o n s i n t h e MI X a n d M S P pl a s m a r e gi m e s. T h e q u a si- p er p e n di c ul ar o b s er v ati o n s fr o m t h e M S P a n d

MI X pl a s m a r e gi m e s w er e s h o w n t o b e c o n si st e nt wit h F M W o b s er v ati o n s fr o m M o or e et al. ( 2 0 1 6). A d diti o n-

all y, t h e o b s er v ati o n s ar e c o n si st e nt wit h K A Ws f or b ot h t h e K H a n d n o n- K H- d o mi n a nt w a v e o b s er v ati o n s;

K A W o b s er v ati o n s h a v e b e e n s h o w n t o h a v e a w a v e el e ctri c t o w a v e m a g n eti c fi el d r ati o gr at er t h a n or

e q u al t o t h e Alf v é n v el o cit y f or s u b-i o n c y cl otr o n fr e q u e n ci e s ( C h a st o n et al., 2 0 0 7, 2 0 1 2). Si mil ar t o t h e w a v e

p o w er a n d P o y nti n g fl u x di stri b uti o n s, t h er e i s a tr a n siti o n fr o m t h e K H- d o mi n a nt tr e n d i n t h e M S H b e gi n-

ni n g i n t h e MI X pl a s m a, w h er e t h e di stri b uti o n b e gi n s t o wi d e n ( e s p e ci all y f or t h e q u a si- p er p e n di c ul ar

c o m p o n e nt) i n t h e MI X pl a s m a a n d br o a d e n s e v e n f urt h er i n t h e M S P pl a s m a. T h e br o a d K H- d o mi n a nt

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 2

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

di stri b uti o n s i n at o bli q u e a n gl e s ( 𝛽 k B = 4 0 ∘ – 9 0 ∘ ) f or t h e M S P a n d MI X pl a s m a r e gi m e s ar e c o n si st e nt

wit h t h e F M W di stri b uti o n i n t h e vi ci nit y of t h e l o c al i o n c y cl otr o n fr e q u e n c y. T h e p orti o n of t h e

K H- d o mi n a nt di stri b uti o n s a m o n g t h e q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s i n t h e MI X a n d M S P pl a s m a s i s c o n si st e nt

wit h b ot h t h e F M W i nt er v al a n d K A Ws.

Pr e s e nt e d i n Fi g ur e s 1 0 (l eft a n d ri g ht) a n d 1 1 (l eft a n d ri g ht) w er e t h e pl a s m a b et a pr o fil e s f or t h e i o n- s c al e

w a v e i nt er v al s a n d r a w pl a s m a b et a pr o fil e s f or t h e M S H pl a s m a 𝜆 M S Hr a w

, r e s p e cti v el y. It w a s s h o w n t h at alt h o u g h

t h e 𝜆 M S Hr a w

i s st ati sti c all y l o w er d uri n g t h e K H e v e nt s, it i s n ot s u ffi ci e ntl y l o w (r e q uir e d 𝜆 < < 1 ), s o t h at r e c o n-

n e cti o n a n d a s s o ci at e d s h o c k s c o ul d a c c o u nt f or t h e l e v el of o b s er v e d n o n a di a bti c h e ati n g ( M a & Ott o, 2 0 1 4).

F urt h er m or e, t h e hi g h r a w b et a i n t h e M S H d uri n g t h e n o n- K H e v e nt s mi g ht e x pl ai n w h y K HI i s i n a cti v e.

C o m pr e s si bilit y a n d m a g n eti c t e n si o n ar e k n o w n t o st a bili z e K HI ( Mi ur a & Prit c h ett, 1 9 8 2); c o m pr e s si bilit y c a n

r e s ult fr o m hi g h pl a s m a pr e s s ur e a n d v el o cit y i n t h e m a g n et o s h e at h.

I n t h e l at er p orti o n of s e cti o n 3. 2. 5, t h e s p e ci fi c e ntr o p y r e s ult s fr o m t h e r a w a n d i o n- s c al e w a v e i nt er v al s w er e

s h o w n a n d di s c u s s e d. It w a s s h o w n fr o m Fi g ur e 1 2 t h at t h er e i s si g ni fi c a nt i n cr e a s e i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y

r el at e d t o t h e i o n- s c al e w a v e i nt er v al s d uri n g t h e K H e v e nt s. O n e c o n cl u si o n t h at i s dr a w n fr o m t hi s r e s ult i s a s

f oll o ws: t h er e i s m or e n o n a di a b ati c h e ati n g a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e a s s o ci at e d wit h i o n- s c al e w a v e a cti vit y

w h e n K HI i s a cti v e at t h e b o u n d ar y c o m p ar e d t o w h e n it i s i n a cti v e. It w a s al s o s h o w n t h at t h e K H a cti v e

M S H h o st s a n e n h a n c e s p e ci fi c e ntr o p y p o p ul ati o n, a n d t h at t hi s “ pr e h e at e d” pl a s m a i s m o st li k el y g e n er at e d

fr o m a c o m bi n ati o n of K A W r e fl e cti o n a n d m a g n eti c r e c o n n e cti o n i n si d e t h e K H v orti c e s. Alt h o u g h n o n- K H

e v e nt P M S Pr a w

pr o fil e fr o m T a bl e 1 s h o ws a si mil ar i n cr e a s e i n s p e ci fi c e ntr o p y fr o m t h e M S H t o t h e M S P pl a s m a

a s t h e K H e v e nt s, it s h o ul d b e n ot e d t h at t h e s p e ci fi c e n tr o p y c al c ul ati o n d o e s n ot di ff er e nti at e b et w e e n t h e

c ol d a n d h ot c o m p o n e nt i o n s. I n f a ct, s o ut h w ar d I M F c a n c o ntri b ut e t o t h e f or m ati o n of a h ot a n d t e n u o u s

pl a s m a s h e et ( Wi n g & N e w ell, 2 0 0 2). Pl a s m a e n er gi z ati o n i n t h e pl a s m a s h e et r el at e d t o s u b st or m a cti vit y i s

w ell k n o w n ( H o n e s Jr. et al., 1 9 7 6) —i o n ( Hi et al a et al., 2 0 1 5; R u n o v et al., 2 0 0 9) a n d el e ctr o n ( R u n o v et al.,

2 0 0 9) h e ati n g h a s b e e n s h o w n i n pl a s m a fl o w c h a n n el s i n t h e m a g n et ot ail. F urt h er m or e, a h ot a n d t e n u o u s

pl a s m a s h e et w o ul d h a v e a hi g h er s p e ci fi c e ntr o p y t h a n a c ol d a n d d e n s e pl a s m a s h e et. Fr o m T a bl e A 1, t h e

ti m e-l a g g e d O M NI d at a s h o w t h at s e v er al of t h e n o n- K H e v e nt s p o s s e s s a si g ni fi c a nt s o ut h w ar d c o m p o n e nt

i n t h e I M F of t h e u p str e a m s ol ar wi n d t h at m a y dri v e r e c o n n e cti o n i n t h e m a g n et ot ail a n d g e n er at e b ur st y

b ul k fl o ws.

T h er e i s si g ni fi c a nt e vi d e n c e of str o n g n o n a di a b ati c h e ati n g dir e ctl y r el at e d t o i o n- s c al e w a v e a cti vit y w h e n

K HI i s a cti v e. A d diti o n all y, t h e h ei g ht e n e d w a v e e n er g y fr o m t h e o bli q u el y pr o p a g ati n g i o n- s c al e w a v e s s u g-

g e st s t h at m or e e n er g y i s a v ail a bl e t o t h e M S P w h e n K HI i s a cti v e. T h e s e r e s ult s s u g g e st t h at i o n- s c al e w a v e s,

s u c h a s o b s er v e d a n d st u di e d i n d et ail b y M o or e et al. ( 2 0 1 6), c o ul d str o n gl y c o ntri b ut e t o t hi s si g ni fi c a nt

n o n a di a b ati c h e ati n g o b s er v e d a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e d uri n g K HI e v e nt s. M o or e et al. ( 2 0 1 6) o b s er v e d t h e

s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e b y a f a ct or of a p pr o xi m at el y 3 o v er t h e s h ort F M W i nt er v al o b s er v e d i n si d e of a K H

v ort e x a n d a pr o xi m at el y 1. 4 or d er s of m a g nit u d e r el ati v e t o t h e m a g n et o s h e at h d uri n g t h e e ntir e 2 mi n d ur a-

ti o n of t h e i o n- s c al e w a v e a cti vit y. T h e t e m p er at ur e of t h e c ol d- c o m p o n e nt i o n p o p ul ati o n d uri n g t hi s bri ef

w a v e p eri o d i n cr e a s e d b y 2 k e V.

5. C o n cl u si o n s

T hi s pr e s e nt w or k i d e nti fi e d i o n- s c al e w a v e pr o p erti e s a s s o ci at e d wit h m a g n et o p a u s e cr o s si n g s i n t h e

l o w-l atit u d e fl a n k s d uri n g p eri o d s w h er e K HI w a s a cti v e a n d i n a cti v e a n d a d dr e s s e d t h e u bi q uit y of n o n a di a-

b ati c h e ati n g t o K HI. T h e c o n cl u si o n s c a n b e s u m m ari z e d a s f oll o ws:

1. T h e o bli q u el y pr o p a g ati n g w a v e s h a v e m or e p o w er i n t h e M S P-li k e pl a s m a r e gi o n s w h e n K HI i s pr e s e nt.

2. I n cr e a s e i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y a s s o ci at e d wit h i o n- s c al e w a v e s i s m or e pr o n o u n c e d w h e n K HI i s pr e s e nt.

3. Alt h o u g h t h e r a w M S H pl a s m a b et a i s l o w er ( 𝜆 M S Hr a w

< 1 ) d uri n g t h e K H e v e nt s, it i s n ot s u ffi ci e ntl y l o w e n o u g h

t o a c c o u nt f or n o n a di a b ati c h e ati n g fr o m r e c o n n e cti o n a n d a s s o ci at e d s h o c k s.

4. T h e K H a n d n o n- K H- d o mi n a nt o b s er v ati o n s of t h e s c al e d w a v e el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o di stri b uti o n s

ar e c o n si st e nt wit h K A Ws i n t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a s.

T hi s s e e m s t o i n di c at e t h at, u n d er K HI, m or e (i o n- s c al e) w a v e e n er g y i s a v ail a bl e t o t h e M S P t h at c o ul d

b e r e s p o n si bl e f or w a v e h e ati n g. F urt h er m or e, c o m p ari s o n of t h e st ati sti c al w a v e pr o p erti e s wit h t h e F M W

i nt er v al a n d i o n- s c al e w a v e i nt er v al s i n M o or e et al. ( 2 0 1 6) s h o ws t h e f oll o wi n g:

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 3

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

1. T h e m e a n t ot al m a g n eti c w a v e p o w er o b s er v e d d uri n g t h e F M W i nt er v al i n M o or e et al. ( 2 0 1 6) f all s

wit hi n t h e r a n g e of K H- d o mi n a nt o b s er v ati o n s of q u a si- p er p e n di c ul ar pr o p a g ati n g w a v e s i n t h e MI X a n d

M S P pl a s m a.

2. I n t h e M S P pl a s m a, t h e e sti m at e d t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x c al c ul at e d d uri n g t h e F M W i nt er v al i n M o or e

et al. ( 2 0 1 6) f all s wit hi n t h e r a n g e of K H- d o mi n a nt o b s er v ati o n s of q u a si- p er p e n di c ul ar pr o p a g ati n g w a v e s.

3. T h e br o a d di stri b uti o n s i n t h e 𝛽 E ∕ 𝜆 B r ati o s c al e d b y t h e l o c al Alf v é n v el o cit y f or t h e K H- d o mi n a nt

q u a si- p er p e n di c ul ar i o n- s c al e w a v e a cti vit y ar e c o n si st e nt wit h t h e F M W i nt er v al i n M o or e et al. ( 2 0 1 6).

4. P e a k s i n t h e d e gr e e of p ol ari z ati o n d uri n g K H a n d n o n- K H e v e nt s ar e c o n si st e nt wit h t h e i o n- s c al e w a v e s

o b s er v e d b y M o or e et al. ( 2 0 1 6).

I n s u m m ar y, t h er e i s a cl e ar a s s o ci ati o n b et w e e n n o n a di a b ati c h e ati n g a n d i o n- s c al e w a v e a cti vit y w h e n K HI

i s a cti v e. A m o n g t h e i o n- s c al e w a v e a cti vit y, a di sti n ct K H d o mi n a n c e i s s h o w n f or q u a si- p er p e n di c ul ar w a v e s

w h o s e pr o p erti e s ar e c o n si st e nt wit h r e c e ntl y o b s er v e d F M W a cti vit y a n d K A Ws. Alt h o u g h t h e r a w s p e ci fi c

e ntr o p y i s s h o w n t o i n cr e a s e fr o m t h e M S H t o M S P w h e n K HI i s i n a cti v e, t h e pl a s m a s h e et m a y alr e a d y b e

p o p ul at e d b y h ot a n d t e n u o u s pl a s m a d u e t o s u b st or m a cti vit y. S ol ar wi n d e ff e ct s o n t h e s o ur c e M S H pl a s m a

ar e u nli k el y a si g ni fi c a nt c a u s e of t h e s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e a s s o ci at e d wit h t h e i o n- s c al e w a v e s i n t h e M S P

pl a s m a w h e n K HI i s a cti v e. F urt h er m or e, t a ki n g i nt o a c c o u nt D o p pl er s hift e ff e ct s h a s a n i n si g ni fi c a nt e ff e ct o n

t h e t ot al m a g n eti c w a v e p o w er, t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x, a n d t h e s c al e d w a v e el e ctri c t o w a v e m a g n eti c

fi el d r ati o. T h e s e fi n di n g s m a y s h e d si g ni fi c a nt li g ht o n t h e ori gi n s of t h e pl a s m a s h e et t e m p er at ur e a s y m m etr y

of c ol d- c o m p o n e nt i o n s a n d n o n a di a b ati c h e ati n g a cr o s s t h e m a g n et o p a u s e. E n er g y pr o vi d e d i n t h e f or m of

a v el o cit y s h e ar c a n dri v e fl ui d- s c al e K H w a v e s at t h e m a g n et o p a u s e. Pr e vi o u sl y, it h a s b e e n s h o w n t h at t h er e

i s a s u ffi ci e nt e n er g y s ur pl u s —l eft o v er fr o m t h e t wi sti n g of m a g n eti c fi el d a n d pl a s m a c o m pr e s si o n fr o m

t h e K H m oti o n — c o m p ar a bl e t o i o n- s c al e F M W e mi s si o n s c a p a bl e of e n er gi zi n g i o n s vi a h ar m o ni c c y cl otr o n

r e s o n a n c e. T h e s e r e s ult s s u g g e st t h at w a v e s, c o n si st e nt wit h K H v ort e x a s s o ci at e d F M W a cti vit y a n d K A Ws,

m a y pl a y a si g ni fi c a nt r ol e i n t h e cr o s s- s c al e e n er g y tr a n s p ort b et w e e n fl ui d a n d i o n s c al e s. H o w e v er, m or e

w or k i s n e e d e d t o u n c o v er t h e m e c h a ni s m b y w hi c h t h e s e w a v e s ar e g e n er at e d i n si d e t h e pr e s s ur e w ell s of

t h e K H v orti c e s.

A p p e n di x A: E ff e ct s of S ol ar Wi n d S p e e d o n Pl a s m a P ar a m et er s

It h a s b e e n s h o w n t h at c ert ai n pl a s m a p ar a m et er s i n t h e m a g n et o s h e at h c a n b e e ff e ct e d b y s ol ar wi n d fl o ws.

W a n g et al. ( 2 0 1 2) r e v e al e d a c orr el ati o n b et w e e n m a g n et o s h e at h i o n t e m p er at ur e s ( T i) a n d i o n t o el e ctr o n

t e m p er at ur e r ati o s fr o m a st ati sti c al st u d y u si n g 4 ye ar s of T H E MI S d at a. T h e y s h o w e d t h at hi g h er s ol ar wi n d

s p e e d s ( |V | > 4 5 0 k m/ s) c orr e s p o n d t o hi g h er i o n t e m p er at ur e s i n t h e m a g n et o s h e at h w h er e a s l o w er s ol ar

wi n d s p e e d s ( |V | < 4 5 0 k m/ s) c orr e s p o n d t o l o w er i o n t e m p er at ur e s. I n t hi s s e cti o n w e e x pl or e t h e pl a u si bilit y

of c o nt a mi n ati o n i n t h e pl a s m a p ar a m et er s d u e t o i niti al s ol ar wi n d c o n diti o n s b y e x pl ori n g h o w s ol ar f a st

a n d sl o w wi n d s p e e d s a ff e ct t h e s e e d p o p ul ati o n i n t h e m a g n et o s h e at h.

A v er a g e s ol ar wi n d c o n diti o n s ar e c al c ul at e d fr o m ti m e-l a g g e d O M NI d at a b y a v er a gi n g o v er ti m e s c al e s c o m-

p ar a bl e t o e a c h e v e nt a n d ar e li st e d i n T a bl e A 1. T h e “f a st” s ol ar wi n d s p e e d s ar e hi g hli g ht e d i n b ol d. I n

t h e c o nt e xt of t hi s s e cti o n f a st a n d sl o w s ol ar wi n d s p e e d s ar e d e fi n e d a s |V | > 4 0 0 k m/ s a n d |V | < 4 0 0 k m/ s,

r e s p e cti v el y. Alt h o u g h t h e m a g n eti c w a v e p o w er i n t h e s ol ar wi n d i s a n i m p ort a nt f a ct or t o c o n si d er, t h e

t e m p or al r e s ol uti o n i s i n s u ffi ci e nt t o a c c ur at el y c o m p ar e t o t h e st ati sti c s p erf or m e d wit hi n t h e i o n c y cl otr o n

fr e q u e n c y r a n g e a n d t h u s h a s b e e n o mitt e d fr o m T a bl e A 1. It i s w ell k n o w n t h at t h e f or e s h o c k c a n a ct a s

a s o ur c e f or w a v e s t h at c o n v e ct i nt o t h e m a g n et o s h e at h ( Bl a n c o- C a n o et al., 2 0 0 6; G ut y n s k a et al., 2 0 1 5);

h o w e v er, i nf erri n g t hi s i nf or m ati o n vi a tr a ci n g str e a mli n e s fr o m p oi nt m e a s ur e m e nt s t o a r e c o n str u ct e d s h o c k

g e o m etr y ( s o ur c e r e gi o n) ( G é n ot et al., 2 0 1 1) a d d s t o o m u c h u n c ert ai nt y a n d s u b s e q u e nt err or t o r eli a bl y b e

c o n si d er e d i n t hi s w or k.

St ati sti c al m a p pi n g of t h e m a g n et o s h e at h s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e m a g n et o s h e at h i nt er pl a n et ar y m e di u m i s

p erf or m e d u si n g 5 y e ar s of T H E MI S a n d O M NI d at a ( Di m m o c k & N y k yri, 2 0 1 3, Di m m o c k et al., 2 0 1 4, 2 0 1 5;

Di m m o c k, P ul k ki n e n, et al., 2 0 1 6). T h e s p e ci fi c e ntr o p y d e p e n d a n c e o n t h e s ol ar wi n d s p e e d c a n b e s e e n

i n Fi g ur e A 1, w h er e t h e o v er all m e a n s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e m a g n et o s h e at h i s hi g h er d uri n g f a st ( b) s ol ar

wi n d s p e e d s c o m p ar e t o sl o w ( a) s ol ar wi n d s p e e d s. T h er e ar e n oti c e a bl e e n h a n c e m e nt s i n t h e m e a n s p e ci fi c

e ntr o p y a dj a c e nt t o t h e m a g n et o p a u s e (i n n er b o u n d ar y) f or b ot h t h e s ol ar wi n d s p e e d s. H o w e v er, c o m p ar-

i n g Fi g ur e s A 1 a a n d A 1 b, t hi s e n h a n c e m e nt a p p e ar s sli g htl y wi d er f or t h e f a st s ol ar wi n d, e s p e ci all y f or t h e

t ail w ar d p o p ul ati o n s.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 4

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

Tabl

e A1

Aver

age

Ti

me-L

agge

d Sol

ar W

ind

Dat

a Fr

om

OM

NI

Date

(yy

yy-

mm-

dd)

B(nT

)V

(km/

s)n

(cm−

3)

T(1

06

K)|B

|(nT

)|V

|(k

m/s)

𝛽M

A

2001-

07-

03

<3.

88,

−5.

40,

−0.

52>

<−

402.

27,

−15.

62,

−11.

24>

8.11

0.09

8.49

403.

03

1.03

6.77

2001-

11-

20

<−

3.06, 0.58, 2.75>

<−

388.

68,

−41.

87,

−21.

30>

3.82

0.10

4.20

391.

50

2.07

9.15

2002-

06-

06

<0.

96,

−4.

95,

−0.

16>

<−

367.

12,

−13.

46,

−11.

08>

4.13

0.02

5.16

367.

57

0.975

7.24

2002-

06-

13

<2.

79,

−3.

39,

−4.

62>

<−

368.

44,

−0.

34,

−26.

72>

5.81

0.05

6.78

369.

57

0.929

6.58

KHI

{

2004-

06-

19

a<

−0.

52, 3.73, 1.08>

<−

472.

56, 8.29, 8.27>

3.05

0.12

4.52

472.

99

1.57

9.15

2004-

06-

21

<0.

96, 2.30, 1.21>

<−

408.

91,

−2.

82, 5.93>

3.67

0.06

3.70

409.

13

2.11

10.

6

2004-

11-

16

<2.

02,

−4.

90, 1.95>

<−

428.

69, 1

9.00, 1

6.11>

7.26

0.16

7.37

430.

00

1.67

7.94

2004-

11-

27

<−

2.36, 2.68,

−4.

05>

<−

421.

57,

−21.

99,

−4.

67>

5.40

0.08

6.43

422.

62

1.11

7.64

2005-

06-

28

<−

2.18, 2.32, 0.10>

<−

375.

06,

−5.

55, 2

0.80>

9.41

0.05

3.38

375.

70

6.60

17.

6

2007-

06-

04

<3.

42, 1.84, 1.77>

<−

478.

45, 3

6.66,

−2.

14>

4.73

0.13

4.73

479.

94

2.34

11.

1

2007-

06-

06

<−

1.97,

−0.

31,

−1.

45>

<−

347.

99, 1.88,

−7.

79>

3.96

0.03

2.50

348.

12

4.28

13.

9non-

KHI

{

2007-

06-

06

<−

2.03, 1.20,

-0.

80>

<−

337.

68,

−1.

77,

−3.

58>

4.14

0.03

2.67

337.

76

3.93

12.

9

2009-

06-

03

<0.

79, 0.45, 1.51>

<−

303.

62,

−0.

69,

−4.

02>

7.67

0.02

2.28

303.

67

11.

2 19.

5

2009-

06-

26

<3.

29, 0.80,

−0.

49>

<−

449.

43, 2

5.56,

−2.

55>

2.92

0.10

3.50

450.

19

2.32

11.

0

aThi

s ev

ent

was

cons

ide

red

PS b

y Moor

e (2012)

due

to

diffe

ring te

chni

que

s in

aver

agi

ng

sol

ar w

ind

data

.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 5

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

| Vs w

| > 4 0 0 k m/ s

L o g1 0

( S p e cifi c e ntr o p y) 1 04 e v/ c m 2

D u s k

D a w n

- 2 0 - 1 0 0 1 0- 2 0 - 1 0 0 1 0

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 21 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2

| Vs w

| < 4 0 0 k m/ s

L o g1 0

( S p e cifi c e ntr o p y) 1 04 e v/ c m 2

D u s k

D a w n

( a) ( b)

Fi g ur e A 1. M e a n of t h e m e a n s p e ci fi c e ntr o p y m a p s f or ( a) sl o w a n d ( b) f a st s ol ar wi n d u si n g T H E MI S d at a.

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

I o n b et am e a n

| Vs w

| < 4 0 0 k m/ s

D u s k

D a w n

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

- 2 0 - 1 0 0 1 0

8 1 0

- 2 0 - 1 0 0 1 0

0 62 4 0 2 4 6 8 1 0

I o n b et am e a n

| Vs w

| > 4 0 0 k m/ s

D u s k

D a w n

( a) ( b)

Fi g ur e A 2. M e a n of t h e m e a n pl a s m a b et a m a p s f or ( a) sl o w a n d ( b) f a st s ol ar wi n d u si n g T H E MI S d at a.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 6

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

I o n b et ami n

| Vs w

| > 4 0 0 k m/ s

D u s k

D a w n

- 2 0 - 1 0 0 1 0- 2 0 - 1 0 0 1 0

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

0 1 2 3 4 50 1 2 3 4 5

I o n b et ami n

| Vs w

| < 4 0 0 k m/ s

D u s k

D a w n

( a) ( b)

Fi g ur e A 3. M e a n of t h e mi ni m u m pl a s m a b et a m a p s f or ( a) sl o w a n d ( b) f a st s ol ar wi n d u si n g T H E MI S d at a.

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

I o n b et ami n

| Vs w

| > 4 0 0 k m/ s

D u s k

D a w n

- 2 0 - 1 0 0 1 0- 2 0 - 1 0 0 1 0

XMI P M

[ RE]

- 3 0

- 2 0

- 1 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

YMI

PM

[R E

]

0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 10 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1

| Vs w

| < 4 0 0 k m/ s

I o n b et ami n

D u s k

D a w n

( a) ( b)

Fi g ur e A 4. S at ur at e d s c al e of t h e m e a n of t h e mi ni m u m pl a s m a b et a m a p s f or ( a) sl o w a n d ( b) f a st s ol ar wi n d u si n gT H E MI S d at a.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 7

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

Alt h o u g h t h e m a g nit u d e of t h e s ol ar wi n d v el o cit y s e e m s t o b e c orr el at e d t o t h e s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e

m a g n et o s h e at h pl a s m a, it i s u nli k el y t h at t h e s e e ff e ct s c o ntri b ut e t o t h e r el ati v e s p e ci fi c e ntr o p y i n cr e a s e s

o b s er v e d i n eit h er t h e r a w or M V A B w a v e i nt er v al s di s c u s s e d i n s e cti o n 3. 2. 5. T hi s i s m o stl y b e c a u s e t h e

< M S H, K HIr a w > i s i n f a ct hi g h er t h a n < M S H, n o n K HI

r a w > e v e n t h o u g h t h e a v er a g e s ol ar wi n d s p e e d f or all of t h e K H

e v e nt s i s l o w er t h a n t h at of t h e n o n- K H e v e nt s.

Pl a s m a b et a d e p e n d e n c e o n t h e s ol ar wi n d s p e e d i s d e pi ct e d i n Fi g ur e s A 2 a a n d A 2 b a n d A 3 a a n d A 3 b f or

t h e m e a n a n d mi ni m u m pl a s m a b et a, r e s p e cti v el y, w h er e at fir st gl a n c e t h e pl a s m a b et a i s l ar g er f or sl o w er

wi n d s p e e d s i n t h e c e ntr al m a g n et o s h e at h a n d n e ar t h e b o w s h o c k. F or b ot h s ol ar wi n d s p e e d s, t h e l o w e st

m e a n a n d mi ni m u m pl a s m a b et a p o p ul ati o n s ar e l o c at e d i n t h e vi ci nit y of t h e m a g n et o p a u s e c orr e s p o n di n g

t o t h e e n h a n c e m e nt s i n t h e m e a n s p e ci fi c e ntr o p y fr o m Fi g ur e s A 1 a a n d A 1 b.

T h er e a p p e ar s t o b e littl e s ol ar wi n d s p e e d d e p e n d e n c e o n t h e m e a n pl a s m a b et a w h e n c o m p ari n g t h e r e gi o n

a dj a c e nt t o t h e m a g n et o p a u s e i n Fi g ur e s A 2 a a n d A 2 b e x c e pt f or a sli g htl y wi d er l o w mi ni m u m b et a p o p-

ul ati o n f or t h e f a st s ol ar wi n d, e s p e ci all y f art h er t ail w ar d; t hi s i s m or e e vi d e nt w h e n c o m p ari n g Fi g ur e s A 3 a

a n d A 3 b. S at ur ati n g t h e c ol or b ar fr o m Fi g ur e s A 3 a a n d A 3 b gi v e s a m or e d et ail e d d e s cri pti o n of t h e mi ni m u m

pl a s m a b et a r a n g e al o n g t h e m a g n et o p a u s e d e pi ct e d i n Fi g ur e s A 4 a a n d A 4 b. I n Fi g ur e s A 3 a a n d A 3 b, t h er e

ar e m or e p o p ul ati o n s of v er y l o w pl a s m a b et a ( 𝛽 < 0 .1 ) w h e n t h e s ol ar wi n d i s f a st ( Fi g ur e A 3 b) c o m p ar e d t o

w h e n it i s sl o w ( Fi g ur e A 3 a).

T h e s e d at a s u g g e st t h at t h er e i s a c orr el ati o n b et w e e n t h e s p e ci fi c e ntr o p y e n h a n c e m e nt s i n t h e m a g n e-

t o s h e at h al o n g t h e m a g n et o p a u s e a n d t h e pl a s m a b et a, wit h s u btl e v ari ati o n w h e n c o n si d eri n g s ol ar wi n d

s p e e d. T h e pl a s m a b et a a dj a c e nt t o t h e m a g n et o p a u s e i s sli g htl y l o w er f or f a st er s ol ar wi n d a n d c orr e s p o n d s

t o l ar g er e n h a n c e m e nt s i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y al o n g t h e m a g n et o s h e at h si d e of t h e m a g n et o p a u s e. O n

a v er a g e, t h e pl a s m a b et a al o n g t h e m a g n et o p a u s e i s n ot s u ffi ci e ntl y l o w ( 𝜆 < 0 .1 ) t o a c c o u nt f or a si g ni fi-

c a nt i n cr e a s e i n t h e s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e m a g n et o s p h er e fr o m m a g n eti c r e c o n n e cti o n ( M a & Ott o, 2 0 1 4).

H o w e v er, t h er e e xi st s a l ar g er p o p ul ati o n t h at mi g ht s ati sf y t h e l o w pl a s m a b et a r e q uir e m e nt w h e n t h e s ol ar

wi n d i s f a st — M a a n d Ott o ( 2 0 1 4) s h o w e d t h at 𝜆 = 0 .0 2 5 i n t h e i n fl o w r e gi o n ( m a g n et o s h e at h) w a s s u ffi-

ci e ntl y l o w t o i n cr e a s e t h e s p e ci fi c e ntr o p y i n t h e o ut fl o w r e gi o n ( m a g n et o s p h er e) b y a f a ct or of 4. It i s m o st

li k el y t h at t h e r a w s p e ci fi c i n cr e a s e f or t h e n o n- K H e v e nt s i s pr o d u c e d i n p art b y m a g n eti c r e c o n n e cti o n a n d

s u b st or m a cti vit y.

A p p e n di x B: D o p pl er S hift E ff e ct s

I n a n ai m t o e sti m at e p o s si bl e D o p pl er e ff e ct s, t h e w a v e v e ct or k i s a s s u m e d t o t a k e o n t w o p o s si bl e f or m s

g o v er n e d b y t h e F M W a n d K A W di s p er si o n r el ati o n s d e fi n e d i n e q u ati o n s ( B 1) a n d ( B 2), r e s p e cti v el y. k F M W i s

d et er mi n e d f or e a c h i o n- s c al e ( M V A B) w a v e i nt er v al b y s ol vi n g e q u ati o n ( B 1) w h e n 𝜆 = 𝜆 i c. Si mil arl y, k K A W

i s d et er mi n e d f or e a c h i o n- s c al e ( M V A B) w a v e i nt er v al b y s ol vi n g e q u ati o n ( B 2) w h e n 𝜖 = 0 .9 𝜖 i c — a f a ct or

of 0. 9 i s u s e d b e c a u s e t h e K A W di s p er si o n r el ati o n i s a s y m pt oti c at 𝜖 i c. T h e r e s ulti n g D o p pl er s hift i s t h e n

c al c ul at e d f or t h e F M W a n d K A W c a s e s u si n g t h e D o p pl er s hift e q u ati o n 𝜃 p = 𝜃 s c − k ⋅ v b ul k , w h er e 𝜃 p i s t h e

pl a s m a fr a m e a n g ul ar fr e q u e n c y, 𝜃 s c i s t h e s p a c e cr aft fr a m e a n g ul ar fr e q u e n c y, a n d v b ul k i s t h e b ul k pl a s m a

v el o cit y i n t h e s p a c e cr aft fr a m e.

𝜃 2 =k 2

2

⎛⎜⎜⎝

c 2m s

+

[(v 2

A− c 2

s

) 2+ 4 v 2

Ac 2

s

k 2⟂

k 2

] 1 ∕ 2 ⎞⎟⎟⎠

( B 1)

𝜃 = k ||v A 𝜹 i c

√√√√

1 + k 2⟂

(𝜹 2

s+ 𝛿 2

i

)

𝛿 2i c

+ k 2||v 2

A

(1 + k 2

⟂𝜃 2

i

) ( B 2)

Fi g ur e s B 1 – B 3 s h o w h o w t h e p o s si bl e D o p pl er s hift s m a y e ff e ct t h e 2- D m e a n m a g n eti c w a v e p o w er,

t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x, a n d m e a n s c al e d 𝜃 E ∕ 𝜃 B c o m p ar ati v e di stri b uti o n s wit h t h e k F M W a s s u m pti o n.

Fi g ur e s B 1 – B 3 (l eft, mi d dl e, a n d ri g ht c ol u m n s) c orr e s p o n d t o a p ar all el D o p pl er s hift, n o D o p pl er s hift, a n d

a nti p ar all el D o p pl er s hift, r e s p e cti v el y. Si mil arl y Fi g ur e s B 4 – B 6 s h o w p o s si bl e D o p pl er s hift e ff e ct s o n t h e 2- D

di stri b uti o n s wit h t h e k K A W a s s u m pti o n.

T a ki n g i nt o a c c o u nt t h e p ar all el D o p pl er s hift h a s a n i n si g ni fi c a nt e ff e ct o n t h e pr o p erti e s of t h e 2- D m e a n

m a g n eti c w a v e p o w er, t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x, a n d m e a n s c al e d 𝜃 E ∕ 𝜃 B c o m p ar ati v e di stri b uti o n s

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 8

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0θ

kB (

MIX)

0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 30

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( P ar all el S hift)

0 1 2 3 0 1 2

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( S p a c e cr aft Fr a m e)

0 1 2 3 0 1 2

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( A nti − P ar all el S hift)

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1. 5 − 1 − 0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2

Fi g ur e B 1. F M W e sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n s of m e a n t ot al p o w er ( P t ot ) v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e (𝛽 k B ) b et w e e n K HI a n d n o n- K HI e v e nt s.( mi d dl e c ol u m n) T h e n o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 1 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s t h e M S P, MI X, a n dM S H pl a s m a r e gi m e s, r e s p e cti v el y.

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MIX)

0 2 4 6 8 1 00

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

St ot

i nt [ 1 0

6 k e V/ c m

2] ( P ar all el S hift)

0 2 4 6 8 1 0

St ot

i nt [ 1 0

6 k e V/ c m

2] ( S p a c e cr aft Fr a m e)

0 2 4 6 8 1 0

St ot

i nt [ 1 0

6 k e V/ c m

2] ( A nti − P ar all el S hift)

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1. 5 − 1 − 0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2

Fi g ur e B 2. F M W e sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n of t h e i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e ( S i nt v er s u s 𝜆 k B ). ( mi d dl e c ol u m n) T h en o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 2 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a r e gi m e s,r e s p e cti v el y.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 4 9

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

Fi g ur e B 3. F M W e sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n s of s c al e d m e a n w a v e el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e. ( mi d dl ec ol u m n) T h e n o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 3 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s t h e M S P, MI X, a n d M S Hpl a s m a r e gi m e s, r e s p e cti v el y.

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MIX)

0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 30

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( P ar all el S hift)

0 1 2 3 0 1 2

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( S p a c e cr aft Fr a m e)

0 1 2 3 0 1 2

PB

t ot

[ n T2/ H z] ( A nti − P ar all el S hift)

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1. 5 − 1 − 0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2

Fi g ur e B 4. K A W E sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n s of m e a n t ot al p o w er ( P t ot ) v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e (𝛽 k B ) b et w e e n K HI a n d n o n- K HI e v e nt s.( mi d dl e c ol u m n) T h e n o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 4 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s t h e M S P, MI X, a n dM S H pl a s m a r e gi m e s, r e s p e cti v el y.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 5 0

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

P)

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0θ

kB (

MIX)

0 2 4 6 8 1 00

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

θk

B (

MS

H)

St ot

i nt [ 1 06 k e V/ c m

2] ( P ar all el S hift)

0 2 4 6 8 1 0

St ot

i nt [ 1 06 k e V/ c m

2] ( S p a c e cr aft Fr a m e)

0 2 4 6 8 1 0

St ot

i nt [ 1 06 k e V/ c m

2] ( A nti − P ar all el S hift)

L o g C o u nt Diff er e n c e ( K HI − n o n K HI)

− 2 − 1. 5 − 1 − 0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2

Fi g ur e B 5. K A W e sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n of t h e i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e ( S i nt v er s u s 𝛽 k B ). ( mi d dl e c ol u m n) T h en o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 5 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s t h e M S P, MI X, a n d M S H pl a s m a r e gi m e s,r e s p e cti v el y.

Fi g ur e B 6. K A W e sti m at e d (l eft c ol u m n) p ar all el k a n d (ri g ht c ol u m n) a nti p ar all el k D o p pl er e ff e ct s o n t h e 2- Dc o m p ar ati v e di stri b uti o n s of s c al e d m e a n w a v e el e ctri c t o m a g n eti c fi el d r ati o v er s u s pr o p a g ati o n a n gl e. ( mi d dl ec ol u m n) T h e n o n- D o p pl er s hift e d di stri b uti o n s. Fi g ur e B 6 (t o p t o b ott o m r o ws) r e pr e s e nt s t h e M S P, MI X, a n d M S Hpl a s m a r e gi m e s, r e s p e cti v el y.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 5 1

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

( s e e Fi g ur e s B 1 – B 3 a n d Fi g ur e s B 4 – B 6, l eft c ol u m n s). Si mil arl y, t h e e sti m at e d a nti p ar all el D o p pl er s hift h a s a n

i n si g ni fi c a nt e ff e ct o n t h e pr o p erti e s of t h e 2- D m e a n m a g n eti c w a v e p o w er, t ot al i nt e gr at e d P o y nti n g fl u x,

a n d m e a n s c al e d 𝛽 E ∕ 𝜆 B c o m p ar ati v e di stri b uti o n s ( s e e Fi g ur e s B 1 – B 3 a n d Fi g ur e s B 4 – B 6, ri g ht c ol u m n s).

R ef er e n c e s

B al o g h, A., D u nl o p, M. W., C o wl e y, S. W. H., S o ut h w o o d, D. J., T h o mli n s o n, J. G., Gl a s s m ei er, K. H., … Ki v el s o n, M. G. ( 1 9 9 7). T h e Cl u st er

m a g n eti c fi el d i n v e sti g ati o n. S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 7 9 , 6 5 – 9 1.

Bl a n c o- C a n o, X., O mi di, N., & R u s s ell, C. T. ( 2 0 0 6). M a cr o str u ct ur e of c olli si o nl e s s b o w s h o c k s: 2. U L F w a v e s i n t h e f or e s h o c k

a n d m a g n et o s h e at h. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 1 , A 1 0 2 0 5. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 5J A 0 1 1 4 2 1

B or o vs k y, J. E., & C a yt o n, T. E. ( 2 0 1 1). E ntr o p y m a p pi n g of t h e o ut er el e ctr o n r a di ati o n b elt b et w e e n t h e m a g n et ot ail a n d g e o s y n c hr o n o u s

or bit. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 6 , A 0 6 2 1 6. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 1J A 0 1 6 4 7 0

C ar o z zi, T. D., T hi d é, B., L e ys er, T. B., K o mr a k o v, G., Fr ol o v, V., Gr a c h, S., & S er g e e v, E. ( 2 0 0 1). F ull p ol ari m etr y m e a s ur e m e nt s of sti m ul at e d

el e ctr o m a g n eti c e mi s si o n s: Fir st r e s ult s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 0 6 ( A 1 0), 2 1, 3 9 5 – 2 1, 4 0 7. htt p s:// d oi. or g/ 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 1J A 9 0 0 0 0 4

C h a st o n, C. C., Wil b er, M., M o z er, F. S., F uji m ot o, M., G ol d st ei n, M. L., A c u n a, M., … F a z a k erl e y, A. ( 2 0 0 7). M o d e c o n v er si o n a n d a n o m al o u s

tr a n s p ort i n K el vi n- H el m h olt z v orti c e s a n d ki n eti c Alf v é n w a v e s at t h e E art h’s m a g n et o p a u s e. P h ysi c al R e vi e w L ett ers , 9 9 ( 1 7), 1 7 5 0 0 4.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 1 0 3/ P h ys R e v L ett. 9 9. 1 7 5 0 0 4

C h a st o n, C. C., J o h n s o n, J. R., Wil b er, M., A c u n a, M., G ol d st ei n, M. L., & R e m e, H. ( 2 0 0 9). Ki n eti c Alf v é n w a v e t ur b ul e n c e a n d tr a n s p ort

t hr o u g h a r e c o n n e cti o n di ff u si o n r e gi o n. P h ysi c al R e vi e w L ett ers , 1 0 2 , 0 1 5 0 0 1. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 1 0 3/ P h ys R e v L ett. 1 0 2. 0 1 5 0 0 1

C h a st o n, C. C., B o n n ell, J. W., Cl a u s e n, L., & A n g el o p o ul o s, V. ( 2 0 1 2). E n er g y tr a n s p ort b y ki n eti c- s c al e el e ctr o m a g n eti c w a v e s i n f a st pl a s m a

s h e et fl o ws. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 7 , A 0 9 2 0 2. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 2J A 0 1 7 8 6 3

Di m m o c k, A. P., & N y k yri, K. ( 2 0 1 3). T h e st ati sti c al m a p pi n g of m a g n et o s h e at h pl a s m a pr o p erti e s b a s e d o n T H E MI S m e a s ur e m e nt s

i n t h e m a g n et o s h e at h i nt er pl a n et ar y m e di u m r ef er e n c e fr a m e. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h: S p a c e P h ysi cs , 1 1 8 , 4 9 6 3 – 4 9 7 6.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/j gr a. 5 0 4 6 5

Di m m o c k, A. P., O s m a n e, A., P ul k ki n e n, T. I., N y k yri, K., & Kil p u a, E. ( 2 0 1 7). T e m p er at ur e v ari ati o n s i n t h e d a ysi d e m a g n et o s h e at h a n d t h eir

d e p e n d e n c e o n i o n- s c al e m a g n eti c str u ct ur e s: T H E MI S st ati sti c s a n d m e a s ur e m e nt s b y M M S. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h:

S p a c e P h ysi cs , 1 2 2 , 6 1 6 5 – 6 1 8 4. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 6J A 0 2 3 7 2 9

Di m m o c k, A. P., N y k yri, K., & P ul k ki n e n, T. I. ( 2 0 1 4). A st ati sti c al st u d y of m a g n eti c fi el d fl u ct u ati o n s i n t h e d a ysi d e m a g n et o s h e at h

a n d t h eir d e p e n d e n c e o n u p str e a m s ol ar wi n d c o n diti o n s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h: S p a c e P h ysi cs , 1 1 9 , 6 2 3 1 – 6 2 4 8.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 4J A 0 2 0 0 0 9

Di m m o c k, A. P., N y k yri, K., K ari m a b a di, H., O s m a n e, A., & P ul k ki n e n, T. I. ( 2 0 1 5). A st ati sti c al st u d y i nt o t h e s p ati al di stri b uti o n a n d d a w n- d u s k

a s y m m etr y of d a ysi d e m a g n et o s h e at h i o n t e m p er at ur e s a s a f u n cti o n of u p str e a m s ol ar wi n d c o n diti o n s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h:

S p a c e P h ysi cs , 1 2 0 , 2 7 6 7 – 2 7 8 2. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 4J A 0 2 0 7 3 4

Di m m o c k, A. P., P ul k ki n e n, T. I., O s m a n e, A., & N y k yri, K. ( 2 0 1 6). T h e d a w n- d u s k a s y m m etr y of i o n d e n sit y i n t h e d a ysi d e m a g n et o s h e at h a n d

it s a n n u al v ari a bilit y m e a s ur e d b y T H E MI S. A n n al es G e o p h ysi c a e , 3 4 , 5 1 1 – 5 2 8. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 5 1 9 4/ a n g e o- 3 4- 5 1 1- 2 0 1 6

Di m m o c k, A. P., N y k yri, K., O s m a n e, A., & P ul k ki n e n, T. I. ( 2 0 1 6). St ati sti c al m a p pi n g of U L F P c 3 v el o cit y fl u ct u ati o n s i n t h e E art h’s d a ysi d e

m a g n et o s h e at h a s a f u n cti o n of s ol ar wi n d c o n diti o n s. A d v a n c es i n S p a c e R es e ar c h , 5 8 , 1 9 6 – 2 0 7. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 1 6/j. a sr. 2 0 1 5. 0 9. 0 3 9

Eri k s s o n, S., L a vr a u d, B., Wil d er, F. D., St a w ar z, J. E., Gil e s, B. L., B ur c h, J. L., … G o o dri c h, K. A. ( 2 0 1 6). M a g n et o s p h eri c m ulti s c al e

o b s er v ati o n s of m a g n eti c r e c o n n e cti o n a s s o ci at e d wit h K el vi n- H el m h olt z w a v e s. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 4 3 , 5 6 0 6 – 5 6 1 5.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 6 G L 0 6 8 7 8 3

Eri k s s o n, S., Wil d er, F. D., Er g u n, R. E., S c h w art z, S. J., C a s s a k, P. A., B ur c h, J. L., … M ar kl u n d, G. T. ( 2 0 1 6). M a g n et o s p h eri c m ulti s c al e

o b s er v ati o n s of t h e el e ctr o n di ff u si o n r e gi o n of l ar g e g ui d e fi el d m a g n eti c r e c o n n e cti o n. P h ysi c al R e vi e w L ett ers , 1 1 7 , 1 5 0 0 1.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 1 0 3/ P h ys R e v L ett. 1 1 7. 0 1 5 0 0 1

E s c o u b et, C. P., S c h mi dt, R., & G ol d st ei n, M. L. ( 1 9 9 7). Cl u st er — S ci e n c e a n d mi s si o n o v er vi e w. S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 7 9 , 1 1 – 3 2.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 3/ A: 1 0 0 4 9 2 3 1 2 4 5 8 6

F air fi el d, D. H., Ott o, A., M u k ai, T., K o k u b u n, S., L e p pi n g, R. P., St ei n b er g, J. T., … Y a m a m ot o, T. ( 2 0 0 0). G e ot ail o b s er v ati o n s of t h e

K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y at t h e e q u at ori al m a g n et ot ail b o u n d ar y f or p ar all el n ort h w ar d fi el d s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 0 5 ,

2 1, 1 5 9 – 2 1, 1 7 4. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 1 9 9 9J A 0 0 0 3 1 6

G é n ot, V., Br o u s sill o u, L., B u d ni k, E., H elli n g er, P., Tr á v ní c e k, P. M., L u c e k, E., & D a n d o ur a s, I. ( 2 0 1 1). Ti mi n g mirr or str u ct ur e s o b s er v e d b y

Cl u st er wit h a m a g n et o s h e at h fl o w m o d el. A n n al es G e o p h ysi c a e , 2 9 , 1 8 4 9 – 1 8 6 0. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 5 1 9 4/ a n g e o- 2 9- 1 8 4 9- 2 0 1 1

G er s h m a n, D. J., D or elli, J. C., Di Br a c ci o, G. A., R ai n e s, J. M., Sl a vi n, J. A., o h, G., & Z ur b u c h e n, T. H. ( 2 0 1 6). M a g n eti c r e c o n n e cti o n, C u s p,

Fi el d- ali g n e d c urr e nt s a n d c urr e nt s yst e m s, E n er g eti c p arti cl e s: Pr e ci pit ati n g, M er c ur y, r e c o n n e cti o n, ki n eti c pl a s m a, M er c ur y, p ol ar c a p,

fl u x tr a n sf er e v e nt, fl u x r o p e. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 4 3 , 5 9 3 5 – 5 9 4 2. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 6 G L 0 6 9 1 6 3

G u st afs s o n, G., B o str o m, R., H ol b a c k, B., H ol m gr e n, G., L u n d gr e n, A., St a si e wi c z, K., … W y g a nt, J. ( 1 9 9 7). T h e el e ctri c fi el d a n d w a v e

e x p eri m e nt f or t h e Cl u st er mi s si o n. S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 7 9 , 1 3 7 – 1 5 6. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 3/ A: 1 0 0 4 9 7 5 1 0 8 6 5 7

G ut y n s k a, O., Si b e c k, D. G., & O mi di, N. ( 2 0 1 5). M a g n et o s h e at h pl a s m a str u ct ur e s a n d t h eir r el ati o n t o f or e s h o c k pr o c e s s e s. J o ur n al of

G e o p h ysi c al R es e ar c h: S p a c e P h ysi cs , 1 2 0 , 7 6 8 7 – 7 6 9 7. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 4J A 0 2 0 8 8 0

H a s e g a w a, A., & Mi m a, K. ( 1 9 7 8). A n o m al o u s tr a n s p ort pr o d u c e d b y ki n eti c Alf v e n w a v e t ur b ul e n c e. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 8 3 ,

1 1 1 7 – 1 1 2 3. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/J A 0 8 3i A 0 3 p 0 1 1 1 7

H a s e g a w a, H., F uji m ot o, M., M a e z a w a, K., S ait o, Y., & M u k ai, T. ( 2 0 0 3). G e ot ail o b s er v ati o n s of t h e d a ysi d e o ut er b o u n d ar y

r e gi o n: I nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d c o ntr ol a n d d a w n- d u s k a s y m m etr y. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 0 8 ( A 4), 1 1 6 3.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 2J A 0 0 9 6 6 7

H a s e g a w a, H., F uji m ot o, M., P h a n, T.- D., R è m e, H., B al o g h, A., D u nl o p, M. W., … T a n D o k or o, R. ( 2 0 0 4). Tr a n s p ort of s ol ar wi n d i nt o E art h’s

m a g n et o s p h er e t hr o u g h r oll e d- u p K el vi n- H el m h olt z v orti c e s. L ett ers t o N at ur e , 4 3 0 , 7 5 5 – 7 5 8. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 3 8/ n at ur e 0 2 7 9 9

H a s e g a w a, H., R eti n ò, A., V ai v a d s, A., K h ot y ai nt s e v, Y., A n dr é, M., N a k a m ur a, T. K. M., … C a n u, P. ( 2 0 0 9). K el vi n- H el m h olt z w a v e s at

t h e E art h’s m a g n et o p a u s e: M ulti s c al e d e v el o p m e nt a n d a s s o ci at e d r e c o n n e cti o n. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 4 , A 1 2 2 0 7.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 9J A 0 1 4 0 4 2

Hi et al a, H., Dr a k e, J. F., P h a n, T. D., E a st w o o d, J. P., & M c F a d d e n, J. P. ( 2 0 1 5). I o n t e m p er at ur e a ni s otr o p y a cr o s s a m a g n et ot ail r e c o n n e cti o n

j et. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 4 2 , 7 2 3 9 – 7 2 4 7. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 5 G L 0 6 5 1 6 8

H o n e s Jr., E. W., Hi g bi e, P. R., & P al m er, I. D. ( 1 9 7 6). E n er g eti c pr ot o n s of m a g n et o s p h eri c ori gi n i n t h e pl a s m a s h e et a s s o ci at e d wit h

s u b st or m s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 8 1 , 3 8 6 6 – 3 8 7 4. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/J A 0 8 1i 0 2 2 p 0 3 8 6 6

A c k n o wl e d g m e nt s

W or k b y T. M. a n d K. N. w a s

s u p p ort e d b y t h e N ati o n al

S ci e n c e F o u n d ati o n ( N S F) gr a nt

[ 1 0. 1 3 0 3 9/ 1 0 0 0 0 0 0 0 1] ( 1 5 0 2 7 7 4), a n d

p art of w or k b y K. N. w a s s u p p ort e d

b y t h e N ati o n al A er o n a uti c s a n d

S p a c e A d mi ni str ati o n ( N A S A) gr a nt

[ 1 0. 1 3 0 3 9/ 1 0 0 0 0 0 1 0 4] ( N N X 1 6 A F 8 9 G).

W or k b y A. D. w a s s u p p ort e d b y

t h e A c a d e m y of Fi nl a n d gr a nt:

S u o m e n A k at e mi a| L u o n n o nti et ei d e n

j a T e k nii k a n T ut ki m u k s e n T oi mi k u nt a

( F or s k ni n g sr å d et f ör N at ur v et e n s k a p

o c h T e k ni k) [ 1 0. 1 3 0 3 9/ 5 0 1 1 0 0 0 0 5 8 7 7]

( 2 8 8 4 7 2). T h e a ut h or s w o ul d li k e

t o a c k n o wl e d g e t h e w or k p er-

f or m e d b y t h e Cl u st er F G M, E F W,

CI S, a n d P E A C E i n str u m e nt t e a m s a s

w ell a s t h e Cl u st er S ci e n c e Ar c hi v e

a n d t h e Cl u st er A cti v e Ar c hi v e f or

t h e u s e of t h eir d at a. Cl u st er d at a

( L a a k s o et al., 2 0 1 0) ar e a v ail a bl e o n

t h e E ur o p e a n S p a c e A g e n c y ( E S A)

w e b sit e ( htt p:// w w w. c o s m o s. e s a.

i nt/ w e b/ c s a). All ot h er d at a

ar e a v ail a bl e fr o m t h e a ut h or s

u p o n r e q u e st.

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 5 2

J o ur n al of G e o p h y si c al R e s e ar c h: S p a c e P h y si c s 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 7J A 0 2 4 5 9 1

H w a n g, K.-J., K u z n et s o v a, M. M., S a hr a o ui, F., G ol d st ei n, M. L., L e e, E., & P ar k s, G. K. ( 2 0 1 1). K el vi n- H el m h olt z w a v e s u n d er s o ut h w ar d

i nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 6 , A 0 8 2 1 0. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 1J A 0 1 6 5 9 6

J o h n s o n, J. R., & C h e n g, C. Z. ( 1 9 9 7). Ki n eti c Alf v é n w a v e s a n d pl a s m a tr a n s p ort at t h e m a g n et o p a u s e. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 2 4 ,

1 4 2 3 – 1 4 2 6. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 9 7 G L 0 1 3 3 3

J o h n s o n, J. R., & C h e n g, C. Z. ( 2 0 0 1). St o c h a sti c i o n h e ati n g at t h e m a g n et o p a u s e d u e t o ki n eti c Alf v é n w a v e s. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers ,

2 8 , 4 4 2 1 – 4 4 2 4. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 1 G L 0 1 3 5 0 9

J o h n s o n, J. R., & Wi n g, S. ( 2 0 0 9). N ort h w ar d i nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d pl a s m a s h e et e ntr o pi e s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 4 ,

A 0 0 D 0 8. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 8J A 0 1 4 0 1 7

J o h n s o n, J. R., C h e n g, C. Z., & S o n g, P. ( 2 0 0 1). Si g n at ur e s of m o d e c o n v er si o n a n d ki n eti c Alf v é n w a v e s at t h e m a g n et o p a u s e. G e o p h ysi c al

R es e ar c h L ett ers , 2 8 , 2 2 7 – 2 3 0. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 0 G L 0 1 2 0 4 8

K a v o si, S., & R a e d er, J. ( 2 0 1 5). U bi q uit y of K el vi n- H el m h olt z w a v e s at E art h’s m a g n et o p a u s e. N at ur e C o m m u ni c ati o ns , 6 , 7 0 1 9.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 3 8/ n c o m m s 8 0 1 9

L a a k s o, H., T a yl or, M., & E s c o u b et, C. P. ( 2 0 1 0). T h e cl u st er a cti v e ar c hi v e. I n St u d yi n g t h e E art h’s s p a c e pl as m a e n vir o n m e nt, Astr o p h ysi cs a n d

S p a c e S ci e n c e Pr o c e e di n gs , ( p p. X X, 4 8 9). N o or d wij k, N et h erl a n d s: S pri n g er. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 7/ 9 7 8- 9 0- 4 8 1- 3 4 9 9- 1

L e e, L. C., J o h n s o n, J. R., & M a, Z. W. ( 1 9 9 4). Ki n eti c Alf v e n w a v e s a s a s o ur c e of pl a s m a tr a n s p ort at t h e d a ysi d e m a g n et o p a u s e. J o ur n al of

G e o p h ysi c al R es e ar c h , 9 9 , 1 7 4 0 5. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 9 4J A 0 1 0 9 5

M a, X., & Ott o, A. ( 2 0 1 4). N o n a di a b ati c h e ati n g i n m a g n eti c r e c o n n e cti o n. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h: S p a c e P h ysi cs , 1 1 9 , 5 5 7 5 – 5 5 8 8.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 4J A 0 1 9 8 5 6

Mi ur a, A., & Prit c h ett, P. L. ( 1 9 8 2). N o nl o c al st a bilit y a n al ysi s of t h e M H D K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y i n a c o m pr e s si bl e pl a s m a. J o ur n al of

G e o p h ysi c al R es e ar c h , 8 7 , 7 4 3 1 – 7 4 4 4. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/J A 0 8 7i A 0 9 p 0 7 4 3 1

M o or e, T. W. ( 2 0 1 2). I d e ntif yi n g si g n at ur e s of pl a s m a w a v e s a n d r e c o n n e cti o n a s s o ci at e d wit h K el vi n- H el m h olt z a cti vit y ( M a st er’s t h e si s).

E m br y- Ri d dl e A er o n a uti c al U ni v er sit y.

M o or e, T. W., N y k yri, K., & Di m m o c k, A. P. ( 2 0 1 6). Cr o s s- s c al e e n er g y tr a n s p ort i n s p a c e pl a s m a s. N at ur e P h ysi cs , 1 2 , 1 1 6 4 – 1 1 6 9.

N y k yri, K. ( 2 0 1 3). I m p a ct of M H D s h o c k p h ysi c s o n m a g n et o s h e at h a s y m m etr y a n d K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y. J o ur n al of G e o p h ysi c al

R es e ar c h: S p a c e P h ysi cs , 1 1 8 , 5 0 6 8 – 5 0 8 1. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/j gr a. 5 0 4 9 9

N y k yri, K., & Di m m o c k, A. ( 2 0 1 6). St ati sti c al st u d y of t h e U L F P c 4 – P c 5 r a n g e fl u ct u ati o n s i n t h e vi ci nit y of E art h’s m a g n et o p a u s e

a n d c orr el ati o n wit h t h e l o w l atit u d e b o u n d ar y l a y er t hi c k n e s s. A d v a n c es i n S p a c e R es e ar c h , 5 8 , 2 5 7 – 2 6 7.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 1 6/j. a sr. 2 0 1 5. 1 2. 0 4 6

N y k yri, K., & Ott o, A. ( 2 0 0 1). Pl a s m a tr a n s p ort at t h e m a g n et o s p h eri c b o u n d ar y d u e t o r e c o n n e cti o n i n K el vi n- H el m h olt z v orti c e s.

G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 2 8 , 3 5 6 5 – 3 5 6 8. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 1 G L 0 1 3 2 3 9

N y k yri, K., & Ott o, A. ( 2 0 0 4). I n fl u e n c e of t h e H all t er m o n K H i n st a bilit y a n d r e c o n n e cti o n i n si d e K H v orti c e s. A n n al es G e o p h ysi c a e , 2 2 ,

9 3 5 – 9 4 9. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 5 1 9 4/ a n g e o- 2 2- 9 3 5- 2 0 0 4

N y k yri, K., Ott o, A., L a vr a u d, B., M o ui ki s, C., Ki stl er, L. M., B al o g h, A., & R è m e, H. ( 2 0 0 6). Cl u st er o b s er v ati o n s of r e c o n n e cti o n

d u e t o t h e K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y at t h e d a w n si d e m a g n et o s p h eri c fl a n k. A n n al es G e o p h ysi c a e , 2 4 , 2 6 1 9 – 2 6 4 3.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 5 1 9 4/ a n g e o- 2 4- 2 6 1 9- 2 0 0 6

Ott o, A., & F air fi el d, D. H. ( 2 0 0 0). K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y at t h e m a g n et ot ail b o u n d ar y: M H D si m ul ati o n a n d c o m p ari s o n wit h G e ot ail

o b s er v ati o n s. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 0 5 , 2 1, 1 7 5 – 2 1, 1 9 0. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 1 9 9 9J A 0 0 0 3 1 2

R è m e, H., B o s q u e d, J. M., S a u v a u d, J. A., Cr o s, A., D a n d o ur a s, J., A o u sti n, C., … B al si g er, H. ( 1 9 9 7). T h e Cl u st er I o n S p e ctr o m etr y ( CI S)

e x p eri m e nt. S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 7 9 , 3 0 3 – 3 5 0.

R e z e a u, L., M or a n e, A., P err a ut, S., R o u x, A., & S c h mi dt, R. ( 1 9 8 9). C h ar a ct eri z ati o n of Alf v e ni c fl u ct u ati o n s i n t h e m a g n et o p a u s e b o u n d ar y

l a y er. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 9 4 , 1 0 1 – 1 1 0. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/J A 0 9 4i A 0 1 p 0 0 1 0 1

R u n o v, A., A n g el o p o ul o s, V., Sit n o v, M. I., S er g e e v, V. A., B o n n ell, J., M c F a d d e n, J. P., … A u st er, U. ( 2 0 0 9). T H E MI S o b s er v ati o n s of a n

e art h w ar d- pr o p a g ati n g di p ol ari z ati o n fr o nt. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 3 6 , L 1 4 1 0 6. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 9 G L 0 3 8 9 8 0

S o n n er u p, B. U. Ö., & S c h ei bl e, M. ( 1 9 9 8). Mi ni m u m a n d m a xi m u m v ari a n c e a n al ysi s. I n G. P a s c h m a n n, & P. W. D al y ( E d s.), A n al ysis m et h o ds

f or m ulti-s p a c e cr aft d at a, I S SI s ci e nti fi c r e p ort p p. 1 8 5). H all er str a s s e 6, C H- 3 0 1 2 B er n, S wit z erl a n d: T h e I nt er n ati o n al S p a c e

S ci e n c e I n stit ut e.

St a si e wi c z, K., B ell a n, P., C h a st o n, C., Kl et zi n g, C., L ys a k, R., M a g g s, J., … W a hl u n d, J.- E. ( 2 0 0 0). S m all s c al e Alf v é ni c str u ct ur e i n t h e a ur or a.

S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 9 2 , 4 2 3 – 5 3 3.

T a yl or, M. G. G. T., L a vr a u d, B., E s c o u b et, C. P., Mil a n, S. E., N y k yri, K., D u nl o p, M. W., … Z h a n g, T. L. ( 2 0 0 8). T h e pl a s m a s h e et a n d b o u n d ar y

l a y er s u n d er n ort h w ar d I M F: A m ulti- p oi nt a n d m ulti-i n str u m e nt p er s p e cti v e. A d v a n c es i n S p a c e R es e ar c h , 4 1 , 1 6 1 9 – 1 6 2 9.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 1 6/j. a sr. 2 0 0 7. 1 0. 0 1 3

W al s h, B. M., Si b e c k, D. G., W a n g, Y., & F air fi el d, D. H. ( 2 0 1 2). D a w n- d u s k a s y m m etri e s i n t h e E art h’s m a g n et o s h e at h. J o ur n al of G e o p h ysi c al

R es e ar c h , 1 1 7 , A 1 2 2 1 1. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 2J A 0 1 8 2 4 0

W a n g, C.- P., G ki o uli d o u, M., L y o n s, L. R., & A n g el o p o ul o s, V. ( 2 0 1 2). S p ati al di stri b uti o n s of t h e i o n t o el e ctr o n t e m p er at ur e r ati o i n t h e

m a g n et o s h e at h a n d pl a s m a s h e et. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 7 , A 0 8 2 1 5. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 2J A 0 1 7 6 5 8

Wil d er, F. D., Er g u n, R. E., S c h w art z, S. J., N e w m a n, D. L., Eri k s s o n, S., St a w ar z, J. E., … M a g n e s, W. ( 2 0 1 6). O b s er v ati o n s of l ar g e- a m plit u d e,

p ar all el, el e ctr o st ati c w a v e s a s s o ci at e d wit h t h e K el vi n- H el m h olt z i n st a bilit y b y t h e M a g n et o s p h eri c M ulti s c al e Mi s si o n. G e o p h ysi c al

R es e ar c h L ett ers , 4 3 , 8 8 5 9 – 8 8 6 6. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 6 G L 0 7 0 4 0 4

Wi n g, S., & N e w ell, P. T. ( 2 0 0 2). 2 D pl a s m a s h e et i o n d e n sit y a n d t e m p er at ur e pr o fil e s f or n ort h w ar d a n d s o ut h w ar d I M F. G e o p h ysi c al

R es e ar c h L ett ers , 2 9 ( 9), 1 3 0 7. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 1 G L 0 1 3 9 5 0

Wi n g, S., J o h n s o n, J. R., N e w ell, P. T., & M e n g, C.-I. ( 2 0 0 5). D a w n- d u s k a s y m m etri e s, i o n s p e ctr a, a n d s o ur c e s i n t h e n ort h w ar d i nt er pl a n et ar y

m a g n eti c fi el d pl a s m a s h e et. J o ur n al of G e o p h ysi c al R es e ar c h, 1 1 0 , A 0 8 2 0 5. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 0 5J A 0 1 1 0 8 6

W o olli s cr oft, L. J. C., All e y n e, H. S. C., D u nf or d, C. M., S u m n er, A., T h o m p s o n, J. A., W al k er, S. N., … G o u g h, M. P. ( 1 9 9 7). T h e di git al

w a v e- pr o c e s si n g e x p eri m e nt o n Cl u st er. S p a c e S ci e n c e R e vi e ws , 7 9 , 2 0 9 – 2 3 1.

Y a n, G. Q., M o z er, F. S., S h e n, C., C h e n, T., P ar k s, G. K., C ai, C. L., & M c F a d d e n, J. P. ( 2 0 1 4). K el vi n- H el m h olt z v orti c e s o b s er v e d b y T H E MI S

at t h e d u s k si d e of t h e m a g n et o p a u s e u n d er s o ut h w ar d i nt er pl a n et ar y m a g n eti c fi el d. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 4 1 , 4 4 2 7 – 4 4 3 4.

htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 0 2/ 2 0 1 4 G L 0 6 0 5 8 9

Y a o, Y., C h a st o n, C. C., Gl a s s m ei er, K.- H., & A n g el o p o ul o s, V. ( 2 0 1 1). El e ctr o m a g n eti c w a v e s o n i o n g yr o-r a dii s c al e s a cr o s s

t h e m a g n et o p a u s e. G e o p h ysi c al R es e ar c h L ett ers , 3 8 , L 0 9 1 0 2. htt p s:// d oi. or g/ 1 0. 1 0 2 9/ 2 0 1 1 G L 0 4 7 3 2 8

M O O R E E T A L. E N H A N C E D I O N H E A TI N G D U RI N G A C TI V E K HI 1 1 ,1 5 3