The International Reference Ionosphere (IRI) project was established jointly by the Committee on Space Research (COSPAR) and the International Union of Radio Science (URSI) in the late sixties with the goal to develop an international standard for the specification of plasma parameters in the Earth’s ionosphere. COSPAR needed such a specification for the evaluation of environmental effects on spacecraft and experiments in space, and URSI for radiowave propagation studies and applications. At the request of COSPAR and URSI, IRI was developed as a data-based model to avoid the uncertainty of theory-based models which are only as good as the evolving theoretical understanding. Being based on most of the available and reliable observations of the ionospheric plasma from the ground and from space, IRI describes monthly averages of electron density, electron temperature, ion temperature, ion composition, and several additional parameters in the altitude range from 60 km to 2000 km. A working group of about 50 international ionospheric experts is in charge of developing and improving the IRI model. Over time as new data became available and new modeling techniques emerged, steadily improved editions of the IRI model have been published. This paper gives a brief history of the IRI project and describes the latest version of the model, IRI-2012. It also briefly discusses efforts to develop a real-time IRI model. The IRI homepage is at http://IRImodel.org.

[1] The Global Ultraviolet Imager (GUVI) instrument carried aboard the NASA TIMED satellite measures the spectral radiance of the Earth's far ultraviolet airglow in the spectral region from 120 to 180 nm using a cross-track scanning spectrometer design. Continuous operation of the instrument provides images of the Earth's disk and limb in five selectable spectral bands. Also, spectra at fixed scanning mirror position can be obtained. Initial results demonstrate the quantitative functionality of the instrument for studies of the Earth's dayglow, aurora, and ionosphere. Moreover, through forward modeling, the abundance of the major constituents of the thermosphere, O, N2, and O2 and thermospheric temperatures can be retrieved from observations of the limb radiance. Variations of the column O/N2 ratio can be deduced from sunlit disk observations. In regions of auroral precipitation not only can the aurora regions be geographically located and the auroral boundaries identified, but also the energy flux Q, the characteristic energy Eo, and a parameter fo that scales the abundance of neutral atomic oxygen can be derived. Radiance due to radiative recombination in the ionospheric F region is evident from both dayside and nightside observations of the Earth's limb and disk, respectively. Regions of depleted F-region electron density are evident in the tropical Appleton anomaly regions, associated with so-called ionospheric “bubbles.” Access to the GUVI data is provided through the GUVI website www.timed.jhuapl.edu\guvi.

Abstract This study focuses on the poorly known effect of polar cap patches (PCPs) on the ion‐neutral coupling in the F ‐region. The PCPs were identified by total electron content measurements from the Global Navigation Satellite System (GNSS) and the ionospheric parameters from the Defense Meteorological Satellite Program spacecraft. The EISCAT incoherent scatter radars on Svalbard and at Tromsø, Norway observed that PCPs entered the nightside auroral oval from the polar cap and became plasma blobs. The ionospheric convection further transported the plasma blobs to the duskside. Simultaneously, long‐lasting strong upper thermospheric winds were detected in the duskside auroral oval by a Fabry‐Perot Interferometer (FPI) at Tromsø and in the polar cap by the Gravity Recovery and Climate Experiment satellite. Using EISCAT ion velocities and plasma parameters as well as FPI winds, the ion drag acting on neutrals and the time constant for the ion drag could be estimated. Due to the arrival of PCPs/blobs and the accompanied increase in the F‐region electron densities, the ion drag is enhanced between about 220 and 500 km altitudes. At the F peak altitudes near 300 km, the median ion drag acceleration affecting neutrals more than doubled and the associated median e ‐folding time decreased from 4.4 to 2 hr. The strong neutral wind was found to be driven primarily by the ion drag force due to large‐scale ionospheric convection. Our results provide a new insight into ionosphere‐thermosphere coupling in the presence of PCPs/blobs.

Abstract Transpolar arcs (TPAs) are often cusp‐aligned. Especially when multiple TPAs appear simultaneously, they join at the auroral signature of the cusp. Here we investigate the dayside connection point of TPAs using Defense Meteorological Satellite Program measurements and identify three cases where the tip of the TPA ends in a localized brightening. One is a typical cusp spot with a TPA attached. The cusp appears just poleward of the oval with a near circular shape. In the second case, multiple cusp spots are observed over a 3 MLT wide region, each connected to a TPA. In the third case, the brightening at the tip of a TPA is identified as high‐latitude dayside aurora (HiLDA). Cusp aurora appears between the HiLDA and the duskside oval. Plasma flows and particle characteristics indicate a lobe origin of the HiLDA. Our results indicate a more complicated connection between TPAs and dayside aurora than previously anticipated.

Abstract Using the latest coupled geospace model Multiscale Atmosphere‐Geospace Environment (MAGE) and observations from Jicamarca Incoherent scatter radar (ISR) and ICON ion velocity meter (IVM) instrument, we examine the pre‐reversal enhancement (PRE) during geomagnetic quiet time period. The MAGE shows comparable PRE to both the Jicamarca ISR and ICON observations. There appears to be a discrepancy between the Jicamarca ISR and ICON IVM with the later showed PRE about two times larger (∼40 m/s). This is the first time that MAGE is used to simulate the PRE. The results show that the MAGE can simulate the PRE well and are mostly consistent with observations.

Abstract The polar cap arc at 1500 MLT (15MLT‐PCA) has been considered as an auroral signature of the cusp's duskside boundary and been speculated to be caused by lobe reconnection. However, no observational evidence has been provided to support this speculation. Here we report a 15MLT‐PCA event occurred on 29 November 2017 using multi‐instrument observations. During the DMSP observed the 15MLT‐PCA, Cluster, with its footprints at the root of the 15MLT‐PCA, identified two FTEs in the southern hemisphere's lobe region, accompanied by an increase in electron and ion energy from hundreds of eVs to several keVs. AMPERE observed an increase in upward field‐aligned currents associated with the 15MLT‐PCA. SuperDARN observed a single cell convection with an enhancement of sunward plasma flow near the root of 15MLT‐PCA. We suggest that these observations provide the in‐situ observational evidence that the 15MLT‐PCA is generated by a lobe reconnection at the cusp's duskside boundary.

Abstract Specific polar cap auroras, such as 15MLT‐PCA, linked to lobe reconnection due to the influence of the interplanetary magnetic field (IMF) B y component, were only observed in the summer. Although the variance in ionospheric conductivity between winter and summer has been proposed as a potential explanation for this seasonal dependency, it has also been argued that the differences in lobe reconnection between the winter and summer hemispheres could be the cause. To address this debate, we examined two data periods with similar IMF conditions when the northern hemisphere was in summer and winter, respectively. Using DMSP/SSUSI and AMPERE observations, we detected clear 15MLT‐PCA and associated field‐aligned currents in the summer, but not in the winter. These observations were compared with global MHD simulations from OpenGGCM. Lobe reconnection signatures were identified for both winter and summer in the simulation results. However, a detailed analysis showed that the pattern of lobe reconnection in the winter hemisphere was different from that in the summer. Based on the combined observation and simulation results, we suggest that particular lobe reconnection in summer is critical for generating 15MLT‐PCA, while the winter's reconnection may lead to transient or small‐scale auroral responses that were not easily identified by DMSP/SSUSI observations as a 15MLT‐PCA event.

Abstract The space hurricane is a large‐scale three‐dimensional magnetic vortex structure that can cause massive local energy injections in the polar cap. By analyzing Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) F16–F19 satellite observations from 2005 to 2016, we found that the Southern Hemisphere space hurricane mainly occurs in summer under negative By dominated northward interplanetary magnetic field (IMF) conditions. In particular, the space hurricanes are more likely to occur in the dayside polar cap at magnetic latitude greater than 80°. The characteristics for the Southern Hemisphere are basically consistent with the characteristics of space hurricanes in the Northern Hemisphere. The different dependences of By component in different hemispheres supports the high‐latitude lobe reconnection as the formation mechanism. Plasma data from DMSP satellites in both hemispheres show that the appearance of the space hurricane greatly enhances the convection in the polar cap and the electron density on its dawn side. Within the space hurricane, electron temperatures typically increase significantly, accompanied by strong upward field‐aligned currents and electron precipitation. These results give us a better understanding of the solar wind‐magnetosphere‐polar ionosphere coupling process under northward IMF conditions.