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.

Abstract We present a new technique for the upcoming tri‐static incoherent scatter radar system EISCAT 3D (E3D) to perform a volumetric reconstruction of the 3D ionospheric electric current density vector field, focusing on the feasibility of the E3D system. The input to our volumetric reconstruction technique are estimates of the 3D current density perpendicular to the main magnetic field, j ⊥ , and its covariance, to be obtained from E3D observations based on two main assumptions: (a) Ions fully magnetized above the E region, set to 200 km here. (b) Electrons fully magnetized above the base of our domain, set to 90 km. In this way, j ⊥ estimates are obtained without assumptions about the neutral wind field, allowing it to be subsequently determined. The volumetric reconstruction of the full 3D current density is implemented as vertically coupled horizontal layers represented by Spherical Elementary Current Systems with a built‐in current continuity constraint. We demonstrate that our technique is able to retrieve the three dimensional nature of the currents in our idealized setup, taken from a simulation of an active auroral ionosphere using the Geospace Environment Model of Ion‐Neutral Interactions (GEMINI). The vertical current is typically less constrained than the horizontal, but we outline strategies for improvement by utilizing additional data sources in the inversion. The ability to reconstruct the neutral wind field perpendicular to the magnetic field in the E region is demonstrated to mostly be within ±50 m/s in a limited region above the radar system in our setup.

Abstract This paper investigates the formation and segmentation of the tongue of ionization into two consecutive polar cap patches using multi‐instrument observations from 27 February 2014. We provide insights into how the interplanetary magnetic field (IMF) variations influence the formation and segmentation of these patches. Our findings reveal that the entry of dayside dense plasma into the polar cap is predominantly driven by the modified convection near the cusp region, which is controlled by the transition of IMF By or the sudden drop of IMF Bz. Furthermore, we observe a rapid north‐westward plasma flow within the patch segmentation region, accompanied by equatorward‐expanded and enhanced convection near the cusp region. This fast‐moving flow, approximately 1.5 km/s, is characterized by low density and high electron temperature and shows a signature of a Subauroral Polarization Stream. This suggests that the fast‐westward flow, in conjunction with the expansion and contraction of ionospheric convection, plays a crucial role in the segmentation of polar cap patches from the dayside plasma reservoir. This study provides a comprehensive observation of the evolution of polar cap patches, thereby advancing our understanding of the dynamic mechanisms governing patch formation and segmentation.

Abstract A multi‐instrument study is conducted at the dayside polar ionosphere to investigate the spatio‐temporal evolution of scintillation in Global Navigation Satellite System (GNSS) signals during non‐storm conditions. Bursts of intense amplitude and phase scintillation started to occur at 9 MLT and persisted for more than 1 hour implying the simultaneous existence of Fresnel and large‐scale sized irregularities of significant strength in the pre‐noon sector. Measurements from the EISCAT radar in Svalbard (ESR) revealed the presence of dense plasma structures with significant gradients in regions of strong Joule heating/fast flows and soft precipitation when scintillation was enhanced. Plasma structuring down to Fresnel scales were observed both in the auroral oval as well as inside the polar cap with the associated amplitude scintillation exhibiting similar strengths regardless of whether the density structures were in regions of active auroral dynamics or not. The observations are placed within the context of different sources of free energy, providing insights into the important mechanisms that generate irregularities capable of perturbing GNSS signal properties in the dayside ionosphere. Furthermore, a strong negative excursion in the interplanetary magnetic field (IMF) component during the northward turning of led to the transport of a depleted region of plasma density into the post‐noon sector that significantly weakened both amplitude and phase scintillation.