[論文レビュー] Evidence for Near-Equatorial Deposition by Energetic Electrons in the Ionospheric F-layer

A. V. Suvorova, А. В. Дмитриев+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2013

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 17被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、磁気赤道付近に閉じ込められた高エネルギー電子（>30 keV）が、磁気ストーム中、イオン圏のF層におけるイオン化を顕著に増強することを示しており、全電子含量（TEC）のストーム時上昇およびポジティブなイオン圏ストームに寄与している。2009年7月22日および2004年7月27日のデータを用いて、特に太平洋地域において、電子フラックスが静穏時水準を4–5桁以上上回ることが示され、COSMICの无线电位観測データを用いてイオン化効果を検出可能である。

ABSTRACT

Near-equatorial great enhancements of the quasi-trapped >30 keV electrons at low-altitudes are studied during strong geomagnetic storms. We have found that the transient phenomenon often began at the morning and was capable to live several hours predominantly over the Pacific region with flux intensities largely exceeded quiet-time level by 4-5 orders of magnitudes. The purpose of the study is to validate an assumption that the enhanced quasi-trapped electron fluxes can be an important source of the ionization in the topside ionosphere in the range between the low and middle latitudes and to estimate energy deposition. We show that ionizing particle effect can significantly contribute in storm-time increase of total electron content (TEC) or positive ionospheric storm. We present analysis of medium/great flux events during moderate/major storms on 22 July 2009 and 27 July 2004 as examples for demonstrating concomitances of enhanced electron fluxes with ionospheric storm positive phases. Addition experimental support concerning the F2-region rise was obtained from COSMIC/FS3 radio occultation data for the storm of 22 July 2009.

研究の動機と目的

• 磁気赤道付近の強化された準閉じ込め電子が、磁気ストーム中、イオン圏イオン化に顕著に寄与するという仮説を検証すること。
• 低・中緯度間の上部イオン圏におけるこれらの電子からのエネルギー堆積量を推定すること。
• 一時的な電子フラックス上昇とポジティブなイオン圏ストーム段階およびTEC増加の相関をとること。
• 放射屈折観測データを用いて、ストーム中におけるF2層の上昇を観測的根拠として提供すること。
• 中程度から大規模な磁気ストーム中の赤道近傍電子フラックス強化の空間的・時間的特性を検討すること。

提案手法

• 強い磁気ストーム中、低地球軌道衛星から得られた>30 keV電子フラックスデータの分析。
• 2009年7月22日ストーム中のF2層高度および電子密度変化をCOSMIC/FS3放射屈折測定を用いて観測。
• 電子フラックス強化とストーム時のTEC上昇およびポジティブなイオン圏ストームとの時間的・空間的相関の分析。
• 主に太平洋地域における午前帯で発生するイベントに注目し、フラックス強度が静穏時水準を4–5桁上回ることを確認。
• フラックスの時間的変化とイオン圏反応の関係を比較し、電子降着とイオン化の因果関係を特定。
• 統計的および観測的手法を適用して、ストーム期間中の電子フラックスおよびイオン圏パラメータの併存パターンを同定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤道近傍の準閉じ込め高エネルギー電子が、磁気ストーム中、イオン圏イオン化にどの程度寄与するか？
• RQ2 電子フラックス強化の強度および持続時間は、ストーム時のTEC上昇とどのように相関するか？
• RQ3 電子沈着がF層におけるポジティブなイオン圏ストームを駆動する役割を裏付ける証拠は何か？
• RQ4 放射屈折観測により観測されたように、ストーム中におけるF2層高度および電子密度はどのように変化するか？
• RQ5 ストーム中における高エネルギー電子フラックス強化の主な地理的・現地時間的パターンは何か？

主な発見

• ストーム発生時、赤道近傍領域における高エネルギー電子フラックス（>30 keV）は、静穏時水準を4–5桁上回った。
• 一時的なフラックス強化は主に午前帯に発生し、数時間にわたり、主に太平洋地域に集中していた。
• 強力な相関が、強化された電子フラックスとポジティブなイオン圏ストーム段階（TEC上昇を含む）の間で観測された。
• COSMIC/FS3放射屈折データは、2009年7月22日ストーム中にF2層が上昇したことを確認し、電子沈着に起因するイオン圏反応を支持した。
• 本研究は、ストーム中における上部F層におけるイオン化の顕著な要因として、高エネルギー電子が寄与している観測的証拠を提供した。
• これらの電子によるイオン化効果は、ストーム時の全電子含量上昇に有意に寄与している。