[논문 리뷰] Evidence for Near-Equatorial Deposition by Energetic Electrons in the Ionospheric F-layer

A. V. Suvorova, А. В. Дмитриев외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 11.

Ionosphere and magnetosphere dynamics참고 문헌 17인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 지구 자기폭풍 기간 동안 자기적 등자 부근에 갇힌 고에너지 전자(>30 keV)가 이온권의 F층에서 이온화를著しく 증가시켜 총 전자 함량(Total Electron Content, TEC)과 양성 이온권 폭풍을 유도함을 입증한다. 2009년 7월 22일과 2004년 7월 27일의 데이터를 바탕으로, 특히 태평양 지역에서 전자 밀도가 평상시 수준보다 4–5개 주기만큼 증가함을 확인하였으며, COSMIC 위성의 무선 은폐 관측 데이터를 통해 이러한 이온화 효과를 감지할 수 있었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 자기적 등자 부근의 강화된 준갈기 전자들이 지구 자기폭풍 기간 동안 이온권 이온화에 기여하는지 검증하는 것.
• 저위도에서 중위도에 이르는 상부 이온권에서 이러한 전자의 에너지 침착을 추정하는 것.
• 전자 밀도의 일시적 증가와 양성 이온권 폭풍 단계 및 TEC 증가 사이의 상관관계를 규명하는 것.
• 무선 은폐 관측 데이터를 활용해 폭풍 기간 동안 F2층 상승 현상에 대한 관측적 근거를 제공하는 것.
• 중간에서 대규모 지구 자기폭풍 기간 동안 근등자 지역의 전자 밀도 증가의 공간적·시간적 특성을 분석하는 것.

제안 방법

• 강력한 지구 자기폭풍 기간 동안 저궤도 위성에서 확보한 >30 keV 전자 밀도 데이터 분석.
• 2009년 7월 22일 폭풍 기간 동안 COSMIC/FS3 무선 은폐 측정을 통해 F2층 높이 및 전자 밀도 변화 관측.
• 전자 밀도 증가와 폭풍 기간 동안 TEC 증가 및 양성 이온권 폭풍 사이의 시간적·공간적 상관관계 분석.
• 주로 태평양 지역에서 오전 영역에서 발생하는 전자 밀도 증가에 초점 맞추기. 평상시 수준보다 4–5개 주기 이상 증가.
• 전자 침착과 이온화 사이의 인과관계 규명을 위해 전자 밀도 변화와 이온권 반응의 진화를 비교.
• 통계적 및 관측 기법을 적용해 폭풍 기간 동안 전자 밀도 및 이온권 파ameter 간의 동반 패턴 식별.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근등자 부근의 준갈기 고에너지 전자(>30 keV)가 지구 자기폭풍 기간 동안 이온권 이온화에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 전자 밀도 증가의 강도와 지속 시간은 폭풍 기간 동안 TEC 증가와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 어떤 증거가 전자 침착이 F층에서 양성 이온권 폭풍을 유도하는 데 기여한다는 것을 뒷받침하는가?
• RQ4 무선 은폐 관측을 통해 폭풍 기간 동안 F2층 높이와 전자 밀도는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 폭풍 기간 동안 고에너지 전자 밀도 증가의 주요 지리적 및 현지 시간 패턴은 무엇인가?

주요 결과

• 지구 자기폭풍 기간 동안 근등자 지역의 고에너지 전자 밀도(>30 keV)가 평상시 수준보다 4–5개 주기만큼 증가하였다.
• 일시적 밀도 증가 현상은 주로 오전 영역에서 발생하였으며, 태평양 지역에서 몇 시간 동안 지속되었다.
• 강한 상관관계가 관측되었으며, 전자 밀도 증가와 함께 양성 이온권 폭풍 단계 및 TEC 증가가 함께 나타났다.
• COSMIC/FS3 무선 은폐 관측 데이터는 2009년 7월 22일 폭풍 기간 동안 F2층 상승을 확인하였으며, 전자 침착에 의한 이온권 반응을 지지하는 결과를 제공하였다.
• 이 연구는 고에너지 전자가 폭풍 기간 동안 상부 F층에서 이온화의 중요한 원천임을 관측적으로 입증하였다.
• 이러한 전자의 이온화 효과는 폭풍 기간 동안 총 전자 함량 증가에 기여하는 중요한 요소이다.