[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究提供了证据，表明在磁层赤道附近被捕获的高能电子（>30 keV）在地磁风暴期间显著增强了电离层F层的电离，导致总电子含量（TEC）和正向电离层风暴的增强。基于2009年7月22日和2004年7月27日的数据，研究显示电子通量在某些时段可比平静期水平高出4–5个数量级，尤其在太平洋地区，电离效应可通过COSMIC无线电掩星数据检测到。

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.

研究动机与目标

• 验证假设：在地磁风暴期间，磁赤道附近增强的准捕获电子显著贡献于电离层电离。
• 估算这些电子在低纬至中纬度地区电离层顶部的能量沉积量。
• 将电子通量的瞬时增强与正向电离层风暴相位及总电子含量（TEC）增强相关联。
• 利用无线电掩星数据为风暴期间F2层抬升提供观测支持。
• 研究中等至强烈地磁风暴期间近赤道电子通量增强的空间和时间特征。

提出的方法

• 分析在强地磁风暴期间，低地球轨道卫星获取的>30 keV电子通量数据。
• 利用COSMIC/FS3无线电掩星测量数据，观测2009年7月22日风暴期间F2层高度和电子密度的变化。
• 对电子通量增强与风暴期间总电子含量（TEC）增加及正向电离层风暴的时空相关性进行分析。
• 重点关注主要发生在太平洋地区清晨时段的事件，其通量强度比平静期水平高出4–5个数量级。
• 将通量演变与电离层响应进行对比，以识别电子沉降与电离之间的因果关系。
• 应用统计与观测技术，识别风暴期间电子通量与电离层参数的伴随模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 近赤道区域的准捕获高能电子在地磁风暴期间对电离层电离的贡献程度如何？
• RQ2 电子通量增强的强度与持续时间如何与风暴期间总电子含量（TEC）的增加相关？
• RQ3 有哪些证据支持电子沉降在驱动F区正向电离层风暴中的作用？
• RQ4 通过无线电掩星观测，风暴事件期间F2层高度和电子密度如何变化？
• RQ5 风暴期间高能电子通量增强的主要地理分布与本地时间模式是什么？

主要发现

• 在风暴事件期间，近赤道区域的高能电子通量（>30 keV）比平静期水平高出4–5个数量级。
• 瞬时通量增强主要发生在清晨时段，并持续数小时，主要集中于太平洋地区。
• 观察到增强的电子通量与正向电离层风暴相位（包括总电子含量TEC增加）之间存在强烈相关性。
• COSMIC/FS3无线电掩星数据证实了2009年7月22日风暴期间F2层的抬升，支持了电子沉降引发的电离层响应。
• 本研究提供了观测证据，表明高能电子是风暴期间电离层顶部F层电离的重要来源。
• 这些电子引发的电离效应对风暴期间总电子含量（TEC）的增强有显著贡献。