Abstract
To better understand the physical processes that control the high-latitude lower thermospheric dynamics, we analyze the divergence and vorticity of the high-latitude neutral wind field in the lower thermosphere during the southern summertime for different IMF conditions. For this study the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEG CM) is used. The analysis of the large-scale vorticity and divergence provides basic understanding flow configurations to help elucidate the momentum sources that ulti-mately determine the total wind field in the lower polar thermosphere and provides insight into the relative strengths of the different sources of momentum responsible for driving winds. The mean neutral wind pattern in the high-latitude lower thermosphere is dominated by rotational flow, imparted primarily through the ion drag force, rather than by divergent flow, imparted primarily through Joule and solar heating. The difference vorticity, obtained by subtracting values with zero IMF from those with non-zero IMF, in the high-latitude lower thermosphere is much larger than the difference divergence for all IMF conditions, indicating that a larger response of the thermospheric wind system to enhancement in the momentum input generating the rotational motion with elevated IMF than the corresponding energy input generating the divergent motion. the difference vorticity in the high-latitude lower thermosphere depends on the direction of the IMF. The difference vorticity for negative and positive $B_y$ shows positive and negative, respectively, at higher magnetic latitudes than $-70^{\circ}$. For negative $B_z$, the difference vorticities have positive in the dusk sector and negative in the dawn sector. The difference vorticities for positive $B_z$ have opposite sign. Negative IMF $B_z$ has a stronger effect on the vorticity than does positive $B_z$.
이 연구에서는 고위도 하부 열권 역학을 좌우하는 물리적 과정을 이해하기 위하여, 상이한 행성간 자기장(Interplanetary Magnetic Field, IMF)에 따른 남반구 고위도 하부 열권에서의 소용돌이도(vorticity)와 발산(divergence)을 분석하였다. 이 연구를 위하여 미국립대기연구소(National Center for Atmospheric Research, NCAR)의 열권-이온권 전기역학적 대순환 모델(Thermo sphere-Ionosphere Electrodynamic General Circulation Model, TIEGCM)을 이용하였다. 소용돌이도와 발산 분석은 전체 수평 바람장을 최종적으로 결정하는 운동량원(momentum source)을 밝히는데 도움을 주는 근원적인 흐름을 파악할 수 있게 해주며, 운동량원들의 상대적인 강도를 분석해내는데 좋은 도구가 된다. 고위도 하부 열권의 평균 바람장은 태양 복사와 쥴가열에 의해 유발되는 발산운동 보다는 이온대류에 의해 유발되는 회전운동에 의해 주로 지배된다는 것이 확인되었다. $IMF{\neq}0$와 IMF=0인 경우의 고위도 열권 하부에서의 소용돌이도 차이(difference vorticity)가 모든 IMF 조건에서 발산장 차이(difference divergence)에 비해 훨씬 더 크게 나타났다. 이는 IMF가 발산적인 흐름보다 회전적인 흐름에 더 강하게 영향을 끼치며, 나아가 IMF가 발산운동을 유발하는 에너지 유입보다는 회전운동을 유발하는 운동량 유입에 더 강하게 영향을 끼침을 의미한다. IMF의 방향에 따라 고위도 하부 열권에서의 소용돌이도 차이의 양상이 매우 달랐다 $B_y$가 음일 때는 지자기 위도 $-70^{\circ}$ 이상의 고위도에서 극을 중심으로 양의 소용돌이도 차이가 나타나고 $B_y$가 양일 때는 음의 소용돌이도 차이가 나타났다. $B_z$가 음인 경우 소용돌이도 차이가 저녁 영역에는 양이고 새벽 영역에는 음이며, $B_z$가 양인 경우에는 반대의 분포를 보였다. $B_z$가 음일 때가 양일 때보다 소용돌이도 차이가 더 큰 것으로 확인되었는데, 이는 IMF $B_z$가 남쪽으로 향할 때가 북쪽으로 향할 때보다 고위도 이온권의 이온대류를 더 강화시켜 열권 중성대기의 회전적인 흐름을 더 강하게 유발시킴을 의미한다.
