A STATISTICAL ANALYSIS OF SOLAR WIND DYNAMIC PRESSURE PULSES DURING GEOMAGNETIC STORMS

We have carried out a statistical analysis on solar wind dynamic pressure pulses during geomagnetic storms. The Dst index was used to identify 111 geomagnetic storms that occurred in the time interval from 1997 through 2001. We have selected only the events having the minimum Dst value less than -50 nT. In order to identify the pressure impact precisely, we have used the horizontal component data of the magnetic field H (northward) at low latitudes as well as the solar wind pressure data themselves. Our analysis leads to the following results: (1) The enhancement of H due to a pressure pulse tends to be proportional to the magnitude of minimum Dst value; (2) The occurrence frequency of pressure pulses also increases with storm intensity. (3) For about $30\%$ of our storms, the occurrence frequency of pressure pulses is greater than $0.4\#/hr$, implying that to. those storms the pressure pulses occur more frequently than do periodic substorms with an average substorm duration of 2.5 hrs. In order to understand the origin of these pressure pulses, we have first examined responsible storm drivers. It turns out that $65\%$ of the studied storms we driven by coronal mass ejections (CMEs) while others are associated with corotating interaction regions $(6.3\%)$ or Type II bursts $(7.2\%)$. Out of the storms that are driven by CMEs, over $70\%$ show that the main phase interval overlaps with the sheath, namely, the region between CME body and the shock, and with the leading region of a CME. This suggests that the origin of the frequent pressure pulses is often due to density fluctuations in the sheath region and the leading edge of the CME body.

지자기폭풍 기간 동안의 태양풍 동압력 펄스에 관한 통계적 분석

이 연구에서는 지자기 폭풍의 주상 기간 동안 발생하는 태양풍 동압력 펄스에 대한 통계적 분석을 하였다. 이를 위해 먼저 1997년부터 2001년까지 5년간의 기간으로부터 지자기 폭풍 지수인 Dst 값이 -50nT 이하인 지자기 폭풍을 모두 111개 얻었다. 이러한 지자기 폭풍의 주상기간 동안에 발생한 태양풍 동압력 펄스를 정확히 조사하기 위해 태양풍 자료 뿐만 아니라 지구 저위도 여러 관측소에서 관측된 지자기 수평 성분 H값을 이용하였다. 즉 동압력 펄스가 자기권에 충돌하면 저위도 H 값이 전 지구적인 증가를 보여야 한다는 사실을 이용하였다. 이러한 과정을 통해 얻은 통계적 결과는 다음과 같다. 첫째, 자기 폭풍 중에 발생하는 H의 증가는 평균적으로 그 크기가 자기 폭풍의 강도와 비례하는 경향을 보인다. 이는 강한 자기폭풍일 수록 강한 태양풍 펄스를 동반한다는 것이다. 둘째로 자기폭풍 중에 발생하는 동압력 펄스의 발생 빈도 역시 자기 폭풍의 강도와 비례한다. 셋째, 동압력 펄스 발생 빈도가 0.4회/hr 이상인, 즉 2.5시간에 1회 이상의 동압력 펄스를 동반하는, 지자기 폭풍은 여기서 다루어진 전체 지자기 폭풍 중 약 $30\%$를 차지한다. 2.5시간은 서브스톰의 평균 지속 시간으로 볼 수 있으며, 따라서 자기 폭풍중에 서브스톰이 연속적으로 발생하는 것 만큼 자주 동압력 펄스가 나타나는 자기폭풍이 전체의 $30\%$라는 것이다. 한편 이러한 동압력 펄스의 기원을 이해하기 위해 먼저 지자기 폭풍 유도체에 대해 조사하였다. 그 결과 여기서 다루어진 지자기 폭풍의 약 $65\%$가 CME(Coronal Mass Ejection)에 의해 발생되었고 CIR(Corotating Interaction Regions)과 Type II bursts에 의해 발생한 것이 각각 6.3, $7.2\%$인 것으로 나타났다. 그런데 CME에 의해 발생된 지자기폭풍 중에서 $70\%$ 이상이 그 주상 기간이 CME와 충격파 사이의 공간인 sheath 영역 혹은 CME 앞부분에 해당되는 것으로 나타났다. 따라서 이들 지자기폭풍 주상기간에 빈번히 발생하는 동압력 펄스는 CME와 충격파 사이의 sheath 영역, 그리고 CME 앞부분 영역에서의 빈번한 태양풍 밀도 증가에 기인하는 것으로 보인다.