The geomagnetic activity shows the semiannual variation stronger in vernal and autumnal equinoxes than in summer and winter solstices. The semiannual variation has been explained by three main hypotheses such as Axial hypothesis, Equinoctial hypothesis, and Russell-McPherron Effect. Many studies using the various geomagnetic indices have done to support three main hypotheses. In recent, Oh & Yi (2011) examined the solar magnetic polarity dependency of the geomagnetic storm occurrence defined by Dst index. They reported that there is no dependency of the semiannual variation on the sign of the solar polar fields. This study examines the solar magnetic polarity dependency of quiet time geomagnetic activity. Using Dxt index (Karinen & Mursula 2005) and Dcx index (Mursula & Karinen 2005) which are recently suggested, in addition to Dst index, we analyze the data of three-year at each solar minimum for eight solar cycles since 1932. As a result, the geomagnetic activity is stronger in the period that the solar magnetic polarity is anti-parallel with the Earth's magnetic polarity. There exists the difference between vernal and autumnal equinoxes regarding the solar magnetic polarity dependency. However, the difference is not statistically significant. Thus, we conclude that there is no solar magnetic polarity dependency of the semiannual variation for quiet time geomagnetic activity.
Park, Yoon-Kyung;Kwak, Young-Sil;Ahn, Byung-Ho;Park, Young-Deuk;Cho, Il-Hyun
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제27권4호
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pp.319-327
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2010
We examine the ionospheric F2-layer electron density variation by solar activity in middle latitude by using foF2 observed at the Kokubunji ionosonde station in Japan for the period from 1997 to 2008. The semi-annual variation of foF2 shows obviously in high solar activity (2000-2002) than low solar activity (2006-2008). It seems that variation of geomagnetic activity by solar activity influences on the semi-annual variation of the ionospheric F2-layer electron density. According to the Lomb-Scargle periodogram analysis of foF2 and Ap index, interplanetary magnetic field (IMF) Bs (IMF Bz <0) component, solar wind speed, solar wind number density and flow pressure which influence the geomagnetic activity, we examine how the geomagnetic activity affects the ionospheric F2-layer electron density variation. We find that the semi-annual variation of daily foF2, Ap index and IMF Bs appear clearly during the high solar activity. It suggests that the semi-annual variation of geomagnetic activity, caused by Russell-McPherron effect, contributes greatly to the ionospheric F2-layer semi-annual electron density variation, except dynamical effects in the thermosphere.
We have investigated the correlation analysis between global temperature anomaly and two main factors: geomagnetic activity (aa index) of Earth external factor and CO2 of Earth internal factor. For this, we used NOAA Global Surface Temperature anomaly (Ta) data from 1868 to 2015. The aa index indicates the geomagnetic activity measured at two anti-podal subauroral stations (Canberra Australia and Hartland England) and the CO2 data come from historical ice core records and NOAA/ESRL data. From the comparison between (Ta) and aa index, we found several interesting things, First, the linear correlation coefficient between two parameters increases until 1985 and then decreases rapidly. Second, the scattered plot between two parameters shows a boundary of the correlation tendency (positive and negative correlation) near 1985. A partial correlation of (Ta) and two main factors (aa index, CO2) also shows that the geomagnetic effect (aa index) is dominant until about 1985 and the CO2 effect becomes much more important after then. These results indicate that the CO2 effect become very an important factor since at least 1985. For a further analysis, we simply assume that Ta = Ta(aa)+Ta(CO2) and made a linear regression between (Ta) and aa index from 1868 to 2015. A linear model is then made from the linear regression between energy consumption (a proxy of CO2 effect) and Ta-Ta(aa) since 1985. Our results will be discussed in view of the prediction of global warming.
As the prediction of geomagnetic storms is becoming an important and practical problem, conditions in the Earth's magnetosphere have been studied rigorously in terms of those in the interplanetary space. Another approach to space weather forecast is to deal with it as a probabilistic geomagnetic storm forecasting problem. In this study, we carry out detailed statistical analysis of solar wind parameters and geomagnetic indices examining the dependence of the distribution on the solar cycle and annual variations. Our main findings are as follows: (1) The distribution of parameters obtained via the superimposed epoch method follows the Gaussian distribution. (2) When solar activity is at its maximum the mean value of the distribution is shifted to the direction indicating the intense environment. Furthermore, the width of the distribution becomes wider at its maximum than at its minimum so that more extreme case can be expected. (3) The distribution of some certain heliospheric parameters is less sensitive to the phase of the solar cycle and annual variations. (4) The distribution of the eastward component of the interplanetary electric field BV and the solar wind driving function BV2, however, appears to be all dependent on the solar maximum/minimum, the descending/ascending phases of the solar cycle and the equinoxes/solstices. (5) The distribution of the AE index and the Dst index shares statistical features closely with BV and $BV^2$ compared with other heliospheric parameters. In this sense, BV and $BV^2$ are more robust proxies of the geomagnetic storm. We conclude by pointing out that our results allow us to step forward in providing the occurrence probability of geomagnetic storms for space weather and physical modeling.
BOH magnetometer was installed at Mt. Bohyun in 2007 and has provided continuous dataset for 3-axis geomagnetic field over the South Korea. We have calculated real-time K-index based on BOH magnetic field data using well-known FMI method. Local K-index is calculated eight times a day, per every three hours. To calculate K-index, it is critical to get the Quiet Day Curve (QDC). For QDC calculation, we take the previous one month's average of H-component. In this paper, we compared four geomagnetic stations' magnetic field data over South Korea and Japan and K-indices of each stations; Bohyun, Gangneung, Jeju, and Kakioka for two years data, 2011-2012. To investigate the difference depending on the latitude, longitude and local time in more detail, we compare K-index on International Quiet Days (IQDs) and International Disturbed Days (IDDs). As a result, we report the correlation between local K-indices are higher than those between Kp and local K-indices, and the correlation is much better after sunset than after sunrise. As the geomagnetic activity becomes stronger, the correlation between the local K-indices and global Kp-index become higher.
Motivated by recent attempts to derive geomagnetic activity from hourly mean data in long term studies, we test the recursive Kalman filter method to obtain the regular solar variation curve of the geomagnetic field. Using a simple algorithm, we are able to assign a quiet day curve to every day separately, without the need for additional input parameter(s) to define the geomagnetically quiet days. We derive a digital counterpart AhK of the analog range index Ak at the subauroral Sodankyl$\ddot{a}$ station and compare it to the earlier digital estimate Ah and the local Ak index. We find that the new method outperforms the former estimate in every aspect studied and provides a robust, straightforward manner of estimating and verifying the manually scaled Ak index, based on readily available hourly values. The model is independent of sampling; thus, for shorter term studies where high-sampling data are available, more accurate estimates can also be obtained when needed. Therefore, in contrast to other recent approaches, we do not provide a method to quantify irregular activity directly but derive the actual quiet day curves in the traditional manner. In future applications the same algorithm may be used to define a wide variety of geomagnetic indices (such as Ak, Dst, or AE).
Kim, Roksoon;Park, Jongyeob;Baek, Jihye;Kim, Bogyeung
천문학회보
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제42권1호
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pp.41.1-41.1
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2017
It is well known that there are good relations of coronal hole (CH) parameters such as the size, location, and magnetic field strength to the solar wind conditions and the geomagnetic storms. Especially in the minimum phase of solar cycle, CHs in mid- or low-latitude are one of major drivers for geomagnetic storms, since they form corotating interaction regions (CIRs). By adopting the method of Vrsnak et al. (2007), the Space Weather Research Center (SWRC) in Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) has done daily forecast of solar wind speed and Dst index from 2010. Through years of experience, we realize that the geomagnetic storms caused by CHs have different characteristics from those by CMEs. Thus, we statistically analyze the characteristics and causality of the geomagnetic storms by the CHs rather than the CMEs with dataset obtained during the solar activity was very low. For this, we examine the CH properties, solar wind parameters as well as geomagnetic storm indices. As the first result, we show the different trends of the solar wind parameters and geomagnetic indices depending on the degree of solar activity represented by CH (quiet) or sunspot number (SSN) in the active region (active) and then we evaluate our forecasts using CH information and suggest several ideas to improve forecasting capability.
Various attempts have been made to explain the: pronounced seasonal and universal time (UT) variations of geomagnetic indices. As one of such attempts, we analyze the hourly-averaged auroral electroject indices obtained during the past 20 years. The AU and AL indices maximize during summer and equinoctial months, respectively. By normalizing the contribution of the solar conductivity enhancement to the AU index, or to the eastward electrojet, it is found that the AU also follows the same semiannual variation pattern of the AL index, suggesting that the electric field is the main modulator of the semiannual magnetic variation. The fact that the variation pattern of the yearly-mean AU index follows the mirror image of the AL index provides another indication that the electric field is the main modulator of magnetic disturbance. The pronounced UT variations of the auroral electrojet indices are also noted. To determine the magnetic activity dependence, the probability of recording a given activity level of AU and AL during each UT is examined. The UT variation of the AL index, thus obtained, shows a maximum at around 1200-1800 UT and a minimum around 0000-0800 UT particularly during winter. It is closely associated with the rotation of the geomagnetic pole around the rotational axis, which results in the change of the solar-originated ionospheric conductivity distribution over the polar region. On the other hand the UT variation is prominent during disturbed periods, indicating that the latitudinal mismatch between the AE stations and the auroral electrojet belt is responsible for it. Although not as prominent as the AL index, the probability distribution of the AU also shows two UT peaks. We confirm that the Dst index shows more prominent seasonal variation than the AE indices. However, the UT variation of the Dst index is only noticeable during the main phase of a magnetic storm. It is a combined result of the uneven distribution of the Dst stations and frequent developments of the partial ring current and substorm wedge current preferentially during the main phase.
Korea Astronomy and Space Science Institute researchers have installed and operated magnetometers at Mt. Bohyun Observatory to measure the Earth's magnetic field variations in South Korea. We, in 2007, installed a fluxgate magnetometer (RFP-523C) to measure H, D, and Z components of the geomagnetic field. In addition, in 2009, we installed a Overhauser proton sensor to measure the absolute total magnetic field F and a three-axis magneto-impedance sensor for spectrum analysis. Currently three types of magnetometer data have been accumulated. In this paper, we provide the preliminary and the first statistical analysis using the BOH magnetometer installed at Mt. Bohyun Observatory. By superposed analysis, we find that daily variations of H, D, and Z shows similar tendency, that is, about 30 minutes before the meridian (11:28) a minimum appears and the time after about 3 hours and 30 minutes (15:28) a maximum appears. Also, a quiet interval start time (19:06) is near the sunset time, and a quiet interval end time (06:40) is near the sunrise time. From the sunset to the sunrise, the value of H has a nearly constant interval, that is, the sun affects the changes in H values. Seasonal variations show similar dependences to the sun. Local time variations show that noon region has the biggest variations and midnight region has the smallest variations. We compare the correlations between geomagnetic variations and activity indices as we expect the geomagnetic variation would contain the effects of geomagnetic activity variations. As a result, the correlation coefficient between H and Dst is the highest (r = 0.947), and other AL, AE, AU index and showed a high correlation. Therefore, the effects of geomagnetic storms and geomagnetic substorms might contribute to the geomagnetic changes significantly.
Solar variability is widely known to affect the interplanetary space and in turn the Earth's electromagnetical environment on the basis of common periodicities in the solar and geomagnetic activity indices. The goal of this study is twofold. Firstly, we attempt to associate modes by comparing a temporal behavior of the power of geomagnetic activity parameters since it is barely sufficient searching for common peaks with a similar periodicity in order to causally correlate geomagnetic activity parameters. As a result of the wavelet transform analysis we are able to obtain information on the temporal behavior of the power in the velocity of the solar wind, the number density of protons in the solar wind, the AE index, the Dst index, the interplanetary magnetic field, B and its three components of the GSM coordinate system, $B_X$, $B_Y$, $B_Z$. Secondly, we also attempt to search for any signatures of influence on the space environment near the Earth by inner planets orbiting around the Sun. Our main findings are as follows: (1) Parameters we have investigated show periodicities of ~ 27 days, ~ 13.5 days, ~ 9 days. (2) The peaks in the power spectrum of $B_Z$ appear to be split due to an unknown agent. (3) For some modes powers are not present all the time and intervals showing high powers do not always coincide. (4) Noticeable peaks do not emerge at those frequencies corresponding to the synodic and/or sidereal periods of Mercury and Venus, which leads us to conclude that the Earth's space environment is not subject to the shadow of the inner planets as suggested earlier.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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