To better understand the physical processes that maintain the high-latitude lower thermospheric dynamics, we have identified relative contributions of the momentum forcing and the heating to the high-latitude lower thermospheric winds depending on the interplanetary magnetic field (IMF) and altitude. For this study, we performed a term analysis of the potential vorticity equation for the high-latitude neutral wind field in the lower thermosphere during the southern summertime for different IMF conditions, with the aid of the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEGCM). Difference potential vorticity forcing and heating terms, obtained by subtracting values with zero IMF from those with non-zero IMF, are influenced by the IMF conditions. The difference forcing is more significant for strong IMF $B_y$ condition than for strong IMF $B_z$ condition. For negative or positive $B_y$ conditions, the difference forcings in the polar cap are larger by a factor of about 2 than those in the auroral region. The difference heating is the most significant for negative IMF $B_z$ condition, and the difference heatings in the auroral region are larger by a factor of about 1.5 than those in the polar cap region. The magnitudes of the difference forcing and heating decrease rapidly with descending altitudes. It is confirmed that the contribution of the forcing to the high-latitude lower thermospheric dynamics is stronger than the contribution of the heating to it. Especially, it is obvious that the contribution of the forcing to the dynamics is much larger in the polar cap region than in the auroral region and at higher altitude than at lower altitude. It is evident that when $B_z$ is negative condition the contribution of the forcing is the lowest and the contribution of the heating is the highest among the different IMF conditions.
To better understand how high-latitude electric fields influence thermospheric dynamics, we study winds in the high-latitude lower thermosphere using the Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model of the National Center for Atmospheric Research (NCAR/TIEGCM). In order to compare with Wind Imaging Interferometer (WINDII) observations the model is run for the conditions of 1992-1993 southern summer. The association of the model results with the interplanetary magnetic field (IMF) is also examined to determine the influences of the IMF-dependent ionospheric convection on the winds. The wind patterns show good agreement with the WINDII observations, although the model wind speeds are generally weaker than the observations. It is confirmed that the influences of high-latitude ionospheric convection on summertime thermospheric winds are seen down to 105 km. For negative and positive IMF By the difference winds, with respect to the wind during null IMF conditions, show significantly strong anticyclonic and cyclonic vortices, respectively, down to 105 km. For positive IMF Bz the difference winds are largely confined to the polar cap, while for negative IMF Bz they extend to subauroral latitudes. The IMF Bz-dependent diurnal wind component is strongly correlated with the corresponding component of ionospheric convection velocity down to 108 km and is largely rotational. The influence of IMF By on the lower thermospheric summertime zonal-mean zonal wind is substantial at high latitudes, with maximum wind speeds being 60 m/s at 130 km around 77 magnetic latitude.
We revisit the 1.3-year (yr) signals observed on the Sun, in the interplanetary space, and in the Earth's magnetosphere to study the coupling among signals from the three regions for about forty years (1970--2007) covering three solar cycles 21, 22, and 23. For this, we make dynamic spectra of datasets including three different regions. From this, we estimate the peak frequency around 1.3 yr for each region and the corresponding band power. We found that coherent power only appears during 1987-1995 and the coherent behavior is found only in the interplanetary space and Earth, not in the Sun. Although the solar surface magnetic field shows significant power around 1.3 yr, their peak frequencies are statistically different from those of the outer regions, which make us to dismiss the existence of coherence among the three regions. But it is notable that the peaks in band power corresponding to the 1.3-yr period are clearly simultaneous in the interplanetary space and Earth.
Park, Jinhye;Bucik, R.;Moon, Yong-Jae;Kahler, S.W.
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.43
no.1
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pp.52.1-52.1
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2018
We investigate initial Fe/O enhancements for 44 large gradual solar energetic particles events from 2010 to 2014 and examine the associations of the Fe/O enhancements with the structures of the heliospheric current sheet (HCS). For this study, we use STEREO SIT Fe and O data in 0.32-0.45 MeV channel as well as ACE ULEIS Fe and O data in 0.32-0.64 MeV channel. We determine 1) the magnetic polarities of the SEP source regions using the potential field source surface (PFSS) model of the coronal field and 2) the spacecraft magnetic footpoints with Parker spiral approximation of interplanetary magnetic field using the in-situ measurements of STEREO and ACE. We find that 29 out of 44 events have initial Fe/O enhanced more than 5 times of the typical gradual event values. In the 6 events, the enhancements are simultaneously observed by two spacecraft. There is a tendency that the high Fe/O enhancements are observed near SEP source regions. It is also noted that the Fe/O enhancements are associated with the polarity of the magnetic footpoints. The high Fe/O enhancements are usually observed where their footpoints lie in the same polarity regions of SEP sources rather than the opposite polarity regions. Although Fe/O enhancements could be due to a transport effect and/or a flare contribution, our result implies that the structure of HCS is likely to affect particle propagations in the interplanetary space.
The response of the earth's magnetosphere to the variation of the solar wind parameters and Interplanetary magnetic field (IMF) has been stud}ed by using a high-resolution, three-dimension magnetohydrodynamic (MHD) simulation when the WIND data of velocity Vx, plasma density, dynamic pressure, By and Bz every 1 minute were used as input. Large electrojet and magnetic storm which occurred on October 21 and 22 are reproduced in the simulation (fig. 1). We have studied the energy transfer and tail reconnect ion in association with geomagnetic storms.
It is crucial to predict the variabilities of the near-earth space environment associated with the solar activity, which cause enormous socio-economic impacts on mankind. The geomagnetic storm prediction scheme adopted in this study is designed to predict such variabilities in terms of the geomagnetic indices, AE and Dst, the cross-polar cap potential difference, the energy dissipation rate over the polar ionosphere and associated temperature increase in the thermosphere. The prediction code consists of two parts; prediction of the solar wind and interplanetary magnetic field based upon actual flare observations and estimation of various electrodynamic quantities mentioned above from the solar wind-magnetosphere coupling function 'epsilon' which is derivable through the predicted solar wind parameters. As a test run, the magnetic storm that occurred in early November, 1993, is simulated and the results are compared with the solar wind and the interplanetary magnetic field measured by the Japanese satellite, Geotail, and the geomagnetic indices obtained from ground magnetic observatories. Although numerous aspects of the code are to be further improved, the comparison between the simulated results and the actual measurements encourages us to use this prediction scheme as the first appoximation in forecasting the disturbances of the near-earth space environment associated with solar flares.
Ji, E.Y.;Choi, B.K.;Kim, K.H.;Lee, D.H.;Cho, J.H.;Chung, J.K.;Park, J.U.
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.25
no.1
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pp.33-42
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2008
By analyzing the observations from a number of ground- and space-based instruments, including ionosonde, magnetometers, and ACE interplanetary data, we examine the response of the ionospheric TEC over Korea during 2003 magnetic storms. We found that the variation of vertical TEC is correlated with the southward turning of the interplanetary magnetic field $B_z$. It is suggested that the electric fields produced by the dynamo process in the high-latitude region and the prompt penetration in the low- latitude region are responsible for TEC increases. During the June 16 event, dayside TEC values increase more than 15%. And the ionospheric F2-layer peak height (hmF2) was ${\sim}300km$ higher and the vertical $E{\times}B$ drift (estimated from ground-based magnetometer equatorial electrojet delta H) showed downward drift, which may be due to the ionospheric disturbance dynamo electric field produced by the large amount of energy dissipation into high-latitude regions. In contrast, during November 20 event, the nightside TEC increases may be due to the prompt penetration westward electric field. The ionospheric F2-layer peak height was below 200km and the vertical $E{\times}B$ drift showed downward drift. Also, a strong correlation is observed between enhanced vertical TEC and enhaaced interplanetary electric field. It is shown that, even though TEC increases are caused by the different processes, the electric field disturbances in the ionosphere play an important role in the variation of TEC over Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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