【大氣資料分析】The Effect of Geomagnetic Storm on Ionospheric TEC 磁暴對電離層全電子含量的影響

tags: 大氣資料分析 Dagik Earth

Common 先修知識

• GIM-TEC：GIM TEC的變化圖 - colormap, colorbar, caxis 的應用
• GPS-TEC：GPS-TEC 的資料取得、轉換，並繪製變化圖
• GIMTEC 與 GPSTEC 比較：GIMTEC 與 GPSTEC 比較
• Dagik Earth：Dagik Earth 四次元數位地球儀展示系統

Outline 大綱

• Introduction：簡介磁暴
  • Halloween Storms of 2003
• Comparison：比較磁暴前後的 TEC 變化量
  • 磁暴前一天 vs 磁暴當天
  • GPSTEC
  • GIMTEC

Introduction 簡介

Geomagnetic Storm 磁暴

• 造成磁暴的行星際物質擾動可能源自太陽的日冕物質拋射（CME），或是太陽表面弱磁場區域太陽風生成的共轉交互作用區（CIR）。磁暴的頻率隨著太陽黑子週期變動。在太陽極大期，CME導致的磁暴較為常見。太陽表面閃焰與CME次數增加，輻射出X射線、紫外線、可見光及高能量的質子和電子束。而在太陽極小期，則是以CIR導致的磁暴為主。

  

• 磁暴是太陽風震波或磁雲與地球磁場交互作用所引起的地球磁層擾動。太陽風的磁場與地球磁場交互作用，並將增加的能量轉移到磁層中，導致通過地球磁層的電漿體增加（由磁層內增加的電場驅動），以及磁層和電離層中的電流增加。

  

• 地球運轉的位置若恰好面向的日冕拋射物時，就會發生磁暴

  

Ring Current 環形電流

• 為了紓解大量流入電離層的磁暴電流，形成一環繞地球赤道面的環形電流，減緩電離層承擔的磁暴電流

• 由於環形電流是順時針方向的電流，產生的感應磁場與地球磁場方向相反，因此地面上的觀測會發現地球磁場衰減

• 科學家利用4個建置於赤道的磁力計觀測磁場變化，Dst指數越小，表示太陽磁爆越大，灌進電離層的電流越大

  

Halloween Storms of 2003 萬聖節磁暴

• 日期：2003/10/29，Day：302

• 衛星系統、GPS和通信受到影響

• 瑞典發生一小時的停電，並且導致許多高緯度飛機航班延誤及取消

  

Dst (Disturbance Storm Time) Index

• 一般：-20~20 nT
• 磁暴：小於 -50 nT
• 超級磁暴：小於 -250 nT

Equatorial Ionization Anomaly 赤道異常區

• 超級磁暴：造成赤道電離層劇烈抬升，產生赤道超級噴泉

• 赤道超級噴泉，會使得赤道異常區從低緯度擴大到中高緯度

  

Comparison：比較磁暴前後的 TEC 變化量

• 磁暴發生時首當其衝的是南亞及東南亞地區
• 影響範圍隨時間西移，並且在中美地區達到最大值

GPS-TEC

	作圖
301 磁暴前
302 磁暴

Dagik Earth + GPS-TEC

	作圖
301 磁暴前
302 磁暴

GIM-TEC

	作圖
301 磁暴前
302 磁暴

Dagik Earth + GIM-TEC

Reference 參考資料

1. 維基百科：https://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_storm
2. Geomagnetic Equatorial Dst index：http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dstdir/
3. GPSTEC資料來源：http://sopac.ucsd.edu/orbits.shtml
4. GIMTEC資料來源：ftp://ftp.aiub.unibe.ch/CODE
5. 高層大氣科學 上課講義
6. 太空天氣 上課講義