Yukarı Atmosferde Joule Isınması Ve Manyetosferik Mikrofırtınalar: Bir Vaka Analizi

Abstract

Bu çalışmada, farklı yaklaşımlar kullanılarak mikrofırtınalar esnasında yukarı atmosferde meydana gelen Joule ısınması hesaplanmıştır. Kutup ışıkları spektrumları kullanılarak aynı günde oluşan iki manyetosferik mikrofırtına vakası seçilmiştir. Çalışmanın ana amacı bu miktofırtınalar esnasında manyetosfer ve iyonosfer ortamlarında meydana gelen fiziksel, dinamik ve geometrik değişimleri belirlemek ve bunlarla bağlantılı olarak iyonosferde meydana gelen Joule ısınmasını hesaplamaktır. Çalışmada üç farklı tip veri seti kullanılmıştır: yer jeomanyetik istasyonlarındaki manyetik alan ölçümlerinden hesaplanan AE indeksi, SuperDARN radarı elektrik alan gözlemleri ve manyetik kuyruk ve yere yakın uzay bölgelerindeki uydu gözlemleri. Joule ısınması değerleri, küresel AE indeksine dayanan istatistiksel yöntem, SuperDARN radar gözlemlerini kullanan yöntem, ve BATSRUS manyetohidrodinamik model verilerini kullanan yöntem ile hesaplanmıştır. Hesaplamalar sonucunda, farklılıklar joule ısınmasının maksimum değerlerinde ve bu maksimum değerin oluştuğu zaman tahminlerinde görülmüştür. Küresel AE indeksinin en yüksek Joule ısınması değerini verdiği görülmüştür. Batsrus modeli ile elde edilen maksimum joule ısınması değerleri karşılaştırıldığında, AE yöntemi ile aynı mertebede olduğu ancak maksimum değerlerin oluştuğu zamanların yaklaşık yarım saat önce olduğu görülmüştür. SuperDARN radarının iyonosferik elektrik alanı ve IRI2007 iyonosferik iletkenlik verileri kullanılarak bulunan Joule ısınması değerlerinin ise birinci mikrofırtınada mertebe olarak diğer iki yöntemle uyumlu olduğu, ikinci fırtınada ise yüksek tahminler verdiği görülmüştür. Joule ısınması artış zamanlarında yine yarım saatlik bir erkene kayma durumu vardır. Çalışmamızda özellikle SuperDARN ve BATSRUS modellerinde görülen maksimum joule ısınmasındaki mertebe ve zamana ait farklılıkların oluşmasında mikrofırtınalar esnasında manyetosferik kuyrukta meydana gelen dinamik olayların etkili olduğu tartışılmaktadır. Bununla ilişkili olarak manyetik kuyruk ve yere yakın uzay çevresindeki uydu gözlemleri sunulmuş ve mikrofırtınaların dinamiği çerçevesinde incelenmiştir.

In this study, upper atmospheric Joule heating during the magnetospheric substorms was investigated using various approaches for the purpose of indicating the differences and commenting on the physical and/or dynamical reasons behind the differences. Two substorms occurring on the same day have been selected to study the substorm related variations in the ionosphere, in the near-Earth and mid- magnetotail. The ground based magnetometer, radar, and spacecraft data have been analyzed to depict the physical and dynamical changes in these domains resulting from the substorm dynamics, which eventually tied to the solar wind-magnetosphere-ionosphere coupling. We investigate the joule heating using three types of observations: ground based index measurements, SuperDARN radar electric field measurements, and BATSRUS magnetohydrodynamic model data. Differences have been found on the magnitude and the time of the peak Joule heating rates. We see that while the magnitude of the peak joule heating from global AE index based method and BATSRUS model are similar, and the highest, on the order of 1011 W/m2, the timing of the peak in BATSRUS results occurs by about half an hour earlier. On the other hand, while giving comparable magnitudes and timing for the first substorm, the calculations using SuperDARN electric field with IRI2007 conductivities overestimate the joule heating in the second substorm also with half an hour early peak value. The spacecraft observations on the magnetic field geometry and the dynamics of the magnetotail during this substorm have been presented and discussed in relation to the substorm dynamics and associated Joule heating.