Atmosphärische Ionisation während Substorm-Aktivität (AISStorm)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ionisierung der Atmosphäre durch Teilcheneinfall ist eine wichtige Quelle von Stickoxiden und Hydroxylgruppen, die die Ozonchemie beeinflussen und somit die Chemie und Dynamik der Atmosphäre verändern. Während sich die frühen lonisierungsmodelle auf solare Teilchen konzentrierten, die die untere Atmosphäre ionisieren, wurde der Höhenbereich von Klimamodellen und atmosphärischen lonisierungsmodellen stetig erweitert und umfasst seit einiger Zeit auch die Thermosphäre. Dadurch wurde auch die untere Teilchenenergie-Schwelle der lonisationsmodelle gesenkt, um Aurora-Teilchen zu berücksichtigen. lonisationsmodelle litten bislang unter erheblichen Einschränkungen. Vor allem der magnetosphärische Teilcheneinfall findet nicht gleichmäßig im Polarlichtoval statt, sondern hängt von einer sehr lokal begrenzten Substurmaktivität ab. Obwohl die Substürme kürzlich von der THEMIS-Mission im Detail untersucht wurden, wurde die daraus resultierende atmosphärische Ionisierung nicht auf globaler Ebene untersucht. Folglich sollte dieses Projekt die Auswirkungen der Aktivität von Substürmen auf die atmosphärische Ionisierung untersuchen. Das Projekt sollte auch ein atmosphärisches lonisationsmodell liefern, das die Aktivität von Substürmen berücksichtigt. Während sich der vorgeschlagene Aufbau ausschließlich auf Magnetometermessungen stützt, um die Aktivität der Substürme und den nachfolgenden Teilcheneinfall zu bestimmen, umfasst der endgültige Aufbau Partikelmessungen und den SML-lndex als Indikator für die Aktivität der Substürme. Während der Haupteinfluss eines Substurms erwartungsgemäß mit nächtlichem Partikeleinfall verbunden ist, konzentriert sich der niederenergetische Einfluss fast ausschließlich auf die Tagseite und verschiebt sich um einige Grad in Richtung Äquator. Die stärkste Auswirkung des Substurms auf die lonisationsmodellierung ist jedoch mit dem hochenergetischen Elektroneneinfall verbunden. Hier ist das Einfallsmuster zwischen keinem Substurm und Substurmaktivität völlig unterschiedlich. Hochenergetische Elektronen fallen hauptsächlich in der tagesseitigen Atmosphäre ein, während die Substurmaktivität den nachtseitigen Einfall in einem relativ engen magnetischen Lokalzeitbereich verstärkt. Folglich können lonisationsmodelle ohne explizite Behandlung von Substürmen die starke Dynamik, die mit einzelnen Substürmen verbunden ist, nicht darstellen und versagen typischerweise bei der Abschätzung der atmosphärischen Ionisation in magnetisch relativ ruhiger Zeit, während dieses Modell die Dynamik der Substürme korrekt darstellt. Da der Beginn eines magnetischen Sturms auch oft mit hoher Substurmaktivität zusammenhängt, ist die Ionisierung auch zu aktiveren Perioden stark erhöht, was in Übereinstimmung mit Satellitenbeobachtungen ist. Das entwickelte Modell AISstorm ist öffentlich zugänglich und kann für beliebige Setups verwendet werden, um langfristige lonisationsraten mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu liefern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Particle precipitation: How the spectrum fit impacts atmospheric chemistry. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 149, 191-206.
Wissing, J.M.; Nieder, H.; Yakovchouk, O.S. & Sinnhuber, M.
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Magnetic local time asymmetries in precipitating electron and proton populations with and without substorm activity. Annales Geophysicae, 37(6), 1063-1077.
Yakovchuk, Olesya & Wissing, Jan Maik
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HEPPA III Intercomparison Experiment on Electron Precipitation Impacts: 1. Estimated Ionization Rates During a Geomagnetic Active Period in April 2010. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127(1).
Nesse, Tyssøy H.; Sinnhuber, M.; Asikainen, T.; Bender, S.; Clilverd, M. A.; Funke, B.; van de Kamp, M.; Pettit, J. M.; Randall, C. E.; Reddmann, T.; Rodger, C. J.; Rozanov, E.; Smith‐Johnsen, C.; Sukhodolov, T.; Verronen, P. T.; Wissing, J. M. & Yakovchuk, O.
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Heppa III Intercomparison Experiment on Electron Precipitation Impacts: 2. Model‐Measurement Intercomparison of Nitric Oxide (NO) During a Geomagnetic Storm in April 2010. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 127(1).
Sinnhuber, M.; Nesse, Tyssøy H.; Asikainen, T.; Bender, S.; Funke, B.; Hendrickx, K.; Pettit, J. M.; Reddmann, T.; Rozanov, E.; Schmidt, H.; Smith‐Johnsen, C.; Sukhodolov, T.; Szeląg, M. E.; van de Kamp M.; Verronen, P. T.; Wissing, J. M. & Yakovchuk, O. S.
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Energetic Particle Precipitation Influence on Tidal Variations of Thermosphere Parameters in September 2017. Atmosphere, 14(5), 829.
Bessarab, Fedor S.; Borchevkina, Olga P.; Karpov, Ivan V.; Klimenko, Vladimir V.; Klimenko, Maxim V.; Yakovchuk, Olesya S.; Wissing, Jan Maik & Rozanov, Eugene V.
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Impact of chlorine ion chemistry on ozone loss in the middle atmosphere during very large solar proton events. Atmospheric Chemistry and Physics, 23(20), 12985-13013.
Borthakur, Monali; Sinnhuber, Miriam; Laeng, Alexandra; Reddmann, Thomas; Braesicke, Peter; Stiller, Gabriele; von Clarmann, Thomas; Funke, Bernd; Usoskin, Ilya; Wissing, Jan Maik & Yakovchuk, Olesya
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Polar particle flux distribution and its spatial extent. Journal of Space Weather and Space Climate, 13(2023), 9.
Yakovchuk, Olesya & Wissing, Jan Maik
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Subauroral Crosstalk in POES/Metop TED proton channels.
Wissing, Jan Maik & Yakovchuk, Olesya
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The impact of an extreme solar event on the middle atmosphere: a case study. Atmospheric Chemistry and Physics, 23(12), 6989–7000.
Reddmann, Thomas; Sinnhuber, Miriam; Wissing, Jan Maik & Yakovchuk, Olesya & Usoskin, Ilya
