Delayed response of the ionosphere to solar EUV variability (DRIVAR)

• Applicants: Dr. Jens Berdermann; Professor Dr. Christoph Jacobi
• Subject Area: Atmospheric Science
• Term: from 2016 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 299263646

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Thermosphärische und ionosphärische Prozesse reagieren verzögert auf die Variationen der solaren UV- und EUV-Strahlung und werden stark von Änderungen des Sonnenwindes beeinflusst. Die Kopplung von Prozessen in der Magnetosphäre, Thermosphäre und Ionosphäre ist entscheidend für die daraus entstehenden Trends der ionosphärischen Verzögerung, die durch diese komplexen Wechselwirkungen angetrieben werden. Im Rahmen des Projektes wurde die ionosphärische Verzögerung mit Berechnungen in stündlicher Auflösung auf der Grundlage von solaren EUV-Flussdaten und Daten verschiedener ionosphärischer Parameter untersucht. Die Korrelationen zwischen der solaren und geomagnetischen Aktivität mit der ionosphärischen Verzögerung wurden detailliert in Hinblick auf jahreszeitliche und räumliche Schwankungen charakterisiert. Eine ionosphärische Verzögerung zwischen etwa 10 und 27 h wird durch mehrere Analysen ermittelt. Die Ergebnisse wurden zudem mit Berechnungen des Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model (TIE-GCM) verglichen. Dadurch konnte die Rolle einzelner Prozesse (Ionisation, Rekombination, Transportprozesse, etc.) ermittelt werden. Die Projektergebnisse basieren auf der Auswertung vielfältiger Beobachtungsdaten sowie Modellläufen. Sie liefern wichtige Beiträge zur Diskussion der physikalischen und chemischen Prozesse, welche die ionosphärische Verzögerung verursachen. Die Ergebnisse bestätigen das Ungleichgewicht von Ionenproduktion und -verlust als primäre Ursache für die verzögerte ionosphärische Reaktion. Die folgenden Ergebnisse des Projektes DRIVAR sind von entscheidender Bedeutung: Der Trend der ionosphärischen Verzögerung in den mittleren Breiten wird von Januar 2011 bis Dezember 2016 in stündlicher Auflösung charakterisiert. - Die ionosphärische Verzögerung hängt von Änderungen der Sonnenaktivität ab (z.B. 11-jähriger Sonnenzyklus, 27-tägige Sonnenrotationsperiode). Das Ungleichgewicht von Ionenproduktion und - verlust in der oberen Atmosphäre ist der Hauptprozess, der diese Beziehung verursacht. - Die ionosphärische Verzögerung hängt mit langfristigen geomagnetischen Aktivitätsänderungen zusammen. Modellsimulationen deuten an, dass Temperaturanstiege und Windveränderungen die treibende Kraft für diese Beziehung sind. - Die Kombination aus Sonnenaktivität und Änderungen des Sonnenabstandwinkels verursacht jahreszeitliche und räumliche Schwankungen der ionosphärischen Verzögerung in den mittleren Breiten. - Der Einfluss weiterer Prozesse in hohen (z.B. Eindringen von Partikeln des Sonnenwindes) und niedrigen Breiten (z.B. Störungen in der äquatorialen Ionosphäre) auf die ionosphärische Verzögerung wird in globalen Karten aufgezeigt.

Publications

• Delayed response of the ionosphere to solar EUV variability. Advances in Radio Science, Vol. 16. 2018, pp. 149–155.
  Schmölter, E., J. Berdermann, N. Jakowski, C. Jacobi, and R. Vaishnav
  
• Ionospheric response to solar EUV variations: Preliminary results. Advances in Radio Science, Vol. 16. 2018, pp. 157–165.
  Vaishnav, R., C. Jacobi, J. Berdermann, E. Schmölter, and M. Codrescu
  
• Long-term trends in the ionospheric response to solar extreme-ultraviolet variations. Annales Geophysicae (ANGEO) , Vol. 37. 2019, Issue 6, pp. 1141–1159.
  Vaishnav, R., C. Jacobi, and J. Berdermann
  
• Spatial and seasonal eects on the delayed ionospheric response to solar EUV changes. Annales Geophysicae (ANGEO), Vol. 38. 2020, issue 1, pp. 149–162.
  Schmölter, E., J. Berdermann, N. Jakowski, and C. Jacobi
  
• Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: comparison based on CTIPe model simulations and satellite measurements. Annales Geophysicae, Vol. 39. 2021, pp. 341–355.
  Vaishnav, R., E. Schmölter, C. Jacobi, J. Berdermann, M. Codrescu
  
• Role of eddy diusion in the delayed ionospheric response to solar ux changes. Annales Geophysicae (ANGEO) , Vol. 39. 2021, Issue 4, pp. 641–655.
  Vaishnav, R., C. Jacobi, J. Berdermann, M. Codrescu, and E. Schmölter
  
• Study of the upper transition height using ISR observations and IRI predictions over Arecibo. Advances in Space Research, Vol. 68. 2021, Issue 5, pp. 2177-2185.
  Vaishnav, R., Y. Jin, Md. G. Mostafa, S. R. Aziz, S.-R. Zhang, and C. Jacobi
  
• Delayed ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: A modeling approach. Advances in Space Research, Vol. 69. 2022, Issue 6, pp. 2460-2476.
  Vaishnav, R., C. Jacobi, J. Berdermann, E. Schmölter, and M. Codrescu