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Météorologie de lEspace: Le système Ionosphère-Thermosphère Chantal Lathuillère – Janvier 2009 -Paris Contexte Etudes au PNST - la thermosphère.

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1 Météorologie de lEspace: Le système Ionosphère-Thermosphère Chantal Lathuillère – Janvier Paris Contexte Etudes au PNST - la thermosphère

2 Dudok de Wit Freinage satellites Communications Localisations

3 La thermosphère est un lieu priviligié de la dissipation de lénergie dun évènement solaire Knipp et al. 2004

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6 Les processus physiques sont relativement bien connus et décrits : - modélisation physique de lionosphère - modèle de circulation générale (GCM) du système ionosphère-thermosphère Mais les entrées dénergie et de quantité de mouvement dans le système ne le sont pas (résolution spatiale et temporelle) - Utilisation de proxis, de modèles empiriques Le système Ionosphère - Thermosphère

7 Modélisation Ionosphérique TRANSCAR CESR / LPG / LPCE modèle global de convection magnétosphérique IMM

8 Modélisation semi-empirique de la Thermosphère Développement en harmonique sphérique Variables: Lat, Long Date et LT: variations annuelles à ter-diurnes Flux solaire: F10.7 et l'activité magnétique: Ap ou Kp. 120 km Modèles récents: NRLMSISE-00, DTM2000, JB2006 et JB2008 Utilisation de nouveaux indices pour le flux solaire et lactivité magnétique. JB2008 doit être inclut dans les modèles standards de référence et normes ISO sans aucune validation par la communauté internationale.

9 Activités au sein du PNST: - Groupe GMI: du Soleil à la Terre Orage de mai 2003 recherche de paramètres pertinents pour décrire et comparer les évènements - Modélisation du flux solaire EUV - Modélisation physique de lionosphère et confrontation avec des données en particulier celles des radars EISCAT - Participation au Groupe de travail Thermosphère (initiative du GRGS/CNES) but: un nouveau modèle thermosphérique DTM amélioration de la description de la phase et de lamplitude des orages moyen: La mesure du freinage atmosphérique du satellite géodésique CHAMP par laccéléromètre STAR donne accès à la densité totale.

10 CME of 14 August 2003 Storm of 18 August : DST=-148 (Zhang et al. 2007) speed : 378 km/s CHAMP: Density along the orbit at about 400 km altitude 3 days in August 2003

11 Observations de la densité totale vers 400km daltitude TOTAL MASS DENSITY at the satellite altitude ( kg/m 3 ) and its projection on the first component of the SVD analysis 10 LT Reference model: NRLMSISE-00 with MgII and Ap=4 Projection on the first component : large scale spatial variations are captured by the first principal component time variations are captured by the associated projection coefficient: C1.

12 - Variations avec le flux solaire Le cycle de 27 jours nest pas correctement modélisé

13 - Variations avec lactivité magnétique Disturbance coefficient = Observed thermospheric coefficient Reference thermospheric coefficient

14 Comparaison avec les modèles: résultats statistiques NRLMSISE-00 JB2006 High solar flux Day-time Night-time Low solar flux Day-time Night-time Assuming a linear fit between CHAMP disturbances and predicted ones, it is possible to assess the underestimation (or overestimation) of the disturbances by the models, for activity levels up to kp = 6 Low Solar flux High Solar flux Day time: 10h

15 Champ day time data Champ night time data NRLMSISE-00 prediction JB2006 prediction LT Comparaison avec les modèles: évènements importants Problèmes damplitude et de phase de la perturbation

16 Phase of the thermosphere disturbances Day-t i meNight-t i me Disturbances occurs often slightly later on the night side than on the day side of the Earth. They may also occur later in the evening sector than in the morning sector. These phase differences can not be described using 3-hour indices.

17 Nouveaux indices géomagnétiques Meilleure résolution spatiale: Longitude sector indices - Meilleure résolution temporelle: Indices alpha basés sur la moyenne quadratique de lactivité magnétique irrégulière sur 15 minutes à 3 heures. Indices basés sur la moyenne quadratique de lactivité irrégulière Réseau : stations du réseau am équipées de magnétomètres numériques Variations irrégulières estimées à laide dun algorithme sélectionné par IAGA Indices hémiphériques n( ) and s( ) Indices planétaires m( ) et a( ) j (t) (S i,t) moyenné sur le secteur j Indices sectoriels ( ) Des indices préliminaires seront calculés avec un délai minimum (24heures) par le services des indices (du LATMOS).

18 What do geomagnetic indices monitor ? Polar Cap (PC) index (1-minute basis): Network: one near-pole observatory in each hemisphere representative for the magnitude of the transpolar potentiel. Dst (1-h basis) and SYM-H (1-minute basis) indices: network: low and mid latitude observatories evenly distributed in longitude monitors the axi-symmetric part of the magnetospheric currents, including mainly the ring current, but also the magnetopause Chapman-Ferraro current. am and ap planetary indices (3-hour basis) : network: subauroral latitude observatories. The am network s evenly distributed in longitude in both hemispheres. representative for the overall average energetic state of the magnetosphere. Longitude sector indices (3-hour basis) : subsets of the am network. representative for the magnetic activity in given longitude sector at given LT. am ap SYM-H

19 Sorties de TRANSCAR densité électronique températures electroniques et ioniques vitesse ionique composition ionique TEC, hmF2, NmF2 Rayonnement Oxygène Atomique Directement comparable avec les données EISCAT/ESR (After Blelly et al. 2005) Exemple: February 1997 EISCAT UHF (//B) TRANSCAR + AMIE


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