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

Freinage satellites Communications Localisations Dudok de Wit- 2001

La thermosphère est un lieu priviligié de la dissipation de l’énergie d’un évènement solaire Knipp et al. 2004

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

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

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 l’activité magnétique. JB2008 doit être inclut dans les modèles standards de référence et normes ISO sans aucune validation par la communauté internationale.

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 l’ionosphère 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 l’amplitude des orages moyen: La mesure du freinage atmosphérique du satellite géodésique CHAMP par l’accéléromètre STAR donne accès à la densité totale.

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

Observations de la densité totale vers 400km d’altitude 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. TOTAL MASS DENSITY at the satellite altitude (10-12 kg/m3) and its projection on the first component of the SVD analysis Reference model: NRLMSISE-00 with MgII and Ap=4

- Variations avec le flux solaire Le cycle de 27 jours n’est pas correctement modélisé

- Variations avec l’activité magnétique Disturbance coefficient = Observed thermospheric coefficient Reference thermospheric coefficient

Comparaison avec les modèles: résultats statistiques Low Solar flux High Solar flux Day time: 10h <LT<18h Night time: 22h< LT< 6h Data Model NRLMSISE-00 JB2006 NRLMSISE-00 JB2006 High solar flux Day-time 0.99 0.51 Night-time 1.10 0.78 Low solar flux Day-time 1.41 0.72 Night-time 1.50 0.88 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

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

Phase of the thermosphere disturbances Day-time Night-time 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.

Nouveaux indices géomagnétiques 1 5 4 3 2 1 - Meilleure résolution spatiale: “Longitude sector indices” - Meilleure résolution temporelle: Indices alpha basés sur la moyenne quadratique de l’activité magnétique irrégulière sur 15 minutes à 3 heures. Des indices préliminaires seront calculés avec un délai minimum (24heures) par le services des indices (du LATMOS). Indices basés sur la moyenne quadratique de l’activité irrégulière Réseau : stations du réseau am équipées de magnétomètres numériques Variations irrégulières estimées à l’aide d’un algorithme sélectionné par IAGA Indices hémiphériques an(t) and as(t) Indices planétaires am(t) et aa(t) aj(t) = a(Si,t) moyenné sur le secteur j Indices sectoriels al(t)

What do geomagnetic indices monitor ? ap 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 Polar Cap (PC) index (1-minute basis): Network: one near-pole observatory in each hemisphere representative for the magnitude of the transpolar potentiel. Donner en 10 mots une définition physique des indices avec les phrases du bas sur une autre planche PC = proxy du potentiel transpolaire SYM-H: DST à 1mn (ring current) ASY-H: proxy of non-axysymetric part of the ring current. SYM-H 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.

Sorties de TRANSCAR Exemple: 16-17 February 1997 densité électronique températures electroniques et ioniques vitesse ionique composition ionique TEC, hmF2, NmF2 Rayonnement Oxygène Atomique Directement comparable avec les données EISCAT/ESR Exemple: 16-17 February 1997 EISCAT UHF (//B) TRANSCAR + AMIE (After Blelly et al. 2005)