Published July 4, 2015
| Version v1
Publication
Open
PCA analysis of the nighttime anomaly in far-from-geomagnetic pole regions from VTEC GNSS data
Description
Abstract The Weddell Sea Anomaly (WSA) is defined when the nighttime plasma density is greater than the daytime density in the area near the Weddell Sea, more specifically in the region limited by 50° S–70° S in latitude and 225° E–315° E in longitude. A similar ionospheric anomaly is also observed near the Okhotsk Sea in the northern hemisphere, and such a feature was named as Okhotsk Sea Anomaly (OSA). The objective of this work is to infer possible physical causes of the WSA and OSA phenomena. To that end, we applied the principal component analysis (PCA) technique to the vertical total electron content (VTEC) from global International GNSS Service (IGS) in order to analyze the temporal and spatial variations of the ionosphere during noon and night in far-from-magnetic pole regions, during a 3-year period at high (2000–2002) and low (2006–2008) solar activity conditions. The first mode of PCA applied on VTEC scattering represents on average the 93 % of the total VTEC variability. Thus, the PCA expansions up to mode 1 resulted enough to show WSA and OSA during summer solstices in both solar activity conditions, as well as WSA during spring equinox during low solar activity. Besides, the analysis of the temporal variations of these first modes should provide the interpretation of a probable physical explanation to the observed anomalies. We conclude that the main contributors to the anomalies should be a combination of the same physical mechanisms that explain annual variation and semiannual anomaly in that regions located far from the magnetic poles.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتم تعريف شذوذ بحر ويدل (WSA) عندما تكون كثافة البلازما ليلاً أكبر من كثافة النهار في المنطقة القريبة من بحر ويدل، وبشكل أكثر تحديدًا في المنطقة المحدودة بـ 50درجة جنوباً-70 درجة جنوباً في خط العرض و 225درجة شرقاً-315 درجة شرقاً في خط الطول. كما لوحظ وجود شذوذ مماثل في الغلاف الأيوني بالقرب من بحر أوخوتسك في نصف الكرة الشمالي، وقد سميت هذه الميزة باسم شذوذ بحر أوخوتسك (OSA). الهدف من هذا العمل هو استنتاج الأسباب المادية المحتملة لظاهرة WSA و OSA. ولتحقيق هذه الغاية، طبقنا تقنية تحليل المكونات الرئيسية (PCA) على محتوى الإلكترون الكلي الرأسي (VTEC) من الخدمة الدولية العالمية للنظم العالمية لسواتل الملاحة (IGS) من أجل تحليل الاختلافات الزمنية والمكانية للغلاف الأيوني خلال الظهر والليل في مناطق القطب البعيدة عن المغناطيسية، خلال فترة 3 سنوات في ظروف النشاط الشمسي العالية (2000–2002) والمنخفضة (2006–2008). يمثل النمط الأول من PCA المطبق على تشتت VTEC في المتوسط 93 ٪ من إجمالي تقلب VTEC. وبالتالي، فإن توسعات الأنيسول الخماسي الكلور حتى الوضع 1 أدت إلى إظهار منطقة غرب أفريقيا ومنطقة شرق أفريقيا خلال الانقلابات الصيفية في كل من ظروف النشاط الشمسي، وكذلك منطقة غرب أفريقيا خلال الاعتدال الربيعي أثناء النشاط الشمسي المنخفض. إلى جانب ذلك، يجب أن يوفر تحليل الاختلافات الزمنية لهذه الأنماط الأولى تفسيرًا للتفسير المادي المحتمل للشذوذ الملحوظ. نستنتج أن المساهمين الرئيسيين في الحالات الشاذة يجب أن يكونوا مزيجًا من نفس الآليات الفيزيائية التي تفسر التباين السنوي والشذوذ نصف السنوي في تلك المناطق الواقعة بعيدًا عن الأقطاب المغناطيسية.Translated Description (French)
Résumé L'anomalie de la mer de Weddell (WSA) est définie lorsque la densité du plasma nocturne est supérieure à la densité diurne dans la zone proche de la mer de Weddell, plus précisément dans la région limitée par 50° S–70° S en latitude et 225° E–315° E en longitude. Une anomalie ionosphérique similaire est également observée près de la mer d'Okhotsk dans l'hémisphère nord, et une telle caractéristique a été nommée Anomalie de la mer d'Okhotsk (OSA). L'objectif de ce travail est de déduire les causes physiques possibles des phénomènes WSA et OSA. À cette fin, nous avons appliqué la technique d'analyse en composantes principales (ACP) au contenu électronique total vertical (VTEC) du service mondial GNSS international (IGS) afin d'analyser les variations temporelles et spatiales de l'ionosphère à midi et à la nuit dans les régions éloignées des pôles magnétiques, pendant une période de 3 ans dans des conditions d'activité solaire élevée (2000–2002) et faible (2006–2008). Le premier mode de PCA appliqué sur la diffusion VTEC représente en moyenne les 93 % de la variabilité VTEC totale. Ainsi, les expansions de PCA jusqu'au mode 1 ont donné des résultats suffisants pour montrer WSA et OSA pendant les solstices d'été dans les deux conditions d'activité solaire, ainsi que WSA pendant l'équinoxe de printemps pendant la faible activité solaire. Par ailleurs, l'analyse des variations temporelles de ces premiers modes devrait fournir l'interprétation d'une explication physique probable aux anomalies observées. Nous concluons que les principaux contributeurs aux anomalies devraient être une combinaison des mêmes mécanismes physiques qui expliquent la variation annuelle et l'anomalie semestrielle dans les régions situées loin des pôles magnétiques.Translated Description (Spanish)
Resumen La Anomalía del Mar de Weddell (WSA) se define cuando la densidad del plasma nocturno es mayor que la densidad diurna en el área cercana al Mar de Weddell, más específicamente en la región limitada por 50° S–70° S en latitud y 225° E–315° E en longitud. Una anomalía ionosférica similar también se observa cerca del Mar de Ojotsk en el hemisferio norte, y tal característica fue nombrada como Anomalía del Mar de Ojotsk (Osa). El objetivo de este trabajo es inferir posibles causas físicas de los fenómenos WSA y Osa. Con ese fin, aplicamos la técnica de análisis de componentes principales (PCA) al contenido total de electrones verticales (VTEC) del Servicio Internacional de GNSS (IGS) global para analizar las variaciones temporales y espaciales de la ionosfera durante el mediodía y la noche en regiones polares alejadas del campo magnético, durante un período de 3 años en condiciones de actividad solar alta (2000–2002) y baja (2006–2008). El primer modo de PCA aplicado en la dispersión de VTEC representa en promedio el 93 % de la variabilidad total de VTEC. Por lo tanto, las expansiones de PCA hasta el modo 1 resultaron suficientes para mostrar WSA y Osa durante los solsticios de verano en ambas condiciones de actividad solar, así como WSA durante el equinoccio de primavera durante la baja actividad solar. Además, el análisis de las variaciones temporales de estos primeros modos debería proporcionar la interpretación de una explicación física probable de las anomalías observadas. Concluimos que los principales contribuyentes a las anomalías deben ser una combinación de los mismos mecanismos físicos que explican la variación anual y la anomalía semestral en aquellas regiones ubicadas lejos de los polos magnéticos.Files
s40623-015-0281-4.pdf
Files
(6.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:953097a68bddca122a324969ef4186fd
|
6.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل PCA للشذوذ الليلي في مناطق القطب البعيدة عن الجيومغناطيسي من بيانات VTEC GNSS
- Translated title (French)
- Analyse PCA de l'anomalie nocturne dans les régions polaires lointaines du géomagnétique à partir des données GNSS VTEC
- Translated title (Spanish)
- Análisis PCA de la anomalía nocturna en regiones de polos alejados de la geomagnética a partir de datos GNSS de VTEC
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1594519628
- DOI
- 10.1186/s40623-015-0281-4
References
- https://openalex.org/W1504061541
- https://openalex.org/W1524247963
- https://openalex.org/W1580521357
- https://openalex.org/W1965660015
- https://openalex.org/W1968867607
- https://openalex.org/W1976814035
- https://openalex.org/W1992491870
- https://openalex.org/W1996859389
- https://openalex.org/W1999322743
- https://openalex.org/W2010102438
- https://openalex.org/W2017627160
- https://openalex.org/W2032465187
- https://openalex.org/W2034207434
- https://openalex.org/W2041771889
- https://openalex.org/W2077062294
- https://openalex.org/W2080037329
- https://openalex.org/W2083396789
- https://openalex.org/W2084342464
- https://openalex.org/W2092235973
- https://openalex.org/W2093504263
- https://openalex.org/W2150398129
- https://openalex.org/W2151294131
- https://openalex.org/W4253168234