Published December 14, 2022 | Version v1
Publication Open

Ionospheric response modeling under eclipse conditions: Evaluation of 14 December 2020, total solar eclipse prediction over the South American sector

Creators

  • 1. Universidad Adventista de Chile
  • 2. University of Concepción
  • 3. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
  • 4. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 5. National University of Tucumán
  • 6. National Institute for Space Research
  • 7. University of Chile
  • 8. National Technological University
  • 9. Pontifical Catholic University of Peru
  • 10. University of La Serena
  • 11. University of Santiago Chile

Description

In this work, we evaluate the SUPIM-INPE model prediction of the 14 December 2020, total solar eclipse over the South American continent. We compare the predictions with data from multiple instruments for monitoring the ionosphere and with different obscuration percentages (i.e., Jicamarca, 12.0°S, 76.8°W, 17%; Tucumán 26.9°S, 65.4° W, 49%; Chillán 36.6°S, 72.0°W; and Bahía Blanca, 38.7°S, 62.3°W, reach 95% obscuration) due to the eclipse. The analysis is done under total eclipse conditions and non-total eclipse conditions. Results obtained suggest that the model was able to reproduce with high accuracy both the daily variation and the eclipse impacts of E and F1 layers in the majority of the stations evaluated (except in Jicamarca station). The comparison at the F2 layer indicates small differences (<7.8%) between the predictions and observations at all stations during the eclipse periods. Additionally, statistical metrics reinforce the conclusion of a good performance of the model. Predicted and calibrated Total Electron Content (TEC, using 3 different techniques) are also compared. Results show that, although none of the selected TEC calibration methods have a good agreement with the SUPIM-INPE prediction, they exhibit similar trends in most of the cases. We also analyze data from the Jicamarca Incoherent Scatter Radar (ISR), and Swarm-A and GOLD missions. The electron temperature changes observed in ISR and Swarm-A are underestimated by the prediction. Also, important changes in the O/N2 ratio due to the eclipse, have been observed with GOLD mission data. Thus, future versions of the SUPIM-INPE model for eclipse conditions should consider effects on thermospheric winds and changes in composition, specifically in the O/N2 ratio.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذا العمل، نقوم بتقييم التنبؤ بنموذج SUPIM - INPE لكسوف الشمس الكلي فوق قارة أمريكا الجنوبية في 14 ديسمبر 2020. نقارن التنبؤات ببيانات من أدوات متعددة لرصد الأيونوسفير وبنسب غموض مختلفة (أي، Jicamarca، 12.0°S، 76.8 ° W، 17 ٪ ؛ Tucumán 26.9 ° S، 65.4° W، 49 ٪ ؛ Chillán 36.6°S، 72.0°W ؛ و Bahía Blanca، 38.7°S، 62.3°W، تصل إلى 95 ٪ غموض) بسبب الكسوف. يتم التحليل في ظل ظروف الكسوف الكلي وظروف الكسوف غير الكلي. تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى أن النموذج كان قادرًا على التكاثر بدقة عالية لكل من الاختلاف اليومي وتأثيرات الكسوف لطبقات E و F1 في غالبية المحطات التي تم تقييمها (باستثناء محطة Jicamarca). تشير المقارنة في طبقة F2 إلى اختلافات صغيرة(< 7.8%) بين التنبؤات والملاحظات في جميع المحطات خلال فترات الكسوف. بالإضافة إلى ذلك، تعزز المقاييس الإحصائية استنتاج الأداء الجيد للنموذج. كما تتم مقارنة إجمالي محتوى الإلكترون المتوقع والمعاير (TEC، باستخدام 3 تقنيات مختلفة). تظهر النتائج أنه على الرغم من عدم وجود اتفاق جيد بين أي من طرق معايرة TEC المختارة وتنبؤ SUPIM - INPE، إلا أنها تظهر اتجاهات مماثلة في معظم الحالات. نقوم أيضًا بتحليل البيانات من رادار جيكاماركا المتناثر غير المترابط (ISR)، ومهام Swarm - A و GOLD. يتم التقليل من شأن التغيرات في درجة حرارة الإلكترون التي لوحظت في ISR و Swarm - A من خلال التنبؤ. كما لوحظت تغيرات مهمة في نسبة O/N2 بسبب الكسوف، مع بيانات مهمة الذهب. وبالتالي، يجب أن تأخذ الإصدارات المستقبلية من نموذج SUPIM - INPE لظروف الكسوف في الاعتبار التأثيرات على رياح الغلاف الجوي الحراري والتغيرات في التكوين، وتحديدًا في نسبة O/N2.

Translated Description (French)

Dans ce travail, nous évaluons la prédiction du modèle SUPIM-INPE de l'éclipse solaire totale du 14 décembre 2020 sur le continent sud-américain. Nous comparons les prédictions avec les données de plusieurs instruments de surveillance de l'ionosphère et avec différents pourcentages d'obscurcissement (c.-à-d. Jicamarca, 12,0°S, 76,8°O, 17 % ; Tucumán 26,9°S, 65,4° O, 49 % ; Chillán 36,6°S, 72,0°O ; et Bahía Blanca, 38,7°S, 62,3°O, atteignent 95 % d'obscurcissement) en raison de l'éclipse. L'analyse est effectuée dans des conditions d'éclipse totale et dans des conditions d'éclipse non totale. Les résultats obtenus suggèrent que le modèle a pu reproduire avec une grande précision à la fois la variation quotidienne et les impacts d'éclipse des couches E et F1 dans la majorité des stations évaluées (sauf à la station de Jicamarca). La comparaison au niveau de la couche F2 indique de petites différences (<7,8 %) entre les prédictions et les observations à toutes les stations pendant les périodes d'éclipse. De plus, les mesures statistiques renforcent la conclusion d'une bonne performance du modèle. La teneur totale en électrons prédite et étalonnée (TEC, en utilisant 3 techniques différentes) est également comparée. Les résultats montrent que, bien qu'aucune des méthodes d'étalonnage TEC sélectionnées ne soit en bon accord avec la prédiction SUPIM-INPE, elles présentent des tendances similaires dans la plupart des cas. Nous analysons également les données des missions Jicamarca Incoherent Scatter Radar (ISR), Swarm-A et GOLD. Les changements de température des électrons observés dans ISR et Swarm-A sont sous-estimés par la prédiction. En outre, des changements importants dans le rapport O/N2 en raison de l'éclipse ont été observés avec les données de la mission GOLD. Ainsi, les futures versions du modèle SUPIM-INPE pour les conditions d'éclipse devraient tenir compte des effets sur les vents thermosphériques et des changements de composition, en particulier dans le rapport O/N2.

Translated Description (Spanish)

En este trabajo, evaluamos la predicción del modelo SUPIM-INPE del 14 de diciembre de 2020, eclipse solar total sobre el continente sudamericano. Comparamos las predicciones con datos de múltiples instrumentos de monitoreo de la ionosfera y con diferentes porcentajes de oscurecimiento (es decir, Jicamarca, 12.0°S, 76.8°O, 17%; Tucumán 26.9°S, 65.4° O, 49%; Chillán 36.6°S, 72.0°O; y Bahía Blanca, 38.7°S, 62.3°O, alcanzan el 95% de oscurecimiento) debido al eclipse. El análisis se realiza en condiciones de eclipse total y en condiciones de eclipse no total. Los resultados obtenidos sugieren que el modelo fue capaz de reproducir con alta precisión tanto la variación diaria como los impactos de eclipse de las capas E y F1 en la mayoría de las estaciones evaluadas (excepto en la estación de Jicamarca). La comparación en la capa F2 indica pequeñas diferencias (< 7,8%) entre las predicciones y las observadas en todas las estaciones durante los periodos del eclipse. Adicionalmente, las métricas estadísticas refuerzan la conclusión de un buen desempeño del modelo. También se compara el contenido total de electrones predicho y calibrado (TEC, utilizando 3 técnicas diferentes). Los resultados muestran que, aunque ninguno de los métodos de calibración TEC seleccionados tiene una buena concordancia con la predicción SUPIM-INPE, presentan tendencias similares en la mayoría de los casos. También analizamos datos del Radar de Dispersión Incoherente de Jicamarca (ISR), y las misiones Swarm-A y GOLD. Los cambios de temperatura de los electrones observados en ISR y Swarm-A están subestimados por la predicción. Además, se han observado cambios importantes en la relación O/N2 debido al eclipse con los datos de la misión GOLD. Por lo tanto, las versiones futuras del modelo SUPIM-INPE para condiciones de eclipse deben considerar los efectos sobre los vientos termosféricos y los cambios en la composición, específicamente en la relación O/N2.

Files

pdf.pdf

Files (5.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dc86a38db46b094f0572f402c37de62d
5.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نمذجة استجابة الغلاف الأيوني في ظل ظروف الكسوف: تقييم 14 ديسمبر 2020، إجمالي التنبؤ بكسوف الشمس على قطاع أمريكا الجنوبية
Translated title (French)
Modélisation de la réponse ionosphérique en conditions d'éclipse : évaluation du 14 décembre 2020, prévision de l'éclipse solaire totale sur le secteur sud-américain
Translated title (Spanish)
Modelado de respuesta ionosférica en condiciones de eclipse: Evaluación del 14 de diciembre de 2020, predicción de eclipse solar total sobre el sector sudamericano

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4311495631
DOI
10.3389/fspas.2022.1021910

Is supplement to
https://openalex.org/W4292526275 (Other)
https://openalex.org/W3102471103 (Other)
https://openalex.org/W2770061914 (Other)
https://openalex.org/W2550010074 (Other)
https://openalex.org/W2475988390 (Other)
https://openalex.org/W2170328996 (Other)
https://openalex.org/W2038353949 (Other)
https://openalex.org/W1989070650 (Other)
https://openalex.org/W1555401955 (Other)
https://openalex.org/W150782102 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W114721238
  • https://openalex.org/W149885207
  • https://openalex.org/W1528541893
  • https://openalex.org/W1537072263
  • https://openalex.org/W1593450403
  • https://openalex.org/W1620626955
  • https://openalex.org/W1646170333
  • https://openalex.org/W1658618065
  • https://openalex.org/W1669429474
  • https://openalex.org/W1963969673
  • https://openalex.org/W1980278449
  • https://openalex.org/W1992276888
  • https://openalex.org/W1992892318
  • https://openalex.org/W1993706128
  • https://openalex.org/W2000939446
  • https://openalex.org/W2003096026
  • https://openalex.org/W2006860772
  • https://openalex.org/W2023833296
  • https://openalex.org/W2030604750
  • https://openalex.org/W2036213867
  • https://openalex.org/W2042762189
  • https://openalex.org/W2047039407
  • https://openalex.org/W2047593034
  • https://openalex.org/W2049364269
  • https://openalex.org/W2057104733
  • https://openalex.org/W2064257364
  • https://openalex.org/W2070253794
  • https://openalex.org/W2070275980
  • https://openalex.org/W2073805065
  • https://openalex.org/W2077698429
  • https://openalex.org/W2080857765
  • https://openalex.org/W2082742684
  • https://openalex.org/W2085101070
  • https://openalex.org/W2094764089
  • https://openalex.org/W2118422517
  • https://openalex.org/W2124715982
  • https://openalex.org/W2138549743
  • https://openalex.org/W2152140911
  • https://openalex.org/W2232678689
  • https://openalex.org/W2261163486
  • https://openalex.org/W2316630913
  • https://openalex.org/W2402259371
  • https://openalex.org/W2468069946
  • https://openalex.org/W2577281329
  • https://openalex.org/W2754479696
  • https://openalex.org/W2790637287
  • https://openalex.org/W2792164424
  • https://openalex.org/W2792535898
  • https://openalex.org/W2801775161
  • https://openalex.org/W2887192752
  • https://openalex.org/W2891098186
  • https://openalex.org/W2945466105
  • https://openalex.org/W2968715839
  • https://openalex.org/W2980667207
  • https://openalex.org/W2991496955
  • https://openalex.org/W3035845078
  • https://openalex.org/W3047972026
  • https://openalex.org/W3053455713
  • https://openalex.org/W3083181729
  • https://openalex.org/W3093385670
  • https://openalex.org/W3095164099
  • https://openalex.org/W3099380090
  • https://openalex.org/W3102785749
  • https://openalex.org/W3120231608
  • https://openalex.org/W3174651921
  • https://openalex.org/W3207956213
  • https://openalex.org/W4200005496
  • https://openalex.org/W4200082878
  • https://openalex.org/W4200369290
  • https://openalex.org/W4221037759
  • https://openalex.org/W4224302418
  • https://openalex.org/W4234686818
  • https://openalex.org/W4255375128
  • https://openalex.org/W4281621872
  • https://openalex.org/W4283728043
  • https://openalex.org/W4292865245
  • https://openalex.org/W5710788