Published November 3, 2004 | Version v1
Publication Open

Multi-technique investigations of storm-time ionospheric irregularities over the São Luís equatorial station in Brazil

Creators

  • 1. National Institute for Space Research
  • 2. Saurashtra University
  • 3. Cornell University

Description

Abstract. On 11 April 2001, a large magnetic storm occurred with SSC at 13:43 UT, and Dst reached below -200nT after two southward Bz excursions. The Kp index during this storm reached 8 and remained high (>4) for about 21h, and the São Luís magnetometer H component presented simultaneous oscillations and decreased substantially relative to the previous magnetically quiet days. This storm triggered strong ionospheric irregularities, as observed by a recently installed 30MHz coherent scatter radar, a digisonde, and a GPS scintillation receiver, all operating at the São Luís equatorial station (2.33° S, 44° W, dip latitude 1.3° S). The ionospheric conditions and the characteristics of the ionospheric irregularities observed by these instruments are presented and discussed. The VHF radar RTI (Range Time Intensity) echoes and their power spectra and spectral width for the storm night 11-12 April 2001, were used to analyse the nature and dynamics of the plasma irregularities and revealed the coexistence of many structures in the altitudinal range of 400-1200km, some locally generated and others that drifted from other longitudinal sectors. The radar data also revealed that the plumes had periodic eastward and westward zonal velocities after 22:20 UT, when well-developed quiet-time plumes typically drift eastward. Another interesting new observation is that the F-layer remained anomalously high throughout the 11-12 April 2001 storm night (21:00 UT to 09:00 UT next day) (the LT at São Luís is UT -3h), as indicated by the digisonde parameters hmF2 and h'F, which is a condition favourable for spread F generation and maintenance. The AE auroral index showed enhancements (followed by decreases) that are indicative of magnetospheric convection enhancements at about 15:00 UT, 20:00 UT and 22:00 UT on 11 April 2001 and at 00:20 UT (small amplitude) on 12 April 2001, associated with many Bz fluctuations, including clear two southward incursions that gave rise to large and long lasting Kp values and large negative Dst values. This intense auroral activity generated disturbance dynamo and prompt penetration electric fields that were responsible for the maintenance of the F-layer at a high altitude along the night of 11-12 April 2001. The short-lived F-region height rise seen between 16:00 to 18:00 UT on 11 April 2001 is probably due to the prompt penetration eastward electric fields of magnetospheric origin during the first IMF Bz turning to south around 15:00 UT.

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

Translated Description (Arabic)

الملخص. في 11 أبريل 2001، حدثت عاصفة مغناطيسية كبيرة مع SSC في الساعة 13:43 بالتوقيت العالمي، ووصلت Dst إلى أقل من -200nT بعد رحلتين Bz جنوبًا. وصل مؤشر Kp خلال هذه العاصفة إلى 8 وظل مرتفعًا (>4) لمدة 21 ساعة تقريبًا، وقدم مكون مقياس المغناطيسية H في ساو لويس تذبذبات متزامنة وانخفض بشكل كبير مقارنة بالأيام السابقة الهادئة مغناطيسيًا. تسببت هذه العاصفة في حدوث مخالفات قوية في الغلاف الأيوني، كما لوحظ من خلال رادار مبعثر متماسك 30 ميجا هرتز تم تثبيته مؤخرًا، ومسبار ضوئي، وجهاز استقبال وميض GPS، وكلها تعمل في محطة ساو لويس الاستوائية (2.33درجة جنوبًا، 44درجة غربًا، خط عرض DIP 1.3درجة جنوبًا). يتم عرض ومناقشة ظروف الغلاف الأيوني وخصائص عدم انتظام الغلاف الأيوني التي تلاحظها هذه الأدوات. تم استخدام أصداء رادار التردد العالي جدًا RTI (شدة المدى الزمني) وأطياف قوتها وعرضها الطيفي لليلة العاصفة 11-12 أبريل 2001، لتحليل طبيعة وديناميكيات مخالفات البلازما وكشفت عن تعايش العديد من الهياكل في نطاق الارتفاع من 400-1200 كم، بعضها تم توليده محليًا والبعض الآخر انحرف عن القطاعات الطولية الأخرى. كشفت بيانات الرادار أيضًا أن الأعمدة كانت لها سرعات دورية شرقًا وغربًا بعد الساعة 22:20 بالتوقيت العالمي، عندما تنجرف أعمدة الوقت الهادئ المتطورة بشكل جيد شرقًا. ملاحظة جديدة أخرى مثيرة للاهتمام هي أن الطبقة F ظلت مرتفعة بشكل غير طبيعي طوال ليلة العاصفة 11-12 أبريل 2001 (21:00 بالتوقيت العالمي إلى 09:00 بالتوقيت العالمي في اليوم التالي) (LT في ساو لويس هو UT -3h)، كما هو مبين من قبل المعلمات digisonde hmF2 و h'F، وهو شرط موات لتوليد F انتشار والصيانة. أظهر مؤشر AE الشفقي تحسينات (تليها انخفاضات) تشير إلى تحسينات الحمل الحراري للغلاف المغناطيسي في حوالي الساعة 15:00 بالتوقيت العالمي، و 20:00 بالتوقيت العالمي و 22:00 بالتوقيت العالمي في 11 أبريل 2001 وفي الساعة 00:20 بالتوقيت العالمي (السعة الصغيرة) في 12 أبريل 2001، المرتبطة بالعديد من تقلبات Bz، بما في ذلك توغلان واضحان جنوباً أدى إلى قيم Kp كبيرة وطويلة الأمد وقيم Dst سلبية كبيرة. أدى هذا النشاط الشفقي المكثف إلى توليد دينامو اضطراب وحقول كهربائية سريعة الاختراق كانت مسؤولة عن صيانة الطبقة F على ارتفاع عالٍ طوال ليلة 11-12 أبريل 2001. من المحتمل أن يكون ارتفاع المنطقة F قصير العمر الذي شوهد بين الساعة 16:00 إلى الساعة 18:00 بالتوقيت العالمي في 11 أبريل 2001 بسبب الاختراق الفوري للمجالات الكهربائية شرقًا ذات الأصل المغنطيسي خلال أول اتجاه لصندوق النقد الدولي نحو الجنوب حوالي الساعة 15:00 بالتوقيت العالمي.

Translated Description (French)

Résumé. Le 11 avril 2001, un grand orage magnétique s'est produit avec SSC à 13h43 UT, et Dst a atteint en dessous de -200nT après deux excursions vers le sud Bz. L'indice Kp au cours de cette tempête a atteint 8 et est resté élevé (>4) pendant environ 21h, et la composante H du magnétomètre de São Luís a présenté des oscillations simultanées et a diminué considérablement par rapport aux jours de calme magnétique précédents. Cette tempête a déclenché de fortes irrégularités ionosphériques, comme l'ont observé un radar à diffusion cohérente de 30 MHz récemment installé, une digisonde et un récepteur à scintillation GPS, tous fonctionnant à la station équatoriale de São Luís (2,33° S, 44° W, pendage de 1,3° S). Les conditions ionosphériques et les caractéristiques des irrégularités ionosphériques observées par ces instruments sont présentées et discutées. Les échos radar VHF RTI (Range Time Intensity) et leurs spectres de puissance et de largeur spectrale pour la nuit d'orage 11-12 avril 2001, ont été utilisés pour analyser la nature et la dynamique des irrégularités du plasma et ont révélé la coexistence de nombreuses structures dans la gamme d'altitude de 400-1200 km, certaines générées localement et d'autres dérivant d'autres secteurs longitudinaux. Les données radar ont également révélé que les panaches avaient des vitesses zonales périodiques vers l'est et l'ouest après 22h20 UT, lorsque des panaches bien développés en période de calme dérivent généralement vers l'est. Une autre nouvelle observation intéressante est que la couche F est restée anormalement élevée tout au long de la nuit de la tempête du 11 au 12 avril 2001 (21h00 TU à 09h00 TU le lendemain) (le LT à São Luís est UT -3h), comme l'indiquent les paramètres de digisonde hmF2 et h'F, ce qui est une condition favorable à la génération et à la maintenance de la propagation de F. L'indice auroral AE a montré des améliorations (suivies de diminutions) qui indiquent des améliorations de la convection magnétosphérique vers 15h00 UT, 20h00 UT et 22h00 UT le 11 avril 2001 et à 00h20 UT (petite amplitude) le 12 avril 2001, associées à de nombreuses fluctuations Bz, y compris deux incursions claires vers le sud qui ont donné lieu à des valeurs Kp importantes et durables et à de grandes valeurs Dst négatives. Cette activité aurorale intense a généré une dynamo de perturbation et des champs électriques de pénétration rapide qui ont été responsables du maintien de la couche F à haute altitude dans la nuit du 11 au 12 avril 2001. L'élévation de courte durée de la région F observée entre 16h00 et 18h00 TU le 11 avril 2001 est probablement due à la pénétration rapide des champs électriques d'origine magnétosphérique vers l'est lors du premier IMF Bz se tournant vers le sud vers 15h00 TU.

Translated Description (Spanish)

Resumen. El 11 de abril de 2001, se produjo una gran tormenta magnética con SSC a las 13:43 UT, y Dst alcanzó por debajo de -200 nT después de dos excursiones Bz hacia el sur. El índice Kp durante esta tormenta alcanzó 8 y se mantuvo alto (>4) durante aproximadamente 21h, y el componente H del magnetómetro de São Luís presentó oscilaciones simultáneas y disminuyó sustancialmente en relación con los días magnéticamente tranquilos anteriores. Esta tormenta desencadenó fuertes irregularidades ionosféricas, como lo observaron un radar de dispersión coherente de 30 MHz recientemente instalado, un digisonde y un receptor de centelleo GPS, todos operando en la estación ecuatorial de São Luís (2.33° S, 44° W, latitud de inmersión 1.3° S). Se presentan y discuten las condiciones ionosféricas y las características de las irregularidades ionosféricas observadas por estos instrumentos. Los ecos del radar VHF RTI (Range Time Intensity) y sus espectros de potencia y ancho espectral para la noche de tormenta del 11 al 12 de abril de 2001, se utilizaron para analizar la naturaleza y la dinámica de las irregularidades del plasma y revelaron la coexistencia de muchas estructuras en el rango altitudinal de 400-1200 km, algunas generadas localmente y otras que derivaban de otros sectores longitudinales. Los datos del radar también revelaron que las plumas tenían velocidades zonales periódicas hacia el este y hacia el oeste después de las 22:20 UT, cuando las plumas de tiempo de silencio bien desarrolladas generalmente se desplazan hacia el este. Otra novedad interesante es que la capa F se mantuvo anormalmente alta durante la noche de tormenta del 11 al 12 de abril de 2001 (21:00 UT a 09:00 UT del día siguiente) (el LT en São Luís es UT -3h), como lo indican los parámetros de digisonde hmF2 y h'F, que es una condición favorable para la generación y el mantenimiento de F de propagación. El índice auroral AE mostró mejoras (seguidas de disminuciones) que son indicativas de mejoras de convección magnetosférica aproximadamente a las 15:00 UT, 20:00 UT y 22:00 UT el 11 de abril de 2001 y a las 00:20 UT (amplitud pequeña) el 12 de abril de 2001, asociadas con muchas fluctuaciones de Bz, incluidas dos incursiones claras hacia el sur que dieron lugar a valores de Kp grandes y duraderos y grandes valores de Dst negativos. Esta intensa actividad auroral generó dinamo de perturbación y campos eléctricos de penetración rápida que fueron responsables del mantenimiento de la capa F a gran altitud durante la noche del 11 al 12 de abril de 2001. El aumento de la altura de la región F de corta duración observado entre las 16:00 y las 18:00 UT del 11 de abril de 2001 probablemente se deba a la rápida penetración hacia el este de los campos eléctricos de origen magnetosférico durante el primer giro de la Bz del FMI hacia el sur alrededor de las 15:00 UT.

Files

angeo-22-3513-2004.pdf.pdf

Files (3.0 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
md5:8eb9a1e66705afd355b711feb8f960fe
3.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحقيقات متعددة التقنيات في مخالفات الغلاف الأيوني لوقت العاصفة فوق محطة ساو لويس الاستوائية في البرازيل
Translated title (French)
Enquêtes multi-techniques sur les irrégularités ionosphériques en période de tempête sur la station équatoriale de São Luís au Brésil
Translated title (Spanish)
Investigaciones multitécnicas de irregularidades ionosféricas en tiempo de tormenta sobre la estación ecuatorial de São Luís en Brasil

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2140469935
DOI
10.5194/angeo-22-3513-2004

Is supplement to
https://openalex.org/W3096248315 (Other)
https://openalex.org/W2963745091 (Other)
https://openalex.org/W2622167964 (Other)
https://openalex.org/W2546967401 (Other)
https://openalex.org/W2176508217 (Other)
https://openalex.org/W2156107562 (Other)
https://openalex.org/W2144451755 (Other)
https://openalex.org/W2100577008 (Other)
https://openalex.org/W2074585163 (Other)
https://openalex.org/W2072560491 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1627984369
  • https://openalex.org/W1649376271
  • https://openalex.org/W1658183566
  • https://openalex.org/W1966135502
  • https://openalex.org/W1982903954
  • https://openalex.org/W1985509590
  • https://openalex.org/W1989649189
  • https://openalex.org/W2001339933
  • https://openalex.org/W2002122363
  • https://openalex.org/W2003437141
  • https://openalex.org/W2006145128
  • https://openalex.org/W2017969134
  • https://openalex.org/W2018554399
  • https://openalex.org/W2024821465
  • https://openalex.org/W2024960268
  • https://openalex.org/W2025741143
  • https://openalex.org/W2026666669
  • https://openalex.org/W2027280462
  • https://openalex.org/W2039626526
  • https://openalex.org/W2040836813
  • https://openalex.org/W2042449366
  • https://openalex.org/W2048907817
  • https://openalex.org/W2055068784
  • https://openalex.org/W2056688327
  • https://openalex.org/W2059825387
  • https://openalex.org/W2072863563
  • https://openalex.org/W2077658274
  • https://openalex.org/W2080536183
  • https://openalex.org/W2100821995
  • https://openalex.org/W2109129718
  • https://openalex.org/W2143557663
  • https://openalex.org/W655016698