Published March 1, 2024 | Version v1
Publication

Evaluation of dB/dt amplitudes and sources over the Brazilian region during geomagnetic storms in the 2021–2022 biennium

Description

The rate of change of the geomagnetic field (dB/dt) observed at Earth's surface has been used as a proxy of geomagnetically induced currents, which are known to be hazardous for grounded technological systems such as high-voltage power grid systems. The dB/dt rates have been well characterized in the high latitude region (≳60°), but much less information is available for the low latitudes to date. To overcome this limitation, we have examined dB/dt rates on the H component of the geomagnetic field as measured by an array of stations operated by the EMBRACE Magnetometer Network in Brazil. The main focus is to characterize dB/dt occurrence at very low latitudes (≲22°) of the Brazilian peculiar territory, whose magnetic measurements are influenced by the equatorial electrojet and the presence of the South Atlantic Magnetic Anomaly (SAMA). The period investigated is from 2021 to 2022, over the ascending phase of the solar cycle 25. The statistical analysis demonstrates that dB/dt peak magnitudes are generally below 0.5 nT/s during magnetic storms, and exhibit a dependence on the solar cycle for the station near the center of the SAMA. However, we obtain for a particular case in 2021 that dB/dt reached 1.35 nT/s in magnitude at the magnetic equator during daytime, which is a significant value even for higher latitudes. A case study of the induced geoelectric fields during this event shows that the conductivity structure beneath two compared sites plays a major role in the amplitude of such fields than dB/dt amplitude. Also, the MLT distributions of dB/dt indicate that ultra-low frequency waves can be a major source of these signals in lower latitudes.

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

Translated Description (Arabic)

تم استخدام معدل التغير في المجال الجيومغناطيسي (dB/dt) المرصود على سطح الأرض كبديل للتيارات المستحثة مغناطيسيًا، والتي من المعروف أنها خطرة على الأنظمة التكنولوجية المؤرضة مثل أنظمة شبكة الطاقة عالية الجهد. تتميز معدلات الديسيبل/الديسيبل بشكل جيد في منطقة خطوط العرض العالية (60درجة مئوية)، ولكن تتوفر معلومات أقل بكثير عن خطوط العرض المنخفضة حتى الآن. للتغلب على هذا القيد، قمنا بفحص معدلات الديسيبل/الديسيبل على المكون H للمجال المغناطيسي الأرضي كما تم قياسه بواسطة مجموعة من المحطات التي تديرها شبكة مقياس المغناطيسية في البرازيل. ينصب التركيز الرئيسي على توصيف حدوث dB/dt عند خطوط العرض المنخفضة جدًا (22درجة مئوية) من الأراضي البرازيلية الغريبة، والتي تتأثر قياساتها المغناطيسية بالنفث الكهربائي الاستوائي ووجود الشذوذ المغناطيسي لجنوب المحيط الأطلسي (SAMA). الفترة التي تم التحقيق فيها هي من 2021 إلى 2022، خلال المرحلة الصاعدة من الدورة الشمسية 25. يوضح التحليل الإحصائي أن قيم الذروة للديسيبل/الديسيبل أقل بشكل عام من 0.5 نانوتن/ثانية أثناء العواصف المغناطيسية، وتظهر اعتمادًا على الدورة الشمسية للمحطة بالقرب من مركز مؤسسة النقد العربي السعودي. ومع ذلك، حصلنا في حالة معينة في عام 2021 على أن ديسيبل/ديسيبل وصل إلى 1.35 نانوتن/ثانية من حيث الحجم عند خط الاستواء المغناطيسي خلال النهار، وهي قيمة كبيرة حتى بالنسبة لخطوط العرض الأعلى. تُظهر دراسة حالة للمجالات الكهربائية الأرضية المستحثة خلال هذا الحدث أن هيكل الموصلية تحت موقعين مقارنين يلعب دورًا رئيسيًا في سعة هذه المجالات أكثر من سعة dB/dt. أيضًا، تشير توزيعات MLT لـ dB/dt إلى أن موجات التردد المنخفض للغاية يمكن أن تكون مصدرًا رئيسيًا لهذه الإشارات في خطوط العرض المنخفضة.

Translated Description (French)

Le taux de changement du champ géomagnétique (dB/dt) observé à la surface de la Terre a été utilisé comme indicateur des courants induits géomagnétiquement, qui sont connus pour être dangereux pour les systèmes technologiques mis à la terre tels que les systèmes de réseau électrique à haute tension. Les taux de dB/dt ont été bien caractérisés dans la région des hautes latitudes (60°), mais beaucoup moins d'informations sont disponibles pour les basses latitudes à ce jour. Pour surmonter cette limitation, nous avons examiné les taux de dB/dt sur la composante H du champ géomagnétique tels que mesurés par un réseau de stations exploitées par le réseau de magnétomètres EMBRACE au Brésil. L'objectif principal est de caractériser l'occurrence de dB/dt à des latitudes très basses (22°) du territoire particulier brésilien, dont les mesures magnétiques sont influencées par l'électrojet équatorial et la présence de l'anomalie magnétique de l'Atlantique Sud (SAMA). La période investiguée est de 2021 à 2022, sur la phase ascendante du cycle solaire 25. L'analyse statistique démontre que les amplitudes de crête dB/dt sont généralement inférieures à 0,5 nT/s pendant les tempêtes magnétiques, et présentent une dépendance au cycle solaire pour la station près du centre du SAMA. Cependant, nous obtenons pour un cas particulier en 2021 que le dB/dt a atteint 1,35 nT/s de magnitude à l'équateur magnétique pendant la journée, ce qui est une valeur significative même pour les latitudes plus élevées. Une étude de cas des champs géoélectriques induits lors de cet événement montre que la structure de conductivité sous deux sites comparés joue un rôle majeur dans l'amplitude de ces champs que l'amplitude dB/dt. En outre, les distributions MLT de dB/dt indiquent que les ondes ultra-basses fréquences peuvent être une source majeure de ces signaux dans les basses latitudes.

Translated Description (Spanish)

La tasa de cambio del campo geomagnético (dB/dt) observada en la superficie de la Tierra se ha utilizado como un indicador de las corrientes inducidas geomagnéticamente, que se sabe que son peligrosas para los sistemas tecnológicos conectados a tierra, como los sistemas de redes eléctricas de alto voltaje. Las tasas de dB/dt se han caracterizado bien en la región de latitudes altas (60°), pero hasta la fecha se dispone de mucha menos información para las latitudes bajas. Para superar esta limitación, hemos examinado las tasas de dB/dt en el componente H del campo geomagnético según lo medido por una serie de estaciones operadas por la Red de Magnetómetros EMBRACE en Brasil. El objetivo principal es caracterizar la ocurrencia de dB/dt en latitudes muy bajas (22°) del territorio peculiar brasileño, cuyas mediciones magnéticas están influenciadas por el electrojet ecuatorial y la presencia de la Anomalía Magnética del Atlántico Sur (Sama). El periodo investigado es de 2021 a 2022, sobre la fase ascendente del ciclo solar 25. El análisis estadístico demuestra que las magnitudes máximas de dB/dt generalmente están por debajo de 0.5 nT/s durante las tormentas magnéticas, y exhiben una dependencia del ciclo solar para la estación cerca del centro de la Sama. Sin embargo, obtenemos para un caso particular en 2021 que dB/dt alcanzó 1,35 nT/s de magnitud en el ecuador magnético durante el día, que es un valor significativo incluso para latitudes más altas. Un estudio de caso de los campos geoeléctricos inducidos durante este evento muestra que la estructura de conductividad debajo de dos sitios comparados juega un papel importante en la amplitud de dichos campos que la amplitud dB/dt. Además, las distribuciones MLT de dB/dt indican que las ondas de frecuencia ultrabaja pueden ser una fuente importante de estas señales en latitudes más bajas.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم سعة ومصادر الديسيبل/الديسيبل فوق المنطقة البرازيلية خلال العواصف المغناطيسية الأرضية في فترة السنتين 2021–2022
Translated title (French)
Évaluation des amplitudes et des sources dB/dt sur la région brésilienne lors des tempêtes géomagnétiques de l'exercice biennal 2021–2022
Translated title (Spanish)
Evaluación de las amplitudes y fuentes de dB/dt en la región brasileña durante las tormentas geomagnéticas en el bienio 2021–2022

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4392349304
DOI
10.1016/j.jastp.2024.106196

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1480548641
  • https://openalex.org/W1563616321
  • https://openalex.org/W1615135071
  • https://openalex.org/W1665152549
  • https://openalex.org/W1971345521
  • https://openalex.org/W1989649189
  • https://openalex.org/W1997861996
  • https://openalex.org/W1998820031
  • https://openalex.org/W2000169909
  • https://openalex.org/W2009965010
  • https://openalex.org/W2016107058
  • https://openalex.org/W2021557060
  • https://openalex.org/W2023532353
  • https://openalex.org/W2025905639
  • https://openalex.org/W2031187399
  • https://openalex.org/W2036514425
  • https://openalex.org/W2039928325
  • https://openalex.org/W2040295499
  • https://openalex.org/W2042666289
  • https://openalex.org/W2049733611
  • https://openalex.org/W2056176390
  • https://openalex.org/W2065268459
  • https://openalex.org/W2074221808
  • https://openalex.org/W2081237897
  • https://openalex.org/W2082028920
  • https://openalex.org/W2090090557
  • https://openalex.org/W2144749139
  • https://openalex.org/W2161302203
  • https://openalex.org/W2163926844
  • https://openalex.org/W2531016979
  • https://openalex.org/W2609572943
  • https://openalex.org/W2623879472
  • https://openalex.org/W2789994661
  • https://openalex.org/W2889889091
  • https://openalex.org/W2913836977
  • https://openalex.org/W2949599403
  • https://openalex.org/W2970082087
  • https://openalex.org/W2996770550
  • https://openalex.org/W3004136112
  • https://openalex.org/W3080282405
  • https://openalex.org/W3094579154
  • https://openalex.org/W3095702008
  • https://openalex.org/W3101368462
  • https://openalex.org/W3130133864
  • https://openalex.org/W3206935187
  • https://openalex.org/W4210752810
  • https://openalex.org/W4211215503
  • https://openalex.org/W4281492984
  • https://openalex.org/W4297538757
  • https://openalex.org/W4317805329