Formação e desenvolvimento de bolhas de plasma na ionosfera equatorial: observação e simulação

• Main Author: Diego Barros Silva
• Other Authors: Hisao Takahashi
• Language: Portuguese
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2017
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/11.14.20.20

O objetivo do presente trabalho foi estudar a formação e o desenvolvimento de bolhas de plasma ionosféricas sobre a América do Sul utilizando dados de Conteúdo Eletrônico Total (em inglês, ${''}$Total Electron Content - TEC${''}$) e um modelo ionosférico de simulação numérica. As análises das bolhas de plasma foram realizadas utilizando a técnica de mapeamento de TEC. O contínuo monitoramento do TEC permitiu observar as bolhas desde o momento da sua geração, logo após o pôr do Sol, até o seu desaparecimento. Além disso, a extensa cobertura espacial do TEC possibilitou observar as bolhas na região do Equador magnético e seu desenvolvimento até 35${o}$S de latitude. Neste trabalho, foram analisados dados de TEC obtidos entre janeiro de 2012 e fevereiro de 2016, dos quais foi possível caracterizar as bolhas de plasma em 655 noites. Dentre os principais resultados, destacam-se: (1) a velocidade de deriva zonal das bolhas de plasma apresentou um visível gradiente latitudinal, variando de 123 m/s, no Equador, para 65 m/s, em 35${o}$S de latitude; (2) na maioria dos casos, a ocorrência das bolhas de plasma apresentou uma distribuição longitudinal periódica, onde foi possível observar de 3 a 4 bolhas de plasma equidistantes. A distância entre bolhas adjacentes também apresentou um claro gradiente latitudinal, variando de 920 km, no Equador, para 640 km, em 35${o}$S de latitude. Em algumas ocasiões, foram observadas distâncias entre bolhas adjacentes maiores do que 2000 km no Equador; (3) em $\sim$ 88\% dos casos, as bolhas de plasma se desenvolveram até 20${o}$S de latitude, o que corresponde a uma altura de Apex de 777 km. Houve casos em que se observaram bolhas de plasma que se desenvolveram até 30${o}$S de latitude, o que corresponde a uma altura de Apex de 1511 km; (4) a extensão latitudinal das bolhas de plasma apresentou uma considerável inclinação em relação às linhas de campo magnético, apresentando uma boa concordância com a média mensal da variação latitudinal do vento zonal descrito pelo modelo HWM14; (5) as análises do desenvolvimento meridional das bolhas de plasma mostraram que, em alguns casos, as bolhas de plasma podem apresentar um deslocamento para o norte ou para o sul do Equador magnético. Consequentemente, as bolhas de plasma apresentaram uma assimetria no seu desenvolvimento meridional em torno do Equador magnético. A maior ocorrência do deslocamento meridional para o norte (sul) do Equador magnético foi observada nos meses de janeiro e dezembro (março/abril e setembro/outubro), e a menor nos meses de março/abril e agosto/setembro (janeiro e dezembro). Assimetrias no desenvolvimento meridional das bolhas de plasma até então não foram estudadas. Para investigar estas assimetrias, foi utilizado um modelo numérico que considera a ação do vento neutro para simular a formação de bolhas de plasma sobre o Equador magnético e seu desenvolvimento até 30${o}$S de latitude. As simulações numéricas mostraram que um vento meridional transequatorial é capaz de causar assimetrias no desenvolvimento meridional das bolhas de plasma. Um vento meridional transequatorial dirigido para norte (sul) causa um deslocamento das bolhas de plasma para o norte (sul) do Equador magnético. === The objective of the present work was to study the formation and development of ionospheric plasma bubbles over South America, using Total Electron Content (TEC) data and an ionospheric numerical model. Plasma bubble analysis were done using TEC mapping technique. The continuous monitoring of the TEC allowed to observe plasma bubbles from the moment of its generation until its disappearance. In addition, the extensive spatial coverage of the TEC allowed to observe bubbles in the region of the magnetic equator and their development up to 35S of latitude. In this work, an extensive database of TEC, obtained between January 2012 and February 2016, was analyzed. In this period, it was possible to characterize plasma bubbles from 655 nights. The main observed results are highlighted: (1) the zonal drift velocity of the plasma bubbles presented a visible latitudinal gradient, varying from 123 m/s, in equator, to 65 m/s, in 35${o}$S of latitude; (2) in most of the cases, the occurrence of plasma bubbles presented a periodic longitudinal distribution, where it was possible to observe 3 to 4 equidistant plasma bubbles. The distance between adjacent bubbles also presented a clear latitudinal gradient, varying from 920 km, in equator, to 640 km, in 30${o}$S of latitude. In some occasions, distances between adjacent bubbles greater than 2000 km were observed in the equator; (3) in $\sim$ 88\% of cases, plasma bubbles developed up to 20${o}$S of latitude, corresponding to an Apex height of 777 km. Plasma bubbles have also been observed up to 30${o}$S of latitude, corresponding to an Apex height of 1511 km; (4) the latitudinal extention of the plasma bubbles presented a considerable inclination in relation to the magnetic field lines, presenting a good agreement with the monthly average of the zonal wind latitudinal variation obtained by the HWM14 model; (5) analysis of the meridional development of plasma bubbles showed a displacement to north or south of the magnetic equator. Plasma bubbles presented an asymmetry in their meridional development around the magnetic equator. The major occurrence of the displacement to north (south) of the magnetic equator was observed in the months of January and December (March/April and September/October), and minor in the months of March/April and August/September (January and December). Asymmetries in the meridional development of plasma bubbles have not yet been studied, which reinforces the importance of the present work. To investigate the asymmetries, we used a numerical model that considers the action of the neutral wind to simulate the formation of the plasma bubbles on magnetic equator and its development up to 30${o}$S of latitude. Numerical simulations have revealed that these asymmetries are due to a transequatorial meridional wind. A transequatorial meridional wind blowing to north (south) causes a displacement of the plasma bubbles to north (south) of the magnetic equator.