Generation and propagation of MSTIDS excited by auroral heating: observations and simulations

• Main Author: Ricardo da Rosa Paes
• Other Authors: Esfhan Alam Kherani
• Language: English
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) 2018
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/07.23.04.02

In this work, we present a numerical simulation study of the acoustic-gravity waves. We developed a simulation model that solves the Navier-Stokes hydrodynamic equations in the atmosphere covering 0-600 km altitudes and 70-0 geographic latitudes in both hemispheres. Using these equations, we derive the wave equation for the AGWs which contains the terms of acoustic wave, gravity wave, viscous dissipation and source. The source terms may be chosen in the form of the temperature (auroral heating) or the density fluctuations (precipitation) in the auroral region. We consider these fluctuations to be of Gaussian form in space centered between 100 and 120 km altitude, with the amplitude equals to 1% of the ambient. The model was applied to study the propagation characteristics of MSTIDs in the polar ionosphere on December 8, 2009 (dayside). The same MSTID was identified on a previous study using an all-sky imager in the Norwegian ionosphere. This MSTID was found to propagate equator-eastward with the average velocity of 60-100 m/s and their wavefronts were aligned in Southwest-Northeast direction. Some characteristics identified in our observations suggest that the horizontal coverage of AGWs is proportional to the horizontal Gaussian spread of the Joule heating source. It also implies that this source is capable of launching AGW which propagates long distance in latitude without much attenuation. === Neste trabalho é apresentado um estudo de simulação numérica das ondas de gravidade acústica. Para isso, foi desenvolvido um modelo de simulação que resolve as equações hidrodinâmicas de Navier-Stokes na atmosfera capaz de cobrir um intervalo de 0-600 km de altitude e 70-0 de latitude geográfica em ambos os hemisférios. A partir de tais equações foi possível deduzir a equação de onda para as AGWs onde os termos de onda acústica, onda gravitacional, dissipação por viscosidade e para fonte. Os termos da fonte podem ser estabelecidos na forma de flutuações de temperatura (aquecimento auroral) ou de densidade de partículas (precipitação) na região auroral. Neste modelo foi considerado que estas flutuações possuem a forma Gaussiana em um espaço centrado ente 100 e 120 km de altitude, com a amplitude equivalente a 1% do ambiente. O modelo foi aplicado para estudar as características de propagação de MSTIDs na ionosfera polar no lado diurno no dia 8 de dezembro de 2009. O mesmo MSTID foi identificado em um estudo anterior através de um imageador all-sky na ionosfera norueguesa. Este MSTID propagava-se na direção equador-leste com a velocidade média de 60-100 m/s, com suas frentes de onda alinhadas na direção Sudoeste-Nordeste. Algumas características identificadas nas observações desta tese sugerem que a cobertura horizontal dos AGWs é proporcional à propagação Gaussiana horizontal da fonte de aquecimento Joule. Isso também implica que essa fonte é capaz de lançar AGWs que se propagam a longas distâncias em termos de latitude sem muita atenuação.