Dalla troposfera la causa di enormi buchi creati nella ionosfera

Tra gli eventi atmosferici su larga scala il SSW (sudden stratospheric warming), ossia il riscaldamento improvviso della stratosfera, è tra i più scientificamente interessanti.
Enormi onde nella troposfera – lo strato più basso dell’atmosfera – si propagano verso l’alto, nella stratosfera, creando veri e propri buchi dagli effetti devastanti.
E’ quanto emerge da una ricerca condotta dal MIT Haystack Observatory sugli eventi stratosferici invernali artici, i cui effetti colpiscono in modo molto incisivo la ionosfera durante la notte.

La ionosfera è, come sappiamo, lo strato atmosferico più alto contenente particelle caricate dalla radiazione solare.
E’ fondamentale per il funzionamento di molti sistemi di comunicazione e di navigazione come GPS, strumenti di navigazione aerea… etc. sicché le previsioni delle dinamiche che interessano la composizione e la densità degli strati ionosferici sono uno strumento di vitale importanza.

Le ricerche geospaziali hanno da tempo confermato che determinati cambiamenti nell’atmosfera sono causati dalle radiazioni solari, attraverso meccanismi come il vento solare, tempeste geomagnetiche e brillamenti solari.
Gli effetti di accoppiamento – o modifiche di uno strato atmosferico tali da influenzare altri strati – sono argomento ancora molto controverso. Non sono infatti noti i meccanismi che regolano l’estensione delle connessioni tra i vari strati e gli effetti derivanti dai processi che interessano i processi all’interno di ciascuno strato.

 

 

Il movimento ondoso dell’SSW è generato dall’aria che si muove su strutture geologiche importanti, come grandi catene montuose.
Una volta entrate nella stratosfera, queste onde planetarie interagiscono con i flussi dei jet-stream polari. Durante un evento importante di SSW le temperature nella stratosfera aumentano drasticamente anche nel corso di pochissimi giorni.

I cambiamenti indotti da un SSW nella ionosfera si pensava fossero eventi solo diurni ma il recente studio condotto dalla dottoressa Larisa Goncharenko del MIT Haystack Observatory, disponibile online qui e nel prossimo numero del Journal of Geophysical Research: Space Physics, ha dimostrato la presenza del fenomeno anche nelle ore notturne osservando un importante SSW avvenuto nel gennaio del 2013.
Il lavoro ha inoltre coinvolto una mole immensa di dati, raccolti in decenni di osservazioni dall’Osservatorio Geospaziale del MIT Millstone Hill a Westford, nel Massachusetts, dall’Osservatorio di Arecibo a Porto Rico e dal Global Navigation Satellite System (GNSS).

Lo studio ha rilevato che la densità degli elettroni nella ionosfera notturna era drasticamente ridotta dagli effetti della SSW per diversi giorni.
In occasione dell’evento osservato si era formato un “buco” significativo che si estendeva nelle latitudini da 55°S a 45°N.
Inoltre è stato anche misurato un forte movimento del plasma verso il basso e una diminuzione della temperatura degli ioni dopo l’SSW.
Un evento SSW può tuttavia influenzare la ionosfera nelle medie e basse latitudini, anche se in forma minore.

Comprendere come eventi lontani, e in altri strati dell’atmosfera, influenzino la ionosfera è una componente molto importante nelle previsioni delle dinamiche ionosferiche.
Questo studio dimostra come sia necessario sviluppare ulteriori lavori per definire con precisione i meccanismi con cui gli SSW influenzano la ionosfera notturna e altri effetti di accoppiamento.

Research Article
Deep Ionospheric Hole Created by Sudden Stratospheric Warming in the Nighttime Ionosphere
L. P. Goncharenko, A. J. Coster, S.‐R. Zhang, P. J. Erickson, L. Benkevitch, N. Aponte, V. L. Harvey, B. W. Reinisch, I. Galkin, M. Spraggs, A. Hernández‐Espiet

 

Abstract

Multiple observational studies have demonstrated large ionospheric variations during the daytime associated with sudden stratospheric warming (SSW) events, but only limited evidence of ionospheric disturbances during the night‐time has been reported up to now. We focus on the American longitudinal sector with its extensive observational network of GPS receivers, four Digisondes located at low and middle latitudes, and the Arecibo and Millstone Hill incoherent scatter radars. The study focuses on a major SSW event of January 2013 to investigate large‐scale disturbances in the nighttime ionosphere. We report a deep decrease in TEC that reaches a factor of 2‐5 as compared to the background level and is observed between local midnight and local sunrise (6‐12UT). This decrease is observed for several consecutive days in the range of latitudes from ~55oS to ~45oN. It is accompanied by a strong downward plasma motion and a significant decrease in ion temperature, as observed by both Arecibo and Millstone Hill radars. These results demonstrate that SSW events cause changes in the nighttime ionosphere that are even larger than in the daytime ionosphere. We discuss variations in electric field and F‐region dynamics as possible drivers of this behavior, and suggest that thermospheric winds play a much larger role than previously thought.

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