SUPERDARN과 GREENLAND 자력계를 이용한 전리층 전기전도도의 추정

Abstract

전리층은 우주환경의 변화에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 특히 전기전도도 분포에 관한 정보는 자기권-전리층 상호작용을 이해하는데 필수적이다. 이러한 요구에 부응해서 전기전도도를 구하려는 다양한 시도가 있었다. 본 연구에서는 SuperDARN(Super Dual Auroral Radar Network) 레이더망 중 Goose Bay 및 Stokkseyri 레이더에서 관측한 전기장과 Greenland의 서부해안에 설치된 지자기 관측소에서 동시에 얻은 지상 지자기 기록을 이용하여 전기전도도를 추정하였다. 또한 전리층을 흐르는 전류를 무한판상으로 가정하고 Biot-Savart 및 Ohm의 법칙을 적용하여 Hall 및 Pedersen 전기전도도를 추정하였다. 예상한대로 Hall 전기전도도는 오로라 제트전류대의 중심을 따라 상당히 강화됨을 알 수 있었다. 그러나 Pedersen 전기전도도는 광범위한 지역에 서 음의 값이 나타났다. 이러한 문제를 보완하기 위해서 지자기 변화 성분인 <TEX>${\Delta}D$</TEX>에 연자기력선 전류의 효과를 고려하였다. 그 결과 이전에 음으로 나타난 지역이 상당히 감소되었다. 따라서 지상 지자기 변화 자료와 레이더에서 관측된 전기장을 이용해서 전기전도도를 구하는 경우 연자기력선 전류의 효과를 고려해야 한다. The ionosphere plays an important role in the electrodynamics of space environment. In particular, the information on the ionospheric conductivity distribution is indispensable in understanding the electrodynamics of the magnetosphere and ionosphere coupling study. To meet such a requirement, several attempts have been made to estimate the conductivity distribution over the polar ionosphere. As one of such attempts we compare the ionospheric plasma convection patterns obtained from the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN), from which the electric field distribution is estimated, and the simultaneously measured ground magnetic disturbance. Specifically, the electric field measured from the Goose Bay and Stokkseyri radars and magnetic disturbance data obtained from the west coast chain of Greenland are compared. In order to estimate ionospheric conductivity distribution with these information, the overhead infinite sheet current approximation is employed. As expected, the Hall conductance, height-integrated conductivity, shows a wide enhancement along the center of the auroral electrojet. However, Pedersen conductance shows negative values over a wide portion of the auroral oval region, a physically unacceptable situation. To alleviate this problem, the effect of the field-aligned current is taken into account. As a result, the region with negative Pedersen conductance disappears significantly, suggesting that the effect of the field-aligned current should be taken into account, when one wants to estimate ionospheric conductance based on ground magnetic disturbance and electric field measurements by radars.