Direkte Bestimmung flächenhafter Verteilungen ionosphärischer elektrodynamischer Parameter aus Bodenmessungen: Theorie und Anwendung in sphärischen

Amm, Olaf

In meiner Dissertation habe ich ein 'Charakteristikenmethode' genanntes Verfahren zur direkten Bestimmung flächenhafter Verteilungen der makroskopischen ionosphärischen elektrodynamischen Parameter aus gemessenen Verteilungen der bodenmagnetischen Störung und des ionosphärischen elektrischen Feldes in seiner Theorie zur Anwendung in sphärischen Koordinaten entwickelt und es anhand einiger Meßdatensätze angewandt. Im Unterschied zur vorherigen, in kartesischen Koordinaten arbeitenden Variante der Charakteristikenmethode erlaubt die neue, sphärische Variante deren Anwendung auch auf Untersuchungsgebieten einer Größe, für die die Krümmung der Erdoberfläche nicht vernachlässigbar ist. Sie kann zudem auch auf Regionen der Skalenlänge 1000 km × 1000 km, für die bislang die kartesische Variante verwendet wurde, eingesetzt werden und ersetzt letztere somit vollständig. Die Anwendungen der Charakteristiken methode anhand von Meßdaten zeigen deren Überlegenheit insbesondere gegenüber der in der Literatur häufig angewandten 'trial and error'-Methode im Hinblick auf die Zuverlässigkeit, Detailliertheit und damit die physikalische Interpretierbarkeit der erzielten Ergebnisse. Im Theorieteil der Dissertation wird zunächst gezeigt, daß die verwendete Annahme radial fließender feldparalleler Ströme polwärts von etwa 45° Breite zu nur geringen Ungenauigkeiten hinsichtlich der für die Durchführung der Charakteristikenmethode relevanten Größen führt. Dann wird ein Verfahren zur Bestimmung der ionosphärischen äquivalenten Ströme aus Messungen der bodenmagnetischen Störung angegeben. Dieses Verfahren umfaßt die Abtrennung des durch äußere Quellen verursachte Teiles aus der gesamten magnetischen Störung, die Fortsetzung dieses Teiles auf Ionosphärenhöhe und die Berechnung der Stromfunktion der äquivalenten Ströme unmittelbar unterhalb der Ionosphäre aus dem magnetischen Potential der feldfortgesetzten Störung.

In my dissertation i developed a method for direct determination of spatial distributions of macroscopic ionospheric electrodynamic parameters from measured distributions of the ground magnetic disturbance field and the ionospheric electric field, called 'method of characteristics'. The theory of the method is described, and it is applied to several data sets. The method differs from the former methods that worked in cartesian geometry in that the surface of the Earth is not neglected. It can also be used for analysis regions of a scale size 1000 * 1000 km, for which formerly the cartesian methods were used, and therefore replaces them completely. The application of the method of cahracteristics with measured data shows its superiority compared to previously used methods, especially to the 'trial and error' method, with respect to its reliability, the amount of detail, and therefore the possibilities for the physical interpretation of its results. Studied events contain a Harang discontinuity, a discrete auroral form, and a part of the evening cell during a substorm in the midnight sector. The method needs as input the ground magnetic disturbance field, the ionospheric electric field, and a rough guess of the Hall- to Pedersen conductance ratio distribution.. The ground magnetic field data is supplied by the Scandinavian Magnetometer Array (SMA) magnetometer array, which operated during the period of the International Magnetospheric Study (1977-1979), the IMAGE magnetometer network, and the Greenland magnetometer chain. Ionospheric electric field data is provided by the STARE and the SuperDARN coherent radars. As outputs, the height-integrated Hall and Pedersen conductance distributions, as well as distributions of the true ionospheric and field-aligned currents are obtained and discussed for the different events.

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Amm, Olaf: Direkte Bestimmung flächenhafter Verteilungen ionosphärischer elektrodynamischer Parameter aus Bodenmessungen: Theorie und Anwendung in sphärischen. 1998.

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