MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31295165
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aGasque,  L.  Claire.
■24510▼aStudies  of  Ionosphere/Thermosphere  Plasma-Neutral  Coupling  in  Response  to  Various  Energy  Drivers
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Berkeley▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a183  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bale,  Stuart;Immel,  Thomas.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2024.
■520    ▼aExtending  from  approximately  85  to  1,000  km  above  Earth's  surface,  the  terrestrial  ionosphere-thermosphere  (I-T)  system  holds  growing  significance  as  we  increasingly  rely  on  space-based  infrastructure.  The  I-T  system  comprises  a  mixture  of  ionized  and  neutral  gases  whose  dynamics  are  tightly  coupled,  generating  a  variety  of  complex  phenomena,  some  of  which  remain  poorly  characterized  and  understood.  This  dissertation  presents  studies  investigating  three  of  the  most  enigmatic  I-T  phenomena,  each  driven  by  a  distinct  energy  source.  Specifically,  we  examine: 1.  rapid  electrodynamic  changes  and  plasma  redistribution  following  explosive  events  in  the  lower  atmosphere,  with  a  particular  focus  on  the  2022  eruption  of  the  Hunga  Tonga-Hunga  Ha'apai  (hereafter  'Tonga')  volcano,2.  thermospheric  wind  perturbations  linked  to  the  abrupt  changes  in  solar  inputs  triggered  daily  by  the  setting  sun,  and3.  aurora-like  glows  in  the  subauroral  ionosphere  associated  with  rapid  ion  flows  in  the  upper  ionosphere  during  geomagnetically  active  periods.Each  study  employs  both  observational  data  and  theoretical  modeling  to  examine  the  coupled  plasma-neutral  response  to  the  energy  driver  and  to  characterize  and  explain  the  ensuing  phenomenon.The  first  study  delves  into  the  ionospheric  effects  of  the  2022  Tonga  volcanic  eruption.  This  eruption  drove  global-scale  atmospheric  waves  that  propagated  into  space  and  propelled  ionospheric  disturbances.  This  dissertation  investigates  the  ionospheric  consequences  of  the  eruption  within  about  5,000  km  of  the  volcano.  The  study  demonstrates  the  immediate  large-scale  electrodynamic  effects  of  the  eruption  using  observations  from  NASA's  Ionospheric  Connection  Explorer  (ICON)  satellite.  Extreme  (100  m/s)  cast-west  and  vertical  ion  drifts  are  observed  thousands  of  kilometers  away  from  the  volcano  within  an  hour  of  the  eruption,  before  the  arrival  of  any  known  neutral  atmospheric  wave.  The  measured  ion  drifts  are  magnetically  conjugate  to  the  ionospheric  E  region  about  400  km  from  Tonga.  A  theoretical  calculation  shows  that  the  observed  ion  drifts  are  consistent  with  the  ionospheric  E  region  dynamo  effects  of  an  expanding  neutral  atmospheric  wavefront  with  a  large  (200  m/s)  neutral  wind  amplitude.  The  analysis  suggests  that  the  thermospheric  neutral  winds  initiated  by  the  eruption  interacted  with  the  E  Region  ionospheric  plasma  and  created  strong  electric  potentials  which  propagated  along  Earth's  magnetic  field  via  Alfven  waves  and  caused  the  observed  plasma  drifts  in  the  opposite  hemisphere.  These  observations  are  the  first  direct  detection  in  space  of  the  rapid  and  extreme  electrodynamic  consequences  of  a  volcanic  eruption  and  contributes  to  our  understanding  of  the  coupling  between  the  lower  atmosphere  and  I-T  system  following  explosive  events  such  as  this  eruption.The  second  study  considers  the  daily  effect  of  the  setting  sun  on  the  I-T  system.  The  moving  solar  terminator  (ST)  generates  atmospheric  disturbances,  broadly  termed  solar  terminator  waves  (STWs).  Despite  theoretically  recurring  daily,  STWs  remain  poorly  understood,  partially  due  to  measurement  challenges  near  the  ST.  By  presenting  analysis  of  neutral  wind  data  from  the  Michelson  Interferometer  for  Global  High-resolution  Thermospheric  Imaging  (MIGHTI)  onboard  the  ICON  satellite,  this  dissertation  reveals  observations  of  STW  signatures  in  thermospheric  neutral  winds,  including  the  first  observed  meridional  wind  signatures.  Seasonal  analysis  demonstrates  that  STWs  are  most  prominent  during  solstices,  when  they  intersect  the  ST  about  ~  20°  latitude  from  the  equator  in  the  winter  hemisphere  and  have  phase  fronts  inclined  at  a  ~  40°  angle  to  the  ST.  This  work  provides  the  first  observed  STW  altitude  profiles,  revealing  large  (200  km)  vertical  wavelengths  above  200  km.  Comparing  these  observations  to  four  different  models  suggests  the  STWs  likely  originate  directly  or  indirectly  with  waves  from  below  97  km.  These  results  indicate  that  STWs  may  play  an  under-recognized  role  in  the  daily  variability  of  the  I-T  system,  warranting  further  study.Finally,  this  dissertation  considers  aurora-like  emissions  which  arise  equatorward  of  the  auroral  oval  in  conjunction  with  extremely  fast  ionospheric  ion  flows.  The  'picket  fence'  is  a  captivating  visual  phenomenon  featuring  vibrant  green  streaks.  It  is  often  observed  concurrently  with  and  at  lower  altitudes  than  the  rare  purpieish-white  arc  called  STEVE  (Strong  Thermal  Emission  Velocity  Enhancement).  Despite  its  aurora-like  appearance,  recent  studies  suggest  that  the  picket  fence  may  not  be  driven  by  magnetospheric  particle  precipitation  but  instead  by  local  electric  fields  parallel  to  Earth's  magnetic  field.  This  dissertation  evaluates  the  parallel  electric  fields  hypothesis  by  quantitatively  comparing  picket  fence  spectra  with  the  emissions  generated  in  a  kinetic  model  driven  by  local  parallel  electric  fields  energizing  ambient  electrons  in  a  realistic  neutral  atmosphere.  The  results  demonstrate  that,  at  a  typical  picket  fence  altitude  of  110  km,  parallel  electric  fields  between  40  and  70  Tel  (~80  to  150  mV/m  at  110  km)  energize  ambient  electrons  sufficiently  so  that,  when  they  collide  with  neutrals,  they  reproduce  the  observed  ratio  of  N2  first  positive  to  atomic  oxygen  green  line  emissions,  without  producing  N+2  first  negative  emissions,  consistent  with  the  features  observed  in  picket  fence  spectra.  These  findings  establish  a  quantitative  connection  between  ionospheric  electrodynamics  and  observable  picket  fence  emissions,  offering  verifiable  targets  for  future  models  and  experiments. The  work  presented  in  this  dissertation  has  contributed  to  ongoing  I-T  research  as  well  as  spawned  new  research  directions,  including  providing  benchmarks  for  more  detailed  modeling  studies  of  the  Tonga  volcanic  eruption,  demonstrating  the  need  for  in-depth  modeling  follow-up  studies  to  examine  the  origin  of  STWs  and  their  effects  on  the  ionosphere,  and  leading  to  a  proposal  for  a  rocket  campaign  to  measure  the  parallel  electric  fields  that  may  drive  picket  fence  emissions  for  the  first  time.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
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■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bPhysics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17161680▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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