O potențială legătură între vremea spațială și variațiile parametrilor atmosferici: un studiu de caz al furtunii geomagnetice din noiembrie 2021

Sursa: Regi, M.; Piscini, A.; Francia, P.; De Lauretis, M.; Redaelli, G.; Carnevale, G. A Potential Link between Space Weather and Atmospheric Parameters Variations: A Case Study of November 2021 Geomagnetic Storm. Remote Sens. 2024, 16, 3318. https://doi.org/10.3390/rs16173318 (Rezumat)

Articolul „A Potential Link between Space Weather and Atmospheric Parameters Variations: A Case Study of November 2021 Geomagnetic Storm” analizează posibila legătură dintre vremea spațială, activitatea geomagnetică și variațiile unor parametri atmosferici în timpul furtunii geomagnetice intense din 3–6 noiembrie 2021, când indicele Kp a atins valoarea 8−. Autorii pornesc de la ideea că vântul solar și câmpul magnetic interplanetar pot transfera energie către magnetosferă, ionosferă și, indirect, către straturile inferioare ale atmosferei, mai ales în regiunile polare, unde cuplajul dintre mediul spațial și atmosfera terestră este mai eficient. Studiul se concentrează asupra modului în care variațiile electrodinamicii capacului polar — în special diferența de potențial electric polar — pot fi asociate cu modificări ale temperaturii, umidității specifice și vânturilor zonale și meridionale în troposferă și stratosferă.

Metodologic, cercetătorii folosesc date despre vântul solar și câmpul magnetic interplanetar, combinate cu modelul empiric Weimer 2005, pentru a estima potențialul electric al capacului polar, curenții aliniați câmpului magnetic și încălzirea Joule la altitudini ionosferice. Pentru partea atmosferică, sunt utilizate datele de reanaliză ERA5 ale ECMWF, care oferă o imagine globală, orară și pe mai multe niveluri de altitudine a atmosferei. Analiza se desfășoară pentru intervalul perturbat din noiembrie 2021 și este comparată cu două perioade liniștite: anul 2019, folosit ca referință, și anul 2020, folosit ca test de control. Această comparație este importantă deoarece permite separarea variațiilor asociate furtunii geomagnetice de variabilitatea meteorologică normală.

Rezultatele arată că, în timpul furtunii geomagnetice, există corelații semnificative între intensificarea electrodinamicii polare și variațiile atmosferice, atât în emisfera nordică, cât și în cea sudică. Cele mai clare răspunsuri sunt observate pentru temperatură, umiditatea specifică și vântul zonal. Umiditatea specifică prezintă variații relative mai mari decât temperatura și vântul zonal, mai ales în troposferă, unde conținutul de vapori de apă este în mod natural mai ridicat. Vântul meridional, în schimb, nu pare să fie influențat în mod consistent de procesul de cuplaj solar–magnetosferic–atmosferic. Corelațiile sunt mai vizibile după filtrarea variațiilor lente, ceea ce sugerează că semnalul legat de furtuna geomagnetică este suprapus peste dinamica atmosferică obișnuită.

Un rezultat important al studiului este existența unui decalaj temporal: modificările parametrilor atmosferici apar de regulă la aproximativ o zi după intensificarea activității geomagnetice. Acest fapt susține ipoteza că vântul solar și procesele magnetosferice preced și pot influența variațiile atmosferice, deși articolul evită să afirme o cauzalitate definitivă. Răspunsul pare ceva mai rapid în emisfera nordică decât în cea sudică, diferență pe care autorii o pun posibil în legătură cu rolul vortexului polar stratosferic. De asemenea, analiza pe latitudine arată că legătura este mai puternică la latitudini înalte, peste aproximativ 65°, cu un maxim în jurul latitudinii geografice de 75°, zonă apropiată de regiunile aurorale, unde efectele electrodinamice ale cuplajului solar–magnetosferic sunt cele mai intense.

Articolul investighează și relația dintre turbulența vântului solar și încălzirea Joule ionosferică. Autorii folosesc doi indicatori ai naturii fluctuațiilor din vântul solar — helicitatea încrucișată normalizată și energia reziduală normalizată — pentru a distinge între fluctuații de tip Alfvénic și compresiv. În timpul fazei principale a furtunii, apar creșteri ale încălzirii Joule asociate atât cu fluctuații compresive, cât și cu fluctuații Alfvénice, sugerând că starea turbulentă a vântului solar poate contribui la transferul de energie din mediul interplanetar spre magnetosferă și ionosferă. Această energie suplimentară ar putea influența, indirect, și straturile atmosferice inferioare.

Concluzia generală este că furtuna geomagnetică din noiembrie 2021 a fost însoțită de variații atmosferice detectabile statistic, în special în temperatură, umiditate specifică și vânt zonal, în ambele emisfere și atât în troposferă, cât și în stratosferă. Intensificarea diferenței de potențial a capacului polar pare să joace un rol central în acest cuplaj, posibil prin modificarea circuitului electric global și prin efecte asupra microfizicii norilor. Totuși, autorii subliniază că studiul este un caz particular și că sunt necesare analize pe un număr mai mare de furtuni geomagnetice pentru a confirma robust o relație cauzală între vremea spațială și variațiile atmosferice de scurtă durată.