Space Weather - Solar magnetic variation and its impact on Earth's atmosphere

• A solar magnetic field is continuously being created in the solar interior. As the field evolves outward through the solar atmosphere and into the enveloping heliosphere, it causes effects on a wide range of temporal and spatial scales. By studying and measuring these magnetic effects we gain extensive knowledge about solar magnetism and it also allows us to model and predict how solar activity is influencing the solar-terrestrial environment. This thesis is based on studies of some of these solar magnetic effects, from the solar atmosphere to the Earth's atmosphere. The first part of this thesis is a short description of different aspects in which solar magnetism can influence the solar-terrestrial environment together with a description of the data and the analysing tools used. The first part ends with a summary of the research papers founding this thesis, which are presented in their entirety in the second part of the thesis. Papers I and II present the results of analyses of the mean magnetic field of the Sun and how temporal variations of this mean field can be linked to different solar phenomena. Paper III describes the development of a hybrid neural network model making real-time predictions of solar wind interactions with the Earth's magnetosphere causing geomagnetic activity. Paper IV shows results indicating that the interplanetary magnetic field and the solar wind are affecting a global pressure system in the North Atlantic causing climate changes to the surrounding land masses. This investigation is continued in Paper V with a correlation analysis in the stratosphere and troposphere covering both hemispheres.

• Popular Abstract in Swedish I solens inre finns ett område där het, joniserad och mycket turbulent gas alstrar stora elektriska strömmar. Dessa strömmar genererar i sin tur ett starkt magnetfält som stiger upp till solens yta, fotosfären. I fotosfären uppstår en del intressanta magnetiska fenomen som till exempel solfläckar. Solfläckar är relativt svala områden som skapas då magnetfält hindrar den varma gasen underifrån att stiga upp till ytan. När ett antal solfläckar uppstår i närheten av varandra talar man om aktiva områden. Högre upp i solatmosfären, i den så kallade koronan, kan man se protuberanser. Protuberanser är stora magnetfältsbågar som binder ihop solfläckar med olika polariteter. När gastrycket blir för stort under dessa bågar kan inte magnetfältet hålla emot längre vilket medför att bågarna expanderar. Till slut kopplas bågarna loss från solatmosfärens magnetfält och slungas ut i den interplanetära rymden med en oerhörd kraft; vi får ett så kallat koronamassutkast. Ett annat sätt för gas att lämna solatmosfären är genom den så kallade solvinden. Solvinden är en kontinuerlig ström av laddade partiklar som rör sig ut från solen med en mycket hög hastighet (300-1000 km/s). Denna solvind uppstår på grund av den stora tryckskillnaden mellan solatmosfären och den interplanetära rymden. Med solvinden följer också det interplanetära magnetfältet som är en direkt förlängning av solatmosfärens magnetfält. Solens magnetiska aktivitet är långt ifrån konstant. Genom att t.ex. studera antalet solfläckar på solytan ser man att solaktiviteten varierar med en period på ungefär 11 år. Denna variation är också tydlig i solvinden. Studier av solen och solvinden har intensifierats det senaste årtiondet på grund av att allt fler rymdsatelliter har skjutits upp för kontinuerliga observationer av solen. När solvinden når jorden så kan dess magnetfält kopplas ihop med jordens magnetfält. Solvindpartiklar kan då ta sig in i vår atmosfär och generera kraftiga elektriska strömmar. Dessa strömmar genererar i sin tur ett magnetfält som motverkar jordens egna magnetfält och vi får en så kallad geomagnetisk storm. Med utgångspunkt från solvindens tillstånd kan man skapa modeller som förutsäger dessa geomagnetiska stormar. Ett relativt nytt forskningsområde är fokuserat på hur olika former av solaktivitet kan påverka vårt klimat. Vi vet sedan länge att solens värmestrålning är den grundläggande faktorn till vårt klimat. Men denna mekanism är inte tillräcklig för att förklara de storskaliga temperaturförändringar som observerats på jorden det senaste århundradet. Studier har visat att solvinden kan påverka jordens atmosfär på ett helt annat sätt än genom geomagnetisk aktivitet. Strömmarna som genereras i jonosfären verkar skapa en global tryckvåg som långsamt rör sig ner genom vår atmosfär. På sin väg ner påverkas tryckvågen av olika atmosfäriska cirkulationer vilket medför att tryckvågen koncentreras till mindre områden, med de starkaste områdena placerade i norra Atlanten. Sedan 1930-talet har det varit känt att den största orsaken till klimatvariationer i Europa och östra Nordamerika är ett storskaligt tryckmönster över norra Atlanten. Detta tryckmönster har fått namnet North Atlantic Oscillation och skapar vindsystem som rör sig i ostlig riktning över norra Atlanten. Mycket tyder på att solvinden storskaligt påverkar North Atlantic Oscillation och därmed vårt klimat. Ett sammanfattande namn för de ovan nämnda effekterna är rymdväder (eng. 'space weather'); ett begrepp som allmänt syftar på förhållanden i vår omgivning orsakade av solen och som kan påverka prestandan och tillförlitligheten på rymd- och markbaserade teknologiska system, utsätta människan för livsfaror samt påverka vårt klimat.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Fysik -- Astronomi, astrofysik och kosmologi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Physical Sciences -- Astronomy, Astrophysics and Cosmology (hsv//eng)

Nyckelord

klimatologi

kartografi

pedology

Physical geography

marklära

geomorphology

climatology

cartography

space weather - solar magnetism - solar wind - geomagnetic activity- North Atlantic Oscillation - climate change - neural networks- wavelet analysis

Fysisk geografi

geomorfologi

Astronomy

space research

cosmic chemistry

Astronomi

rymdvetenskap

kosmisk kemi

Fysicumarkivet A:2003:Boberg

Publikations- och innehållstyp

dok (ämneskategori)

vet (ämneskategori)