Correlation between the mean wind in the mesosphere and lower thermosphere and solar cycles

Abstract

Middelvinden i den midtre atmosfæren transporterer kjemiske spesier som er sentrale for energibalansen i atmosfæren. Sterk avhengighet mellom de ulike lagene i atmosfæren gir motivasjon for å utforske middelvinden i mesosfæren og den lavere delen av termosfæren for å forbedre klimamodeller. Ved bruk av tidsforskjøvet korrelasjon og kryssspekter, ble likhetene mellom middelvinden i MLT og solindeksen Y10.7 utforsket. Timeverdier for middelvind, ved 95 km høyde, fra radarstasjonen i Saskatoon (Canada) skaffet av Super Dual Auroral Radar Network, solintensitetsdata, Y10.7, fra den europeiske romfartsorganisasjonen og AP-indeksen fra NOAA utgjorde grunnlaget for rådataen brukt i denne masteroppgaven.

Det ble funnet en svak, men signifikant korrelasjon mellom middelvinden og den 27 dager lange solsyklusen i Y10.7. Derimot varierte begge dataseriene med den samme perioden, som indikerer at middelvinden avhenger av variasjonene av Y10.7 som følge av solens rotasjon. Ved et lengre tidsperspektiv, viste middelvinden moderat korrelasjon med Y10.7 ved en periode på 13 år. Middelvinden i mesosfæren og den lavere delen av termosfæren er i det minste delvis drevet av solens irradians. Videre var det ikke mulig å bestemme om energirik partikkelnedbør var en driver i mesosfæren og den lavere delen av termosfæren; modelleringen nødvendig er utenfor omfanget til denne oppgaven.

The mean wind in the middle atmosphere transports chemical species central to the energy balance in the atmosphere. Strong coupling between the layers of the atmosphere also motivates exploring the mean winds in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) to improve climate models. By use of lagged cross-correlation and cross-spectra, the similarities in the mean wind in the MLT and the solar index Y10.7 were explored. Hourly mean winds, at about 95 km altitude, from the radar station in Saskatoon (Canada) provided by the Super Dual Auroral Radar Network, solar intensity data, Y10.7, from the European Space Agency and AP index from National Oceanic and Atmospheric Administration formed the raw data basis used in this report.

There was a weak, but significant correlation between the mean wind and the 27-day solar cycle in Y10.7. However, both data sets varied with the same period, about 27-days, implying dependence of the mean wind on the variation of Y10.7 with solar rotation. On a longer-term scale, the mean wind and Y10.7 showed moderate correlation with Y10.7 at a period of 13 years. The mean wind in the mesosphere and lower thermosphere is at least partly driven by solar irradiance. Furthermore, it was not possible to determine whether energetic particle precipitation was a driver of the MLT; the modelling necessary is out of scope for this thesis.