Dynamical-Chemical Coupling in the Polar Middle Atmosphere: Effects of Energetic Particle Precipitation on the Middle Mesospheric Maximum

Det midtre mesosfæriske ozonmaksimum er et nylig oppdaget fenomen, som finner sted i atmosfæren over polområdene vinterstid. Geomagnetisk aktivitet er kjent for å spille en viktig rolle i den midtre atmosfærens ozonbudsjett, og kan påvirke både vær og klima gjennom energisk partikkelutfelling. Målet med denne oppgaven er å kvantisere i hvilken grad partikkelutfelling endrer ozonkonsentrasjonen mellom 50-75 km, da med spesielt fokus på det midtre mesosfæriske ozonmaksimum. British Antarchtic Survey sitt bakkebaserte radiometer, som er stasjonert ved den norske stasjonel Troll, og NASA sin satelitt EOS Aura, har begge gitt kontinuerlige ozonprofiler gjennom tre påfølgende vintre. De geomagnetiske indeksene AE og Dst har blitt brukt til å identifisere tidspunkt med forhøyet geomagnetisk aktivitet. Indeksene ble på denne måten brukt som indikator for energisk partikkelutfelling. Tidsserier av ozon og de geomagnetiske indeksene ble samlet i en "superposed epoch"-analyse, og kryss-korrelasjon-analyse ble gjennomført på disse epokene. Resultatene viser en relativ reduksjon i ozon på 2-3 ganger, kort tid etter en moderat til sterk geomagnetisk storm, sammenlignet med det normaliserte bakgrunnsnivået av mesosfærisk ozon. Korrelasjonskoeffisienten mellom ozon og Dst, og ozon og AE, for samme stormstyrke ble kalkulert til henholdsvis 0.6 og -0.45. Dette indikerer at AE, som er basert på målinger utelukkende fra den nordlige halvkule, ikke er en optimal indikator av partikkelutfelling over den sørlige halvkule. Den ekvatoriale ringstrømmen ser ut til å utfelle partikler tilnærmet symmetrisk over begge halvkuler, noe som gjør Dst-indeksen til en bedre indikator for partikkelutfelling over begge polene. Resultatene viser at ozonreduskjonen når helt ned til 55 km omtrent umiddelbart etter stormmaksimum og at ozonnivået for det meste er gjenopprettet innen 2-4 dager. Mangelen på utstrekning av ozonreduksjonen i tid indikerer katalytisk ozonødeleggelse, hovedsakelig som følge av odd-hydrogenmolekyler, produsert av energisk strålingsbeltepartikler. Fraværet av en tidsforsinket eller tidsutstrukket ozonredusksjon tyder på at nedadgående transport av odd-nitrogen fra termosfæren eller øvre mesosfære sjeldent skjer.