Impact of CIR/HSS-Driven Geomagnetic Storm and HILDCAAs* Events on Brazilian Equatorial and Low Latitude Ionosphere

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dc.contributor.advisorOliveira, Virgínia Klausner de
dc.contributor.authorAbaidoo, Samuel
dc.contributor.coadvisorCândido, Claudia Maria Nicoli
dc.contributor.event2São José dos Campos
dc.contributor.refereePillat, Valdir Gil
dc.contributor.refereePrestes, Alan
dc.contributor.refereePicanço, Giorgio Arlan da Silva
dc.contributor.refereeEcher, Ezequiel
dc.contributor.refereeSilva, Marlos Rockenbach da
dc.contributor.refereeEssien, Patrick
dc.date.accessioned2025-12-11T16:58:54Z
dc.date.available2025-12-11T16:58:54Z
dc.date.issued2025-10-20
dc.description.abstractThis research investigates the impact of CIRs/HSS-driven geomagnetic storms and High- Intensity, Long-Duration Continuous Auroral Electrojet Activity (HILDCAA) events on the Brazilian equatorial and low-latitude ionosphere during the early descending phase of solar cycle 23, with a focus on the geomagnetic disturbance from October 12–23, 2003. Ionospheric variability was analyzed using Digisonde data from São Luís and Cachoeira Paulista, representing the equatorial region and the southern crest of the Equatorial Ionization Anomaly (EIA), respectively, along with GNSS-derived Total Electron Content (TEC) data from a latitudinal chain of stations spanning Fortaleza to Uruguaiana, Brazil. To assess ionospheric perturbations, disturbed-day values were compared with a five quiet-day (5QD) average, serving as a baseline for normal conditions. Plasma drift disturbances were examined using the Fejer-Scherliess empirical model, employing the auroral electrojet index (AE) as a key parameter. The CIR/HSS events were characterized by prolonged geomagnetic forcing, with solar wind speeds reaching ˜ 619 km/s and IMF-Bz components facilitating enhanced magnetosphere-ionosphere coupling. These storms exhibited an intense main phase (Sym-H ˜ -100 nT) and a notably extended recovery phase (˜ 8 days), during which disturbance dynamo electric fields (DDEFs) played a crucial role in ionospheric restructuring. Results indicate a strong coupling between the auroral and equatorial ionospheres, with equatorward propagating disturbance winds driving F-region uplifts and nighttime spread- F occurrences. TEC variations exhibited distinct temporal and latitudinal patterns, with enhancements predominantly observed during daytime and post-sunset hours, influenced by the interplay of penetration electric fields (PPEFs), DDEFs, and auroral-driven disturbance winds. Notably, TEC increases were prominent at the Equatorial Ionization Anomaly (EIA) crest during equinoctial months, particularly in March–April, whereas winter months exhibited minima. Analysis of thermospheric O/N2 ratios confirmed that neutral composition changes were not the primary driver of TEC variability during HILDCAA events, whereas they played a significant role during CIR/HSS-driven geomagnetic storms. Additionally, large-scale ionospheric irregularities, examined through the Rate of TEC Index (ROTI), were most pronounced from nighttime to post-midnight, peaking at the equator during equinoxes and shifting toward lower latitudes from May to August. Empirical modeling validated that disturbance-induced vertical plasma drifts modulate F-region dynamics, with significant uplifts in h’F and hmF2, alongside foF2 reductions. Comparative statistical analysis of geomagnetic, solar wind, and ionospheric parameters demonstrated that CIR/HSS-driven HILDCAA events induce persistent ionospheric perturbations, comparable to intense ICME- driven storms. These findings underscore the prolonged influence of CIR/HSS-induced geomagnetic activity on equatorial and low-latitude ionospheric behavior, contributing to a deeper understanding of space weather impacts on radio propagation and other technological systems in the near-Earth environment.
dc.description.abstract2Esta pesquisa investiga o impacto de tempestades geomagnéticas induzidas por CIRs/HSS e de eventos de Atividade Contínua do Eletrojato Auroral de Longa Duração e Alta Intensidade (HILDCAA) sobre a ionosfera equatorial e de baixas latitudes brasileiras, durante a fase inicial descendente do ciclo solar 23, com foco na perturbação geomagnética de 12 a 23 de outubro de 2003. A variabilidade ionosférica foi analisada utilizando dados de Digissonda de São Luís e Cachoeira Paulista, representando, respectivamente, a região equatorial e o bordo sul da Anomalia de Ionização Equatorial (EIA), juntamente com dados de Conteúdo Total de Elétrons (TEC) derivados de GNSS, obtidos de uma cadeia latitudinal de estações que se estende de Fortaleza a Uruguaiana, Brasil. Para avaliar as perturbações ionosféricas, os valores dos dias perturbados foram comparados com a média de cinco dias calmos (5QD), servindo como referência de condições normais. As perturbações no arrasto do plasma foram examinadas por meio do modelo empírico de Fejer-Scherliess, empregando o índice do eletro- jato auroral (AE) como parâmetro chave. Os eventos de CIR/HSS foram caracterizados por um forçamento geomagnético prolongado, com velocidades do vento solar atingindo ˜ 619 km/s e componentes IMF-Bz favorecendo um acoplamento intensificado entre a magnetosfera e a ionosfera. Essas tempestades apresentaram uma fase principal intensa (Sym-H ˜ -100 nT) e uma fase de recuperação notavelmente prolongada (˜ 8 dias), durante a qual os campos elétricos do dínamo de perturbação (DDEFs) desempenharam papel crucial na reestruturação ionosférica. Os resultados indicam um forte acoplamento entre as ionosferas auroral e equa- torial, com ventos de perturbação propagando-se em direção ao equador, impulsionando elevações da região F e ocorrências de espalhamento-F noturno. As variações do TEC apre- sentaram padrões temporais e latitudinais distintos, com intensificações predominantemente observadas durante o dia e nas horas pós-pôr do sol, influenciadas pela interação de campos elétricos de penetração (PPEFs), DDEFs e ventos de perturbação impulsionados pela atividade auroral. Notadamente, os aumentos de TEC foram proeminentes no bordo da Anomalia de Ionização Equatorial (EIA) durante os meses equinociais, particularmente em março–abril, enquanto os meses de inverno exibiram valores mínimos. A análise das razões O/N2 na termosfera confirmou que as mudanças na composição neutra não foram o principal fator das variações de TEC durante os eventos HILDCAA, embora tenham desempenhado papel significativo durante as tempestades geomagnéticas induzidas por CIR/HSS. Além disso, irregularidades ionosféricas de grande escala, examinadas por meio do Índice de Taxa do TEC (ROTI), foram mais pronunciadas do período noturno ao pós-meia-noite, atingindo seu pico no equador durante os equinócios e deslocando-se em direção a latitudes mais baixas de maio a agosto. A modelagem empírica validou que os arrastos verticais do plasma induzidos por perturbações modulam a dinâmica da região F, com elevações significativas em h’F e hmF2, acompanhadas por reduções em foF2. A análise estatística comparativa dos parâmetros geomagnéticos, do vento solar e da ionosfera demonstrou que os eventos HILDCAA associa- dos a CIR/HSS induzem perturbações ionosféricas persistentes, comparáveis às tempestades intensas induzidas por ICMEs. Esses resultados destacam a influência prolongada da atividade geomagnética induzida por CIR/HSS sobre o comportamento ionosférico equatorial e de baixas latitudes, contribuindo para um entendimento mais profundo dos impactos do clima espacial na propagação de rádio e em outros sistemas tecnológicos no ambiente próximo à Terra.
dc.description.physical251 p.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.format.mimetypepdf
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationUniversidade do Vale do Paraíba
dc.identifier.affiliationInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais
dc.identifier.affiliationInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais
dc.identifier.affiliationUniversity of Cape Coast
dc.identifier.bibliographicCitation2ABAIDOO, Samuel. Impact of CIR/HSS-Driven Geomagnetic Storm and HILDCAAs* Events on Brazilian Equatorial and Low Latitude Ionosphere. São José dos Campos, SP, 2025. 251 f.; PDF. Tese (Doutorado em Física e Astronomia) - Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São José dos Campos/SP, 2025
dc.identifier.urihttps://repositorio.univap.br/handle/123456789/1053
dc.language.isoen
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsUNIVAP
dc.publisher.institutionUniversidade do Vale do Paraíba
dc.publisher.programDoutorado em Física e Astronomia
dc.publisher.spatialSão José dos Campos
dc.subject.keywordResposta ionosférica
dc.subject.keywordDigissonda
dc.subject.keywordFase descendente
dc.subject.keywordEjeção de Massa Coronal (CMEs)
dc.subject.keywordRegiões de Interação em Corotação (CIRs)
dc.subject.keywordAtividade Contínua do Eletrojato Auroral de Longa Duração e Alta Intensidade (HILDCAA)
dc.titleImpact of CIR/HSS-Driven Geomagnetic Storm and HILDCAAs* Events on Brazilian Equatorial and Low Latitude Ionosphere
dc.title.alternativeImpacto de Tempestade Geomagnetica Impulsionada por CIR/HSS e de Eventos HILDCAAs* na Ionosfera Brasileira Equatorial e de Baixas Latitudes
dc.typeTese

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