Análise da variabilidade do campo elétrico atmosférico durante tempo bom e distúrbios geofísicos

Abstract

The monitoring of the atmospheric electric field is important to study the dynamics of the global atmospheric electric circuit and the possible coupling of the space weather with the tropospheric climate. In this thesis, we investigate the daily variation of the atmospheric electric field at different locations in South America, using a new network of electric field sensors installed in Argentina, Brazil and Peru, which was established during the course of the project. The main objective was to obtain the daily curve of the atmospheric electric field in fair weather conditions, for each station of the network, which was called standard curve, through monthly, seasonal and annual averages. The annual standard curves were compared with the universal time curve, known as the Carnegie curve, which is related to the currents flowing in the global atmospheric electric circuit. For all stations, the daily variation of the atmospheric electric field was found to have the contribution of local effects (e.g. natural radioactivity of the soil and pollution) and global effects (good correlation with the Carnegie curve). Additionally, for the station located in Argentina, we compared the monthly variation of the atmospheric electric field with the monthly global variation of the number of lightning. The results show a good similarity in the monthly variation after removing local effects (aerosols). In addition, deviations of the standard curve of the electric field were analyzed during solar flares, solar proton events and Forbush decreases, using the superposed epoch analysis. The results show no effects on the electric field variation after solar flares, but excess of ~ 10V/m are observed after intense solar proton events. The latter result indicates ionization effects above disturbed regions perturbing the global electric circuit. On the other hand, no significant effects were observed after Forbush decreases (> 4%). However, during two very intense events, > 10% and > 8%, an increase in the atmospheric electric field is observed, which indicates ionization effects in fair weather regions.

O monitoramento do campo elétrico atmosférico é importante para estudar a dinâmica do circuito elétrico atmosférico global e o possível acoplamento do clima espacial com o clima troposférico. Nesta tese investiga-se a variação diária do campo elétrico atmosférico em diferentes locais na América do Sul, utilizando-se uma nova rede de sensores de campo elétrico instalados na Argentina, Brasil e Peru, a qual foi estabelecida durante o decorrer do projeto. O objetivo principal foi obter a curva diária do campo elétrico atmosférico em dias de tempo bom para cada uma das estações da rede, a qual foi chamada de curva padrão, através de médias mensais, sazonais e anuais. As curvas padrão anuais foram comparadas com a curva característica em tempo universal, conhecida como a curva de Carnegie, a qual está relacionada com as correntes fluindo no circuito elétrico atmosférico global. Para todas as estações encontrou-se que a variação diária do campo elétrico atmosférico apresentava a contribuição de efeitos locais (por exemplo, radioatividade natural do solo e poluição) e globais (boa correlação com a curva de Carnegie). Adicionalmente, para a estação localizada na Argentina, comparou-se a variação mensal do campo elétrico atmosférico com a variação mensal global do número de ocorrências de raios. Os resultados mostram uma boa similitude na variação mensal depois de remover efeitos locais (aerossóis). Além disso, foram analisados desvios da curva padrão do campo elétrico durante explosões solares, eventos de prótons solares e decréscimos Forbush, utilizando-se o método de épocas superpostas. Os resultados mostram que não ocorre nenhum efeito na variação do campo elétrico depois de explosões solares, porém se observa excessos de ~10V/m depois de intensos eventos de prótons solares. O último resultado indica efeitos de ionização acima de regiões de tempo perturbado alterando o circuito elétrico global. Por outro lado, não se observa efeitos significantes depois de decréscimos Forbush (>4%). No entanto, durante dois eventos muito intensos, >10% e >8%, se observa um incremento no campo elétrico atmosférico, o qual indica efeitos de ionização em regiões de tempo bom.