Full Range Energetic Particle Precipitation Impacting the Middle Atmosphere (FREPPIMA)

Energirike elektron og proton, fanga i jordas magnetfelt, kan kollidera med gassane i den øvre delen av atmosfæren (>50 km). Kollisjonane innleiar ei rekkje kjemiske reaksjonar som aukar produksjonen av NOx og HOx gassar som i sin tur kan bryta ned ozon. Ozon er viktig for energibudsjettet ved desse høgdene, så dersom ein endrar mengda ozon ved om lag 50 km, kan ein forandra temperatur og vindar i dette området. Desse vindane har koplingar til versystemet vårt. Det er såleis avgjerande å ha vita kor mykje og ved kva høgd partiklane avset energien sin for å forstå kva rolle dei spelar i atmosfæren og om dei kan påverka temperaturen på bakken i visse regionar. Dette prosjektet hadde ei todelt målsetjing: - forbetra estimatet av elektronnedbør over heile det aktuelle energiområdet - bruka estimatet i både modell- og observasjonsstudie Me har nytta ein ny metode for å estimera kor mange elektron (>30 keV) som treff atmosfæren frå partikkelmålingar gjort med NOAA/POES og EUMETSAT/MetOp satellittane. Metoden har vorte brukt på over 20 år med data. Den korrigerte elektronfluksen vert deretter kombinert med målingar av elektron med lågare energi (<30 keV) målt av dei same satellittane. Dette gjev oss eit overslag på kor mange elektron totalt som påverkar den øvre atmosfæren (50-120 km). Det nye overslaget har vist at mengda energerik elektronnedbør, som ofte er brukt i klimamodellar, underestimerer elektronfluksen med ein storleiksorden. Dette tyder at tapet av ozon også vil verta underestimert. For å imøtekomma denne utfordringa har me modifisert klimamodellen WACCM slik at den no også kan nytta dei nye estimata frå FREPPIMA prosjektet. Dette vert tatt i bruk i den internasjonale arbeidsgruppa "Medium Energy Electrons Model-Measurement intercomparison". Her vert ulike metodar for å estimera elektronfluks samanlikna. Ved hjelp av atmosfæremodellar vert dei påfølgjande kjemiske effektane evaluert. Kort sagt, FREPPIMA har lagt grunnlaget for eit nytt overslag over kor mange elektron som treff atmosfæren. Det har vore eit vellukka prosjekt som har styrka samarbeidet mellom romfysikk og klimaforsking og opna for nye framtidige samarbeidsprosjekt.

The FREPPIMA project has been a dedicated support for collaboration between the Space Physics community and the Climate research community. It has developed techniques which gives new estimates of the energetic electron precipitation (EEP) (> 30 keV) into the atmosphere and modified the input files of the latest version of the WACCM (v.6) to incorporate this input. Applying the new EEP estimates to both observations and model studies has been crucial to get deeper insight in the overarching goal: What are the effects of energetic particle precipitation on the atmospheric system? Answering this question is also the goal for one of the three research groups at the Birkeland Centre for Space Science (BCSS) where FREPPIMA has been an important contribution. Through overseas stays and international working groups close collaboration with the stakeholders in the atmosphere and climate modelling community has been established.

Precipitating electrons and protons deposit their energy at various altitudes throughout the atmosphere depending on their initial energy. It has long been recognized that they are an important source of NOX and HOX gasses which can reduce the ozone concentration through catalytic cycles. Ozone plays a key role in the middle atmospheric energy budget. A good estimate of the particle energy input and its altitude distribution is crucial for determining the role of energetic particle precipitation in affecting the temperature and dynamics in the middle atmosphere, as well as its potential impact on the regional surface temperature. The proton energy input associated with rare solar proton events and its impact on NOX and HOX has been widely explored. The effects of the frequent energetic electrons events are, however, still undetermined and often poorly represented in current atmospheric models: - The precipitation of electrons with medium to high energies (30 keV-1 MeV) is missing/largely underestimated. - The precipitation of electrons with low energies (1-30 keV) are parameterized by geomagnetic indices. - The lower and higher electron energy parameterizations are decoupled from each other creating an unrealistic energy deposition height profile. We will apply a new physics based technique to determine the loss cone fluxes from energetic electron measurements from the NOAA/POES and EUMETSAT/MetOp. We will concatenate low and high energy electron measurement and investigate long term trend in the energy spectra and its relationship to solar wind parameters and geomagnetic indices. The result will prepare the ground for a parameterization of the full energy range of precipitating electrons to be implemented in the atmosphere climate model WACCM. The progress and evaluation of results will be closely linked to the project: "Solar effects on natural climate variability in the North Atlantic and Arctic (SOLENA)", supported the NFR Climate call 2015.