Which types of particle precipitation matter in the middle atmosphere?

Målet med prosjektet har vært å fastslå hvilke typer partikkelnedbør som er viktige for kjemien i atmosfæren. For å avgjøre dette har vi brukt lange tidsserier med bakkeobservasjoner samt atmosfære- og klimamodeller. Energetisk proton- og elektronnedbør kan påvirke kjemien og dynamiske prosesser i atmosfæren. Partikkelnedbøren kan for eksempel bidra til tap av ozon i den midlere atmosfæren, noe som i siste instans kan påvirke bakketemperaturene i de polare områdene. Vi har undersøkt hvilke typer begivenheter som bidrar vesentlig i disse prosessene og hvilke begivenheter som har mindre betydning. Solare protonbegivenheter avsetter mest energi i atmosfæren, men inntreffer bare noen få ganger i løpet av et år. Påvirkningen de har på atmosfæren er rimelig godt dokumentert. Energetiske elektronbegivenheter avsetter derimot mindre energi i atmosfæren men har en hyppigere frekvens. Disse oppstår på grunn av dynamiske prosesser assosiert med strålingsbeltet i magnetosfæren. Studier av enkelt begivenheter har vist at også disse har potensial til å påvirke kjemien i atmosfæren, men det finnes lite dokumentasjon på hvilken påvirkning disse har globalt og over lengre tidsperioder. Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) har anbefalt at den neste rapporten fra Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) bør inkludere effekter av partikkelnedbør i tillegg til effekter av fotonstråling når det vurderer solens påvirkningskraft på klimaet. Det finnes allerede flere verktøy og indirekte mål for observasjoner av partikkelnedbør. Lange måleserier har gjort det mulig å validere de nåværende CMIP estimatene til protoner og elektroners effekter til mesosfærisk kjemi under en type elektron nedbør, nemlig pulserende nordlys, som er nå konkludert å være viktig på grunn av lang levetid. Dette brukes nå til å oppdatere et estimat for nedbør av protoner og elektroner som skal testes for fremtidens klimamodeller.

The most important outcome of the project is one new doctorate on the topic of the solar particle events, and an enhanced collaboration between observational and modelling groups within the field of energetic particle precipitation (EPP). The new EPP forcing descriptions will be thoroughly tested on climate models for decadal simulations, and may end up leading to updates on the currently used descriptions for energetic particles.

High-energy protons and electrons precipitating into the Earth's atmosphere from space can have a significant impact on the chemical composition and dynamics of the atmosphere. These particles are known to facilitate ozone depletion in the middle atmosphere, which may ultimately cause changes in surface air temperatures in the polar regions. In this project we seek to determine which types of particle precipitation events are significant in driving these atmospheric effects, and which events play only a minor role. Solar proton events, which account for most of the energetic proton precipitation, are very strong but rather rare, occurring only a few times per year. Their effects on the atmosphere are relatively well-known. Energetic electron precipitation, however, is more common and less intense, resulting from dynamical processes within the magnetosphere, which transfer relativistic electrons from the radiation belts into the Earth's atmosphere. The chemical changes due to electron precipitation have been demonstrated for detailed studies of individual events, but little is known about their relative importance globally and over decadal time scales. The Coupled Model Intercomparison Project (CMIP) has for the first time recommended that the next Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) would include a solar particle forcing in the climate reports. Several tools and proxies have been developed for detecting energetic particle precipitation and assessing its atmospheric effects. With the necessary long-term datasets it is now possible to validate the currently used estimates of particle forcing, and determine which types of particle precipitation have a significant global and long-term impact on the atmospheric system. This knowledge can be used to improve future recommendations of solar particle forcing as a part of natural climate variability.