Estimativa da amplitude de correntes geomagneticamente induzidas em diferentes locais no Brasil durante tempestades magnéticas do ano de 2015

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Karen Viviana Espinosa Sarmiento
• Orientador(a): Antonio Lopes Padilha, Lívia Ribeiro Alves
• Banca de defesa: Clezio Marcos Denardin, Gelvam André Hartmann
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Geofísica Espacial/Ciências do Ambiente Solar-Terrestre
• País: BR
• Resumo em Inglês: Geomagnetically induced currents (GIC) recorded on the Earth's surface are related to extreme solar events and may represent hazardous situations for technological systems on the ground and in space. GIC effects are relatively well studied in auroral and high latitudes, but few studies have been developed in low latitudes and close to the magnetic equator. To evaluate GIC effects in Brazilian low latitude and equatorial regions and infer its possible impact on electric power transmission networks, GIC intensities were estimated in four regions during four magnetic storms occurring during 2015. Geomagnetic variations recorded during the four storms by fluxgate magnetometers operated by INPE's space weather program (EMBRACE) are available and computational codes developed to calculate GIC from the geomagnetic variations were tested using GIC values measured at a substation of a power network in central Brazil. By using available information on 1D electrical conductivity distribution below each station, geoelectric field variations were calculated during each storm. Engineering information from the transmission network were then used to estimate GIC values through the Lehtinen-Pirjola (LP) model. The maximum GIC amplitude was 8.5 𝐴, estimated at the Alta Floresta equatorial station during the main phase of the magnetic storm on June 21 (𝐷𝑠𝑡 = −204𝑛𝑇). Comparative evaluation of the results showed that effects from the geomagnetic field variation rate and the Earth's conductivity distribution are the main factors for the GIC amplitude. Enhancement of electrical conductivity in the equatorial ionosphere during daytime, associated with equatorial electrojet currents, and in the central region of the South America Magnetic Anomaly during both daytime and nighttime, associated with particle precipitation, control the maximum geomagnetic field variation rate. However, the major reason for the GIC amplitude enhancement is the electrical conductivity distribution inside the Earth, what is probably due to the low GIC values estimated in our study. Thus, the low conductance in the cratonic region of our equatorial station is the main responsible for the higher currents. Our results have also shown that the integrated conductance at crustal depths dominates GIC amplitudes, with the mantle conductivity having only a secondary effect.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/03.29.20.56

Correntes geomagnéticamente induzidas (GIC) observadas na superfície da Terra estão relacionadas a eventos solares extremos e podem representar situações de risco para sistemas tecnológicos no solo e no espaço. Os efeitos das GIC são relativamente bem estudados em regiões de latitudes aurorais e altas latitudes, mas poucos estudos foram desenvolvidos em baixas latitudes e próximo ao equador magnético. Para avaliar os efeitos das GIC nas regiões equatorial e de baixa latitude do Brasil e inferir seu possível impacto em redes de transmissão de energia elétrica, as intensidades das GIC foram estimadas em quatro regiões do país durante quatro tempestades magnéticas ocorridas durante o ano de 2015. Variações geomagnéticas registradas durante as quatro tempestades por magnetômetros fluxgate operados pelo programa de estudo e monitoramento do clima espacial (EMBRACE) do INPE são disponíveis. Códigos computacionais foram desenvolvidos para calcular as GIC a partir das variações geomagnéticas, os quais foram testados usando os valores de GIC medidos em uma subestação de uma rede de transmissão de energia de FURNAS no centro do país. Utilizando informação disponível sobre a distribuição de condutividade elétrica 1D abaixo de cada estação, as variações do campo geoelétrico foram calculadas durante cada tempestade para as quatro estações. Informações de engenharia da rede de transmissão foram então usadas para estimar os valores do GIC através do modelo Lehtinen-Pirjola (LP). A amplitude máxima estimada para as GIC foi de 8,5 𝐴, obtida na estação equatorial de Alta Floresta durante a fase principal da tempestade magnética de 21 de junho (𝐷𝑠𝑡 = −204𝑛𝑇). Uma avaliação comparativa dos resultados mostrou que efeitos da taxa de variação do campo geomagnético e da distribuição da condutividade elétrica do interior da Terra são os principais fatores para a amplitude das GIC. O aumento da condutividade elétrica na ionosfera equatorial durante o dia, associado ao sistema de correntes do eletrojato equatorial, e na região central da Anomalia Magnética da América do Sul tanto durante o dia como durante a noite, associada à precipitação de partículas, é responsável pela taxa máxima de variação do campo geomagnético. No entanto, o principal fator que controla o aumento de amplitude das GIC é a distribuição de condutividade elétrica dentro da Terra, o que se deve provavelmente aos baixos valores de GIC estimados em nosso estudo. Assim, a baixa condutância da região cratônica sob nossa estação equatorial é a principal responsável pelas correntes mais altas. Nossos resultados também mostraram que a condutância integrada em profundidades crustais domina as amplitudes das GIC, com a condutividade do manto tendo apenas um efeito secundário.