Delayed Ionospheric Response to Solar EUV/UV Radiation Variations

The variability of the thermosphere-ionosphere (T-I) system and its complex behavior is strongly dependent on the continuously changing solar extreme ultraviolet (EUV) and ultraviolet (UV) radiation. The ionospheric electron density (or ion density) is mainly controlled by photoionization, loss by recombination, and transport processes. Transport processes play a significant role in the T-I composition and are responsible for the plasma distribution. The ionospheric response to solar activity has been investigated using total electron content (TEC) and solar EUV observations, as well as various solar proxies. An ionospheric delay of about 1-2 days in the daily TEC on the time scale of 27 days solar rotation period has been reported. It has also been shown that the He-II index is one of the best solar proxies to represent the solar activity at different time scales. The ionospheric delay in relation to solar radiation variations has attracted less attention in the past, especially with respect to its possible mechanisms. However, such studies, are of great importance for a better understanding of the complex interactions between solar radiation and the ionosphere that affect radio communications and navigation systems such as GNSS. Since the T-I region is affected not only by solar radiation, but also by lower atmospheric forcings, geomagnetic activity, and space weather events. Therefore, numerical modeling provides an opportunity to interpret the possible physical mechanism. To shed more light on this issue, a global, 3-D, time-dependent, physics-based numerical model was used in this thesis. It is a comprehensive numerical study to investigate the ionospheric response to solar flux changes during the 27 days solar rotation period. Satellite observations were used for comparison with the model simulations. The average delay for the observed (modeled) TEC is about 17 (16) h againest high-resolution solar EUV flux. The study confirms the capabilities of the model to reproduce the delayed ionospheric response with daily and hourly resolution. These results are in close agreement with previous studies. For the first time, the model simulations were performed to understand the role of eddy diffusion. The study shows that eddy diffusion is an important factor affecting the ionospheric delay and highlights the influence of the lower atmospheric forcing. Eddy diffusion was found to cause a change in thermospheric composition, which induces changes in atomic oxygen by modifying loss and photoionization rates. Atomic oxygen contributes significantly to ionization. Enhanced eddy diffusion leads to a decrease in atomic oxygen ion density and consequently TEC. Therefore, TEC decreases due to enhanced eddy diffusion, showing that the ionospheric delay is reduced. Thus, slow transport leads to maximum ionospheric delay.:Bibliographische Beschreibung Bibliographic Description Acronyms 1 General introduction 1.1 Introduction: Ionospheric delayed response 1.2 Objectives and structure of the thesis 1.3 Model description and data 1.3.1 CTIPe model description 1.3.2 Data 2 Paper 1: Ionospheric delayed response: preliminary results Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Schmölter, E., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar EUV variations: Preliminary results 3 Paper 2: Long term trends of ionospheric response to solar EUV variations Vaishnav, R., Jacobi, C., and Berdermann, J.: Long-term trends in the iono- spheric response to solar extreme-ultraviolet variations 4 Paper 3: Comparison between CTIPe model simulations and satellite measurements Vaishnav, R., Schmölter, E., Jacobi, C., Berdermann, J., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: com- parison based on CTIPe model simulations and satellite measurements 5 Paper 4: Role of eddy diffusion in the ionospheric delayed response Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Codrescu, M., and Schmölter, E.: Role of eddy diffusion in the delayed ionospheric response to solar flux changes 6 Conclusions 7 Outlook References Acknowledgements Curriculum Vitae AffirmationDie Veränderungen des Thermosphäre-Ionosphäre (T-I) Systems und dessen Komplexität werden entscheidend durch die sich ständig ändernde extreme ultraviolette (EUV) und ultraviolette (UV) Sonnenstrahlung geprägt. Hierbei wird die ionosphärische Elektronendichte (oder Ionendichte) hauptsächlich durch Photoionisation, Rekombination und Transportprozesse gesteuert. Insbesondere Transportprozesse spielen eine wichtige Rolle für die Zusammensetzung des T-I-Systems und sind für die Plasmaverteilung verantwortlich. Die ionosphärische Reaktion auf Veränderungen der Sonnenaktivität wurde mithilfe des Gesamtelektronengehalts (englisch total electron content, TEC) und Messdaten des solaren EUV-Spektrums sowie solaren Proxys untersucht. Eine ionosphärische Verzögerung von 1 bis 2 Tagen für Tageswerte von TEC wurde für die 27-Tage-Sonnenrotation gefunden. Es wurde auch gezeigt, dass der He-II-Index einer der besten solaren Proxys ist, um die Sonnenaktivität auf verschiedenen Zeitskalen zu beschreiben. Die ionosphärische Verzögerung in Bezug auf Variationen der Sonnenstrahlung wurde in der Vergangenheit wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Insbesondere die zugrundenliegenden Mechanismen wurden nicht untersucht. Solche Studien sind jedoch von entscheidender Bedeutung für ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung und Ionosphäre, die unteranderem die Leistung von Radiokommunikation und globalen Navigationssystemen beeinflussen. Das T-I-System wird jedoch nicht nur von der solaren EUV-Strahlung kontrolliert. Prozesse der unteren Atmosphäre, geomagnetische Aktivität und Weltraumwettereignisse haben ebenfalls einen Einfluss auf diese Region. Daher bietet sich numerische Modellierung als Möglichkeit für die Interpretation der physikalischen Prozesse an. Zur Klärung der offenen Fragen wurde in dieser Arbeit ein globales, dreidimensionales, zeitabhängiges physikalisches Modell verwendet und eine umfangreiche Studie der ionosphärischen Reaktion auf Veränderungen der Sonnenstrahlungen während der 27-Tage-Sonnenrotation wurde durchgeführt. Hierfür wurden Messdaten von Satellitenmissionen mit den Modellsimulationen verglichen. Im Mittel ergibt sich eine Verzögerung von 16 Stunden aus der Analyse der Messdaten und eine Verzögerung von 17 Stunden aus den Modellsimulationen. Die Studie bestätigt demnach die Fähigkeit des Modells, die verzögerte ionosphärische Reaktion in stündlicher und täglicher Auflösung zu simulieren. Diese Ergebnisse stimmen gut mit vorangegangenen Studien überein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Simulationen zum Einfluss der Eddy-Diffusion durchgeführt. Diese Analyse zeigt, dass die Eddy-Diffusion ein wichtiger Faktor für die Ausprägung der ionosphärischen Verzögerung ist und dass der Einfluss von Prozessen der unteren Atmosphäre eine entscheidende Rolle spielt. Es wurde festgestellt, dass die Eddy-Diffusion eine erhebliche Veränderung der thermosphärischen Zusammensetzung verursacht, was wiederum zu Veränderung der Menge des atomaren Sauerstoffs führt. Dies beeinflusst dann die Ionisations- und Verlustrate. Da der atomare Sauerstoff erheblich zur Ionisierung beiträgt. Zunehmender Eddy-Diffusion folgen damit auch verkleinert der atomarer Sauerstoff Ionendichte und TEC. Daher nimmt TEC mit zunehmender Eddy-Diffusion ab und auch die Verzögerung wird kleiner. Andersherum führt ein langsamer Transport zu einem Maximum der ionosphärischen Verzögerung. Diese Dissertation gibt eine umfangreiche Zusammenfassung für das Verständnis der ionosphärischen Verzögerung zu Variationen der solaren EUV-Strahlung. Dafür werden TEC-Messungen mit numerischen Simulationen kombiniert. Weiterhin werden durch Vergleich die besten solaren Proxys für die Beschreibung der solaren Aktivität in T-I-Modellen bestimmt. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um den Fokus auf die Verbesserung dieser Modelle zu lenken.:Bibliographische Beschreibung Bibliographic Description Acronyms 1 General introduction 1.1 Introduction: Ionospheric delayed response 1.2 Objectives and structure of the thesis 1.3 Model description and data 1.3.1 CTIPe model description 1.3.2 Data 2 Paper 1: Ionospheric delayed response: preliminary results Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Schmölter, E., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar EUV variations: Preliminary results 3 Paper 2: Long term trends of ionospheric response to solar EUV variations Vaishnav, R., Jacobi, C., and Berdermann, J.: Long-term trends in the iono- spheric response to solar extreme-ultraviolet variations 4 Paper 3: Comparison between CTIPe model simulations and satellite measurements Vaishnav, R., Schmölter, E., Jacobi, C., Berdermann, J., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: com- parison based on CTIPe model simulations and satellite measurements 5 Paper 4: Role of eddy diffusion in the ionospheric delayed response Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Codrescu, M., and Schmölter, E.: Role of eddy diffusion in the delayed ionospheric response to solar flux changes 6 Conclusions 7 Outlook References Acknowledgements Curriculum Vitae Affirmatio

Correction to: Ionospheric response to the 25 - 26 August 2018 intense geomagnetic storm

The thermosphere-ionosphere regions are mainly controlled by the solar, but also by geomagnetic activity. In this case study, the Earth’s ionospheric response to the 25-26 August 2018 intense geomagnetic storm is investigated using the International GNSS System (IGS) Total Electron Content (TEC) observations. During this major storm, the minimum disturbance storm time (Dst) index reached -174 nT. We use observations and model simulations to analyse the ionospheric response during the initial phase and the main phase of the magnetic storm. A significant difference between storm day and quiet day TEC is observed. The O/N2 ratio observed from the GUVI instrument onboard the TIMED satellite is used to analyse the storm effect. The result shows a clear depletion of the O/N2 ratio in the high latitude region, and an enhancement in the low latitude region during the main phase of the storm. Furthermore, the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics (CTIPe) model simulations were used. The results suggest that the CTIPe model can capture the ionospheric variations during storms.Die Regionen der Ionosphären und Thermosphäre werden hauptsächlich von der Sonne sowie auch von geomagnetische Aktivität beeinflusst. In dieser Fallstudie wurde die ionosphärische Reaktion der Erde auf den starken geomagnetischen Sturm vom 25./26. August 2018 unter Verwendung der Gesamtelektronengehaltsdaten (Total Electron Content, TEC) vom Internationalen GNSS Service untersucht. Während dieses großen Sturms wurde ein ”Disturbance Storm Time Index” Dst von -174 nT erreicht. Beobachtungen und Modellsimulationen wurden verwendet, um die ionosphärische Reaktion während der Anfangsphase und der Hauptphase des magnetischen Sturms zu untersuchen. Ein signifikanter Unterschied zwischen TEC während eines Sturmtages und eines ruhigen Tages wurde beobachtet. Das vom GUVI-Instrument an Bord des TIMED-Satelliten beobachtete O/N2 -Verhältnis wurde verwendet, um den Sturmeffekt weiter zu untersuchen. Das Ergebnis zeigt eine deutliche Abnahme/Zunahme des O/N2 Verhältnis in hohen/niedrigen Breiten während der Hauptphase des Sturms. Darüber hinaus wurde das Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere ectrodynamics (CTIPe) Modell verwendet. Die Ergebnisse legen nahe, dass das CTIPe-Modell die ionosphärischen Schwankungen während eines Sturms erfassen kann

Ionospheric response during low and high solar activity

We analyse solar extreme ultraviolet (EUV) irradiance observed by the Solar EUV Experiment (SEE) onboard the Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) satellite, and solar proxies (the F10.7 index, and Mg-II index), and compare their variability with the one of the global mean Total Electron Content (GTEC). Cross-wavelet analysis confirms the joint 27 days periodicity in GTEC and solar proxies. We focus on a comparison for solar minimum (2007-2009) and maximum (2013-2015) and find significant differences in the correlation during low and high solar activity years. GTEC is delayed by approximately 1-2 days in comparison to solar proxies during both low and high solar activity at the 27 days solar rotation period. To investigate the dynamics of the delay process, Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics model simulations have been performed for low and high solar activity conditions. Preliminary results using cross correlation analysis show an ionospheric delay of 1 day in GTEC with respect to the F10.7 index during low and high solar activity.Wir analysieren vom Solar Extreme Ultraviolet Experiment (SEE) an Bord des Thermosphere-Ionosphere-Mesosphere Energetics and Dynamics (TIMED) Satelliten gemessene solare EUV-Irradianzen, solare Proxies (den F10.7-Index und denMg-II-Index), und vergleichen deren Variabilität mit derjenigen des global gemittelten Gesamtelektronengehalts (GTEC). Kreuzwaveletanalysen bestätigen eine gemeinsame Variabilität im Periodenbereich der solaren Rotation (27 Tage). Wir vergleichen insbesondere den Zusammenhang während des solaren Minimums (2007- 2009) und Maximums (2013-2015), wobei signifikante Unterschiede der Korrelation zwischen solaren und ionosphärischen Parametern auftreten. Es tritt eine Verzögerung der Maxima und Minima von GTEC gegenüber denjenigen der solaren Proxies von einem Tag sowohl im solaren Minimum als auch im solaren Maximum auf

Reaction of the Upper Atmosphere to the 27-d Solar Cycle : Comparison of CTIPe and TIE-GCM Simulations to Observations

Solar EUV radiation is the dominant driver for upper atmosphere ionization. Ionospheric variations that affect radio signal propagation and thus affect technical systems such as satellite-based positioning systems. One significant time scale for the solar variability is the solar 27-day rotation period that causes a corresponding response in ionospheric observables like the height-dependent electron density (Ne) or the integrated total electron content (TEC). To enhance our understanding of the processes within the ionosphere we investigate a combination of observations and physical models, namely the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics (CTIPe) model and the Thermosphere Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (TIE-GCM), are analyzed to identify differences in Ne, TEC data and ionized oxygen (O+ and O2+). Furthermore, the model results are compared to ground-based ionosonde Ne measurements with regard to the spatial and temporal response of the ionosphere to the 27-day solar rotation period. Modeled Ne correlates strongly with the observed Ne at mid-latitudes, but at low-latitudes the modeled TEC distribution follows the geomagnetic coordinates more strictly when compared to the observational data. Local TEC and F2 layer peak Ne are well represented by CTIPe, whereas TIE-GCM represents the global TEC and F2 layer peak height well

Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: comparison based on CTIPe model simulations and satellite measurements

We investigate the delayed ionospheric response using the observed and CTIPe-model-simulated TEC against the solar EUV flux. The ionospheric delay estimated using model-simulated TEC is in good agreement with the delay estimated for observed TEC. The study confirms the model's capabilities to reproduce the delayed ionospheric response against the solar EUV flux. Results also indicate that the average delay is higher in the Northern Hemisphere as compared to the Southern Hemisphere

Ionospheric Response to Solar EUV Radiation Variations Using GOLD Observations and the CTIPe Model

To understand the global response of thermospheric-ionospheric (TI) parameters to variations in solar irradiance measurements from the Global-Scale Observations of the Limb and Disk (GOLD) ultraviolet imaging spectrograph, solar radio flux F10.7, predictions from the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics (CTIPe) model, and International Global Navigation Satellite System Service total electron content maps (TEC) have been used. Various parameters such as GOLD O/N2, O2, and the nighttime peak electron density (Nmax) have been compared with the CTIPe model simulations. The GOLD observed Nmax shows a number of significant features including a winter anomaly and an equatorial ionization anomaly. The comparison with solar proxies showed that the GOLD QEUV correlates very well with the EUV observations compared to the F10.7 index. The study also examined the relationship between the solar proxies and Nmax on different time scales and found that Nmax responded significantly to QEUV at both medium- and long-term timescales. Furthermore, a low correlation between Nmax in the equatorial region and solar proxies was found. A delayed ionospheric TEC response against solar flux variations within the 27-day solar rotation was investigated. This ionospheric delay of TEC with respect to solar flux was observed to be less than 1 day, which was reproduced in model simulations. The current study has shown that the GOLD observations can be used to investigate the delayed ionospheric response and to gain a better understanding of the influence of solar activity on the TI system

Delayed Ionospheric Response to Solar EUV/UV Radiation Variations

The variability of the thermosphere-ionosphere (T-I) system and its complex behavior is strongly dependent on the continuously changing solar extreme ultraviolet (EUV) and ultraviolet (UV) radiation. The ionospheric electron density (or ion density) is mainly controlled by photoionization, loss by recombination, and transport processes. Transport processes play a significant role in the T-I composition and are responsible for the plasma distribution. The ionospheric response to solar activity has been investigated using total electron content (TEC) and solar EUV observations, as well as various solar proxies. An ionospheric delay of about 1-2 days in the daily TEC on the time scale of 27 days solar rotation period has been reported. It has also been shown that the He-II index is one of the best solar proxies to represent the solar activity at different time scales. The ionospheric delay in relation to solar radiation variations has attracted less attention in the past, especially with respect to its possible mechanisms. However, such studies, are of great importance for a better understanding of the complex interactions between solar radiation and the ionosphere that affect radio communications and navigation systems such as GNSS. Since the T-I region is affected not only by solar radiation, but also by lower atmospheric forcings, geomagnetic activity, and space weather events. Therefore, numerical modeling provides an opportunity to interpret the possible physical mechanism. To shed more light on this issue, a global, 3-D, time-dependent, physics-based numerical model was used in this thesis. It is a comprehensive numerical study to investigate the ionospheric response to solar flux changes during the 27 days solar rotation period. Satellite observations were used for comparison with the model simulations. The average delay for the observed (modeled) TEC is about 17 (16) h againest high-resolution solar EUV flux. The study confirms the capabilities of the model to reproduce the delayed ionospheric response with daily and hourly resolution. These results are in close agreement with previous studies. For the first time, the model simulations were performed to understand the role of eddy diffusion. The study shows that eddy diffusion is an important factor affecting the ionospheric delay and highlights the influence of the lower atmospheric forcing. Eddy diffusion was found to cause a change in thermospheric composition, which induces changes in atomic oxygen by modifying loss and photoionization rates. Atomic oxygen contributes significantly to ionization. Enhanced eddy diffusion leads to a decrease in atomic oxygen ion density and consequently TEC. Therefore, TEC decreases due to enhanced eddy diffusion, showing that the ionospheric delay is reduced. Thus, slow transport leads to maximum ionospheric delay.:Bibliographische Beschreibung Bibliographic Description Acronyms 1 General introduction 1.1 Introduction: Ionospheric delayed response 1.2 Objectives and structure of the thesis 1.3 Model description and data 1.3.1 CTIPe model description 1.3.2 Data 2 Paper 1: Ionospheric delayed response: preliminary results Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Schmölter, E., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar EUV variations: Preliminary results 3 Paper 2: Long term trends of ionospheric response to solar EUV variations Vaishnav, R., Jacobi, C., and Berdermann, J.: Long-term trends in the iono- spheric response to solar extreme-ultraviolet variations 4 Paper 3: Comparison between CTIPe model simulations and satellite measurements Vaishnav, R., Schmölter, E., Jacobi, C., Berdermann, J., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: com- parison based on CTIPe model simulations and satellite measurements 5 Paper 4: Role of eddy diffusion in the ionospheric delayed response Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Codrescu, M., and Schmölter, E.: Role of eddy diffusion in the delayed ionospheric response to solar flux changes 6 Conclusions 7 Outlook References Acknowledgements Curriculum Vitae AffirmationDie Veränderungen des Thermosphäre-Ionosphäre (T-I) Systems und dessen Komplexität werden entscheidend durch die sich ständig ändernde extreme ultraviolette (EUV) und ultraviolette (UV) Sonnenstrahlung geprägt. Hierbei wird die ionosphärische Elektronendichte (oder Ionendichte) hauptsächlich durch Photoionisation, Rekombination und Transportprozesse gesteuert. Insbesondere Transportprozesse spielen eine wichtige Rolle für die Zusammensetzung des T-I-Systems und sind für die Plasmaverteilung verantwortlich. Die ionosphärische Reaktion auf Veränderungen der Sonnenaktivität wurde mithilfe des Gesamtelektronengehalts (englisch total electron content, TEC) und Messdaten des solaren EUV-Spektrums sowie solaren Proxys untersucht. Eine ionosphärische Verzögerung von 1 bis 2 Tagen für Tageswerte von TEC wurde für die 27-Tage-Sonnenrotation gefunden. Es wurde auch gezeigt, dass der He-II-Index einer der besten solaren Proxys ist, um die Sonnenaktivität auf verschiedenen Zeitskalen zu beschreiben. Die ionosphärische Verzögerung in Bezug auf Variationen der Sonnenstrahlung wurde in der Vergangenheit wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Insbesondere die zugrundenliegenden Mechanismen wurden nicht untersucht. Solche Studien sind jedoch von entscheidender Bedeutung für ein besseres Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung und Ionosphäre, die unteranderem die Leistung von Radiokommunikation und globalen Navigationssystemen beeinflussen. Das T-I-System wird jedoch nicht nur von der solaren EUV-Strahlung kontrolliert. Prozesse der unteren Atmosphäre, geomagnetische Aktivität und Weltraumwettereignisse haben ebenfalls einen Einfluss auf diese Region. Daher bietet sich numerische Modellierung als Möglichkeit für die Interpretation der physikalischen Prozesse an. Zur Klärung der offenen Fragen wurde in dieser Arbeit ein globales, dreidimensionales, zeitabhängiges physikalisches Modell verwendet und eine umfangreiche Studie der ionosphärischen Reaktion auf Veränderungen der Sonnenstrahlungen während der 27-Tage-Sonnenrotation wurde durchgeführt. Hierfür wurden Messdaten von Satellitenmissionen mit den Modellsimulationen verglichen. Im Mittel ergibt sich eine Verzögerung von 16 Stunden aus der Analyse der Messdaten und eine Verzögerung von 17 Stunden aus den Modellsimulationen. Die Studie bestätigt demnach die Fähigkeit des Modells, die verzögerte ionosphärische Reaktion in stündlicher und täglicher Auflösung zu simulieren. Diese Ergebnisse stimmen gut mit vorangegangenen Studien überein. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Simulationen zum Einfluss der Eddy-Diffusion durchgeführt. Diese Analyse zeigt, dass die Eddy-Diffusion ein wichtiger Faktor für die Ausprägung der ionosphärischen Verzögerung ist und dass der Einfluss von Prozessen der unteren Atmosphäre eine entscheidende Rolle spielt. Es wurde festgestellt, dass die Eddy-Diffusion eine erhebliche Veränderung der thermosphärischen Zusammensetzung verursacht, was wiederum zu Veränderung der Menge des atomaren Sauerstoffs führt. Dies beeinflusst dann die Ionisations- und Verlustrate. Da der atomare Sauerstoff erheblich zur Ionisierung beiträgt. Zunehmender Eddy-Diffusion folgen damit auch verkleinert der atomarer Sauerstoff Ionendichte und TEC. Daher nimmt TEC mit zunehmender Eddy-Diffusion ab und auch die Verzögerung wird kleiner. Andersherum führt ein langsamer Transport zu einem Maximum der ionosphärischen Verzögerung. Diese Dissertation gibt eine umfangreiche Zusammenfassung für das Verständnis der ionosphärischen Verzögerung zu Variationen der solaren EUV-Strahlung. Dafür werden TEC-Messungen mit numerischen Simulationen kombiniert. Weiterhin werden durch Vergleich die besten solaren Proxys für die Beschreibung der solaren Aktivität in T-I-Modellen bestimmt. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um den Fokus auf die Verbesserung dieser Modelle zu lenken.:Bibliographische Beschreibung Bibliographic Description Acronyms 1 General introduction 1.1 Introduction: Ionospheric delayed response 1.2 Objectives and structure of the thesis 1.3 Model description and data 1.3.1 CTIPe model description 1.3.2 Data 2 Paper 1: Ionospheric delayed response: preliminary results Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Schmölter, E., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar EUV variations: Preliminary results 3 Paper 2: Long term trends of ionospheric response to solar EUV variations Vaishnav, R., Jacobi, C., and Berdermann, J.: Long-term trends in the iono- spheric response to solar extreme-ultraviolet variations 4 Paper 3: Comparison between CTIPe model simulations and satellite measurements Vaishnav, R., Schmölter, E., Jacobi, C., Berdermann, J., and Codrescu, M.: Ionospheric response to solar extreme ultraviolet radiation variations: com- parison based on CTIPe model simulations and satellite measurements 5 Paper 4: Role of eddy diffusion in the ionospheric delayed response Vaishnav, R., Jacobi, C., Berdermann, J., Codrescu, M., and Schmölter, E.: Role of eddy diffusion in the delayed ionospheric response to solar flux changes 6 Conclusions 7 Outlook References Acknowledgements Curriculum Vitae Affirmatio

Correction to: Ionospheric response to the 25 - 26 August 2018 intense geomagnetic storm

The thermosphere-ionosphere regions are mainly controlled by the solar, but also by geomagnetic activity. In this case study, the Earth’s ionospheric response to the 25-26 August 2018 intense geomagnetic storm is investigated using the International GNSS System (IGS) Total Electron Content (TEC) observations. During this major storm, the minimum disturbance storm time (Dst) index reached -174 nT. We use observations and model simulations to analyse the ionospheric response during the initial phase and the main phase of the magnetic storm. A significant difference between storm day and quiet day TEC is observed. The O/N2 ratio observed from the GUVI instrument onboard the TIMED satellite is used to analyse the storm effect. The result shows a clear depletion of the O/N2 ratio in the high latitude region, and an enhancement in the low latitude region during the main phase of the storm. Furthermore, the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics (CTIPe) model simulations were used. The results suggest that the CTIPe model can capture the ionospheric variations during storms.Die Regionen der Ionosphären und Thermosphäre werden hauptsächlich von der Sonne sowie auch von geomagnetische Aktivität beeinflusst. In dieser Fallstudie wurde die ionosphärische Reaktion der Erde auf den starken geomagnetischen Sturm vom 25./26. August 2018 unter Verwendung der Gesamtelektronengehaltsdaten (Total Electron Content, TEC) vom Internationalen GNSS Service untersucht. Während dieses großen Sturms wurde ein ”Disturbance Storm Time Index” Dst von -174 nT erreicht. Beobachtungen und Modellsimulationen wurden verwendet, um die ionosphärische Reaktion während der Anfangsphase und der Hauptphase des magnetischen Sturms zu untersuchen. Ein signifikanter Unterschied zwischen TEC während eines Sturmtages und eines ruhigen Tages wurde beobachtet. Das vom GUVI-Instrument an Bord des TIMED-Satelliten beobachtete O/N2 -Verhältnis wurde verwendet, um den Sturmeffekt weiter zu untersuchen. Das Ergebnis zeigt eine deutliche Abnahme/Zunahme des O/N2 Verhältnis in hohen/niedrigen Breiten während der Hauptphase des Sturms. Darüber hinaus wurde das Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere ectrodynamics (CTIPe) Modell verwendet. Die Ergebnisse legen nahe, dass das CTIPe-Modell die ionosphärischen Schwankungen während eines Sturms erfassen kann