A assimilação sequencial de observações geomagnéticas: perspectivas para a reconstrução e predição da dinâmica do núcleo

Observações de alta precisão do campo geomagnético atual por observatórios terrestres e satélites fornecem condições sem precedentes para desvendar a dinâmica do núcleo da Terra. A combinação de observações geomagnéticas com simulações de dínamo em uma estrutura de assimilação de dados (DA) permite a reconstrução de estados passados e presentes da dinâmica interna do núcleo. As informações essenciais que conectam o estado interno às observações são fornecidas pelas correlações estatísticas de um modelo numérico de dínamo, na forma de uma matriz de covariância do modelo. Aqui testamos uma estrutura de DA sequencial, trabalhando através de uma sucessão de passos de previsão e análise, que extrai as correlações de um conjunto de modelos de dínamo. As correlações primárias conectam variáveis do mesmo número de onda azimutal, refletindo a simetria axial predominante do campo magnético. Testes sintéticos mostram que o esquema se torna instável quando confrontado com observações geomagnéticas de alta precisão. Nosso estudo identificou correlações secundárias espúrias como a origem do problema. Manter apenas as correlações primárias, localizando a matriz de covariância em relação ao número de onda azimutal, é suficiente para estabilizar a assimilação. Enquanto o primeiro passo de análise é fundamental para restringir o estado interno em grande escala, passos de assimilação adicionais refinam as escalas menores e mais dinâmicas. Esse refinamento se revela crítico para predições geomagnéticas de longo prazo. Aumentar os passos de assimilação de um para 18 dobra aproximadamente o horizonte de previsão para o dipolo, de cerca de três para seis séculos, e de 30 para cerca de 60 anos para escalas observáveis menores. Essa melhoria também se reflete na previsibilidade das características de intensidade na superfície, como a Anomalia do Atlântico Sul. Erros de previsão de intensidade são reduzidos em cerca de metade ao assimilar longas sequências de observação.