Desenvolvimento e análise de um índice ionosférico baseado em dados de Conteúdo Eletrônico Total

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Giorgio Arlan da Silva Picanço
• Orientador(a): Clezio Marcos DeNardin, Paulo Alexandre Bronzato Nogueira
• Banca de defesa: Hisao Takahashi, Odim Mendes Júnior
• 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: The present manuscript presents a study of the development and the analysis of an ionospheric index based on Total Electron Content (TEC) data, named Local Disturbance Ionosphere indeX (LDIX). In order to support such development, ionospheric disturbances observed during geomagnetically quiet and disturbed periods were studied. Thus, ten periods on 2015 were selected and analyzed, five of them to each geomagnetic condition. Therefore, the LDIX was calculated during these periods and the results were compared with several ionospheric and magnetic known stablished parameters, such as foF2, h'F and ΔH. In the comparative analysis, geomagnetic indices Kp, AE and Dst were also used, as well as others ionogram parameters, TEC maps and the DIX. The index variations during geomagnetically disturbed periods were analyzed according to the driving physical processes ruling during geomagnetic storms (e.g., electric field penetration, ionospheric disturbance dynamo). On the other hand, LDIX variations observed during the geomagnetically quiet periods were analyzed in terms of the ionospheric processes of internal origin (e.g., plasma bubbles, atmospheric dynamics). In order to qualify the results of the new ionospheric index as to the calculation of the TEC that leads to the LDIX, we also verified a difference of 7.8% between the values of LDIX calculated from the TEC as they are obtained from the TECMAPs of the Embrace/INPE Program and the TEC obtained directly from GNSS data. With regard to the other results, it was observed that LDIX and DIX indices showed small discrepancies in the absence of ionospheric variations of high-amplitude. Another relevant point observed were the limitations that the DIX index presented concerning the detection of daytime ionospheric disturbances. In contrast, the LDIX index was able to detect such disturbances, varying its value in a gradual way. It was also verified that the DIX presented disagreements to the LDIX, indicating non-existent TEC disturbances. These variations were classified as false positives results in the analysis. In addition, a strong relationship was observed between the physical processes observed in the foF2 parameter and the disturbances observed in the LDIX, which confirms the LDIX physical significance. Thus, the LDIX index showed to be superior to DIX, since it did not present the same physical similarity observed in LDIX with respect to the foF2 parameter. Finally, it was verified that the LDIX index is able to detect ionospheric responses due overshielding electric fields, Disturbance Dynamo Electric Fields (DDEF) and plasma bubbles in a localized way.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/03.12.22.27

Neste trabalho, apresenta-se um estudo sobre o desenvolvimento e a análise de um índice ionosférico baseado em dados de Conteúdo Eletrônico Total (TEC), denominado índice local de perturbações ionosféricas (LDIX). Para auxiliar esta pesquisa, estudaram-se as perturbações ionosféricas observadas durante períodos geomagneticamente calmos e perturbados. Para isso, foram analisados dez períodos específicos do ano de 2015, sendo cinco para cada condição geomagnética. O índice LDIX foi calculado ao longo de todos esses períodos e os resultados obtidos foram comparados com diversos parâmetros ionosféricos e magnéticos conhecidos e consolidados na literatura, tais como o foF2, o hF e o ΔH. Na análise comparativa, também foram utilizados os índices geomagnéticos Kp, AE e Dst, assim como outros parâmetros dos ionogramas, mapas de TEC e o índice ionosférico DIX. As variações dos períodos geomagneticamente perturbados foram analisadas de acordo com os processos físicos que ocorrem durante tempestades geomagnéticas (e.g. penetração de campos elétricos, dínamo perturbado). Adicionalmente, as variações observadas durante os períodos geomagneticamente calmos foram analisadas de acordo com os processos ionosféricos de origem interna (e.g. bolhas de plasma, dinâmica da atmosfera). No intuito de qualificar o resultado do novo índice quanto à forma de cálculo do TEC que leva ao LDIX, foi verificada a diferença entre os valores de LDIX calculados a partir do TEC obtido dos TECMAPs do Programa Embrace/INPE e o TEC obtido diretamente de dados de GNSS, sendo esta diferença média estimada em ~7,8%. Essa análise revelou que não há divergências significativas entre as formas de cálculo do LDIX. Quanto aos demais resultados, verificou-se que os índices LDIX e DIX apresentaram pequenas discrepâncias pontuais na ausência de variações ionosféricas de grande amplitude. Outro ponto relevante observado foram as limitações que o índice DIX apresentou quanto à detecção de perturbações ionosféricas de caráter diurno. Em contrapartida, o índice LDIX foi capaz de detectar tais perturbações, variando seu valor de forma gradativa. Verificou-se, ainda que o índice DIX apresentou discordâncias com relação ao LDIX, indicando perturbações inexistentes no TEC. Essas variações foram classificadas como falsos positivos nas análises deste trabalho. Adicionalmente, verificou-se uma forte relação entre os processos físicos observados no parâmetro foF2 e as perturbações observadas no LDIX, o que constata a significância física do LDIX. Nesse contexto, o LDIX mostrou-se superior ao índice DIX, visto que este não apresentou a mesma similaridade física com relação ao parâmetro foF2. Finalmente, verificou-se que o índice LDIX é capaz de detectar as respostas ionosféricas da ocorrência de campos elétricos do tipo overshielding, campos elétricos do dínamo perturbado (DDEF) e de bolhas de plasma de forma localizada.