Estudo de diferentes técnicas para o cálculo do conteúdo eletrônico total absoluto na ionosfera equatorial e de baixas latitudes

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Carolina de Sousa do Carmo
• Orientador(a): Fábio Becker Guedes, Paulo de Oliveira Camargo
• Banca de defesa: Patrícia Mara de Siqueira Negreti, Paulo Sérgio de Oliveira Junior, Virgínia de Oliveira Klausner
• 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 Total Electron Content (TEC) of the ionosphere can be calculated through parameters observed by GPS (Global Positioning System) receivers located on the ground. GPS observables suffer propagation delays due to TEC, instrumental delays (biases) and multiple reflections (multipath) received on the antenna. As a result of the differential phase and group calculation, the non-dispersive terms are canceled, leaving only the terms of the receiver and satellite biases in the form of a Slant Total Electron Content (STEC). The STEC corresponds to a TEC arc for each satellite measured by a given receiver on the ground. This work aims to compare three TEC calculation techniques and to evaluate their performance to characterize the ionosphere in the Brazilian sector. In order to do this a period of solar activity minimum, from November 2008 to October 2009, and a period of solar activity maximum, from November 2014 to October 2015, were selected. The TEC seasonal variability and variations of the electron content during a disturbed period (St. Patricks Storm) were studied. The NeQuick2 ionospheric model, developed by ICTP (International Center for Theoretical Physics), was also compared for the disturbed period analysis. In order to test the performance of the TEC obtained by the selected techniques under the specific conditions of the ionosphere in the Brazilian sector, a station was selected in the equatorial region, São Luís (SALU), and another one at lowlatitudes, under the crest of the Equatorial Ionization Anomaly (EIA), Cachoeira Paulista (CHPI). The techniques used in this work were: a) the technique developed by Yuichi Otsuka, and adapted by the National Institute for Space Research (INPE), Brazil, by Dr. João Francisco Galera Monico, to be used in the the Brazilian Space Weather Program (Embrace); b) the technique developed by Gopi Seemala, Boston College (BC); and c) the method proposed by Ciraolo et al. in 2006 at the International Center for Theoretical Physics (ICTP). Differences between the techniques studied in the equatorial and low latitude regions were analyzed, comparing the differences presented by the seasonal variability of the TEC and according to the geomagnetic activity and the solar cycle. In this work a quality test was also made for two techniques (INPE and BC). The study carried out in this work presented the following general results: a) the difference between the INPE technique and the other two techniques generally showed values close to zero; b) some specific differences in the behavior of the TEC curve during the solar maximum were observed, and in these cases the results of the INPE technique were corroborated by one of the other two techniques. The average between the three techniques was made to obtain representative TEC curves to observe its daily variability in the Brazilian region. However, this study shows that the method used by INPE is adequate enough to describe the TEC of the Brazilian ionosphere with its day-to-day, seasonal and spatial variations with the solar cycle, and in different conditions of geomagnetic activity.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2018/02.21.19.14

O Conteúdo Eletrônico Total (do inglês Total Electron Content - TEC) da ionosfera pode ser calculado a partir da combinação linear livre da geometria utilizando as observações coletadas com receptores do Sistema de Posicionamento Global (do inglês Global Positioning System - GPS) localizados no solo. As observáveis GPS sofrem atrasos de propagação devido ao TEC, aos atrasos instrumentais (do inglês biases) e às reflexões múltiplas (multi-caminho) recebidas na antena. Como resultado do cálculo diferencial de fase e de grupo, os termos não dispersivos são cancelados, restando apenas os termos dos biases do receptor e do satélite na forma de um TEC inclinado (do inglês Slant Total Electron Content - STEC). O STEC corresponde a um arco de TEC para cada satélite medido por um determinado receptor em solo. Esse trabalho visa comparar três técnicas de cálculo do TEC e avaliar o seu desempenho para caracterizar a ionosfera no setor brasileiro. Para isso foi selecionado um período de mínima atividade solar, de novembro de 2008 a outubro de 2009; e um período de máxima atividade solar, de novembro de 2014 a outubro de 2015, onde observou-se a variabilidade sazonal do TEC e o seu comportamento durante um período perturbado (Tempestade de St. Patrick). Para a análise do período perturbado comparou-se também o modelo ionosférico NeQuick2, desenvolvido pelo ICTP (International Centre for Theoretical Physics). A fim de testar o desempenho do TEC obtido pelas técnicas selecionadas sob as condições específicas da ionosfera no setor brasileiro, utilizou-se uma estação na região equatorial, São Luís (SALU), e uma de baixa latitude compreendida na crista da Anomalia de Ionização Equatorial (do inglês Equatorial Ionization Anomaly - EIA), Cachoeira Paulista (CHPI). As técnicas utilizadas neste trabalho foram: a) a técnica desenvolvida por Yuichi Otsuka, e adaptada no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Brasil, pelo Dr. João Francisco Galera Monico, para uso no programa de Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial (Embrace); b) a técnica desenvolvida por Gopi Seemala, no Boston College (BC); c) o método proposto por Ciraolo e colaboradores em 2006, no International Centre for Theoretical Physics (ICTP). Foram analisadas e comparadas as diferenças entre as técnicas estudadas nas regiões equatorial e de baixas latitudes, comparando-se também as diferenças apresentadas pelas variabilidades sazonais do TEC e conforme a atividade geomagnética e o ciclo solar. Neste trabalho também foi feito um teste de qualidade para duas técnicas (INPE e BC). O estudo realizado neste trabalho apresentou os seguintes resultados gerais: a) a diferença entre a técnica do INPE e as outras duas geralmente mostraram valores próximos a zero; b) foram observadas algumas diferenças pontuais de comportamento da curva do TEC no máximo solar, sendo que nestes casos os resultados da técnica do INPE foram corroborados por uma das outras duas técnicas. Realizou-se a média entre as três técnicas para se obter curvas representativas para o TEC para se observar a sua variabilidade diária na região brasileira. Porém, este estudo mostrou que o método utilizado pelo INPE é suficientemente adequado para descrever o TEC da ionosfera brasileira com as suas variações dia-a-dia, sazonais, espaciais, com o ciclo solar e em diferentes condições de atividade geomagnética.