Estudo do efeito de tempestades magnéticas na ionosfera utilizando dados do GPS

• Ano de defesa: 2003
• Autor(a) principal: Mariangel Fedrizzi
• Orientador(a): Ivan Jelinek Kantor, Eurico Rodrigues de Paula
• Banca de defesa: Walter Demétrio Gonzalez-Alarcon, Inez Staciarini Batista, Luiz Paulo Souto Fortes, Paulo de Oliveira Camargo
• Tipo de documento: Tese
• 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
• País: BR
• Resumo em Inglês: Despite the fact that much has been learned about Sun-Earth relationship during disturbed conditions, understanding the effects of magnetic storms on the neutral and ionized upper atmosphere is still one of the most challenging topics remaining in the physics of this atmospheric region. In order to investigate the magnetospheric and ionospheric-thermospheric coupling processes, many researchers are taking advantage of the dispersive nature of the ionosphere to compute total electron content (TEC) from Global Positioning System (GPS) dual-frequency data. Even though there are currently a large number of GPS receivers in continuous operation, they are unevenly distributed for ionosphere study purposes, being situated mostly in the Northern Hemisphere. The relatively smaller number of GPS receivers located in the Southern Hemisphere and, consequently, the reduced number of available TEC measurements, cause ionospheric modelling to be less accurate in this region. In this work, the University of New Brunswick (UNB) Ionospheric Modelling Technique, which applies a spatial linear approximation of the vertical TEC above each station using stochastic parameters in a Kalman filter estimation, has been used to describe the local time and geomagnetic latitude dependence of the TEC. Data collected from several GPS networks worldwide, including the Brazilian Network for Continuous Monitoring (RBMC), have been used along with ionosonde measurements to investigate the ionospheric response to severe magnetic storms occurred on 07/15/2000 and on 03/31/2001. Data analysis revealed distinct ionospheric effects, which are shown to be dependent on the season, local time and magnetic conditions previous and during the storm period. The two most interesting phenomena observed on the ionosphere over the South-American sector during the July 15, 2000 storm were: (a) a significant intensification of the fountain effect due to an eastward magnetospheric electric field penetration to low latitude ionosphere, causing TEC enhancements larger than 200% on the equatorial anomaly crests, which were displaced towards magnetic latitudes up to 30°, and (b) ionization depletions caused by neutral gas composition changes due to storm induced thermospheric winds flowing from high to low latitudes that reached the magnetic equator. During the March 31, 2001 storm, the global ionosphere showed a distinct behaviour over Australian/Asian and American regions, which are located at approximately opposite longitude sectors. The southward turning of the interplanetary magnetic field during the recovery phase of the storm began a process of substorm activity and development and intensification of electrojet activity over broad regions. Observed effects on the ionosphere during both storms are analysed and the mechanisms that gave rise to the ionospheric behaviour are discussed.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/jeferson/2004/02.20.17.33

Apesar do significativo progresso obtido nos estudos sobre as relações Sol-Terra durante períodos magneticamente perturbados, o entendimento dos efeitos das tempestades magnéticas na atmosfera superior neutra e ionizada ainda permanece como um dos assuntos mais desafiantes sobre a física desta região atmosférica. Para investigar os processos de acoplamento entre magnetosfera e ionosfera-termosfera, muitos pesquisadores tiram proveito da natureza dispersiva da ionosfera para determinar o conteúdo eletrônico total (TEC) a partir de dados do GPS nas duas frequências. Embora exista atualmente um grande número de receptores do GPS em contínua operação, estas estações estão irregularmente distribuídas para estudos ionosféricos. A densidade de estações receptoras no hemisfério sul é consideravelmente menor em relação ao hemisfério norte e, consequentemente, o reduzido número de medidas de TEC disponíveis, causam um modelamento da ionosfera menos acurado nesta região. Neste trabalho, a University of New Brunswick (UNB) Ionospheric Modelling Technique, que aplica uma aproximação linear espacial do TEC vertical sobre cada estação receptora do GPS utilizando parâmetros estocásticos em uma estimativa através do filtro de Kalman, foi utilizada para descrever a dependência do TEC com a hora local e latitude geomagnética. Dados do GPS obtidos a partir de diversas redes mundiais, incluindo a Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC), foram utilizados juntamente com medidas de ionossondas para investigar a resposta da ionosfera a duas tempestades magnéticas intensas, ocorridas em 15/07/2000 e 31/03/2001. A análise dos dados mostrou que os efeitos destas tempestades magnéticas na ionosfera foram significativamente distintos e dependentes da estação do ano, da hora local de início da tempestade e das condições magnéticas anteriores e durante o período da tempestade. Os principais fenômenos observados sobre o setor Sul-Americano durante a tempestade ocorrida em 15/07/2000 foram: (a) uma significativa intensificação do efeito fonte, devido à penetração de campos elétricos magnetosféricos para leste na ionosfera de baixas latitudes, aumentando o TEC em mais de 200% em relação aos períodos calmos sobre a região das cristas da anomalia equatorial e deslocando estas cristas para latitudes magnéticas de até 30°, e (b) reduções de ionização causadas por modificações na composição do gás neutro devido aos ventos termosféricos perturbados que fluem das altas para as baixas latitudes, atingindo o equador magnético. Durante a tempestade magnética ocorrida em 31/03/2001, a ionosfera global apresentou respostas distintas sobre as regiões Australiana/Asiática e Americana, localizadas em setores de longitude aproximadamente opostos. A inversão do campo magnético interplanetário para sul durante a fase de recuperação desta tempestade iniciou um processo de sub-tempestade desenvolvendo e intensificando o eletrojato auroral sobre extensas regiões. Os efeitos observados na ionosfera durante ambas as tempestades mencionadas são analisados e os mecanismos que originaram tal comportamento ionosférico são discutidos.