INVESTIGAÇÃO DA CORRELAÇÃO TEMPORAL E ESPACIAL...

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IV Simpósio Brasileiro de Geomática SBG2017 II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017 Presidente Prudente - SP, 24-26 de julho de 2017 p. 503-510 A. L. C. Souza; P. O. Camargo; V. A. P. Stuani ISSN 1981-6251 INVESTIGAÇÃO DA CORRELAÇÃO TEMPORAL E ESPACIAL ENTRE BOLHAS DE PLASMA E IRREGULARIDADES IONOSFÉRICAS ANA LUCIA CHRISTOVAM DE SOUZA 1 PAULO DE OLIVEIRA CAMARGO 1,2 VINÍCIUS AMADEU STUANI PEREIRA 1 Universidade Estadual Paulista UNESP Faculdade de Ciências e Tecnologia FCT, Presidente Prudente SP 1 Programa de Pós-Graduação em Ciências Cartográficas - PPGCC 2 Departamento de Cartografia {a.lucia4, vi_stuani}@hotmail.com; [email protected] RESUMO Uma das maiores fontes de erros sistemáticos no posicionamento GNSS (Global Navigation Satellite System) é causada pela ionosfera, uma vez que as observáveis são afetadas por inúmeras condições ionosféricas devido às alterações do clima espacial. Desta forma, a procura pelo maior entendimento da camada ionizada da atmosfera é de grande importância. No âmbito nacional e internacional houve o interesse em compreender a influência do Sol no clima espacial e seu impacto nas tecnologias. No Brasil o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) é responsável pelo programa EMBRACE (Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial) cuja missão é o monitoramento do espaço Sol-Terra para entender os impactos causados nas atividades tecnológicas e econômicas. Deste modo, entender o comportamento da ionosfera para realizar previsões e desenvolver modelos, orientando tomada de decisões, tornou-se uma das grandes tendências na área da Geodésia Espacial. Assim, o trabalho visa à utilização dos dados GNSS provenientes da rede RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS) na estimativa de índices de irregularidades da ionosfera, além do uso dos imageadores ópticos all-sky, a fim de obter uma correlação espaço-temporal das irregularidades e bolhas de plasma, onde uma análise feita ao longo dos anos, permitem uma melhor compreensão do comportamento da ionosfera bem como do clima espacial. Palavras chave: Análise Temporal, Imageadores Ópticos all-sky, Irregularidades Ionosféricas, GNSS. ABSTRACT - One of the major sources of systematic errors in Global Navigation Satellite System (GNSS) positioning is caused by the ionosphere, since the observables are affected by numerous ionospheric conditions due to changes in space weather. In this way, the search for the greater understanding of the ionized layer of the atmosphere is of great importance. At national and international level, there was an interest in understanding the influence of the Sun on space climate and its impact in technologies. In Brazil, INPE (National Institute of Space Research) is responsible for the EMBRACE program (Study and Monitoring of Brazilian Space Weather), whose mission is to monitor the Sun-Earth space to understand the impacts caused by technological and economic activities. Therefore, understanding ionosphere behavior to make predictions and to develop models, guiding decision making, has become one of the greatest tendencies in Space Geodesy. Thus, the work aims at the use of GNSS data from RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS) network in the estimated rates of irregularities of the ionosphere, as well as the use of all-sky”, in order to obtain a space-temporal correlation of irregularities and plasma bubbles, where an analysis made over the years, allow a better understanding of the behavior of the ionosphere as well as the space climate. Key words: Temporal Analysis, all-sky Optical Imagers, Ionospheric Irregularities, GNSS. 1 INTRODUÇÃO O GNSS (Global Navigation Satellite System) é uma das tecnologias mais avançadas que existem atualmente, tendo impulsionado as atividades relacionadas com posicionamento a partir de observações

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  • IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017

    Presidente Prudente - SP, 24-26 de julho de 2017p. 503-510

    A. L. C. Souza; P. O. Camargo; V. A. P. Stuani ISSN 1981-6251

    INVESTIGAÇÃO DA CORRELAÇÃO TEMPORAL E ESPACIAL

    ENTRE BOLHAS DE PLASMA E IRREGULARIDADES

    IONOSFÉRICAS

    ANA LUCIA CHRISTOVAM DE SOUZA 1

    PAULO DE OLIVEIRA CAMARGO 1,2

    VINÍCIUS AMADEU STUANI PEREIRA 1

    Universidade Estadual Paulista – UNESP

    Faculdade de Ciências e Tecnologia – FCT, Presidente Prudente – SP 1 Programa de Pós-Graduação em Ciências Cartográficas - PPGCC

    2 Departamento de Cartografia

    {a.lucia4, vi_stuani}@hotmail.com; [email protected]

    RESUMO – Uma das maiores fontes de erros sistemáticos no posicionamento GNSS (Global Navigation

    Satellite System) é causada pela ionosfera, uma vez que as observáveis são afetadas por inúmeras

    condições ionosféricas devido às alterações do clima espacial. Desta forma, a procura pelo maior

    entendimento da camada ionizada da atmosfera é de grande importância. No âmbito nacional e

    internacional houve o interesse em compreender a influência do Sol no clima espacial e seu impacto nas

    tecnologias. No Brasil o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) é responsável pelo programa

    EMBRACE (Estudo e Monitoramento Brasileiro do Clima Espacial) cuja missão é o monitoramento do

    espaço Sol-Terra para entender os impactos causados nas atividades tecnológicas e econômicas. Deste

    modo, entender o comportamento da ionosfera para realizar previsões e desenvolver modelos, orientando

    tomada de decisões, tornou-se uma das grandes tendências na área da Geodésia Espacial. Assim, o

    trabalho visa à utilização dos dados GNSS provenientes da rede RBMC (Rede Brasileira de

    Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS) na estimativa de índices de irregularidades da ionosfera,

    além do uso dos imageadores ópticos “all-sky”, a fim de obter uma correlação espaço-temporal das

    irregularidades e bolhas de plasma, onde uma análise feita ao longo dos anos, permitem uma melhor

    compreensão do comportamento da ionosfera bem como do clima espacial.

    Palavras chave: Análise Temporal, Imageadores Ópticos all-sky, Irregularidades Ionosféricas, GNSS.

    ABSTRACT - One of the major sources of systematic errors in Global Navigation Satellite System

    (GNSS) positioning is caused by the ionosphere, since the observables are affected by numerous

    ionospheric conditions due to changes in space weather. In this way, the search for the greater

    understanding of the ionized layer of the atmosphere is of great importance. At national and international

    level, there was an interest in understanding the influence of the Sun on space climate and its impact in

    technologies. In Brazil, INPE (National Institute of Space Research) is responsible for the EMBRACE

    program (Study and Monitoring of Brazilian Space Weather), whose mission is to monitor the Sun-Earth

    space to understand the impacts caused by technological and economic activities. Therefore,

    understanding ionosphere behavior to make predictions and to develop models, guiding decision making,

    has become one of the greatest tendencies in Space Geodesy. Thus, the work aims at the use of GNSS

    data from RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS) network in the estimated

    rates of irregularities of the ionosphere, as well as the use of “all-sky”, in order to obtain a space-temporal

    correlation of irregularities and plasma bubbles, where an analysis made over the years, allow a better

    understanding of the behavior of the ionosphere as well as the space climate.

    Key words: Temporal Analysis, all-sky Optical Imagers, Ionospheric Irregularities, GNSS.

    1 INTRODUÇÃO

    O GNSS (Global Navigation Satellite System) é

    uma das tecnologias mais avançadas que existem

    atualmente, tendo impulsionado as atividades

    relacionadas com posicionamento a partir de observações

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    A. L. C. Souza; P. O. Camargo; V. A. P. Stuani ISSN 1981-6251

    espaciais e pesquisas direcionadas ao comportamento e

    irregularidades da atmosfera.

    Um dos fatores limitantes do posicionamento

    GNSS de alta acurácia é a ionosfera, que passou a ser a

    maior fonte de erro sistemático após a desativação da

    técnica SA (Selective Availability) em 2000. O efeito

    sistemático devido à ionosfera é diretamente proporcional

    ao Conteúdo Total de Elétrons (TEC – Total Electron

    Contents) e inversamente proporcional ao quadrado da

    frequência. Uma característica importante é que o TEC

    varia no tempo e no espaço, em razão do fluxo de

    ionização solar, atividade geomagnética, ciclo solar,

    ângulo zenital do Sol, estações do ano, hora local, direção

    do raio vetor do satélite e localização geográfica

    (CAMARGO, 1999; LEICK, 1995).

    Além dessas variações, pode-se destacar os ciclos

    de longos períodos, ou também conhecidos como ciclos

    de 11 anos, que estão associados à ocorrência de manchas

    solares, e por consequência o aumento de elétrons livres

    na ionosfera, onde este aumento é proporcional ao

    número de manvchas. As manchas solares são regiões

    mais frias e escuras que surgem na superfície do Sol,

    emitem uma alta radiação ultravioleta, acarretando uma

    mudança na densidade de elétrons (MATSUOKA;

    CAMARGO, 2007).

    Atualmente, o Sol se encontra em baixa atividade

    solar do ciclo 24, o seu último período de alta atividade

    solar ocorreu em 2014.

    Segundo Fedrizzi (2003), para períodos de máxima

    atividade solar, o TEC diurno pode alcançar valores até

    50% maiores do que em períodos de baixa atividade.

    Neste artigo, será apresentado um estudo sobre a

    correlação temporal e espacial existente entre as bolhas de

    plasma, em períodos de alta e baixa do ciclo solar 24,

    obtidas através dos imageadores ópticos, com os índices

    de irregularidades FP (MENDILLO et al., 2000), IROT (PI

    et al., 1997) e ROTI (WANNINGER, 1993), desde 2013

    até 2016, o que permite fazer inferências sobre o

    comportamento do clima espacial, sendo possível realizar

    previsões e desenvolver modelos, orientando a tomada de

    decisões.

    2 OBJETIVO

    Realizar uma investigação da existência de

    correlação temporal e espacial entre as bolhas de plasma e

    os índices de irregularidades ionosféricas, para fins de

    monitoramento e desenvolvimento de modelos de

    mitigação.

    3 REVISÃO TEÓRICA

    3.1 Ionosfera

    A ionosfera é a parte ionizada da atmosfera

    terrestre, situada, aproximadamente, entre 50 km de altura

    até 1000 km acima da superfície terrestre constituída por

    íons e elétrons, sendo assim, considerada a maior fonte de

    erro sistemático no posicionamento GNSS após o

    desligamento da técnica SA. (CAMARGO, 1999; LIN,

    1997).

    Por conta da propriedade dispersiva da ionosfera

    para os sinais de rádio, a magnitude do efeito da camada

    depende da frequência do sinal. Desta forma, as ondas de

    rádio da banda L, utilizada pelo GNSS afeta a modulação

    e a fase da portadora, fazendo com que sofram

    respectivamente um retardo e um avanço (LEICK, 1995).

    Segundo Matsuoka et al. (2009) o principal

    parâmetro que descreve o efeito da ionosfera nos sinais

    GNSS é o Conteúdo Total de Elétrons, o qual representa o

    numero de elétrons contidos no caminho percorrido pelo

    sinal do satélite ao receptor. O TEC é dado em

    elétrons/m², porém por conta dos valores possuírem uma

    grandeza muito elevada, adota-se como unidade o TECU

    (TEC Unit), onde 1 TECU corresponde a 1x1016

    eletrons/m².

    O conteúdo total de elétrons pode ser obtido

    utilizando as pseudodistâncias advindas dos códigos em

    L1 e L2 ( sr2

    s

    r1PD ,PD ), a partir da seguinte combinação

    linear (MATSUOKA et al., 2004):

    12PD

    s

    r1

    s

    r22

    2

    2

    1

    2

    2

    2

    1s

    r ePDPDff40,3

    ffTEC

    , (1)

    onde f1 e f2 são as frequências das portadoras L1e L2,

    respectivamente, e 12PD

    e são os erros sistemáticos não

    eliminados combinação linear e erros aleatórios.

    O TEC também pode ser determinado a partir da

    combinação linear entre as medidas de fase das portadoras

    L1 e L2 (s

    r2

    s

    r1Φ ,Φ ) (MATSUOKA et al., 2004):

    12Φ

    s

    r22

    s

    r11

    s

    r11

    s

    r222

    2

    2

    1

    2

    2

    2

    1s

    r eNλNλΦλΦλff40,3

    ffTEC

    (2)

    sendo, λ1 e λ2, N1rs e N2rs, respectivamente, os

    comprimentos de onda e ambiguidades das portadoras L1

    e L2 e 12Φ

    e os erros sistemáticos não eliminados na

    combinação linear e erros aleatórios. O TEC obtido

    através da pseudodistância é aproximadamente 10 vezes

    ou mais ruidosos do que o obtido através da fase da onda

    portadora. Isso ocorre, por conta da precisão da

    pseudodistância ser da ordem métrica ao contrário da fase

    que é da ordem centimétrica a milimétrica (HOFMANN-

    WELLENHOF et al., 2008).

    Existem diversas variáveis que influenciam no

    comportamento do TEC, tais como: variações temporais

    variações da radiação solar, campo geomagnético,

    influência da localização geográfica, entre outras

    (MATSUOKA, 2007; LEICK, 1995). A alteração na

    densidade de elétrons está relacionada com as variações

    temporais: variações diurnas, sazonais e ciclos de longos

    períodos (SEEBER, 2003; CAMARGO, 1999).

    As variações diurnas ocorrem devido à irradiação

    solar, dependendo da densidade de elétrons, atingindo o

    seu valor máximo entre as 12 a 16 horas local

    (WEBSTER, 1993). Em baixas latitudes, esse valor

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    A. L. C. Souza; P. O. Camargo; V. A. P. Stuani ISSN 1981-6251

    máximo ocorre entre as 21 e 22 horas local, após o pôr do

    Sol.

    As variações sazonais ocorrem devido à variação

    sazonal do ângulo zenital do Sol, sendo assim, a

    densidade de elétrons varia de acordo com os meses do

    ano (McNAMARA, 1991). Os menores valores de

    densidade de elétrons ocorrem, aproximadamente, nos

    meses de solstícios de verão e inverno, e os maiores

    valores nos meses de março, abril, setembro e outubro

    (equinócios de outono e primavera).

    Já as variações de ciclos de longos períodos são

    ciclos de aproximadamente 11 anos e estão associadas à

    ocorrência de manchas solares, onde o aumento da

    ionização da camada é proporcional ao número de

    manchas existentes. Essas manchas solares são regiões

    mais frias e escuras que surgem na superfície do Sol,

    emitem uma alta radiação ultravioleta, acarretando uma

    mudança na densidade de elétrons (MATSUOKA;

    CAMARGO, 2007). O tempo de duração de uma mancha

    solar, não é constante, uma vez que algumas manchas

    surgem somente durante alguns dias, enquanto outras

    permanecem por varias rotações solares, onde este

    período correspondente a aproximadamente 27 dias.

    (SCHAER, 1999 apud MATSUOKA, 2007).

    A variação na quantidade de radiação

    eletromagnética ocasionada pelo Sol provoca um efeito

    no nível de ionização da atmosfera terrestre, com períodos

    que variam de minutos a semanas. Três tipos de

    fenômenos estão associados a esta variação: explosões

    solares, buracos na coroa e manchas solares.

    A variação no campo geomagnético também

    exerce grande influência na variação na densidade de

    elétrons, sendo assim, qualquer perturbação no campo

    geomagnético ocasiona modificações no transporte do

    meio ionizado. As variações mais comuns percebidas são

    aquelas produzidas pelas correntes elétricas que fluem na

    parte inferior da ionosfera. Podem ocorrer também

    variações bruscas e intensas, provocadas pelas

    tempestades solares (KIRCHHOFF, 1991).

    Com relação às regiões geográficas ionosféricas,

    também possui forte influência na densidade de elétrons

    na ionosfera. São conhecidas como: regiões de altas

    latitudes, regiões de médias latitudes e região tropical

    (FONSECA JÚNIOR, 2002). A Figura 1 apresenta a

    localização geográfica dessas regiões no globo terrestre.

    Figura 1 – Regiões geográficas da ionosfera.

    Fonte: Adaptado de Fonseca Junior (2002).

    A ionosfera nos Pólos Norte e Sul, denominadas

    de ionosfera polar ou de altas latitudes, é extremamente

    instável (McNAMARA, 1991). A região tropical é

    caracterizada por um alto nível de densidade de elétrons, e

    vários fenômenos ocorrem nessa região. Já as regiões de

    latitudes médias são consideradas relativamente livres das

    anomalias ionosféricas (WEBSTER, 1993).

    A ionosfera pode causar um efeito denominado

    cintilação ionosférica, onde essas cintilações são

    flutuações da amplitude ou fase de uma onda de rádio,

    resultante da sua propagação em uma região que existem

    irregularidades na densidade de elétrons e,

    consequentemente, do índice de refração. A cintilação

    causa um enfraquecimento no sinal recebido pelos

    receptores GNSS, fazendo com que ocorra em muitos

    casos a perda do sinal (WEBSTER, 1993). Períodos de

    cintilação estão associados com a existência de regiões de

    irregularidades de pequena escala na densidade de

    elétrons na camada ionosférica. Normalmente essas

    irregularidades estão localizadas entre 200 e 600 km de

    altura (DAVIES, 1990).

    Cintilações ionosféricas também podem ocorrer

    em regiões caracterizadas por depleções do plasma de

    larga escala, geralmente conhecidas como bolhas

    ionosféricas (MATSUOKA, 2007). As bolhas se

    estendem ao longo das linhas de força do campo

    geomagnético, alcançando extensões de 10.000 km e

    cerca de 150 a 300 km na direção perpendicular,

    estabelecendo-se na alta ionosfera (SANTOS, 2001).

    Normalmente ocorrem após o pôr do Sol e principalmente

    no período até meia-noite. A Figura 2 apresenta um

    esquema da evolução temporal e espacial das bolhas

    ionosféricas. No âmbito brasileiro, as bolhas ionosféricas

    ocorrem com maior frequência entre os meses de outubro

    a março e variam de características de acordo com o ciclo

    de atividade solar.

    Figura 2 – Ilustração da evolução temporal e espacial das

    bolhas ionosféricas.

    Fonte: Soares (2001) apud Matsuoka (2007).

    3.2 Índices de irregularidades

    Os índices de irregularidades da ionosfera possuem

    a função principal de classificar o comportamento da

    mesma, de acordo com um padrão estabelecido. As

    estimativas desses índices se baseiam na taxa de variação

    do TEC (ROT – Rate of Change of TEC) e há diversos

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    índices de irregularidades da ionosfera, dentre os quais se

    destacam: IROT, ROTI, fP e FP.

    O ROT é calculado por meio da diferença entre os

    TECs obtidos consecutivamente entre duas épocas,

    dividido pelo intervalo de tempo entre suas

    determinações:

    Δt

    ΔTEC

    tt

    TECTECROT

    12

    tt 12

    (3)

    O índice fP (phase fluctuation) é o valor da

    mediana dos ROTs para um período de 15 minutos, onde

    os ROTs são estimados a cada minuto. O índice fP é

    calculado para cada satélite de uma determinada estação e

    é sempre maior ou igual a zero. O uso do valor da

    mediana efetivamente evita a influência de picos de

    ruídos. Assim, para diversos satélites/estações ele

    representa a resolução espacial das irregularidades

    (MENDILLO et al., 2000):

    ROTMedianaihr,n,fP (4)

    onde n é o número do satélites, hr é a hora (0 a 24 horas

    TU (Tempo Universal)) e i número da seção com duração

    de 15 minutos dentro de uma hora, ou seja, i = 1, 2, 3 ou

    4.

    O índice FP é calculado para cada estação, para

    cada hora. Representa o valor médio de fP de todos os

    satélites observados em uma estação dentro de uma hora.

    FP destina-se a retratar o nível geral de irregularidades

    presentes na vizinhança de uma determinada estação

    (MENDILLO et al., 2000):

    1000hrnsat

    /kihr,n,fhrF

    nsat

    n

    k

    i P

    P (5)

    onde nsat é o número total de satélites observados dentro

    de uma hora e k é o número de valores fP disponíveis

    dentro de cada hora (k = 1, 2, 3 ou 4). A constante

    multiplicativa 1000 é usada para tornar FP um índice

    inteiro. Um valor FP ≤ 50 representa baixos níveis de

    irregularidades; 50 < FP ≤ 200 significa a presença de

    moderadas irregularidades, e quando FP > 200 representa

    a ocorrência de fortes níveis de irregularidades

    (MENDILLO et al., 2000).

    O IROT é calculado para caracterizar flutuações da

    fase como diagnóstico de irregularidades ionosféricas. O

    índice, calculado para um período de 15 minutos, é

    baseado no RMS (Root Mean Square) dos ROTs

    (WANNINGER, 1993):

    ROTRMS10IROT (6)

    Valores IROT ≤ 0,5 representam baixos níveis de

    irregularidades; 0,5 < IROT ≤ 2,0 significa a presença de

    irregularidades moderadas, e quando os índices são

    maiores que 2,0 representam a ocorrência de níveis de

    irregularidades ionosféricas muito fortes (PEREIRA;

    CAMARGO, 2014).

    Devido ao fato de que as flutuações em pequena

    escala não estavam sendo identificadas nos índices já

    existentes, Pi et al. (1997) sugerem que um índice para a

    taxa de variação do TEC (ROTI) poderia ser determinado

    com base no desvio-padrão do TEC/min (ROT), em um

    intervalo de 5 minutos. A equação para o cálculo do

    índice ROTI é apresentado a seguir:

    22 ROTROTROTI (7)

    Um valor ROTI ≤ 0,05 representa baixos níveis de

    irregularidades; 0,05 < ROTI ≤ 0,2 significa a presença de

    irregularidade moderada, e quando ROTI > 0,2 representa

    a ocorrência de níveis de irregularidades muito fortes

    (PEREIRA; CAMARGO, 2014).

    3.3 Imageadores ópticos all-sky

    O imageador é um instrumento óptico composto

    basicamente por uma lente do tipo olho de peixe, o qual

    possui um campo de visão 180° azimutais, um sistema de

    filtro e lentes, uma câmara CCD (Charge Couple Device)

    de alta resolução (1024 x 1024 pixels), capaz de detectar

    variações na aeroluminescência e registrá-las em imagens,

    varrendo uma área relativamente grande (900 km de

    diâmetro e 85 de altura), onde age através da “filtragem”

    de imagens.

    Para que o imageador all-sky funcione em

    condições satisfatórias é necessário que as condições

    ambientais também sejam favoráveis, dentre as quais

    essas se destacam: céu limpo (sem presença de nuvem),

    ausência de cerração ou neblina e sem a influência da luz

    da Lua.

    4 EXPERIMENTOS, RESULTADOS E ANÁLISES

    Os índices de irregularidades da ionosfera (FP, IROT

    e ROTI) foram estimados para a estação PBCG de

    latitude 07° 12’ 49,24” S e de longitude 35° 54’ 25,69” O

    da RBMC para o dia primeiro de março dos anos de 2013

    a 2016, utilizando o programa Ion_Index (PEREIRA;

    CAMARGO, 2016a e 2016b), dia estes também

    caracterizados por altos níveis de irregularidades, devido

    ao aumento da variação da densidade de elétrons próximo

    ao equinócio de outono, e anos caracterizados por

    ascensão, alta e declínio da atividade ionosférica.

    As imagens do imageador óptico all-sky de São

    João do Cariri/PB, localizada a 45 km da estação PBCG,

    foram obtidas na página do EMBRACE/INPE

    (http://www2.inpe.br/climaespacial/portal/video-imagem-

    original/). É importante salientar que a escolha da estação

    distante 45 km se dá ao fato de, no Brasil, existir um

    número reduzido de imageadores, onde a estação PBCG é

    uma das mais próximas a São João do Cariri.

    Utilizando o programa Ion_Index, com máscara de

    elevação de 35°, foram determinados os índices de

    irregularidades da ionosfera FP, IROT e ROTI (Figura 3).

    As imagens do imageador óptico all-sky foram obtidas da

    página do EMBRACE/INPE (Figura 4).

    http://www2.inpe.br/climaespacial/

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    Figura 3 - Índices FP, IROT e ROTI da estação PBCG/RBMC, 1 de março de 2013 a 2016.

    Figura 4 - Imagens do imageador de São João do

    Cariri/INPE, das 23-24 TU, 01/03 de 2013, 2014 e 2016

    respectivamente.

    A partir da observação do comportamento dos

    índices, observa-se a ascensão (2013), ápice (2014) e a

    partir de 2015 o declínio da atividade solar, influenciando

    o nível das irregularidades ionosféricas. Para o ano de

    2013, observa-se que em torno das 00-01h TU e 23-24h

    TU os índices foram classificados como de alto níveis, já

    para 2014 foi possível perceber que os índices foram

    classificados em níveis fortes durante um período de

    tempo muito maior, quando se comparado a 2014, assim

    classificando este ano como de alta atividade solar, o qual

    também pode-se classificar como o ápice do ciclo solar

    24. Para 2015 observa-se que valores foram classificados

    como baixos níveis de irregularidades da ionosfera, com

    exceção para o período das 23-24h TU, sendo este ano

    classificado como o início do declínio da atividade solar.

    Já para o ano de 2016 os índices também foram

    classificados como baixos e quando se comparado com

    ano anterior percebe-se que os índices ainda continuaram

    sendo classificados como baixos, até no mesmo nos

    horários de pico (inicio e fim do dia).

    Com relação às imagens all-sky, para o período

    correspondente aos dos índices, o mesmo comportamento

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    pode ser verificado por meio das bolhas de plasma

    (Figura 4). No período de ascensão (2013) e baixa

    atividade solar (2016) elas estão bem destacadas nas

    imagens. Porém, no período de alta (2014) em função das

    intensas irregularidades ionosféricas, as bolhas

    contemplam toda imagem. Sendo assim, os resultados

    apresentados mostram indícios que há correlações

    temporais e espaciais dos índices e das bolhas

    ionosféricas. Vale salientar que o ano de 2015 não foi

    representado por meio de imagens devido à

    indisponibilidade das mesmas; porém, somente por meio

    dos índices é possível verificar a redução da atividade

    solar.

    A fim de evidenciar e comprovar os resultados,

    principalmente para destacar o comportamento das bolhas

    de plasma representados através dos imageadores, foi

    feito o mesmo processo, agora para o dia 2 de janeiro,

    caracterizado como dia de baixa atividade solar, dos

    mesmos anos 2013 a 2016.

    Assim, utilizando o programa Ion_Index, foram

    novamente encontrados os índices de irregularidades FP,

    IROT e ROTI (Figura 5).

    Figura 5 - Índices FP, IROT e ROTI da estação PBCG/RBMC, 02/06 de 2013 à 2016.

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    A. L. C. Souza; P. O. Camargo; V. A. P. Stuani ISSN 1981-6251

    As imagens do imageador óptico all-sky foram

    obtidas da página do EMBRACE/INPE (Figura 6).

    Figura 6 - Imagens do imageador de São João do

    Cariri/INPE, das 23-24 TU, 02/06 de 2013, 2014 e 2016

    respectivamente

    Desta forma, para o dia 2 de junho, observa-se o

    mesmo comportamento tanto para os índices de

    irregularidades, quanto para as imagens dos imageadores,

    quando comparados com o dia primeiro de março, só que

    agora de maneira menos acentuada devido a data,

    evidenciando novamente a ascensão (2013), ápice (2014)

    e declínio a partir de 2015 da atividade solar. Logo, os

    resultados novamente, apresentaram indícios da

    existência de correlações temporais e espaciais dos

    dados, comprovando a utilização dos métodos como

    possíveis fonte de monitoramento do clima especial.

    Além disso, pode-se destacar o comportamento das

    bolhas, uma vez que, a data da tomada das imagens foi

    realizada em dia caracterizado como baixa atividade solar,

    deste modo, as bolhas não contemplam as imagens, sendo

    possível ver imagens de “céu limpo”.

    Enfatizando novamente, que para o ano de 2015

    não foi possível representar as bolhas de plasma através

    dos imageadores, devido a indisponibilidade das mesmas.

    5 CONCLUSÕES

    Para o monitoramento e desenvolvimento de

    modelos de mitigação, foi feita uma investigação

    ocorrência de correlação temporal e espacial entre as

    bolhas de plasma e os índices de irregularidades

    ionosféricas. Para isto, é importante ressaltar que todas as

    escolhas feitas, tais como: a estação da RBMC, as datas,

    bem como o horário do experimento, foram escolhidos de

    modo que se obtivesse uma alta e baixa variação na

    densidade de elétrons, para que pudesse ser feita uma

    análise mais rigorosa.

    Deste modo, os resultados apresentam fortes

    indícios da existência de correlação temporal e espacial

    entre bolhas e as irregularidades ionosféricas. Além disso,

    uma análise feita ao longo dos anos tanto por meio dos

    índices quanto através das imagens geradas pelos

    imageadores, permitem uma melhor compreensão do

    comportamento da ionosfera bem como do clima espacial,

    sendo assim é possível realizar previsões e desenvolver

    modelos, orientando a tomada de decisões.

    AGRADECIMENTOS

    Os autores da pesquisa agradecem ao CNPq pela

    Bolsa de Mestrado/PPGCC, de Apoio Financeiro a Proposta

    de Natureza Científica, Tecnológica e/ou de Inovação e

    Bolsa PQ (processos 479965/2013-7 e 309924/2013-8), e à

    FAPESP (processo n° 2015/20522-7) pela Bolsa de

    Doutorado/PPGCC, ao Laboratório de Geodésia Espacial da

    FCT/UNESP e ao INPE pelo fornecimento das imagens dos

    imageadores “all-sky”.

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