estudo da ionosfera da região brasileira com dados dos...

$: Estudo da ionosfera da região brasileira com dados dos ...mtc-m16d.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/02.10.20.18/... · \Podemos escolher o que semear, mas somos obrigados$
INPE-16695-TDI/1639

ESTUDO DA IONOSFERA DA REGIAO BRASILEIRA

COM DADOS DOS SATELITES FORMOSAT-3/COSMIC

E DE DIGISSONDAS

Claudia Vogel Ely

Dissertacao de Mestrado do Curso de Pos-Graduacao em Geofısica Espacial,

orientada pela Dra. Inez Staciarini Batista, aprovada em 01 de marco de 2010.

URL do documento original:

<http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/02.10.20.18>

INPE

Sao Jose dos Campos

2010

http://urlib.net/ccc

PUBLICADO POR:

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE

Gabinete do Diretor (GB)

Servico de Informacao e Documentacao (SID)

Caixa Postal 515 - CEP 12.245-970

Sao Jose dos Campos - SP - Brasil

Tel.:(012) 3208-6923/6921

Fax: (012) 3208-6919

E-mail: [email protected]

CONSELHO DE EDITORACAO E PRESERVACAO DA PRODUCAO

INTELECTUAL DO INPE (RE/DIR-204):

Presidente:

Dr. Gerald Jean Francis Banon - Coordenacao Observacao da Terra (OBT)

Membros:

Dra Inez Staciarini Batista - Coordenacao Ciencias Espaciais e Atmosfericas (CEA)

Dra Maria do Carmo de Andrade Nono - Conselho de Pos-Graduacao

Dra Regina Celia dos Santos Alvala - Centro de Ciencia do Sistema Terrestre (CST)

Marciana Leite Ribeiro - Servico de Informacao e Documentacao (SID)

Dr. Ralf Gielow - Centro de Previsao de Tempo e Estudos Climaticos (CPT)

Dr. Wilson Yamaguti - Coordenacao Engenharia e Tecnologia Espacial (ETE)

Dr. Horacio Hideki Yanasse - Centro de Tecnologias Especiais (CTE)

BIBLIOTECA DIGITAL:

Dr. Gerald Jean Francis Banon - Coordenacao de Observacao da Terra (OBT)


Deicy Farabello - Centro de Previsao de Tempo e Estudos Climaticos (CPT)

REVISAO E NORMALIZACAO DOCUMENTARIA:


Yolanda Ribeiro da Silva Souza - Servico de Informacao e Documentacao (SID)

EDITORACAO ELETRONICA:

Viveca Sant´Ana Lemos - Servico de Informacao e Documentacao (SID)

[email protected]

INPE-16695-TDI/1639

ESTUDO DA IONOSFERA DA REGIAO BRASILEIRA

COM DADOS DOS SATELITES FORMOSAT-3/COSMIC

E DE DIGISSONDAS

Claudia Vogel Ely

Dissertacao de Mestrado do Curso de Pos-Graduacao em Geofısica Espacial,

orientada pela Dra. Inez Staciarini Batista, aprovada em 01 de marco de 2010.

URL do documento original:

<http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/02.10.20.18>

INPE

Sao Jose dos Campos

2010

http://urlib.net/ccc

Dados Internacionais de Catalogacao na Publicacao (CIP)

Ely, Claudia Vogel.El91es Estudo da ionosfera da regiao brasileira com dados dos satelites

FORMOSAT-3/COSMIC e de Digissondas / Claudia Vogel Ely. –Sao Jose dos Campos : INPE, 2010.

xxiv + 123 p. ; (INPE-16695-TDI/1639)

Dissertacao (Mestrado em Geofısica Espacial) – Instituto Na-cional de Pesquisas Espaciais, Sao Jose dos Campos, 2010.

Orientadora : Dra. Inez Staciarini Batista.

1. Ionosfera. 2. Digissonda. 3. FORMOSAT-3/COSMIC.4. F3/C. 5. Anomalia equatorial da ionizacao. 6. Radio oculta-cao GPS. 7. Baixa atividade solar. I.Tıtulo.

CDU 550.388.2(81)

Copyright c© 2010 do MCT/INPE. Nenhuma parte desta publicacao pode ser reproduzida, arma-zenada em um sistema de recuperacao, ou transmitida sob qualquer forma ou por qualquer meio,eletronico, mecanico, fotografico, reprografico, de microfilmagem ou outros, sem a permissao es-crita do INPE, com excecao de qualquer material fornecido especificamente com o proposito de serentrado e executado num sistema computacional, para o uso exclusivo do leitor da obra.

Copyright c© 2010 by MCT/INPE. No part of this publication may be reproduced, stored in aretrieval system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying,recording, microfilming, or otherwise, without written permission from INPE, with the exceptionof any material supplied specifically for the purpose of being entered and executed on a computersystem, for exclusive use of the reader of the work.

ii

“Podemos escolher o que semear, mas somos obrigados a colheraquilo que plantamos.”

(Proverbio chines)

v

A meus pais Pedro e Dulce, a meus irmãos e amigos

vii

AGRADECIMENTOS

Agradeco a todas as pessoas que me deram apoio durante a realizacao do curso de

mestrado, especialmente a minha famılia e aos meus amigos.

Agradeco a Dra. Inez Staciarini Batista pela orientacao e apoio durante a execucao

do trabalho, ao grupo IONO pelo fornecimento dos dados e auxılio, aos colegas de

trabalho e ao INPE como um todo.

Aos membros da banca de defesa pelas observacoes e sugestoes pertinentes para este

trabalho.

Aos professores pelo profissionalismo e dedicacao no processo de ensino.

Ao CNPq pelo financiamento do mestrado e a cordenacao do curso de Geofısica

Espacial do INPE pelo amparo.

Tambem sou muito grata ao grupo UCAR - COSMIC que disponibilizou os dados

do satelite e me deu suporte quando necessitei.

ix

RESUMO

Este trabalho visa melhorar o estudo da ionosfera da regiao brasileira com a utiliza-cao de dados da constelacao de satelites FORMOSAT-3/COSMIC que fornece dadosglobais da atmosfera quase em tempo real. Os dados ionosfericos destes satelites per-mitem a construcao de mapas dos parametros para monitorar o desenvolvimento e amanutencao das estruturas da ionosfera, a alimentacao de modelos computacionaisempıricos e a comparacao com dados de outros equipamentos ou modelos. Na regiaobrasileira, a utilizacao de dados de satelite oferece vantagens visto que ha uma cober-tura muito pequena de sondadores em solo (dada a sua grande extensao territoriale a dificuldade de acesso a algumas localidades). Alem disso, esta regiao e bastanteespecial por se situar dentro da abrangencia da Anomalia Magnetica do AtlanticoSul e ter boa parte do territorio situado nas zonas equatorial e tropical que podemser severamente afetadas por irregularidades ionosfericas e bolhas de plasma, comprejuızo nas comunicacoes transionosfericas e na propagacao de sinais de GPS. Comos dados dos satelites podemos obter medidas para mais localidades e sob quais-quer condicoes de tempo. Neste trabalho, analisamos a ionosfera utilizando dadosdos satelites FORMOSAT-3/COSMIC e de Digissondas durante perıodo de baixaatividade solar. Foram feitos estudos comparativos e a construcao de mapas globaisdos valores medios de TEC e NmF2 para os anos de 2006, 2007 e 2008.

xi

STUDY OF BRAZILIAN REGION IONOSPHERE USING DATAFROM THE FORMOSAT-3/COSMIC SATELLITES AND

DIGISONDES

ABSTRACT

This work aims to improve the studies of the Brazilian region ionosphere usingdata from the satellites constellation FORMOSAT-3/COSMIC that provides overallatmospheric measures almost in real time. The ionospheric data from thesesatellites allow the construction of maps of various parameters used to monitorthe development and maintenance of ionospheric structures. They can also be usedas input to empirical models and can be compared with data from other equipmentor from models. In the Brazilian region, the use of satellite data offers advantagesbecause there is very little coverage of ground based sounders (due the large territoryextension and the difficulty to access certain areas). Furthermore, this region isvery special by being within the scope of the South Atlantic Magnetic Anomalyand having a good part of the territory in equatorial and tropical zones. Theseregions may be severely affected by ionospheric irregularities and plasma bubbleswith resulting interferences in transionospheric communications and in propagationof GPS signals. The satellite data can provide measurements for more locationsand under any weather conditions. We examined the ionosphere using data fromFORMOSAT-3/COSMIC satellites and digisonde during period of low solar activity.Comparative studies and global maps of mean values of TEC and NmF2 for the years2006, 2007 and 2008 were constructed.

xiii

LISTA DE FIGURAS

Pag.

2.1 Exemplo qualitativo de producao de uma camada de ionizacao. . . . . . 6

2.2 Perfil de densidade eletronica mostrando as principais radiacoes ion-

izantes e os principais ıons de cada camada. . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.3 Perfil vertical demonstrativo da densidade eletronica da ionosfera para o

dia e para a noite. E’ e C representam camadas esporadicas. . . . . . . . 8

2.4 Perfil de condutividades calculadas para medias latitudes ao meio dia. 1

e.m.u.(cgs) = 1011S/m (SI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.5 Esquema representativo de formacao da anomalia de Appleton. . . . . . 11

2.6 Concepcao artıstica da anomalia equatorial mostrando tambem o efeito

fonte do plasma equatorial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.7 Graficos da seccao transversal da anomalia equatorial da ionizacao em

regioes de longitude com EIA mais forte (80 O) e de EIA mais fraco

(120 O) as 1400-1600 LT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.1 Seis satelites FORMOSAT-3/COSMIC no veıculo de lancamento Minotaur. 16

3.2 Constelacao final FORMOSAT-3/COSMIC. . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 Variacoes temporais da estrutura longitudinal de quatro picos do con-

teudo eletronico total integrado entre 400 e 450 km em segmentos de

2h. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.4 Configuracao dos satelites envolvidos na tecnica RO mostrando a refracao

sofrida pelo sinal de radio ao atravessar a atmosfera terrestre. . . . . . . 19

3.5 Variacao do ponto tangente na tecnica RO GPS. . . . . . . . . . . . . . . 20

3.6 Geometria usada na radio ocultacao GPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.7 Rede Mundial de Digissondas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.8 Sondador DPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.9 Antena do equipamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.10 Digissonda DPS e campo de antenas da DPS em Fortaleza. . . . . . . . . 25

3.11 Exemplo de Ionograma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.1 Comparacao de perfis do dia 249 de 2006 para a estacao de Cachoeira

Paulista e ionograma correspondente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2 Comparacao de perfis do dia 269 de 2006 para a estacao de Cachoeira

Paulista e ionograma correspondente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

xv

4.3 Comparacao de perfis do dia 269 de 2006 para a estacao de Sao Luıs e

ionograma correspondente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.4 Ilustracao do efeito de ventos meridionais nas concentracao de plasma. . 35

4.5 Comparacao de perfis do dia 323 de 2006 para a estacao de Fortaleza e

ionograma correspondente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.6 Imagem de luminescencia atmosferica mostrando a presenca de bolhas

de plasma na noite do dia 19 de Novembro de 2006 as 192958LT sobre a

regiao de Sao Joao do Cariri - PB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.7 Comparacao de valores de NmF2 (acima) e hmF2 obtidos pelo F3/C e

por Digissondas, na estacao de Cachoeira Paulista. . . . . . . . . . . . . 39


por Digissondas, na estacao de Fortaleza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41


por Digissondas, na estacao de Sao Luıs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.10 Comparacao de valores de NmF2 obtidos, pelo F3/C e por Digissondas,

nas tres estacoes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.11 Comparacao de valores de hmF2 obtidos, pelo F3/C e por Digissondas,

nas tres estacoes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.12 Mapa de NmF2 das 00-02 UT. Na parte inferior da Figura sao mostradas,

em mapas de contorno, as medias correspondentes ao conjunto de dados

medidos no perıodo (mapa superior). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48










4.16 Mapa de TEC das 00-02 UT. Na parte inferior da Figura sao mostradas,






xvi







4.20 Comparativo de hmF2 medio para perıodos de baixa atividade solar dis-

tintos - 1996 (DIG) e 2007 (F3/C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.21 Comparativo de foF2 medio para perıodos de baixa atividade solar dis-

tintos - 1996 (DIG) e 2007 (F3/C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.22 Indices Dst, Kp e Bz para os meses de setembro e outubro de 2007. . . . 60

xvii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ARTIST – Automatic Real Time Ionogram Scaling with Trues height analysisCADI – Canadian Advanced Digital IonosondeCDAAC – COSMIC Data Analysis and Archival CenterCE – CearaCHAMP – Challenging Minisatellite PayloadCP – Cachoeira PaulistaCOSMIC – Constelation Observing System for Meteorology, Ionosphere and ClimateDAE – Divisao de AeronomiaDPS – Digisonde Portable SounderEIA – Equatorial Ionization AnomalyEUA – Estados Unidos da AmericaEUV – Extreme Ultra-violetF3/C – FORMOSAT-3/COSMICfoF2 – Frequencia crıtica da camada F2F1 – Camada ionosferica F1F2 – Camada ionosferica F2F3 – Camada ionosferica F3F10.7 – Fluxo solar em 10,7 cmFZ – FortalezaGNSS – Global Navigation Satellite SystemGRACE – Gravity Recovery and Climate ExperimentHF – High frequencyGPS – Global Positioning SystemGPS/MET – Global Positioning System/MeteorologicalhmF2 – Altura do pico da camada F2INPE – Instituto Nacional de Pesquisas EspaciaisIONO – Linha de pesquisa IonosferaIRI – International Reference Ionosphere ModelISR – Incoherent Scatter RadarLEO – Low Earth OrbitingLSA – Low Solar ActivityLT – Local TimeLUME – Grupo de luminescencia atmosfericaMA – MaranhaoMATLAB – MAtrix LABoratoryMetEd – Meteorology Education and TrainingNASA – National Aeronautics and Space AdministrationNCAR – National Center for Atmospheric Research

xix

NCURO – National Central University Radio OccultationNGDC – National Geophysical Data CenterNmF2 – Densidade eletronica do pico da camada F2NOAA – National Oceanographic and Atmospheric AdministrationNSF – National Science FoundationNSPO – Taiwan’s National Space OrganizationPB – ParaıbaPOLAN – Polinomial AnalysisPRN – Pseudo Random NumberRO – Radio OccultationSAC-C – Scientific Application Satellite-CSJC – Sao Jose dos CamposSL – Sao LuısSP – Sao PauloSPIDR – Space Physics Interactive Data ResourceSUPIM – Sheffield University Plasmasphere-Ionosphere ModelTBB – Tri Band BeaconTEC – Total Electron ContentTIEGCM – Termosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation ModelTIP – Tiny Ionospheric PhotometerTECu – Unidade de TECTT&C – Tracking Telemetry and CommandUCAR – University Corporation for Atmospheric ResearchUT – Universal Time

xx

LISTA DE SIMBOLOS

a – Parametro de Impacto

α – Angulo de CurvaturaB – Modulo do Vetor Campo GeomagneticoB – Campo GeomagneticoD – Declinacao MagneticaDhmF2 – hmF2 medido pela DigissondaDNmF2 – NmF2 medido pela Digissondae – Carga Eletrica ElementarE – Campo EletricoEpar – Componente paralela do vetor campo Eletrico EEperp – Componente perpendicular do vetor campo Eletrico EEZ – Campo Vertical de Polarizacaoη – Eficiencia de Ionizacaof – FrequenciafoF2 – Frequencia Crıtica da Camada F2g – Aceleracao da GravidadeH – Altura de EscalahmF2 – Altura do pico da camada F2HT – Altura de EscalaI – Inclinacao MagneticaJ – Densidade de CorrenteK – Constante de Boltzmann

λ – Angulo Zenital Solarm – Massa das Partıculasmi – Massa Ionicame – Massa Eletronicaµ – Densidade de Partıculas Neutrasµj – Densidade de Partıculas Carregada da Especie jµe – Densidade Eletronica

n – Indice de RefracaoN – Refractividadeνe – Frequencia de Colisao Eletronicaνi – Frequencia de Colisao IonicaNmF2 – Densidade Eletronica do pico da camada F2Ωi – Frequencia de Cıclotron IonicaΩe – Frequencia de Cıclotron Eletronicap1 – Pressao atmosfericap2 – Pressao parcial do vapor d’agua

xxi

q – Taxa de Producao de Ionizacaoqm – Producao maxima de producaosfu – Unidade de Fluxo solarShmF2 – hmF2 medido pelo sateliteSNmF2 – NmF2 medido pelo sateliteσ – Condutividade EletricaσC – Condutividade Cowlingσ0 – Condutividade LongitudinalσP – Condutividade PedersenσH – Condutividade Hallσ – Tensor Condutividade Eletricar0 – Distancia do Centro da Terra ao Ponto TangenteR – RadiacaoR∞ – Radiacao incidente no Topo da AtmosferaT – TemperaturaV – Velocidade das PartıculasVN – Vento NeutroV TEC – TEC verticalZ – Altura Reduzida

xxii

SUMARIO

Pag.

1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 REVISAO BIBLIOGRAFICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1 A Ionosfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 A anomalia equatorial da ionizacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3 INSTRUMENTACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1 Satelites FORMOSAT-3/COSMIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.1 A tecnica de radio ocultacao GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2 Digissondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4 RESULTADOS E DISCUSSOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5 CONCLUSOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

APENDICE A - PROCESSAMENTO DE DADOS DO F3/C . . . . 73

APENDICE B - CODIGOS COMPUTACIONAIS . . . . . . . . . 79

xxiii

1 INTRODUCAO

A estrutura da ionosfera durante um perıodo de 24 horas locais e observada pela

constelacao de satelites FORMOSAT-3/COSMIC (F3/C). Com dados deste con-

junto de satelites podem-se obter mapas do conteudo eletronico total (TEC), das al-

turas de pico e densidades ionosfericas, monitorar o desenvolvimento e a manutencao

da estrutura da ionosfera equatorial e comparar estes resultados com dados de outros

equipamentos ou modelos.

Este trabalho visa melhorar o estudo da ionosfera da regiao brasileira com a uti-

lizacao de dados de satelite. O uso de dados de satelite complementa as medicoes

da ionosfera e no Brasil auxilia, significativamente, na expansao do banco de da-

dos visto que a regiao brasileira possui uma cobertura de sondadores em solo muito

pequena (dada a sua grande extensao territorial e a dificuldade de acesso a certas

areas) e e, ao mesmo tempo, uma regiao bastante especial por se situar dentro da

abrangencia da anomalia magnetica do Atlantico Sul. Alem disso, boa parte do ter-

ritorio nacional se situa nas regioes equatorial e tropical. Estas regioes podem ser

severamente afetadas por irregularidades ionosfericas e bolhas de plasma com pre-

juızo nas comunicacoes transionosfericas e na propagacao de sinais de GPS. Com

os dados dos satelites pode-se obter medidas para mais localidades sob quaisquer

condicoes de tempo.

O objetivo deste trabalho de Mestrado e o estudo das caracterısticas da ionosfera da

regiao brasileira utilizando dados da constelacao de satelites F3/C e de Digissondas

durante o perıodo de baixa atividade solar (LSA do ingles Low Solar Activity) que

vai da metade de 2006 ao final de 2008.

OBJETIVO GERAL: Caracterizar o comportamento da ionosfera na regiao

brasileira para o perıodo de baixa atividade solar 2006-2008.

Objetivos Especıficos:

a) Validar a tecnica de radio ocultacao dos satelites F3/C para o territorio

brasileiro utilizando dados de Digissondas das seguintes estacoes: Sao Luıs

- MA (Geog.: 2, 5 S, 44, 2 O; Mag.: I = −3, 5, D = −19, 5), Fortaleza

- CE (Geog.: 3, 8 S, 38 O; Mag.: I = −12, 6, D = −20) e Cachoeira

Paulista - SP (Geog.: 22, 7 S, 45 O; Mag.: I = −33, 5,D = −19, 3);

1

b) Estudo das caracterısticas da ionosfera da regiao brasileira utilizando dados

da constelacao de satelites F3/C e de Digissondas durante perıodos de

baixa atividade solar. Comparar a media dos meses de setembro e outubro

de 2007 obtidas pelo F3/C com os dados do mesmo perıodo do ano de 1996

obtidos atraves de Digissonda (BATISTA; ABDU, 2004);

c) Construir mapas dos parametros ionosfericos (TEC e NmF2) para mo-

nitorar a dinamica ao longo do dia para determinados perıodos do ano,

especialmente sobre toda a regiao brasileira;

d) Desenvolver competencias no uso da tecnica de radio ocultacao.

Para alcancar os objetivos foi necessario o desenvolvimento de uma revisao teorica

sobre ionosfera, especialmente sobre a camada F e origem da anomalia equatorial

da ionizacao (EIA), sobre o funcionamento dos satelites F3/C, a tecnica de radio

ocultacao e geracao dos dados, sobre Digissondas, alem da familiarizacao com o

software MATLAB (“Matrix Laboratory”), com o desenvolvimento de programas

especıficos e com o tratamento dos dados em formato netCDF.

Primeiramente foram analisados os dados disponıveis em ambos os equipamentos

para as regioes brasileiras com Digissondas em operacao. Nestas regioes foi feita

uma validacao da tecnica de obtencao dos dados a partir dos satelites. Em seguida

foram construıdos mapas globais de valores medios do TEC e NmF2 e feitos estudos

comparativos.

Para este estudo foram utilizados os seguintes parametros: hmF2 que representa a

altura do pico da camada F2 da ionosfera para um determinado local tendo como

unidade o quilometro; NmF2 que representa a densidade eletronica da camada F2

para uma determinada regiao e tempo e e dada em numero de eletrons por cm3;

e o conteudo eletronico total (cuja sigla, proveniente de Total Electron Content

em ingles, e TEC) que e obtido integrando a densidade eletronica ao longo de um

caminho. Ele informa quantos eletrons ha ao longo de uma coluna de seccao igual

a 1 cm2 e sua unidade e numero de eletrons por cm2 (onde 1012 eletrons/cm2 = 1

unidade de TEC (TECu)).

Os resultados obtidos darao uma importante contribuicao para uma melhor com-

preensao das variacoes diurnas das estruturas da ionosfera e serao muito uteis nos

esforcos futuros em clima espacial. E importante salientar que o Brasil planeja ter

2

em breve um satelite com receptor GPS para realizar medidas por meio da radio

ocultacao GPS. Por isso, desenvolver competencias no uso desta tecnica no INPE e

necessario.

Esta Dissertacao foi dividida em 5 capıtulos, organizados da seguinte maneira:

• Capıtulo 2: Neste capıtulo e feita uma revisao bibliografica dos topicos da

ionosfera que serao utilizados no trabalho. Ele e dividido em duas secoes:

A Secao 2.1 que aborda a dinamica basica de ionosfera e a Secao 2.2 que

aborda sobre a anomalia equatorial da ionizacao;

• Capıtulo 3: Neste capıtulo e feita uma descricao detalhada do conjunto de

satelites utilizados neste estudo (Secao 3.1), a descricao da tecnica de radio

ocultacao, utilizada pelos satelites para obtencao dos parametros ionosferi-

cos (Subsecao 3.1.1) e e explicado o funcionamento basico das Digissondas

(Secao 3.2);

• Capıtulo 4: Neste capıtulo serao apresentados os resultados obtidos e as

discussoes pertinentes;

• Capıtulo 5: Neste capıtulo serao apresentadas as conclusoes e tambem as

perspectivas do trabalho.

3

2 REVISAO BIBLIOGRAFICA

2.1 A Ionosfera

Ionosfera e a camada da atmosfera terrestre em que as partıculas encontram-se em

estado ionizado e a densidade dessas partıculas livres, carregadas eletricamente, e

suficiente para interferir na propagacao de ondas eletromagneticas. Os principais

processos de ionizacao envolvidos sao a absorcao da radiacao solar na faixa eletro-

magnetica do ultravioleta (EUV) e de raios-X (ionizacao primaria); e a ionizacao

devida as colisoes de partıculas energeticas com partıculas neutras da atmosfera

(ionizacao secundaria).

A producao de ionizacao q e proporcional ao numero de fotons incidentes (R) e ao

numero de partıculas ionizaveis (µ). Sabe-se ainda que a densidade µ de partıcula

diminui com a altura e R aumenta com a altura uma vez que a radiacao proveniente

do Sol vai sendo absorvida a medida que penetra a atmosfera e apenas uma pequena

quantidade atinge as baixas altitudes. Desta forma e possıvel perceber que a taxa

de producao apresentara um maximo de ionizacao (qm) num ponto intermediario

da ionosfera (conforme mostrado na Figura 2.1). A taxa de producao q obedece a

funcao de Chapman como segue:

q =ηR∞He

exp (1− Z − exp(−Z) secλ) (2.1)

onde λ representa o angulo zenital solar, η a eficiencia de ionizacao (numero de

foton-eletrons produzidos por foton absorvido), Z a altura reduzida (Z =∫dh/H),

H a altura de escala (H = KT/mg), e a carga do eletron e R∞ e a intensidade

da radiacao vertical total incidente. K corresponde a constante de Boltzmann, T a

temperatura, m a massa e g a aceleracao da gravidade.

A ionosfera terrestre e subdividida em camadas de acordo com os constituintes

quımicos e suas radiacoes ionizantes (Figuras 2.2 e 2.3). Seus limites nao sao muito

bem definidos; mas em geral pode-se considerar 50 e 1000 km como limites inferior

e superior, respectivamente. Acima dessa altitude superior a atmosfera e muito ra-

refeita. Surgem, entao, a heliosfera, que e caracterizada pela predominancia dos ıons

de helio, e a protonosfera, que e composta principalmente por ıons de hidrogenio.

A ionosfera diurna esta subdividida em regioes D, E e F, cujas principais caracterıs-

5

Figura 2.1 - Exemplo qualitativo de producao de uma camada de ionizacao.Fonte: Adaptada de Kirchhoff (2001).

ticas serao descritas a seguir.

• Regiao D: esta na porcao inferior da ionosfera e vai ate aproximadamente

80 km de altitude, sendo uma regiao com densidade atmosferica ainda bas-

tante significativa em que as colisoes de partıculas neutras com partıculas

ionizadas sao muito importantes. Esta camada desaparece rapidamente

apos o por do Sol.

• Regiao E: situa-se entre 80 e 150 km e e uma regiao muito importante

por possuir condutividade eletrica bastante elevada e por apresentar um

importante sistema de correntes eletricas. Os principais ıons dessa regiao

sao o oxigenio molecular (O+2 ), o nitrogenio molecular (N+

2 ), o oxido nıtrico

(NO+) e o oxigenio atomico (O+), sendo o NO+ e o O+2 os majoritarios.

Alem desses ıons, e nessa regiao que se encontram os ıons metalicos, tais

como Fe+, Mg+, Ca+ e Si+. Na regiao E equatorial (±4 de latitude

em torno do equador magnetico), por volta dos 105 km de altitude, ha a

formacao de uma forte corrente eletrica que flui para o leste durante o dia:

o eletrojato equatorial.

6

Figura 2.2 - Perfil de densidade eletronica mostrando as principais radiacoes ionizantes eos principais ıons de cada camada.Fonte: Adaptada de Banks e Kockarts (1973).

• Regiao F: e a regiao que contem a maior concentracao de plasma da ionos-

fera. Esta camada se situa na regiao que vai de 180 km ate em torno de

1000 km. Ela contem, na regiao de aproximadamente 300 km de altitude,

o pico de densidade eletronica e e subdividida em pelo menos duas regioes

(F1 e F2). A regiao F e dominada pelos processo de transporte.

Um parametro de grande relevancia na ionosfera e a condutividade eletrica σ, que

e calculada pela razao entre o vetor densidade de corrente , J, e o campo eletrico

E. J pode ser expressa em funcao da densidade de partıculas carregadas µj (onde j

representa a especie de partıculas do meio - ıons “i” ou eletrons “e”) e da velocidade

V destas partıculas: J = ±µj e V. Nesta o sinal positivo e para ıons e o negativo

para eletrons e e e a carga eletrica fundamental.

A condutividade ionosferica e anisotropica (RISHBETH; GARIOTT, 1969) e relaciona

os campos eletricos do dınamo com as correntes ionosfericas. Cada uma das camadas

apresenta condicoes especiais de condutividade. Por ser anisotropica, a condutivi-

dade ionosferica e representada por um tensor σ. De forma generalizada, o tensor

7

Figura 2.3 - Perfil vertical demonstrativo da densidade eletronica da ionosfera para o diae para a noite. E’ e C representam camadas esporadicas.

condutividade pode ser escrito por:

σ =

σ0 cos2(I) + σP sin2(I) σH sin(I) −(σ0 − σP ) cos(I) sin(I)

−σH sin(I) σP −σH cos(I)

−(σ0 − σP ) cos(I) sin(I) σH cos(I) σ0 sin2(I) + σP cos2(I)

(2.2)

onde I representa a inclinacao do campo geomagnetico B, σ0 e a condutividade

longitudinal, na direcao Epar (componente de E paralela a direcao do campo geo-

magnetico B), σP e a condutividade Pedersen ou transversal, na direcao de Eperp

(componente perpendicular a direcao de B), e σH e a condutividade Hall, referente

8

a condutividade na direcao perpendicular tanto a B quanto a Eperp. Na regiao do

equador magnetico onde o angulo de inclinacao magnetica e zero, o tensor condu-

tividade e dado por:

σ =

σ0 0 0

0 σP −σH

0 σH σP

(2.3)

Estas condutividades sao funcoes das frequencias ciclotronicas Ωi e Ωe (ionica e

eletronica, respectivamente), das frequencias de colisao νi e νe (ionica e eletronica,

respectivamente), das massas dos ıons (mi) e dos eletrons (me) e da densidade

eletronica de plasma (µe), de acordo com as equacoes 2.4, 2.5 e 2.6:

σ0 = e2µe

[1

meνe

+1

miνi

](2.4)

σP = e2µe

[νe

me(ν2e + Ω2

e)+

νi

mi(ν2i + Ω2

i )

](2.5)

σH = e2µe

[Ωi

mi(ν2i + Ω2

i )− Ωe

me(ν2e + Ω2

e)

](2.6)

As expressoes para as frequencias ciclotronicas sao:

Ωi =eB

mi

(2.7)

Ωe =−eBme

(2.8)

A Figura 2.4 mostra o comportamento das condutividades em funcao da altura.

Pelo grafico, ve-se que as maximas condutividades Pedersen e Hall se encontram

na regiao E. Devido a queda brusca, em altura, destas condutividades tanto acima

quanto abaixo do pico de condutividade, a corrente vertical fica aprisionada em uma

estreita faixa de altura, criando o campo vertical de polarizacao (Ez). Na regiao

9

equatorial este campo de polarizacao intenso contribui para a formacao do eletrojato

equatorial.

Figura 2.4 - Perfil de condutividades calculadas para medias latitudes ao meio dia. 1e.m.u.(cgs) = 1011S/m (SI).Fonte: Adaptada de Akasofu e Chapman (1972)

A soma das correntes Pedersen σPEy e Hall σHEz forma a corrente total do eletro-

jato. No equador magnetico essa corrente e σCEy, onde σC e denominada condu-

tividade Cowling e e uma relacao entre as condutividades Pedersen e Hall dada

por:

σC = σP +σ2

H

σP

(2.9)

2.2 A anomalia equatorial da ionizacao

A anomalia equatorial da ionizacao (EIA do ingles Equatorial Ionization Anomaly)

ou anomalia de Appleton (ANDERSON, 1973a; ANDERSON, 1973b; HARGREAVES,

1992; KELLEY, 1989) e produzida pelo efeito fonte no plasma equatorial, no qual

o campo eletrico diurno, para leste, gera a deriva vertical E × B para cima. Esta

deriva eleva o plasma sobre o equador magnetico para alturas maiores. Este plasma

10

elevado, por sua vez, difunde para baixo seguindo as linhas de campo magnetico,

criando duas cristas de ionizacao em ambos os lados do equador magnetico. Para

valores maiores do campo eletrico, o plasma atingira latitudes mais afastadas do

equador, estendendo as cristas da EIA. Assim, a distribuicao latitudinal de densidade

eletronica da ionosfera apresenta picos nas latitudes magneticas em torno de 15 a

20 em cada lado do equador magnetico, podendo variar de acordo com a hora local,

atividade solar, atividade geomagnetica, estacao do ano, dinamica da atmosfera e

intensidade dos campos eletricos.

Um esquema representativo para a formacao da anomalia da ionizacao na ionosfera

terrestre e mostrado na Figura 2.5. A Figura 2.6 apresenta uma concepcao artıstica

deste mesmo fenomeno.

Figura 2.5 - Esquema representativo de formacao da anomalia de Appleton.

No Brasil, que tem boa parte de seu territorio atravessado pela linha do equador

magnetico, a influencia dessa anomalia e importante para o setor de telecomuni-

cacoes. As regioes que nao estao sob as cristas da ionizacao possuem densidade

eletronica mais baixa na regiao F da ionosfera e, portanto, sao atravessadas por

ondas eletromagneticas de frequencias mais baixas do que aquelas necessarias para

atravessar as regioes de latitudes magneticas em torno de 18, norte ou sul.

A Figura 2.7 mostra graficos da densidade eletronica versus latitude e altitude, nos

11

Figura 2.6 - Concepcao artıstica da anomalia equatorial mostrando tambem o efeito fontedo plasma equatorial.Fonte: Souza (1997)

meridianos de EIA mais intensa (80 O - regiao da America do Sul) e EIA mais fraca

(120 O - oceano Pacıfico - onde as cristas permanecem mais proximas do equador)

as 1400-1600 LT. Estes graficos foram obtidos com dados dos satelites COSMIC para

os meses de setembro e outubro de 2006 (LIN et al., 2007a).

Ha varios fatores que afetam significativamente a formacao da EIA. A componente

meridional do vento neutro (VN) transporta as partıculas carregadas ao longo das

linhas de campo magnetico e origina assimetrias. Ventos neutros mais fortes para

o equador ajudam a manter o plasma em mais altas altitudes, resultando em um

reforco na intensidade da EIA. Recombinacoes tambem podem contribuir para as

variacoes das densidades e das altitudes de pico para as diferentes longitudes.

Investigacoes detalhadas da anomalia equatorial da ionizacao observada durante

meses de equinocio e num mınimo solar (LIN et al., 2007b) indicam que os picos

comecam a se formar proximo do equador magnetico as 0900 LT (09 horas local)

12

Figura 2.7 - Graficos da seccao transversal da anomalia equatorial da ionizacao em regioesde longitude com EIA mais forte (80 O) e de EIA mais fraco (120 O) as1400-1600 LT.Fonte: Lin et al. (2007a)

deslocando-se em direcao aos polos ate atingir cerca de 16 de latitude as 1600 LT.

Entao eles comecam a se mover de volta ao equador e desaparecem por completo

pelas 2100 LT. Durante anos de atividade solar maxima, a dependencia temporal dos

picos e um pouco diferente. Embora o desenvolvimento da anomalia seja no mesmo

horario local, os picos mantem seu movimento em direcao aos polos ate cerca de

2000 LT, quando ocorre o maximo afastamento em latitude e os picos comecam a se

dirigir novamente para o equador. Neste perıodo a anomalia equatorial geralmente

persiste a noite pelo menos ate as 0200 LT.

Os setores americano (entre as longitudes geograficas de 150 O a 30 O), africano

(de 30 O a 60 L) e asiatico (de 60 L a 150 O) apresentam diferentes caracterısticas

para a anomalia, dependendo do ciclo solar (LYON; THOMAS, 1963).

13

3 INSTRUMENTACAO

3.1 Satelites FORMOSAT-3/COSMIC

FORMOSAT-3/COSMIC (FORMOSA satellite Series n 3/ Constelation Observing

System for Meteorology, Ionosphere and Climate ou, simplesmente, F3/C) e uma

missao de cooperacao entre Taiwan e EUA para pesquisas sobre tempo, clima, clima

espacial e geodesia, e e uma das primeiras missoes de radio ocultacao GPS (sigla do

ingles Global Positioning System) do mundo. A missao F3/C foi lancada com sucesso

em 15 de abril de 2006. Seis micro-satelites terrestres de baixa orbita (LEO do ingles

Low Earth Orbiting) identicos, cada um transportando um receptor GPS de radio

ocultacao (GPS radio occultation receiver no ingles), um fotometro (TIP do ingles

Tiny Ionospheric Photometer) de 135, 6 nm e um sinalizador tri-banda (TBB do

ingles Tri Band Beacon) (150, 400 e 1067 MHz), foram colocados em orbita em torno

da Terra. A Figura 3.1 mostra os seis satelites montados no veıculo lancador (FONG

et al., 2008). Os satelites lancados pela Organizacao Espacial Nacional de Taiwan

(Taiwan’s National Space Organization - NSPO) atingiram suas orbitas finais, a 800

km de altitude em planos separados por 30 graus, perto do fim do mes de outubro de

2007 (Figura 3.2). O angulo de inclinacao de cada satelite e 72 e o perıodo orbital

e de aproximadamente 100 min. Os dados cientıficos gerados pelos satelites estao

sendo obtidos a cada orbita completa por duas estacoes NOAA TT&C (no Alasca

e na Noruega) e uma estacao de NSF/NASA (em McMurdo, Antartica) e entao

transferidos para o Centro de analise e armazenamento de dados (COSMIC Data

Analysis and Archival Center - CDAAC) da UCAR em Boulder, Colorado, EUA.

Atualmente o CDAAC processa os dados cientıficos do COSMIC quase que em tempo

real (90 por cento de perfis de RO sao depositados nos centros de tempo e clima

em ate 3 horas da observacao). O CDAAC tambem reprocessa, dentro de 6 semanas

da observacao, os dados do COSMIC (como tambem outras missoes GPS/MET,

CHAMP, SAC-C, e GRACE) de modo a obter informacoes mais precisas e confiaveis.

O COSMIC esta provendo diariamente entre 1000-2500 perfis de RO da atmosfera

neutra, 1000-2500 perfis de densidade eletronica e curvas de conteudo eletronico to-

tal e produtos de radiacao TIP. Os dados ja demonstraram imenso valor operacional

para previsao de tempo, previsao de furacoes e investigacoes da camada limite atmos-

ferica. Os dados estao sendo intensivamente usados para testar modelos ionosfericos

e seu uso em modelos do clima espacial esta em desenvolvimento.

15

Figura 3.1 - Seis satelites FORMOSAT-3/COSMIC no veıculo de lancamento Minotaur.Fonte: Fong et al. (2008)

Figura 3.2 - Constelacao final FORMOSAT-3/COSMIC.Fonte: Fong et al. (2008)

16

Os trabalhos possıveis com dados dos seis micro-satelites sao bastante vastos e uteis

para aqueles que trabalham com climatologia e pesquisas. Lin et al. (2007a) usou ma-

pas globais da densidade eletronica construıdos com observacoes de radio ocultacao

a bordo da constelacao F3/C para mostrar a existencia da estrutura longitudinal de

quatro picos, um tipo de estrutura visıvel na ionosfera terrestre se a regiao ionizada

for estratificada e mapas em hora local forem gerados para cada uma das faixas

de altura. Na Figura 3.3 o TEC foi calculado entre as alturas de 400 e 450 km de

0000 as 2400 LT em segmentos de 2h. Analisando estes mapas pode-se perceber

que, sobre a regiao proxima do equador magnetico, existem longitudes preferenci-

ais onde ocorre acumulo de plasma, dando origem a regioes com maior densidade

eletronica. A estrutura longitudinal de quatro picos da EIA comeca a se formar das

0800-1000 LT nas quatro regioes (oeste da America do Sul, oeste da Africa, India e

sudeste da Asia, e pacıfico central). Os picos de cada uma destas regioes se tornam

mais proeminentes das 1200 as 1600 LT, voltando a ficar fracos das 1600 as 2000.

Entre 2000 e 2200 LT os picos voltam a ficar em evidencia maior, embora o TEC

seja menor. Os picos continuam discernıveis ate 0200-0400 LT e depois desapare-

cem totalmente. Segundo Lin et al. (2007a), estes resultados sugerem que as mares

atmosfericas influenciam a regiao F de plasma mudando o dınamo da regiao E, ao

inves de se propagarem apenas para cima e modularem a camada F diretamente.

Os mapas globais da ionosfera foram construıdos juntando medidas dos meses de

setembro e outubro de 2006, a cada 2h de dados de ocultacao e sem perıodos mag-

neticamente perturbados, e tomando os valores medios das observacoes localizadas

na mesma grade (2, 5 - 2, 5 - 1 km, longitude-latitude-altitude).

Dados provenientes dos satelites sao bastante uteis pois eles podem cobrir quase

todo o globo e sob quaisquer condicoes de tempo, complementando os dados das

ionossondas, que permitem que se obtenham apenas informacoes locais. Os dados

utilizados neste trabalho sao dados de reanalise disponibilizados no banco de dados

CDAAC da UCAR. Para mais detalhes, ver Apendice A.

3.1.1 A tecnica de radio ocultacao GPS

A tecnica da Radio Ocultacao (RO) tem sido aplicada por decadas para investigar

a atmosfera dos planetas no sistema solar (LIOU et al., 2007). Ela e baseada no fato

de que a velocidade de propagacao das ondas de radio e intensificada ou retardada

ao longo de seu percurso devido a presenca de refratividade na atmosfera. Uma

das tecnicas mais atuais para obtencao de dados atmosfericos e a radio ocultacao

17

Figura 3.3 - Variacoes temporais da estrutura longitudinal de quatro picos do conteudoeletronico total integrado entre 400 e 450 km em segmentos de 2h.Fonte: Lin et al. (2007a)

GPS (GPS Radio Occultation em Ingles). A tecnica de RO GPS utiliza o fato de

que as ondas de radio, que sao emitidas de um satelite GPS e recebidas em outro

satelite atras do limbo do planeta, sofrem refracao e sao defletidas ao atravessarem a

atmosfera (Figura 3.4). Disso sao feitas algumas suposicoes e calculados, por meio da

transformada de Abel, os perfis atmosfericos (SYNDERGAARD, 2009; HEALY, 2009).

Na tecnica RO GPS utilizando os satelites F3/C o sinal e emitido de um dos 32

satelites do grupo GNSS - sigla do Ingles Global Navigation Satellite System - que

18

Figura 3.4 - Configuracao dos satelites envolvidos na tecnica RO mostrando a refracaosofrida pelo sinal de radio ao atravessar a atmosfera terrestre.Fonte: Adaptada da apresentacao “Introduction to GPS RadioOccultation” (SYNDERGAARD, 2009)

orbitam a Terra a aproximadamente 20200 km, e recebido por um dos 6 satelites

do COSMIC - numa orbita a aproximadamente 800 km de altitude. Os dados obti-

dos por esse conjunto de satelites podem ser aplicados para monitorar e estudar a

dinamica da ionosfera, o clima espacial, a estrutura da atmosfera, a gravidade ter-

restre e as ondas de gravidade. Esses dados podem aumentar ainda a acuracia da

previsao do tempo (CHIU et al., 2008). Na Figura 3.5 mostra-se o esquema para dois

satelites e um conjunto descendente de raios de ocultacao, devido ao movimento dos

satelites, e, consequentemente, a progressao do ponto tangente.

A geometria utilizada nos calculos e mostrada na Figura 3.6.

Os sinais GPS sao transmitidos em duas frequencias: 1575, 42 MHz (L1) e 1227, 60

MHz (L2). Na atmosfera o ındice de refracao (definido como a razao da veloci-

dade da luz c pela velocidade de propagacao da onda v) e dado de acordo com

a Equacao 3.1 (SYNDERGAARD, 2009)

n ≈ 1 + 77, 6p1

T+ 3, 73× 105 p2

T 2+ 40, 3

µe

f 2(3.1)

onde p1 representa a pressao atmosferica (milibar), T a temperatura (Kelvin), p2

a pressao parcial do vapor d‘agua (milibar), µe a densidade eletronica e f a fre-

19

quencia da onda eletromagnetica. O primeiro e o segundo termos (hidrostatico

seco e hidrostatico umido, respectivamente) dominam abaixo de 70 km de alti-

tude. O termo de umidade e muito importante na troposfera e constitui mais de

30% da refratividade na superfıcie dos tropicos. Acima dos 70 km, o terceiro termo

(ionosferico) domina. Considera-se simetria local esferica, o angulo de curvatura (α)

como sendo funcao do parametro de impacto (a), e a refratividade (definida como

Figura 3.5 - Variacao do ponto tangente na tecnica RO GPS.Fonte: Adaptada do curso de radio ocultacao do METEOROL-OGY EDUCATION AND TRAINING (2009)

Figura 3.6 - Geometria usada na radio ocultacao GPS.Fonte: Adaptada do curso de radio ocultacao do METEO-ROLOGY EDUCATION AND TRAINING (2009)

20

N(r0) = (n(r0)− 1)× 106) e a densidade eletronica como sendo funcoes da altura.

No meio esferico simetrico, a lei de Snell e substituıda pela lei de Bouger. Dessa

forma pode-se obter o angulo de curvatura como na Equacao 3.2

α(a) = −2a

∫ r0

∞

d lnn/dr√(n2r2 − a2)

dr (3.2)

em que dr representa incrementos radiais a partir do centro da Terra. Esta integral

e calculada de um ponto no infinito ate o ponto r0, de interseccao com o caminho

de ocultacao. Uma vez obtido esse angulo faz-se a troca de variaveis, x ≡ nr, e

aplica-se a transformada integral de Abel para obter o ındice de refracao no ponto

r0 tal como mostrado na Equacao 3.3

n(r0) = exp

(1

π

∫ a

∞

α(x)√(x2 − a2)

dx

)(3.3)

em que n(r0)r0 = a.

Com o ındice de refracao, toda a configuracao do meio pode ser obtida ao juntar,

em modelos numericos, parametros meteorologicos auxiliares tais como pressao, tem-

peratura e umidade medidos na atmosfera. Para a obtencao dos dados ionosfericos

pode-se ignorar a curvatura do raio na maior parte desta regiao.

Da definicao, o TEC e calculado como mostra a Equacao 3.4

TEC = 10−16

∫ rLEO

rGPS

µeds (3.4)

onde os extremos de integracao (rLEO e rGPS) representam as localizacoes respectivas

dos satelites LEO e GPS, e ds e o caminho da onda eletromagnetica.

Porem na tecnica de RO GPS o TEC(r), entre os satelites LEO e GPS, e calculado

conforme a Equacao 3.5

TEC(r) =S1 − S2

40, 3× 1016

f 21 f

22

f 21 − f 2

2

(3.5)

21

na qual f1 e f2 correspondem as frequencias de L1 e L2, respectivamente, e S obedece

a Equacao 3.6

Si(t) =

∫ rLEO

rGPS

(10−6µ− 40, 3µe

f 2i

)ds ; i = 1, 2. (3.6)

Com o valor deste TEC, entre os satelites, a densidade eletronica pode ser derivada

atraves da Equacao 3.7

µe(r0) =1016

π

∫ rLEO

r0

dTEC(r)/dr√(r2 − r2

0)dr . (3.7)

Esta integral e feita entre o ponto tangente (r0) e a posicao do satelite LEO, sendo

dr o caminho do sinal entre estes pontos.

Ha varios algoritmos desenvolvidos para processar os dados de RO, muitos deles

desenvolvidos pela UCAR. Os algoritmos sao baseados, principalmente, em metodos

como o geometrico, a retro-propagacao, o holografico, o de recuperacao da amplitude,

e incluem operacoes como a filtragem, o refinamento e a atribuicao empırica de pesos.

O algoritmo desenvolvido pela NCURO (CHIU et al., 2008) considera a atmosfera

da Terra como esferica e com multicamadas, e utiliza uma tecnica de Laco-aberto

(Open-Loop technique) para corrigir o atraso da fase do sinal recebido do GPS. E

gracas a esses algoritmos que e possıvel confiar na acuracia dos dados, especialmente

para baixas altitudes onde o sinal pode se deteriorar (seguir multiplos caminhos

ou flutuar fortemente, em fase e em amplitude, em virtude da presenca de uma

atmosfera bastante densa e umida).

3.2 Digissondas

O sondador ionosferico Digissonda e, essencialmente, um radar pulsado no qual as

frequencias de estudo podem ser variadas de 1 a 40 MHz, de acordo com o interesse

cientıfico (UMass..., 2009; REINISCH, 1986; REINISCH et al., 1989; REINISCH, 2005).

Com este equipamento e possıvel obter o perfil vertical de densidade eletronica, a

velocidade de deriva do plasma, a polarizacao entre outras informacoes da ionosfera

no lugar onde ele se encontra em operacao. Para isso, ele usa as propriedades da

reflexao de um pulso de onda de radio na ionosfera, em funcao da frequencia da

onda. Na Figura 3.7 e mostrada a rede mundial de Digissondas.

22

Figura 3.7 - Rede Mundial de Digissondas.Fonte: http://ulcar.uml.edu/

Existem cerca de 40 instituicoes ao redor do mundo que utilizam equipamentos

do tipo DigissondaTM . Alguns exemplos de ionossondas digitais sao a Canadian

Advanced Digital Ionosonde (CADI) e a DigisondeTM Portable Sounder (DPS). O

Sondador Portatil Digissonda (DPS) e produzido pelo Centro de Estudos Atmos-

fericos da Universidade de Massachusetts Lowell, EUA. O sistema atual compensa

o fato de emitir em uma baixa potencia (300 W ao inves de 10 kW como nos mo-

delos anteriores) com o emprego de fase codificada intra-pulso, compressao de pulso

digital e integracao Doppler. A emissao e recepcao do sinal, o controle e o processa-

mento de sinal, a apresentacao dos dados, armazenamento e analise automatica das

funcoes foram condensadas em um sistema de computador multiprocessador sim-

ples. A Figura 3.8 mostra um modelo de DPS em operacao e a Figura 3.9 mostra o

esquema de uma antena do mesmo equipamento.

O objetivo com o desenvolvimento da DPS foi conseguir tirar o maximo de infor-

macoes da ionosfera com o mınimo de gasto de energia e que automatizasse a coleta

e a analise dos dados.A altura da camada de estudo e determinada pelo tempo de

atraso do eco recebido com relacao ao pulso enviado, supondo que este viaja a veloci-

dade da luz. Para determinar o angulo de incidencia, a DPS incorpora os princıpios

basicos da interferometria (REINISCH, 1986). Como a frequencia da onda eletromag-

netica tem uma relacao direta com a densidade eletronica na regiao em que ela e

23

http://ulcar.uml.edu/

Figura 3.8 - Sondador DPS.Fonte: http://ulcar.uml.edu/

refletida, atraves da emissao de pulsos subsequentes na faixa de frequencias citada

e possıvel obter-se a porcao inferior do perfil ionosferico. Sao sete os parametros

observaveis, que podem ser medidos simultaneamente dos sinais refletidos (ou re-

fratados, na incidencia obliqua), na ionosfera: 1) frequencia; 2) o alcance (ou altura

no caso de medida vertical); 3) a amplitude; 4) a fase da onda; 5) o desvio Doppler

e o espalhamento; 6) o angulo de chegada; e 7) a polarizacao da onda.

A Digissonda dispensa um operador no local para colher os dados. Alem da ar-

mazenagem, esse equipamento dispoe os dados para acesso em tempo real via inter-

net, permitindo uma analise da ionosfera local a distancia. A Figura 3.10 mostra a

Digissonda DPS instalada em Itaitinga, Fortaleza - CE.

Por causa da influencia que os parametros fısicos do plasma ionosferico tem na

propagacao de ondas, deixando-as passar ou nao atraves do gas ionizado, e possıvel

medir esses parametros para valores discretos de altura e frequencias e mapear a

estrutura do plasma da ionosfera. Centenas de medidas sequenciais permitem tornar

as curvas do ionograma quase contınuas. O ionograma e o resultado, em forma de

grafico, da medida das amplitudes do sinal com a frequencia e com a altura virtual.

Na Figura 3.11 mostra-se um ionograma tıpico, no qual apenas cinco dimensoes sao

mostradas por vez devido as limitacoes do software atual. A abscissa representa a

frequencia, a ordenada representa a altura de reflexao (que pode ser transformada

em tempo com a simples suposicao de que a onda se propaga com 3 × 108m/s). A

24


Figura 3.9 - Antena do equipamento.Fonte: http://ulcar.uml.edu/

Figura 3.10 - Digissonda DPS e campo de antenas da DPS em Fortaleza.Fonte: http://www.dae.inpe.br/iono

amplitude do sinal e representada pela intensidade (ou pixels) da curva, o desvio

Doppler pela cor da curva e a polarizacao pelo gradiente de cores (as cores “frias” -

escalas de azul-verde-cinza - mostram polarizacao do modo extraordinario, e as cores

“quentes” - escalas de vermelho-amarelo-branco - mostrando polarizacao ordinaria).

A linha solida preta do grafico anterior e calculada atraves de um modelo intrınseco

da DPS que calcula o perfil da ionosfera a partir das medicoes e ja converte a

altura virtual em altura real. A parte acima do pico de densidade da camada F2

25


http://www.dae.inpe.br/iono

Figura 3.11 - Exemplo de Ionograma.

e uma extrapolacao que busca se aproximar do perfil real, pois a ionossonda so

obtem informacoes ate o pico NmF2. Os sinais emitidos acima da frequencia limite,

correspondente ao pico, atravessam toda a ionosfera e nao sao refletidos.

26

4 RESULTADOS E DISCUSSOES

Utilizando dados de perfil ionosferico dos satelites e de Digissondas, foi possıvel con-

duzir estudos comparativos e demonstrar a utilidade dos dados de satelite para

analise da ionosfera da regiao brasileira. Foram encontrados alguns perıodos de

grande interesse para estudos futuros. Os dados ionosfericos dos satelites F3/C

demonstraram ter aplicabilidade mesmo em circunstancias nas quais as medidas

das Digissondas estavam prejudicadas pela presenca de irregularidades do plasma.

Nas Figuras 4.1, 4.2, 4.3 e 4.5 podem-se ver exemplos de comparacao de perfis do

satelite e Digissonda medidos quase simultaneamente e no mesmo local e os respec-

tivos ionogramas obtidos pela Digissonda. Estes perfis foram selecionados dentre

varios analisados e buscam mostrar as diferentes situacoes que se pode ter. No gra-

fico superior de cada uma das Figuras, os dados em vermelho referem-se ao perfil

obtido pela Digissonda em uma das tres localidades brasileiras (Cachoeira Paulista

- CP, Sao Luıs - SL e Fortaleza - FZ) no horario indicado no tıtulo do grafico apos

a letra D (por exemplo, D19.45 se refere ao ionograma obtido as 19:45 UT). Os

dados em azul sao referentes ao perfil obtido pelos satelites F3/C. Foram escolhidos

para comparacao os perfis cujos picos de densidade eletronica tenham sido obtidos

nas proximidades das estacoes ionosfericas de solo (afastamento maximo de 5 em

latitude e 5 em longitude). A data e o horario do perfil do satelite tambem estao

identificados no tıtulo das Figuras (por exemplo, 2.2006.269.19.39.G17 significa que

o perfil foi obtido pelo satelite COSMIC numero 2 para o ano de 2006, dia 269, as

19:39 UT e o sinal foi recebido do satelite GNSS de PRN 17). Os valores da altura

e da densidade eletronica no pico dos perfis estao listados na legenda inferior de

cada grafico superior. O grafico interno a eles, no canto superior direito, apresenta

o caminho no qual foi feita a radio ocultacao (linha solida azul), as coordenadas

do ponto mais baixo do perfil obtido pelo satelite (cırculo), a localizacao do pico de

densidade do perfil do satelite (asterisco azul) e da estacao de Digissonda em questao

(asterisco vermelho). Na parte de baixo de cada Figura e mostrado o ionograma que

foi utilizado para extrair o perfil de Digissonda.

Nestes graficos comparativos e necessaria a percepcao de que perfis de ocultacao

nao podem ser comparados rigorosamente com perfis de sondadores em solo, pois os

dados de RO GPS nao sao fornecidos para uma localidade fixa. A comparacao so

e valida quando os dados obtidos atraves das duas tecnicas sao obtidos no mesmo

local. Dessa forma, e possıvel comparar as alturas e densidades do pico dos perfis

27

quando os asteriscos vermelho e azul estiverem muito proximos um do outro. Esta

comparacao dos parametros do pico da camada F2 sera feita de forma mais criteriosa

na sequencia do trabalho.

Nos perfis de densidade dos satelites sempre devem ser desprezados, por nao terem

sentido ou introduzirem muitos erros, os valores negativos e medidas em altitudes

inferiores a 70km de altura. E preciso lembrar ainda que na regiao da ionosfera

em torno de 300 km acima da superfıcie cada grau de diferenca, em latitude ou

em longitude, pode significar uma distancia horizontal de cerca de 115 km. Assim,

dependendo do criterio adotado, pode-se estar comparando dados de regioes com

configuracoes ionosfericas bem distintas.

As Figuras 4.1 e 4.2 mostram exemplos de perfis com boa concordancia. A Figura 4.1

apresenta um exemplo no qual a densidade eletronica do pico do perfil medido pelo

satelite foi obtida em local muito proximo da estacao de Digissonda em Cachoeira

Paulista, como pode ser visto pela localizacao mostrada no grafico com a trajetoria

do satelite (as longitudes estao quase coincidentes e as latitudes diferem por menos

que 1, 5). Este exemplo mostrou concordancia muito boa em quase todo o perfil.

E importante salientar que para este exemplo o afastamento maximo entre a me-

dida do satelite e a estacao e menor que 2, 5 em latitude e em torno de 3, 5 em

longitude. A densidade NmF2 medida pelo satelite foi 7, 67 × 105 el/cm3 e pela

Digissonda 7, 58× 105 el/cm3. Esses valores de densidade equivalem as frequencias

7,86 e 7,82 MHz, respectivamente; portanto a diferenca entre as frequencias medidas

pelo satelite e pela Digissonda e menor do que o passo de varredura em frequencia

da sondagem feita pela Digissonda que e de 0,1 MHz. Logo, pode-se afirmar que a

concordancia das medidas de densidade eletronica e excelente. Em relacao a altura,

no entanto, a diferenca e um pouco maior, sendo que a medida do satelite para hmF2

(232,0 km) esta 16, 6 km abaixo do valor fornecido pela Digissonda (248,6 km). A

posicao do satelite durante as medidas realizadas proximo ao topo e tal que ele esta

se aproximando da estacao em latitude, mas esta se afastando em longitude. Nesta

regiao os perfis diferem bastante, embora estejam sendo medidos em latitudes pro-

ximas da estacao. Portanto as causas das discrepancias podem estar no metodo de

calculo da parte superior do perfil pela Digissonda, que ajusta uma funcao a curva de

densidade utilizando parametros (tal como a altura de escala HT ) medidos na parte

inferior da camada (RAM et al., 2009). Na parte inferior do perfil pode-se ressaltar a

boa concordancia observada para a camada E e a ausencia da estratificacao devida

28

a camada F1 no perfil medido pelo satelite e a sua presenca no perfil da Digissonda

(a camada F1 esta muito bem definida no ionograma correspondente ao perfil aqui

apresentado, como pode ser visto na parte inferior da Figura 4.1).

No exemplo apresentado na Figura 4.2, o ponto tangente da RO esta muito proximo

da estacao durante as medidas realizadas na parte inferior do perfil (a medida do

satelite inicia por volta de 24, 5 S, 44 O, bem proximo da estacao CP), portanto,

a melhor concordancia e obtida nas altitudes abaixo do pico. A densidade NmF2

medida pelo satelite foi 5, 75×105 el/cm3 e pela Digissonda 5, 57×105 el/cm3. Esses

valores de densidade equivalem as frequencias 6,81 e 6,7 MHz, respectivamente; a

diferenca entre as frequencias crıticas e de 0,11 MHz ou seja, aproximadamente igual

ao passo de varredura da sondagem feita pela Digissonda. Neste exemplo pode-se

concluir novamente que a concordancia entre as densidades de pico e muito boa,

sobretudo se levarmos em consideracao que o satelite esta aproximadamente 5 em

latitude e 4 em longitude afastado da estacao CP. Por outro lado, a altura do

pico apresentou diferenca menor que a da Figura 4.1, sendo que nesse caso a altura

do pico medida pelo satelite ficou 7 km acima da observada pela Digissonda. Esta

diferenca esta muito proxima da resolucao em altura das medidas da Digissonda

que e de 5 km. Ainda em relacao a esta comparacao, deve-se observar que ha uma

diferenca de 6 minutos entre as medidas realizadas pelo satelite e pela Digissonda (a

medida de satelite foi realizada as 19:39 e a da Digissonda as 19:45 UT). Buscou-se

complementar a informacao sobre o comportamento da ionosfera com os resultados

registrados no ionograma das 19:30 UT. Observou-se que nesse intervalo de tempo

(19:30 e 19:45 UT) a frequencia crıtica da camada F decresceu de 8,2 para 6,7 MHz

e que a altura do pico decresceu de 235,4 km para 219.9 km. Portanto, parte da

diferenca observada entre os dois perfis pode ser atribuıda a alta variabilidade da

ionosfera neste horario. A medida que os resultados dos satelites avancam para a

parte superior da ionosfera, as medidas se distanciam da estacao. Essa pode ser uma

das razoes para as discrepancias observadas nas medidas acima do pico da camada

F. Em relacao a parte inferior do perfil observa-se que ha uma boa concordancia

na representacao da camada F1 e que ha uma diferenca significativa na densidade

eletronica da camada E. O ionograma para este horario, mostrado na parte inferior

da Figura 4.2, mostra a presenca de uma camada E esporadica, a qual pode ter

prejudicado a leitura da frequencia crıtica da camada E, contribuindo para justificar

parte das diferencas observadas.

29

Figura 4.1 - Comparacao de perfis do dia 249 de 2006 para a estacao de Cachoeira Paulistae ionograma correspondente.

30

Figura 4.2 - Comparacao de perfis do dia 269 de 2006 para a estacao de Cachoeira Paulistae ionograma correspondente.

31

Os perfis apresentados na Figura 4.3 diferiram significativamente em todo o inter-

valo de altura e, mesmo na regiao em que as medidas do satelite e da Digissonda

estao mais proximas, a diferenca e muito grande. Os perfis foram obtidos em horarios

muito proximos (08:35 UT e 08:36 UT para a Digissonda e satelite, respectivamente).

Em relacao a posicao, vale ressaltar que a medida do satelite teve inıcio no equador

geografico, proximo de 45, 5 O, e foi feita toda no hemisferio Norte (ate aproxi-

madamente 8 N). A estacao SL fica no hemisferio Sul, proxima do equador (2, 5

S; 44, 2 O). Embora os perfis tenham sido obtidos em hemisferios diferentes, a dife-

renca de longitude e pequena. Como os dados se referem a um perıodo de equinocio

(dia 269 ou 26 de setembro), nao se esperaria uma variacao tao grande entre os dois

perfis, simplesmente pela diferenca nas latitudes das observacoes. Outro fator que

poderia introduzir diferencas e que os perfis se referem a um horario muito proximo

do amanhecer local. Portanto pequenas diferencas em longitude poderiam acarretar

diferencas significativas no fluxo de radiacao solar e, consequentemente na densi-

dade eletronica. Na presente comparacao o perfil do satelite no pico de densidade

eletronica e na parte superior da camada foi obtido para longitudes a leste da lon-

gitude da Digissonda e, portanto, em uma regiao ja mais iluminada pelo sol. Logo

seria esperado que apresentassem densidade eletronica superiores as obtidas pela

Digissonda. No entanto o perfil do satelite apresenta valores de densidade eletronica

inferiores ao da Digissonda acima do pico da camada F e valores superiores ao da

Digissonda nas altitudes abaixo do pico. A provavel causa da grande discrepancia

nos resultados obtidos pelos dois equipamentos, alem da separacao latitudinal en-

tre satelite e estacao, pode ser a presenca de vento transequatorial dirigido para

o norte. Este vento para o norte carrega consigo o plasma, ao longo dos tubos de

fluxo magnetico, elevando a camada no lado sul e levando o plasma para uma regiao

de alta taxa de recombinacao (altitude mais baixa) no lado norte do equador mag-

netico. Dessa forma a densidade eletronica no norte sera diminuıda. A orientacao

sugerida para o vento neutro, neste caso, e indicada no quadro interno da Figura 4.3.

A Figura 4.4 mostra um diagrama ilustrando o surgimento de vento efetivo (ao longo

das linhas de campo magnetico), a partir de tres diferentes configuracoes de ventos

meridionais (aqui apresentados como VN), que arrasta consigo o plasma ionosferico

alterando sua altitude. Quando o plasma e levado para uma regiao mais baixa o

efeito da alta taxa de colisao causa perda maior das especies ionizadas e conse-

quente diminuicao da densidade eletronica. Ao elevar o plasma ionosferico o efeito

e o contrario pois, conforme aumenta a altitude, menores sao as perdas por coli-

soes e o campo magnetico passa a governar o movimento das partıculas carregadas

32

eletricamente.

Em relacao a comparacao da regiao E, deve-se ressaltar que, nos horarios em que tal

camada nao e detectada pela Digissonda por apresentar baixa densidade eletronica

(como e o caso da Figura 4.3), o software de processamento dos dados da Digissonda

utiliza um modelo teorico para construir o perfil da regiao E. Portanto os mesmos

argumentos utilizados para explicar possıveis discrepancias na parte superior do

perfil da Figura 4.1 podem ser utilizados nesse caso.

O caso da Figura 4.5, assim como o da Figura 4.3, e um exemplo em que houve

bastante discordancia entre o perfil da Digissonda e o perfil do satelite. No exemplo

apresentado na Figura 4.5 observa-se grande diferenca na regiao em torno do pico de

densidade eletronica. Os perfis foram obtidos as 22:32 UT e 22:30 UT pelo satelite e

Digissonda, respectivamente. O ionograma para este horario, mostrado na parte infe-

rior da Figura, mostra a presenca de espalhamento da camada F (spread F ) causado

por irregularidades de plasma, as quais prejudicam a interpretacao do ionograma.

Durante a presenca de espalhamento, a interpretacao do ionograma e feita mediante

a analise de varios ionogramas sequenciais. Porem esta interpretacao esta sujeita a

imprecisoes. No perfil medido pelo satelite, observam-se flutuacoes na densidade de

plasma entre 270 e 470 km e a ocorrencia de uma forte deplecao em torno de 320

km. Observa-se que para este caso o satelite encontra-se mais proximo da estacao na

parte da trajetoria que esta medindo a parte inferior do perfil. No entanto, a parte

inferior do perfil do satelite mostra a ionosfera mais baixa do que a Digissonda. Neste

caso os valores apresentados como latitude, longitude, densidade e altura do pico da

camada F2, sao na realidade referentes ao ponto de maior densidade na curva em

azul do grafico. A tecnica nao e capaz de precisar corretamente onde deveria ser o

pico da ionosfera se nao houvesse a irregularidade presente. Investigando este dia de

grandes instabilidades observa-se que, sobre a regiao de Fortaleza, houve a formacao

de uma grande bolha de plasma, mostrada na Figura 4.6. A imagem da bolha foi

obtida com dados de imageador da estacao de Sao Joao do Cariri - PB (7, 13 S;

35, 52 O) para as 19:30 LT (22:30 UT). A localizacao da estacao esta indicada por

um ponto preto no grafico interno da Figura 4.5. Este equipamento faz observacoes

de luminescencia atraves de dados do airglow (OI 630,0 nm) coletados por um ima-

geador All Sky. A emissao do OI 630,0 em baixas latitudes resulta da dissociacao

recombinativa dos ıons O+2 . O raio desta imagem e de aproximadamente 1800km

e, portanto, abrange as estacoes SL e FZ. Este evento demonstrou a utilidade dos

33

Figura 4.3 - Comparacao de perfis do dia 269 de 2006 para a estacao de Sao Luıs e iono-grama correspondente.

34

Figura 4.4 - Ilustracao do efeito de ventos meridionais nas concentracao de plasma.Fonte: Adaptada de Rishbeth (1977)

dados de perfil do satelite para indicar irregularidades no plasma local. Surpreenden-

temente, neste caso, a parte superior do perfil obtido pelas duas tecnicas apresenta

excelente concordancia.

Trabalhos anteriores tambem ja fizeram comparacao de perfis de ocultacao com

dados de radar e ionossondas em solo. Lei et al. (2007) compararam dados do F3/C

com dados de radar de espalhamento incoerente (ISR), das estacoes de Millstone Hill

(42, 6 N; 71, 5 O) e de Jicamarca (11, 9 S; 76 O), e com ionossondas de 31 estacoes

(dados do National Geophysical Data Center, NGDC - NOAA, SPIDR Database).

Compararam tambem os valores de hmF2 e NmF2 do COSMIC com os modelos

IRI-2001 (International Reference Ionosphere Model) e NCAR-TIEGCM (National

Center for Atmospheric Research Termosphere-Ionosphere-Electrodynamics General

Circulation Model). Na comparacao de perfis de ISR com os dados do COSMIC

utilizaram seis perfis de Millstone Hill e dois perfis de Jicamarca. Para que os perfis

do COSMIC fossem representativo da estacao, os autores tomaram o valor de hmF2

35

Figura 4.5 - Comparacao de perfis do dia 323 de 2006 para a estacao de Fortaleza e iono-grama correspondente.

36

Figura 4.6 - Imagem de luminescencia atmosferica mostrando a presenca de bolhas deplasma na noite do dia 19 de Novembro de 2006 as 192958LT sobre a regiaode Sao Joao do Cariri - PB.Fonte: Cortesia do grupo LUME/DAE, INPE

(medido muito proximo da estacao de radar) e utilizaram-no para construir, a partir

do ajuste de uma funcao de Chapman, o perfil de densidade completo. Em Millstone

Hill os pontos tangentes de RO GPS na altura do pico de densidade podiam estar

afastados de 6 em latitude e 6 em longitude. Ja em Jicamarca o ponto de medida da

altura do pico pelo satelite podia estar 3 em latitude e 9 em longitude afastado da

estacao. Mesmo assim todos os perfis de densidade do ISR mostrados apresentaram

boa concordancia com os perfis do COSMIC. Em Jicamarca as diferencas entre

os perfis foram um pouco maiores e isto foi atribuıdo aos gradientes horizontais

de densidade eletronica maiores do que em Millstone Hill. Tais resultados estao

em conformidade com as comparacoes de perfis apresentados nesta dissertacao. E

importante notar que a estacao de Jicamarca esta proxima do equador magnetico,

tal como Fortaleza e Sao Luıs.

Conforme mencionado anteriormente, os perfis de RO nao sao fornecidos para uma

localidade fixa. Por esse motivo, foram selecionados para comparacao apenas os

perfis de ocultacao cujos picos de densidade se encontravam proximos das estacoes

de Digissonda. Assim os valores de NmF2 e hmF2 do perfil da Digissonda foram

comparados com os dados de radio ocultacao do FORMOSAT-3/COSMIC. Estes

resultados sao importantes para validar a tecnica de RO dos satelites F3/C para

37

a regiao brasileira. Os comparativos sao mostrados nas Figuras 4.7, 4.8, 4.9, 4.10

e 4.11. Os graficos foram construıdos com dados de alguns dias dos anos de 2006 a

2008, medidos quase simultaneamente (diferenca maxima de 7, 5 minutos) e para a

mesma regiao (diferenca maxima de 2, 5 em latitude e 5 em longitude) pelos dois

instrumentos. Nestes graficos sao mostrados os dados dos melhores perfis analisados

dentro do perıodo, ou seja, foram descartados aqueles cujos ionogramas apresen-

tassem espalhamento significativo ou que, por algum outro motivo, nao estivessem

bem definidos. A linha preta representa a funcao em que o valor do parametro para o

satelite seria igual ao valor para a Digissonda (x = y), e a linha rosa tracejada e um

ajuste linear para os pontos mostrados. A cor azul significa que os dados sao repre-

sentativos do perıodo noturno (h < 8 UT ou h > 21 UT). A cor vermelha representa

as medidas feitas durante o dia (das 8 UT as 21 UT - incluıdos). Isso e mostrado na

legenda inferior, assim como a quantidade de pontos e a correlacao encontrada. O

eixo das abscissas representa o valor medido pela Digissonda ao passo que o eixo das

ordenadas representa o valor medido pelo satelite. Cada Figura (em 4.7, 4.8 e 4.9)

corresponde a dados para uma estacao (identificada no tıtulo). As tres Figuras foram

construıdas da mesma forma e, em cada uma delas, o diagrama de cima representa

a comparacao de NmF2 e o de baixo a comparacao de hmF2.

A Figura 4.7 representa a comparacao dos dados de satelite e de Digissonda para a

regiao de Cachoeira Paulista.

Para a estacao CP foram utilizados 62 pontos para a comparacao. Observou-se uma

boa concordancia entre as medidas de NmF2 feitas pelo satelite e pela Digissonda,

com coeficiente de correlacao R = 0, 94778. Pode-se ver que os pontos estao todos

bem proximos a reta de igual valor (SNmF2 = DNmF2). A unica excecao e um

ponto na cor azul, que apresenta valor de densidade medido pelo satelite bem acima

do valor fornecido pela Digissonda. Este ponto refere-se ao horario de 21:01 UT e

a posicao do satelite no momento da passagem do mesmo pelo pico da camada dis-

tava aproximadamente 2 em latitude e 2, 2 em longitude da estacao CP. Este e

um horario em que a anomalia equatorial de ionizacao pode estar com desenvolvi-

mento avancado e, portanto, com gradientes latitudinais de ionizacao mais intensos.

Possivelmente o perfil obtido pelo satelite se refere a uma posicao mais proxima

do pico da anomalia de ionizacao, pois apresenta valor mais alto que o obtido pela

Digissonda. As alturas do pico da camada F medidas pelos dois equipamentos apre-

sentaram coeficiente de correlacao R = 0, 60488. A concordancia das medidas de

38

Figura 4.7 - Comparacao de valores de NmF2 (acima) e hmF2 obtidos pelo F3/C e porDigissondas, na estacao de Cachoeira Paulista.

39

NmF2 foi bem superior do que a de hmF2.


regiao de Fortaleza.

Para a estacao FZ percebe-se uma boa correlacao tanto para hmF2 quanto para

NmF2, apesar de terem sido usados bem menos pontos para a estatıstica. Para esta

estacao foram analisados 18 conjuntos de perfis e encontrou-se que o coeficiente

de correlacao entre ShmF2 e DhmF2 foi igual a R = 0, 92761. Ja o coeficiente de

correlacao entre SNmF2 e DNmF2 foi igual a R = 0, 95962, superior ao coeficiente

para hmF2.


regiao de Sao Luıs.

Para a estacao SL percebem-se boas correlacoes. Foram utilizados 59 perfis simulta-

neos e encontradas as seguintes correlacoes: ShmF2 e DhmF2 possuem um coe-

ficiente de correlacao R = 0, 79768; SNmF2 e DNmF2 estao correlacionados por

R = 0, 89535, tambem superior ao do coeficiente para hmF2. E interessante ressaltar

que as alturas do pico de densidade eletronica da camada F obtidas pelo satelite es-

tao quase sempre abaixo das alturas medidas pela Digissonda. A reta de ajuste linear

aos dados de hmF2 para Sao Luıs esta, em media, 25 km abaixo da reta de ajuste

perfeito (ShmF2 = DhmF2).

As regioes de FZ e SL, mais proximas do equador, possuem menos perfis disponıveis

para comparacao pois as ocultacoes ocorrem com menos frequencia proximo a regiao

equatorial. Alem disso, a alta incidencia de espalhamento nos ionogramas dessas duas

estacoes faz com que um numero menor de perfis fique disponıvel para comparacao.

Em virtude de criterio utilizado para selecionar os dados, a analise aqui apresentada

contemplou um numero menor de perfis para a localidade de Fortaleza que para as

outras duas.

A Figura 4.10 mostra a comparacao feita para o parametro NmF2 juntando os

dados das tres estacoes. Os pontos no grafico, correspondentes a cada estacao, estao

identificados por sımbolos diferentes: cırculos correspondem a CP, losangos a FZ

e quadrados a SL. O codigo de cores e o mesmo usado nas Figuras comparativas

anteriores, ou seja, azul para o perıodo noturno e vermelho para o perıodo diurno

(explicacao detalhada na legenda do canto inferior direito). A correlacao encontrada

40

Figura 4.8 - Comparacao de valores de NmF2 (acima) e hmF2 obtidos pelo F3/C e porDigissondas, na estacao de Fortaleza.

41

Figura 4.9 - Comparacao de valores de NmF2 (acima) e hmF2 obtidos pelo F3/C e porDigissondas, na estacao de Sao Luıs.

42

para NmF2 ao juntar os dados das tres estacoes (138 pontos) foi de R = 0, 93351.

Observa-se que os pontos estao todos bem proximos a reta de ajuste perfeito (x = y).

A unica excecao e o ponto correspondente a estacao de Cachoeira Paulista para o

horario 21:01 UT, o qual ja foi discutido ao se descrever a Figura 4.7.

Figura 4.10 - Comparacao de valores de NmF2 obtidos, pelo F3/C e por Digissondas, nastres estacoes.

A Figura 4.11 mostra um comparativo do parametro hmF2 para estas tres estacoes,

feito da mesma forma que a Figura anterior. A correlacao encontrada para hmF2 ao

juntar os dados das tres estacoes foi de R = 0, 75497. Observa-se que a correlacao

entre as alturas foi menor do que a correlacao entre as frequencias. Alem disso,

observa-se que, em geral, a altura medida pelo satelite e menor do que a altura

fornecida pela Digissonda e que essa diferenca aumenta com a altitude, conforme

pode ser visto pelo afastamento entre as retas da Figura.

Os dados apresentaram boa compatibilidade para quase todos os perıodos em to-

43

Figura 4.11 - Comparacao de valores de hmF2 obtidos, pelo F3/C e por Digissondas, nastres estacoes.

das as estacoes. Cachoeira Paulista teve a pior correlacao para hmF2. Uma possıvel

explicacao para este fato e que esta estacao esta situada na regiao sob influencia

da crista da EIA. Esta regiao possui gradientes latitudinais de densidade maiores

e dificulta a aplicacao da tecnica RO alem do que, pequenas variacoes em lati-

tude podem implicar em grandes variacoes nas condicoes ionosfericas. Embora haja

menos pontos no perıodo noturno (azul), estes parecem estar concordando tao bem

quanto os pontos diurnos (vermelhos), porque apenas perfis que puderam ser bem

determinados (sem ocorrencia de espalhamento) foram utilizados na comparacao. A

determinacao de NmF2 atraves da tecnica de RO GPS e melhor do que a de hmF2.

Isto ficou evidenciado em todas as estacoes. Kelley et al. (2009) fizeram um trabalho

de comparacao para junho de 2006 utilizando dados do F3/C e de radar de espa-

lhamento incoerente (ISR) para a estacao de Arecibo (18, 3 N, 66, 8 O). Naquele

trabalho os autores encontraram que a densidade de pico da regiao F ionosferica e

relativamente bem caracterizada, mas que a altura do pico e superestimada pelas

44

medidas do satelite (em comparacao com as do radar) acima de cerca de 300 km

e subestimada abaixo desta altura. Os resultados de Kelley et al. (2009) estao em

conformidade com os deste trabalho pois foram constatadas boas concordancias com

os perfis do COSMIC. As densidades do pico tambem parecem estar concordando

melhor para baixas densidades. Porem na comparacao de hmF2 feita neste trabalho

(Figura 4.11) foi constatado que as alturas do pico da Digissonda, em media, eram

maiores do que as alturas obtidas pelo F3/C, e que a diferenca aumentava com a

altura. Kelley et al. (2009) concluıram, ainda, que a transformada de Abel, apenas,

nao e suficiente para determinar os perfis da regiao E, mesmo durante o dia.

Na comparacao do parametro NmF2 de 31 estacoes de ionossondas com medidas

do COSMIC Lei et al. (2007) encontraram um coeficiente de correlacao de 0, 85.

Para a obtencao desse resultado os autores usaram 276 conjuntos de dados nos

quais as medidas do satelite distavam no maximo 2 em latitude ou em longitude da

estacao ionosferica. Este resultado tambem e coerente com a correlacao das medidas

de NmF2 encontrada nesta dissertacao (Figura 4.10), apesar de terem sido usados

criterios um pouco diferentes nas duas comparacoes.

Outra comparacao do parametro NmF2 de ionossondas em solo com NmF2 do F3/C

foi feita por Chu et al. (2009). Naquele trabalho os autores concluıram que os valores

medios de NmF2 do COSMIC sao sistematicamente menores do que os observados

pelas ionossondas sendo a diferenca maior em altas latitudes. hmF2 do F3/C foi

sistematicamente maior do que o medido pelas ionossondas. Essa diferenca para as

alturas hmF2 pode ser 20% ou maior nas regioes de baixa latitude. Na avaliacao dos

autores, hmF2 derivada da altura virtual atraves do metodo POLAN (TITHERIDGE,

1985) parece subestimar a altura real do pico. Vale ressaltar que os resultados obtidos

para a regiao brasileira e apresentados nesta dissertacao para hmF2 diferem dos

de Chu et al. (2009) pois mostraram valores de hmF2 obtidos pelos satelites menores

que os obtidos pela Digissonda. Os perfis da Digissonda analisados neste trabalho

foram calculados a partir dos ionogramas utilizando o ARTIST (HUANG; REINISCH,

1996), que e outro metodo de inversao (usado nas Digissondas) para transformar a

altura virtual em altura real. Batista et al. (1991) fizeram uma comparacao entre

perfis verticais obtidos atraves da Digissonda e do POLAN e encontraram que as

alturas fornecidas pelo POLAN eram sistematicamente menores que as fornecidas

pelo ARTIST.

Chu et al. (2009) encontraram ainda um coeficiente de correlacao para NmF2 de

45

0, 86 no setor de latitude e longitude que engloba SL e FZ. Foram utilizadas para

este calculo todas as medidas do F3/C e de ionossondas da regiao de 20 - 100 O

e 0 - 20 S de novembro de 2006 a fevereiro de 2007, em que a medida do satelite

no pico e a estacao nao distassem mais do que 1, em que o ındice Kp no perıodo

nao fosse maior do que 3 e que o intervalo de tempo centrado na ocultacao nao

fosse maior do que 30 min. No entanto estes resultados tem que ser utilizados com

cautela, pois nesse setor eles analisaram dados de ionossondas apenas da estacao de

Jicamarca. Logo os resultados sao, na realidade, representativos apenas da latitude

e longitude de Jicamarca e nao de um setor, conforme sugerido no trabalho. Apesar

dessas consideracoes, os valores de correlacao encontrados por Chu et al. (2009) para

NmF2 sao muito proximos dos valores que foram encontrados nesta dissertacao.

Nota-se nos resultados apresentados de 4.7 a 4.11 que, mesmo tendo incluıdo alguns

perıodos em que as condicoes nao eram geomagneticamente calmas, a correlacao de

NmF2 nao foi muito diferente. E claro que foram eliminados nesta analise os perfis de

Digissonda que nao puderam ser bem definidos (conforme explicado anteriormente).

Porem aqui foi observado que os valores de hmF2 do satelite foram mais baixos do

que os valores de hmF2 para as Digissondas, especialmente para perıodos em que o

pico da camada estava mais elevado.

Foi necessario o desenvolvimento de varios codigos computacionais para visualizar

e para interpretar os dados de ocultacao dos satelites juntamente com os dados de

Digissonda (Apendice B). Com alguns destes codigos computacionais foi possıvel

gerar mapas dos parametros ionosfericos de interesse, os quais sao mostrados nas

Figuras 4.12 a 4.19. Este tipo de mapa tambem tem grande utilidade no estudo

da ionosfera. No tıtulo dos mapas apresenta-se o parametro a que se refere o gra-

fico, o ano e os dias analisados (por exemplo, 2007(244-304)[3] significa que foram

agrupados neste grafico todas as medidas feitas entre os dias 244 e 304 de 2007 e

para geracao dos mapas medios de contorno foi utilizada a opcao 3). O numero en-

tre colchetes se refere-se a opcao que define a janela (em latitude versus longitude)

utilizada nas medias. Nesta dissertacao sao mostrados apenas mapas com a opcao

3, que foi a que apresentou os melhores resultados, pois usou uma janela relativa-

mente pequena e teve pouca ocorrencia de brancos no mapa de contorno. Todas

as outras janelas foram testadas tambem. Em sua configuracao atual o programa

permite escolher dentre as seguintes opcoes: [1] para 20 × 40, [2] para 10 × 20,

[3] para 5× 10, [4] para 2.5× 5. O programa permite ainda agrupar os dados de

2 em 2 horas e de 4 em 4 horas. Na parte inferior ha uma legenda indicando a faixa

46

de horario a qual pertencem os dados apresentados no mapa. Nos mapas de pontos

(parte superior de cada Figura) estao localizadas tambem as tres estacoes brasileiras

de Digissonda (quadrados vermelhos) consideradas neste estudo. As estacoes de SL

e FZ sao mostradas proximas da linha do equador magnetico (linha rosa) e a estacao

CP esta mais ao sul.

Nas Figuras 4.12, 4.13, 4.14 e 4.15 alguns dos mapas globais de NmF2 para diferentes

faixas de horario sao mostrados. Na geracao dos mapas os dados medidos no perıodo

de setembro e outubro de 2007 (mapas superiores de cada Figura) foram agrupados

de duas em duas horas. Para o calculo das medias (mapas inferiores) foram utilizados

todos os dados medidos e ajustada uma grade de latitude e longitude. Dentro de cada

celula dessa grade, de tamanho de 5 graus em latitude por 10 graus em longitude,

foi feita a media de todos os pontos. Nestes mapas e possıvel visualizar a evolucao

da estrutura da ionosfera ao longo do dia.

Os mapas de NmF2 conseguem mostrar claramente a distribuicao longitudinal da

EIA, a qual se concentra do lado diurno da Terra, conforme esperado. Portanto das 0

as 2 UT o maximo de ionizacao se encontra sobre a regiao do oceano Pacıfico. Das 8

as 10 UT as cristas de ionizacao se encontram na regiao asiatica e comecam a entrar

no continente africano. Das 16 as 18 UT o maximo esta sobre a regiao do oceano

Atlantico. Das 20 as 22 UT as cristas ainda estao sobre o continente americano.

E interessante notar as assimetrias apresentadas para a EIA. Em quase todos os

horarios apresentados a crista abaixo da linha do equador apresentou intensidade

superior a outra crista. Porem no setor americano esta configuracao se inverteu e

o pico mais intenso estava do lado norte do equador magnetico. Outro ponto a ser

destacado e que a intensidade das cristas e menor no setor do oceano Pacıfico do

que em outras partes do globo.

Convem salientar que os mapas aqui apresentados nao permitem visualizar a es-

trutura de quatro picos que tem sido estudada utilizando dados dos satelites

F3/C (LIN et al., 2007a) e apresentada na Figura 3.3. Nos mapas da Figura 3.3 os

dados sao agrupados em tempo local, ou seja, reunem no mesmo mapa as medidas

de uma determinada hora local de todo o globo, sejam essas medidas no mesmo dia

ou nao (por exemplo o mapa das 1800-2000 possui os dados medidos das 18h as 20h

- tempo local - em cada uma das longitudes). Neste trabalho de Lin et al. (2007a)

os dados de dois meses foram agrupados de duas em duas horas para o calculo das

medias.

47

Figura 4.12 - Mapa de NmF2 das 00-02 UT. Na parte inferior da Figura sao mostradas,em mapas de contorno, as medias correspondentes ao conjunto de dadosmedidos no perıodo (mapa superior).

48


49


50


51

Foram criados tambem mapas do conteudo eletronico total com dados do F3/C de

2006, 2007 e 2008. Nas Figuras 4.16, 4.17, 4.18 e 4.19 sao mostrados, em sequencia,

alguns mapas globais de TEC para setembro e outubro de 2007, agrupados de duas

em duas horas.

Estes mapas apresentam a evolucao do TEC global. Diferentemente dos mapas para

NmF2, que mostraram claramente as cristas da anomalia equatorial de ionizacao,

os mapas de TEC apresentaram apenas uma significativa intensificacao da den-

sidade, aproximadamente centrada no equador magnetico. Ou seja, os mapas de

TEC nao mostraram a presenca clara da anomalia equatorial da ionizacao. Resul-

tado semelhante, porem utilizando outros metodos, foi obtido por Nogueira (2009).

Em seu trabalho de mestrado o autor realiza, com dados de Digissonda e re-

ceptores GPS em solo, um estudo da anomalia equatorial da ionizacao para um

perıodo de alta atividade solar (dez/2001) e tambem para um perıodo de ativi-

dade solar baixa (dez/2006). Nesses dois perıodos analisou apenas dias geomag-

neticamente calmos. Para quantificar a anomalia durante os anos de baixa e de

alta atividade solar, Nogueira (2009) utilizou as seguintes quantidades: ∆foF2 =

foF2CP − foF2SL e ∆V TEC = V TECSJC − V TECSL. SJC representa a estacao

de Sao Jose dos Campos que fica muito proxima de Cachoeira Paulista. Durante o

ano de LSA o ındice ∆V TEC nao mostra a estrutura da EIA tal como nos anos de

maximo. ∆foF2, ao contrario, mostra a presenca da anomalia em todos os perıodos.

A causa para a diferenca na estrutura da EIA mostrada pelos mapas de NmF2 e

de TEC, assim como entre ∆V TEC e ∆foF2, pode ser devida a configuracao da

densidade em toda a regiao, uma vez que o TEC e obtido atraves da integracao

da densidade da base da ionosfera ate a altura do satelite. O mapa do TEC nao

tem so contribuicoes da regiao do pico da camada F (tal como NmF2), mas leva em

conta tambem a regiao acima e abaixo deste pico as quais, neste caso, devem estar

contribuindo significativamente para o resultado. O perıodo aqui analisado se refere

a uma epoca de baixa atividade solar. De acordo com os resultados teoricos e expe-

rimentais sobre a ocorrencia da camada F3 (BALAN et al., 1998; JENKINS et al., 1997;

BATISTA et al., 2002), essa camada ocorre com mais frequencia em perıodos de baixa

atividade solar em uma estreita faixa de latitude em torno do equador magnetico.

A camada F3 ocorre durante o dia, sob configuracoes propıcias de campo eletrico

e vento termosferico. Os perfis verticais de densidade eletronica com a presenca da

camada F3 sao mais largos e possuem menor gradiente vertical na regiao proxima ao

52

Figura 4.16 - Mapa de TEC das 00-02 UT. Na parte inferior da Figura sao mostradas, emmapas de contorno, as medias correspondentes ao conjunto de dados medidosno perıodo (mapa superior).

53


54


55


56

pico. Dessa forma e possıvel que a presenca da camada F3 nas regioes proximas ao

equador magnetico contribua para o aumento do conteudo eletronico dessas regioes,

de tal forma que a EIA nao e percebida nesse parametro com a mesma intensidade

que e percebida no parametro NmF2. Convem ressaltar que as medidas de TEC

feitas pelo F3/C sao resultantes da integracao da densidade eletronica desde a base

do perfil ate o topo da camada sondada pelo satelite (ponto tangente) e, portanto,

nao tem contribuicao devida a ionizacao da plasmasfera. Portanto, a possıvel con-

tribuicao da plasmasfera nao pode ser considerada como causa para os altos valores

de TEC observados proximo ao equador magnetico.

Por ultimo foram analisados dois perıodos de baixa atividade solar utilizando dados

de Digissonda e de F3/C. Foi feita uma comparacao semi-qualitativa do valor medio

de hmF2, obtido por meio de Digissonda, nos meses de setembro e outubro de

1996 (ano de mınimo do ciclo solar (BATISTA; ABDU, 2004)) com hmF2, obtido

pelo F3/C, dos mesmos meses do ano de 2007 (Figura 4.20), para as localidades

de Cachoeira Paulista e Sao Luıs. O mesmo foi feito para foF2 (Figura 4.21). No

perıodo de setembro e outubro de 1996 analisado o fluxo solar medio em 10,7 cm

(F10.7, valores ajustados) era de 69, 4 sfu (1 sfu = 1 × 10−22W/(m2 · Hz)). Os

resultados apresentados por Batista e Abdu (2004) foram obtidos a partir da media

feita para os dias calmos dos meses de setembro e outubro de 1996. No perıodo de

setembro-outubro de 2007 o fluxo solar F10.7 medio foi de 67, 4 sfu, Kp < 5 e Dst

> -50 nT (conforme mostrado na Figura 4.22). Nestes graficos foram eliminados os

dados de satelite para os horarios em que a altura do pico de F2 era menor do que

150, de forma que nao se tenham influencias de eventuais camadas esporadicas no

resultado final.

Atraves dessa comparacao, o comportamento relativo medio dos parametros hmF2

e foF2 em perıodo de baixa atividade solar, medidos pelo satelite e pela Digissonda,

pode ser investigado para um perıodo de 24 horas. As linhas em azul nas Figuras 4.20

e 4.21 representam medidas dos satelites F3/C para setembro e outubro de 2007 e

as linhas em vermelho representam dados de Digissonda (DIG) para os meses de

setembro e outubro do ano de 1996. As medias para as Digissondas foram tomadas

a cada hora completa, incluindo ainda barras de erro. A linha azul mais grossa e um

ajuste polinomial aos dados do F3/C. No eixo horizontal e apresentada a hora (em

tempo universal) e no eixo vertical a medida do parametro (hmF2 ou foF2). Embora

os dados tenham sido obtidos para perıodos diferentes, o valor do fluxo solar F10.7

57

(a)

(b)

Figura 4.20 - Comparativo de hmF2 medio para perıodos de baixa atividade solar distintos- 1996 (DIG) e 2007 (F3/C).

58

(a)

(b)

Figura 4.21 - Comparativo de foF2 medio para perıodos de baixa atividade solar distintos- 1996 (DIG) e 2007 (F3/C).

59

Figura 4.22 - Indices Dst, Kp e Bz para os meses de setembro e outubro de 2007.

esta muito proximo (69,4 e 67,4, respectivamente). Os dados de 1996 sao representa-

tivos dos perıodos calmos, enquanto os dados de 2007 sao referentes a todos os dias

dos meses de setembro e outubro de 2007. Conforme pode ser visto pelo grafico dos

ındices magneticos apresentados na Figura 4.22, apenas perturbacoes magneticas

fracas e moderadas foram observadas no perıodo. Portanto pode-se considerar que

a comparacao contempla perıodos com caracterısticas muito semelhantes.

Na Figura 4.20(a), que e representativa da estacao de Cachoeira Paulista, as curvas

medias para hmF2 apresentam excelente concordancia 10 as 18. Neste perıodo a

60

curva para o satelite (em azul) encontra-se sempre dentro da margem de erro da curva

para a Digissonda (em vermelho). No restante do perıodo estas curvas destoaram. Ja

para SL (Figura 4.20(b)) percebe-se que as barras de erro da medida da Digissonda

foram menores do que as registradas em CP e que em poucos perıodos a medida

do satelite estava dento desta faixa de erro. Neste caso as menores diferencas foram

registradas das 10 UT as 20 UT.

O mınimo absoluto nas alturas do pico da camada F sao quase coincidentes nestes

dois graficos. Em Cachoeira Paulista as duas tecnicas observam o mınimo por volta

de 10 UT. Ja em Sao Luıs ha uma defasagem de aproximadamente uma hora entre

o horario do mınimo observado pelo satelite e pela Digissonda (deve-se salientar que

os dados de Digissonda para este estudo foram tomados a cada hora, portanto nao

se pode ter muita precisao no horario do mınimo observado nestes dados).

Comparando as frequencias foF2 dos dois perıodos (4.21) e possıvel notar que a

concordancia e maior do que aquela apresentada para hmF2. Para Cachoeira Paulista

(mostrada em 4.21(a))a concordancia e muito boa. Somente em poucos perıodos a

curva do satelite esta fora da margem de erro dos dados da Digissonda. As maiores

diferencas sao observadas no perıodo entre 19 e 21 UT.

Na estacao de Sao Luıs (mostrada em 4.21(b)) as maiores discrepancias ocorreram

das 0 as 07 UT, das 10 as 12 UT e as 23 UT. No restante do perıodo os valores

estavam muito proximos. As 03 UT a diferenca entre as curvas chegou a ser 4 MHz.

Os mınimos e os maximos nas curvas de foF2 (nos graficos de 4.21) coincidiram

bem. Para ambas as estacoes o maximo de foF2 ocorre entre as 17 e 19 UT e o

mınimo entre 06 e 08 UT. Novamente parece haver um deslocamento de uma hora

em relacao ao horario de ocorrencia do mınimo em foF2 para a estacao de Sao Luıs,

sendo que este aparece mais cedo nos dados do satelite.

A grande diferenca observada entre os dados do satelite e os da Digissonda as 0

UT, em quase todos os graficos, pode ter sido introduzida pela tecnica empregada

para gerar o polinomio, a qual nao se mostrou adequada nas bordas (subestima ou

superestima os valores medidos).

As principais diferencas nas curvas podem ser percebidas no perıodo da noite. A

possıvel explicacao para essa discrepancia mais significativa durante o perıodo da

noite pode ser a presenca maior de instabilidades que prejudicam as medidas. A

61

presenca de irregularidades afeta as medidas feitas tanto pela Digissonda como as

feitas pelo satelite. Durante as noites dos meses escolhidos a ionosfera brasileira

apresenta bastante incidencia de irregularidades e de bolhas de plasma (ABDU et

al., 2000). Essa taxa maior de ocorrencia de bolhas comeca em torno das 21 UT e

pode se estender ate o amanhecer do dia seguinte. Percebe-se ainda que as curvas de

foF2 para os dois perıodos apresentaram diferencas menores do que as diferencas das

alturas de pico da camada F2, o que esta consistente com os resultados apresentados

anteriormente quando foi feita a discussao das Figuras 4.7 a 4.11.

62

5 CONCLUSOES

Neste trabalho foi analisada a tecnica de radio ocultacao dos satelites FORMOSAT-

3/COSMIC e foram estudados alguns aspectos da ionosfera da regiao brasileira.

Da comparacao dos perfis medidos quase simultaneamente pelos satelites e pela

Digissonda nas estacoes brasileiras e possıvel perceber que os perfis de ocultacao

se estendem da base a alturas bastante elevadas da ionosfera e podem ser gera-

dos inclusive durante perıodos perturbados. A grande maioria dos perfis de satelite

analisados nao mostrou grande diferenca para os perfis das Digissondas. E preciso,

todavia, deixar claro que esses dois tipos de perfis nao podem ser comparados ri-

gorosamente, pois, o perfil de RO GPS nao e dado para uma localidade fixa tal

como o perfil da Digissonda. Por isso, para comparacao e validacao da tecnica de

radio ocultacao GPS do COSMIC para a a regiao brasileira foram utilizados apenas

os parametros hmF2 e NmF2 do pico da camada F, somente quando a medida do

satelite era bem proxima da estacao.

As diferencas mostradas entre os perfis de satelite e de Digissonda podem ser expli-

cadas por varios fatores. Primeiro sabe-se que as medidas do satelite, por nao serem

para uma posicao fixa, podem estar subestimando ou superestimando as medidas

das Digissondas, uma vez que podem estar medindo regioes bastante distintas. Outro

fator pode ser o horario e tambem as longitudes em que sao feitas as medidas. Pode

haver, ainda, a inadequacao dos modelos intrınsecos utilizados pela Digissonda para

extrapolar a parte superior da ionosfera e tambem a regiao E quando esta nao esta

bem nıtida nos ionogramas.

As grandes oscilacoes nos perfis do satelite nao indicam por si so a existencia de

estruturas de irregularidades de plasma, tal como bolhas, mas fornecem um bom

indıcio para isto. Para confirmar e necessaria a conferencia de dados de outras fontes

e analisar o caminho da ocultacao. No entanto, atraves do exemplo mostrado neste

trabalho, constatou-se a viabilidade de utilizar a tecnica de RO GPS para estudar

perfis de densidade eletronica durante a ocorrencia de bolhas de plasma.

Da analise do comparativo dos parametros do pico de densidade ionosferica, NmF2 e

hmF2, pela tecnica de RO GPS e pela Digissonda, observou-se que NmF2 concorda

melhor que hmF2. A possıvel causa para essa maior discrepancia nas medidas de

altura, conforme ja levantado por outros autores (KELLEY et al., 2009), pode ser

63

a transformada de Abel, usada no processamento dos dados brutos pelo CDACC,

que possivelmente determina NmF2 melhor do que hmF2. Mas a razao para esta

diferenca na determinacao dos parametros atraves da tecnica de RO GPS e uma

questao ainda em aberto para a qual ha esforcos envolvidos. Sabe-se que com a

inversao Abel, significativos erros surgem abaixo da camada F2 (SCHREINER et al.,

2009; YUE et al., 2010). Acima dessa camada os erros sao menores. O controle de

qualidade no processamento dos dados de Densidade eletronica ainda precisa ser

melhorado.

De uma forma geral, a concordancia entre NmF2 medido pelo F3/C e pela Digissonda

e muito boa, porem, durante as horas do anoitecer percebem-se algumas divergencias

maiores entre as medidas do satelite e da Digissonda. A explicacao pode ser devida ao

fato de que nestas horas (em torno de 21 UT) a EIA pode estar bem desenvolvida e,

consequentemente, os gradientes latitudinais de ionizacao podem ser mais intensos.

No que se refere a altura do pico da camada F, hmF2, observa-se que, em geral, a

medida do satelite e menor do que a fornecida pela Digissonda e que essa diferenca

aumenta com a altitude.

Da analise dos mapas feitos no trabalho, conclui-se que esses sao bastante uteis nos

estudos da ionosfera. Os mapas de NmF2 e TEC podem auxiliar no acompanha-

mento da dinamica das estruturas da ionosfera e analisar anomalias. Assim como

em trabalhos anteriores, observou-se que a EIA e bem caracterizada nos dados de

NmF2, porem nao nos dados de TEC. Essas diferencas precisam ser melhor estu-

dadas mas acredita-se que a configuracao do perfil de ionizacao da ionosfera durante

perıodo de baixa atividade solar, com a presenca da camada F3, possa contribuir

para essa diferenca. Outra conclusao e de que as contribuicoes da plasmasfera nao

sao as unicas responsaveis pela diferenca mostrada na estrutura da EIA atraves

dos mapas de NmF2 e do TEC, porque os dados de TEC do F3/C nao incluem a

contribuicao dessa porcao da ionosfera.

Do comparativo de dois perıodos de atividade solar baixa com caracterısticas se-

melhantes, foi possıvel notar que os comportamentos da ionosfera sao parecidos

tambem. Porem durante o perıodo noturno a diferenca entre as curvas medias sao

mais acentuadas possivelmente devido a presenca de irregularidades de plasma, que

aumentam a incerteza das medidas. Os meses analisados foram apenas setembro e

outubro, meses de equinocio em que a incidencia de bolhas de plasma durante a

noite e elevada na regiao equatorial, mesmo durante perıodos de baixa atividade

64

solar (ABDU et al., 2000).

No aspecto computacional, esta dissertacao ofereceu a oportunidade de estudar e

implementar diversas ferramentas para o estudo de comportamento da ionosfera.

Varios programas foram desenvolvidos e poderao ser aproveitados para novos estudos

com apenas alguns ajustes.

O trabalho tambem foi muito importante por desenvolver competencias no uso de

produtos da tecnica de radio ocultacao. Num futuro proximo o INPE tambem pos-

suira satelite com receptor GPS capaz de utilizar a tecnica de RO para obtencao de

perfis ionosfericos.

Finalmente, como perspectivas para trabalhos futuros, sugere-se a utilizacao destes

dados de satelite para alimentacao de modelos semi-empıricos da ionosfera, para

estudar a ionosfera durante perıodos de baixa atividade solar e entender melhor a

formacao das cristas da EIA atraves de mapas de TEC e NmF2, para estudar dias

em que os perfis de satelite estao bastante perturbados e comparar os mapas do

F3/C com mapas gerados por modelos.

65

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ABDU, M. A.; SOBRAL, J. H. A.; BATISTA, I. S. Equatorial Spread F statistics

in the American longitudes: some problems relevant to ESF description in the IRI

scheme. Advances in Space Research, v. 25, p. 113–124, 2000. 62, 65

AKASOFU, S.; CHAPMAN, S. Solar-terrestrial physics. Oxford: Oxford

University Press, 1972. 10

ANDERSON, D. N. A theoretical study of the ionospheric F region Equatorial

anomaly-I. Theory. Planet Space Science, v. 21, p. 409–419, mar. 1973a. 10

. A theoretical study of the ionospheric F region Equatorial anomaly-II.

Results in the American and Asian sectors. Planet Space Science, v. 21, p.

421–442, mar. 1973b. 10

BALAN, N.; BATISTA, I. S.; ABDU, M. A.; MACDOUGALL, J.; BAILEY, G. J.

Physical mechanism and statistics of occurrence of an additional layer in the

equatorial ionosphere. Journal Of Geophysical Research, v. 103, p.

29169–29182, dez. 1998. 52

BANKS, P.; KOCKARTS, G. Aeronomy: Part A. New York: Academic Press,

1973. 7

BATISTA, I. S.; ABDU, M. A. Ionospheric variability at Brazilian low and

equatorial latitudes: comparison between observations and IRI model. Advances

in Space Research, v. 34, p. 1894–1900, 2004. 2, 57

BATISTA, I. S.; ABDU, M. A.; MACDOUGALL, J.; SOUZA, J. R. Long term

trends in the frequency of occurrence of the F3 layer over Fortaleza Brazil.

Journal of Atmospheric, Solar and Terrestrial Physics, v. 64, p. 1409–1412,

ago. 2002. 52

BATISTA, I. S.; LIMIRO, L. A. T.; ABDU, M. A. Altura real da ionosfera: uma

comparacao entre dois metodos. Revista Brasileira de Geofısica, v. 9, n. 2, p.

125–134, 1991. INPE-8743-PRE/4476. 45

CHIU, T.-C.; LIOU, Y.-A.; YEH, W.-H.; HUANG, C.-Y. NCURO data-retrieval

algorithm in FORMOSAT-3 GPS radio-occultation mission. IEEE Transactions

on Geoscience and Remote Sensing, v. 46, n. 11, 2008. 19, 22

67

CHU, Y.-H.; SU, C.-L.; KO, H.-T. A global survey of COSMIC ionospheric peak

electron density and its height: a comparison with ground-based ionosonde

measurements. Advances in Space Research, In Press, Corrected Proof, p. –,

2009. ISSN 0273-1177. 45, 46

FONG, C.-J.; SHIAU, W.-T.; LIN, C.-T.; KUO, T.-C.; CHU, C.-H.; YANG, S.-K.;

YEN, N. L.; CHEN, S.-S.; KUO, Y.-H.; LIOU, Y.-A.; CHI, S. Constellation

deployment for the FORMOSAT-3/COSMIC mission. IEEE Transactions on

Geoscience and Remote Sensing, v. 46, n. 11, 2008. 15, 16

HARGREAVES, J. K. The solar-terrestrial environment: an introduction to

geospace - the science of the upper atmosphere, ionosphere and magnetosphere.

New York: Cambridge University Press, 1992. 10

HEALY, S. GPS radio occultation. [S.l.]: European Centre for Medium-Range

Weather Forecasts, 2009. DA lecture. 18

HUANG, X.; REINISCH, B. W. Vertical electron density profiles from the

digisonde network. Advances in Space Research, v. 18, p. 121–129, 1996. 45

JENKINS, B.; BAILEY, G. J.; ABDU, M. A.; BATISTA, I. S.; BALAN, N.

Observations and model calculations of an additional layer in the topside

ionosphere above Fortaleza Brazil. Annales Geophysicae, v. 15, p. 753–759, jun.

1997. 52

KELLEY, M. C. The Earth’s ionosphere. San Diego: Academic Press, 1989. 10

KELLEY, M. C.; WONG, V. K.; APONTE, N.; COKER, C.; MANNUCCI, A.;

KOMJATHY, A. Comparison of COSMIC occultation-based electron density

profiles and TIP observations with Arecibo incoherent scatter radar data. Radio

Science, v. 44, 2009. 44, 45, 63

KIRCHHOFF, V. W. J. H. Introducao a geofısica espacial. Sao Paulo: INPE,

2001. 6

LEI, J.; SYNDERGAARD, S.; BURNS, A. G.; SOLOMON, S. C.; WANG, W.;

ZENG, Z.; ROBLE, R. G.; WU, Q.; KUO, Y.-H.; HOLT, J. M.; ZHANG, S.-R.;

HYSELL, D. L.; RODRIGUES, F. S.; LIN, C. H. Comparison of COSMIC

ionospheric measurements with ground-based observations and model predictions:

preliminary results. Journal Of Geophysical Research (Space Physics),

v. 112, p. 7308, jul. 2007. 35, 45

68

LIN, C. H.; HSIAO, C. C.; LIU, J. Y.; LIU, C. H. Longitudinal structure of the

equatorial ionosphere: time evolution of the four-peaked EIA structure. Journal

Of Geophysical Research (Space Physics), v. 112, p. 12305, dez. 2007a. 12,

13, 17, 18, 47

LIN, C. H.; LIU, J. Y.; FANG, T. W.; CHANG, P. Y.; TSAI, H. F.; CHEN, C. H.;

HSIAO, C. C. Motions of the equatorial ionization anomaly crests imaged by

FORMOSAT-3/COSMIC. Geophysical Research Letters, v. 34, p. 19101, out.

2007b. 12

LIOU, Y.-A.; PAVELYEV, A. G.; LIU, S.-F.; PAVELYEV, A. A.; YEN, N.;

HUANG, C.-Y.; FONG, C.-J. FORMOSAT-3/COSMIC GPS radio occultation

mission: Preliminary results. IEEE Transactions on Geoscience and Remote

Sensing, v. 45, n. 11, 2007. 17

LYON, A. J.; THOMAS, L. The F2-region equatorial anomaly in the African,

American and east Asian sectors during sunspot maximum. Journal of

Atmospheric and Terrestrial Physics, v. 25, n. 7, p. 373–386, 1963. 13

METEOROLOGY EDUCATION AND TRAINING. FORMOSAT-3/COSMIC

course. Boulder, CO: UCAR, 2009. Disponıvel em:

<http://www.meted.ucar.edu/COSMIC/>. Acesso em: 15 julho 2009. 20

NOGUEIRA, P. A. B. Estudo da anomalia de ionizacao equatorial e dos

ventos termosfericos meridionais durante perıodos calmos e perturbados

na regiao de baixas latitudes brasileira. 146 p. Dissertacao (Mestrado) —

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Sao Jose dos Campos, 2009–04–07 2009.

Disponıvel em:

<http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/03.13.18.22>. 52

RAM, S. T.; SU, S.; LIU, C. H.; REINISCH, B. W.; MCKINNELL, L. Topside

ionospheric effective scale heights (HT ) derived with ROCSAT-1 and ground-based

ionosonde observations at equatorial and midlatitude stations. Journal Of

Geophysical Research (Space Physics), v. 114, p. 10309, out. 2009. 28

REINISCH, B. W. The Digisonde 256 system and ionospheric research. In:

HAGGARD, R. (Ed.). Ionospheric station inf. bulletin. Australia: URSI

INAG, 1986. v. 48. 22, 23

69

http://www.meted.ucar.edu/COSMIC/

http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/03.13.18.22

. The Digisonde network and databasing. 450 Aiken Street, Lowell, MA

01854, USA, 2005. Disponıvel em:

<http://www.ips.gov.au/IPSHosted/INAG/uag-104/text/bodo.html>. Acesso

em: 04 junho 2008. 22

REINISCH, B. W.; BIBL, K.; KITROSSER, D. F.; SALES, G. S.; TANG, J. S.;

ZHANG, Z. M.; BULLETT, T. W.; RALLS, J. A. The Digisonde 256 ionospheric

sounder. In: LIU, C. H. (Ed.). World ionosphere/thermosphere study,

WITS Handbook. Urbana, Illinois: ICSU Scientific Committee on

Solar-Terrestrial Physics (SCOSTEP), 1989. v. 2, p. 350–382. Cap. 3. 22

RISHBETH, H. Dynamics of the equatorial F-region. Journal of Atmospheric

and Terrestrial Physics, v. 39, p. 1159–1168, out. 1977. 35

RISHBETH, H.; GARIOTT, O. G. Introduction to ionospheric physics. New

York: Academic Press, 1969. 331p. 7

SCHREINER, B.; KUO, B.; ROCKEN, C.; SOKOLOVSKY, S.; HUNT, D.; HO,

B.; YUE X. WEE, T.-K.; HUDNUT, K.; SLEZIAK-SALLEE, M.; VANHOVE, T.

COSMIC Data Analysis and Archive Center (CDAAC) current status and future

plans. In: FORMOSAT-3/COSMIC Datausers Workshop, 4., 2009, Boulder, CO,

EUA. Electronic Proceedings... Boulder: UCAR, 2009. Disponıvel em: <http:

//www.cosmic.ucar.edu/oct2009workshop/prespublic/schreiner-27.pdf>.

Acesso em: 10 janeiro 2010. 64

SOUZA, J. R. d. Modelagem ionosferica em baixas latitudes no Brasil.

182 p. Tese (Doutorado em Geofısica Espacial) — Instituto Nacional de Pesquisas

Espaciais (INPE), Sao Jose dos Campos, 1997. 12

SYNDERGAARD, S. Introduction to GPS radio occultation. In:

FORMOSAT-3/COSMIC SCIENCE SUMMER CAMP, 2005, Taipei, Taiwan.

Electronic Proceedings... Boulder: UCAR, 2009. Disponıvel em:

<http://www.cosmic.ucar.edu/groupAct/references/gps_intro.pdf>.

Acesso em: 15 de junho de 2009. 18, 19

TITHERIDGE, J. E. Ionogram analysis with the generalised program

POLAN. 1985. World Data Center A for Solar-Terrestrial Physics, Report

UAG-93. 45

70

http://www.ips.gov.au/IPSHosted/INAG/uag-104/text/bodo.html

http://www.cosmic.ucar.edu/oct2009workshop/prespublic/schreiner-27.pdf

http://www.cosmic.ucar.edu/oct2009workshop/prespublic/schreiner-27.pdf

http://www.cosmic.ucar.edu/groupAct/references/gps_intro.pdf

UMass... Background to ionospheric sounding. Massachusetts: ULCAR, 2009.

Disponıvel em: <http://ulcar.uml.edu/DPS.htm>. Acesso em: 18 setembro

2009. 22

YUE, X.; SCHREINER, W. S.; LEI, J.; SOKOLOVSKIY, S. V.; ROCKEN, C.;

HUNT, D. C.; KUO, Y. Error analysis of Abel retrieved electron density profiles

from radio occultation measurements. Annales Geophysicae, v. 28, p. 217–222,

jan. 2010. 64

71

http://ulcar.uml.edu/DPS.htm

APENDICE A - PROCESSAMENTO DE DADOS DO F3/C

O dados de satelite utilizados neste trabalho sao dados pos-processados de ionPrf

(level 2) pelo CDAAC e disponibilizados na pagina http://cosmic-io.cosmic.

ucar.edu/cdaac/. Muitos outros tipos de dados estao disponıveis para download

a partir do centro UCAR - COSMIC. Os produtos possıveis do COSMIC sao ex-

plicados na pagina http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/login/cosmic/,

sendo varios deles de interesse em estudos ionosfericos. O formato da maioria destes

dados e netCDF. Para extrair sua informacao e necessaria a utilizacao de softwares

especıficos.

No caso do Matlab e necessaria a instalacao dos pacotes netcdf toolbox, mexnc e

scntool. Uma vez instaladas as ferramentas para netCDF, os dados globais e de perfil

podem ser extraıdos utilizando o seguinte bloco de comando (mostrando apenas

alguns parametros a serem extraıdos):

nc = netcdf(filename,’nowrite’);

%%%%%%%%%%%%%% Dados Gerais: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% edmaxtime e o tempo local (segundos GPS) da densidade do Pico de f0F2

% time = nc.edmaxtime(:);

% la e lon localizam o pico de f0F2 em Latitude e Longitude

la = nc.edmaxlat(:); lon = nc.edmaxlon(:);

% lt e o tempo local local (h) no edmaxtime e edmaxlon

lt = nc.edmaxlct(:);

NmF2 = nc.edmax(:);

hmF2 = nc.edmaxalt(:);

% azim = nc.edmaxaz(:);

% y = nc.year(:);

% m = nc.month(:);

% edhour = nc.hour(:);

% edmin = nc.minute(:);

tecmax = nc.tec0(:);

%%%%%%%%%%%%%%% Dados de Perfil: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

alt(:) = nc’MSL_alt’(:);

Glon(:) = nc’GEO_lon’(:);

Glat(:) = nc’GEO_lat’(:);

den(:) = nc’ELEC_dens’(:);

73

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/login/cosmic/

% azi(:) = nc’OCC_azi’(:);

tec(:) = nc’TEC_cal’(:);

close(nc);

Para ter acesso aos dados e necessario fazer um cadastro e aguardar aprovacao do

grupo do CDAAC. Ha varias formas de obter estes dados. Uma forma direta e fazer

download de todas as ocultacoes dia a dia. Para isto basta entrar no diretorio do pro-

duto que se pretende baixar. Para cada dia do ano havera um diretorio no formato

YYYY.DDD/. No caso do ionPrf estes dados estao em http://cosmic-io.cosmic.

ucar.edu/cdaac/login/cosmic/level2/ionPrf/. A outra maneira e utilizando

“data interface” (http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/DBif/index.html)

para escolher parametros especıficos, restringir os dados a determinados perıodos ou

localidades. Ha tres interfaces possıveis (Low-Level, High-Level e Field Experiment).

Tutoriais na pagina ajudam iniciantes. Mas este sistema ainda esta sujeito a in-

umeros problemas.

O formato de todos os tipos de dados disponibilizados pelo COSMIC

e dado na pagina http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/

index.html. O nome dos arquivos netCDF do CDAAC segue a seguinte estrutura

ionPrf IIII.YYYY.DDD.HH.MM.GXX SSSS.VVVV nc:

• ionPrf: Especifica o produto “Perfis ionosfericos de densidade eletronica”;

• IIII: Identificador da Missao (CHAM, SACC, CO01-06, GPSM, etc). Os

dois ultimos caracteres representam o numero do LEO (01-06) para o caso

COSMIC (CO);

• YYYY: ano;

• DDD: dia do ano;

• HH: hora;

• MM: minuto;

• GXX: identificador do GNSS (G28 = satelite GPS 28);

• SSSS: subtipo (identifica o conjunto de acoes usada para gerar o arquivo);

• VVVV: versao (identifica a versao dos codigos utilizados na geracao do

arquivo).

74

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/login/cosmic/level2/ionPrf/

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/login/cosmic/level2/ionPrf/

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/DBif/index.html

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/index.html

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/index.html

Para os dados de perfil ionosferico o formato dos dados e dado em http://

cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/ionPrf.html De acordo com

este formato ha dois conjunto de dados em cada arquivo netCDF. Um refere-se a

dados globais e o outro a dados de perfil. No trabalho foram utilizados os seguintes

parametros:

MSL alt

• Descricao: altitude do ponto de perigeu (tangente) em relacao ao nıvel

medio do mar;

• Tipo de dado: float;

• Unidade: km;

• Variacao: 0, 9999;

• Falta de valor: -999.

GEO lon

• Descricao: longitude geografica do ponto de perigeu (ponto tangente);


• Unidade: graus Leste;

• Variacao: -180, 180;


GEO lat

• Descricao: latitude geografica do ponto de perigeu;


• Unidade: graus Norte;

• Variacao: -90, 90;

75

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/ionPrf.html

http://cosmic-io.cosmic.ucar.edu/cdaac/fileFormats/ionPrf.html


TEC cal

• Descricao: TEC calibrado de ocultacao abaixo da orbita do LEO;


• Unidade: TECu;

• Variacao: -100000000, 100000000;


ELEC dens

• Descricao: densidade eletronica;


• Unidade: el/cm3;

• Variacao: -100000000, 100000000;


tec0

• Descricao: TEC integrado da base ao topo;

• Tipo de dado: double;

• Unidade: TECu.

edmax

• Descricao: densidade eletronica maxima;


76

• Unidade: el/cm3.

edmaxalt

• Descricao: altitude do pico de densidade eletronica;


• Unidade: km.

edmaxlat

• Descricao: Latitude do pico de densidade eletronica;


• Unidade: graus.

edmaxlon

• Descricao: Longitude do pico de densidade eletronica;


• Unidade: graus.

Algumas Rotinas para Matlab que foram utilizadas neste trabalho estao

no Apendice B.

77

APENDICE B - CODIGOS COMPUTACIONAIS

Programa Comparison F3C DIG.m:

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Comparac~ao de dados dos satelites F3/C e Digissondas

% para a regiao brasileira (hmF2 and NmF2)(com apenas

% um arquivo *.TAB contendo todos o perfis de Digissonda -

% gerado por THTABLE.exe + STATION.LST) -> Usar as seguintes

% opcoes no THTABLE.exe: primeiro ’1’ para extrair o perfil

% |height vs. frequency| e depois ’2’ para gerar o *.TAB

% ESCOLHA --> path, filelist1,kind

% Claudia Vogel Ely 15/11/2009

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear all; close all; clc;

tic

% Station: ’S~ao Luıs’, ’Cachoeira Paulista’ or ’Fortaleza’

kind = input([’Tipo de analise [escolha 1 para comparar’...

’ todos os perfis medidos quase simultaneamente na ’...

’regi~ao das estac~oes; 2 para comparar somente os perfis’...

’ de Digissonda bem definidos]:’]);

Res = [];

points = 0;

for i = 1:3

if i == 1

sta = ’SL’;

Dig = ’SAA0K’;

station = ’S~ao Luıs’;

cor1 = -2.5;

cor2 = -44.2 ;

step = 7.5; % passo temporal da medida da Digissonda

end

if i == 2

sta = ’FZ’;

Dig = ’FZA0M’;

station = ’Fortaleza’;

79

cor1 = -3.8;

cor2 = -38;

step = 5; % passo temporal da medida da Digissonda

end

if i == 3

sta = ’CP’;

Dig = ’CAJ2M’;

station = ’Cachoeira Paulista’;

cor1 = -22.7;

cor2 = -45;

step = 7.5; % passo temporal da medida da Digissonda

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DIRETORIO %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% PC ...

% % path = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3 ’...

% % ’COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes de Digissonda\’...

% % station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-2008_Dissertac~ao\’...

% % ’Todos SAO e NC para ’ sta ’\’];

% path = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3 ’...

% ’COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes de Digissonda\’...

% station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-2008_Dissertac~ao\’...

% ’Todos SAO e NC para ’ sta ’1\’];

%% NOTEBOOK ...

% path = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes’...

% ’ de Digissonda\’ station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-’...

% ’2008_Dissertac~ao\Todos SAO e NC para ’ sta ’\’];

path = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes’...

’ de Digissonda\’ station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006’...

’-2008_Dissertac~ao\Todos SAO e NC para ’ sta ’1\’];

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

filelist = dir([path ’ionPrf*_nc’]);

if kind == 1

filelist1 = dir([path Dig ’*T.TAB’]); % for all the profiles

else

filelist1 = dir([path Dig ’*_SF.TAB’]); % without spreadF only

end

80

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

for l = 1:length(filelist)

k = 0;

filename = filelist(l).name;

fileloc = [path filename];

%%% Ler o arquivo netCDF %%%

nc = netcdf(fileloc,’nowrite’);

edlon = nc.edmaxlon(:);

edlat = nc.edmaxlat(:);

den = nc.edmax(:);

% tec = nc.tec0(:);

alt = nc.edmaxalt(:);

close(nc);

clear fileloc Dig station nc

for j = 1:length(filelist1)

filename1 = filelist1(j).name;

fileloc1 = [path filename1];

%%% Ler o arquivo *.TAB %%%

fid = fopen(fileloc1);

tline = fgets(fid); % primeira linha com STATION NAME

while 1

tline = fgets(fid);

% tline <- ******** NION,YEAR,DAY,HOUR,

% MINUTE 1 6 161 10 30 5 ********

if tline == -1 % verifica se e o final do arquivo

break

end

YS = filename(16); YD = tline(44); % Anos SAT e DIG

DS = filename(18:20); DD = tline(46:48); % dias SAT e DIG

HS = filename(22:23); HD = tline(51:52); % horas SAT e DIG

MS = filename(25:26); MD = tline(55:56); % minutos SAT e DIG

tline = fgets(fid);

while 1 % para pular dias sem perfil, apenas cabecalho

if tline(1:6) == ’******’

tline = fgets(fid);

else

81

break

end

end

% B <- [fN(MHz) h(km) N(1/cm**3) *dN/dh(1000/cm**3/km)]

B = textscan(fid, ’%f %f %f %*s %*f’);

% Se (YS = YD & DS = DD & HS = HD & |MS - MD| <= 7.5 min & |edlon - ...

% cor2| <= 10 & |edlat - cor1| <= 10)

if (str2num(YS) == str2num(YD) & str2num(DS) == str2num(DD)...

& str2num(HS) == str2num(HD) & abs(str2num(MS)- str2num(MD))...

<= step & (edlon >= cor2 -10 & edlon <= cor2 +10) & (edlat ...

>= cor1 -10 & edlat <= cor1 +10))

Data = [B1 B2 B3];

[NmF2,k] = max(Data(:,3));

% Res <- [DhmF2 ShmF2 DNmF2 SNmF2 Dlat Dlon Slat Slon Y DDD HS MS MD ...

% num_STA(1 - SL, 2 - FZ, 3 - CP)]

Res = [Res; Data(k,2) alt NmF2 den cor1 cor2 edlat edlon ...

str2num(YS) str2num(DS) str2num(HS) str2num(MS) str2num(MD) i];

clear Data NmF2

points = points + 1

end

end

fclose(fid);

clear B tline fid YS YD DS DD HS HD MS MD filename

end

end

end

clear filelist filelist1

if kind == 1

save ResT_F3C_DIG_comparision Res

% save ResT_F3C_DIG_comparision.dat Res -ascii

else

save RessSF_F3C_DIG_comparision Res

% save RessSF_F3C_DIG_comparision.dat Res -ascii

end

%

x = 1:50:100000000;

82

y = x;

Ymin = min(Res(:,9)); % Ano

Ymax = max(Res(:,9)); % Ano

Dmin = min(Res(:,10)); % Dia

Dmax = max(Res(:,10)); % Dia

siz = size(Res);

xl = 0; yl = 0; lim = [];

Res1 = []; % SL

Res2 = []; % FZ

Res3 = []; % CP

%%% Grafico de hmF2 %%%

figure(’visible’,’off’)

R = corrcoef(Res(:,1),Res(:,2));

for m = 1:siz(1)

switch Res(m,14)

case 1

if fix(Res(m,11)) < 8 | fix(Res(m,11)) > 21

h(1) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’sb’,’MarkerSize’,...

6,’MarkerFaceColor’,’b’);

Res1 = [Res1;Res(m,:), 1];

else

h(1) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’sr’,’MarkerSize’,...

6,’MarkerFaceColor’,’r’);

Res1 = [Res1;Res(m,:), 2];

end

hold on

case 2


h(2) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’dk’,’MarkerSize’,...


Res2 = [Res2;Res(m,:), 1];

else

h(2) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’dk’,’MarkerSize’,...


Res2 = [Res2;Res(m,:), 2];

end

83

hold on

case 3


h(3) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’ob’,’MarkerSize’,...


Res3 = [Res3;Res(m,:), 1];

else

h(3) = plot(Res(m,1),Res(m,2),’or’,’MarkerSize’,...


Res3 = [Res3;Res(m,:), 2];

end

hold on

end

end

xl = xlim; yl = ylim;

box on

h(4) = plot(x,y,’k’,’LineWidth’,2); % linha 45graus

xlabel(’hmF2 DIG (km)’)

ylabel(’hmF2 SAT (km)’)

% annotation(’textbox’, ’Position’,[0.6391 0.1238 0.2592 0.13],...

% ’FitHeightToText’,’off’, ’String’,[’R = ’ num2str(R(1,2))],...

% [’Points = ’ num2str(points)],’Blue \rightarrow h > 21 UT ’...

% ’or h < 8 UT’,’Red \rightarrow h \in [8 UT,21 UT]’);

annotation(’rectangle’,[0.6596 0.1360 0.2284 0.1172]);

annotation(’textbox’, ’Position’,[0.6634 0.2053 0.247 0.05075],...

’FitHeightToText’,’on’,’LineStyle’,’none’,’FontSize’,8,...

’FontWeight’,’bold’,’String’,[’R = ’ num2str(R(1,2)) ’,’ ...

’ Pontos = ’ num2str(points)]);

annotation(’textbox’,’Position’,[0.6634 0.1663 0.3768 0.05075],...


’FontWeight’,’bold’,’Color’,[0 0 1],’String’,[’Noite ’...

’\rightarrow h > 21 UT ou h < 8 UT’]);



’FontWeight’,’bold’,’Color’,[1 0 0],’String’,[’Dia ’...

’\rightarrow h \in [8 UT,21 UT]’]);

84

p = polyfit(Res(:,1),Res(:,2),1); % ajuste linear

y2 = polyval(p,x);

h(5) = plot(x,y2,’--m’,’LineWidth’,2);

if xl(1,2) >= yl(1,2) % igualar os eixos x e y

lim = [150 xl(1,2)];

else

lim = [150 yl(1,2)];

end

xlim(lim); ylim(lim);

h(1) = plot(1,1,’sk’,’MarkerSize’,6);

h(2) = plot(1,1,’dk’,’MarkerSize’,6);

h(3) = plot(1,1,’ok’,’MarkerSize’,6);

legend([h(1) h(2) h(3) h(4) h(5)],’S~ao Luıs’,’Fortaleza’,...

’Cachoeira Paulista’,’ShmF2 = DhmF2’,’Ajuste linear’,’Location’,2);

title([’Comparativo de hmF2\_’ num2str(Ymin) ’e’ num2str(Ymax)...

’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’) ’)’]);

saveas(gcf, [’CompT_hmF2_’ num2str(Ymin) ’and’ num2str(Ymax)...

’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’) ...

’)br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’CompT_hmF2_’ num2str(Ymin) ’and’ num2str(Ymax)...

% ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’)...

% ’)br.fig’], ’fig’);

clear h(1) h(2) h(3) h(4) h(5)

clear lim x1 y1 R p y2

%%% Grafico de NmF2 %%%


R = corrcoef(Res(:,3),Res(:,4));

for m = 1:siz(1)

switch Res(m,14)

case 1

if fix(Res(m,11)) <= 8 | fix(Res(m,11)) >= 21

h(1) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’sb’,’MarkerSize’,6,...

’MarkerFaceColor’,’b’);

else

h(1) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’sr’,’MarkerSize’,6,...

’MarkerFaceColor’,’r’);

85

end

hold on

case 2


h(2) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’dk’,’MarkerSize’,6,...


else

h(2) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’dk’,’MarkerSize’,6,...


end

hold on

case 3


h(3) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’ob’,’MarkerSize’,6,...


else

h(3) = plot(Res(m,3),Res(m,4),’or’,’MarkerSize’,6,...


end

hold on

end

end

xl = xlim; yl = ylim;

box on

h(4) = plot(x,y,’k’,’LineWidth’,2); % linha 45graus

xlabel(’NmF2 DIG (el/cm^3)’)

ylabel(’NmF2 SAT (el/cm^3)’)










86









p = polyfit(Res(:,3),Res(:,4),1); % ajuste linear

y2 = polyval(p,x);

h(5) = plot(x,y2,’--m’,’LineWidth’,2);

if xl(1,2) >= yl(1,2) % igualar os eixos x e y

lim = [0 xl(1,2)];

else

lim = [0 yl(1,2)];

end

xlim(lim); ylim(lim);

h(1) = plot(3000000,3000000,’sk’,’MarkerSize’,6);

h(2) = plot(3000000,3000000,’dk’,’MarkerSize’,6);

h(3) = plot(3000000,3000000,’ok’,’MarkerSize’,6);

legend([h(1) h(2) h(3) h(4) h(5)],’S~ao Luıs’,’Fortaleza’,...

’Cachoeira Paulista’,’SNmF2 = DNmF2’,’Ajuste linear’,...

’Location’, 2);

title([’Comparativo de NmF2\_’ num2str(Ymin) ’e’ num2str(Ymax)...

’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’) ’)’]);

saveas(gcf, [’CompT_NmF2_’ num2str(Ymin) ’and’ num2str(Ymax) ’(’ ...

num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’CompT_NmF2_’ num2str(Ymin) ’and’ num2str(Ymax) ’(’ ...

% num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.fig’], ’fig’);

clear h(1) h(2) h(3) h(4) h(5)

clear lim x1 y1 R p y2 siz m points

%%%%%%% Graficos simples (1 para cada estac~ao) %%%%%%%%%

siz1 = size(Res1);

siz2 = size(Res2);

siz3 = size(Res3);

for s = 1:3

87

%%% Grafico de hmF2 %%%


switch s

case 1

sta = ’SL’;

R = corrcoef(Res1(:,1),Res1(:,2));

points = siz1(1);

for n = 1:points

if Res1(n,15) == 1

h1 = plot(Res1(n,1),Res1(n,2),’ob’,’MarkerSize’,...


else

h1 = plot(Res1(n,1),Res1(n,2),’or’,’MarkerSize’,...


end

hold on

end

p = polyfit(Res1(:,1),Res1(:,2),1); % ajuste linear

case 2

sta = ’FZ’;


points = siz2(1);

for n = 1:points

if Res2(n,15) == 1



else



end

hold on

end


case 3

sta = ’CP’;


88

points = siz3(1);

for n = 1:points

if Res3(n,15) == 1



else



end

hold on

end


end

E = xlim; F = ylim;

box on

h2 = plot(x,y,’k’,’LineWidth’,2); % linha 45graus

xlabel(’hmF2 DIG (km)’)

ylabel(’hmF2 SAT (km)’)


















y2 = polyval(p,x);

89

h3 = plot(x,y2,’--m’,’LineWidth’,2);

if E(1,2) >= F(1,2)

G = [150 E(1,2)];

else

G = [150 F(1,2)];

end

xlim(G); ylim(G);

h1 = plot(1,1,’ok’,’MarkerSize’,6);

legend([h1 h2 h3],’Dados’,’ShmF2 = DhmF2’,...

’Ajuste linear’,’Location’,2);

title([’Comparativo de hmF2 para ’ sta ’\_’ num2str(Ymin) ...

’e’ num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

num2str(Dmax,’%03i’) ’)’]);

saveas(gcf, [’Comp_hmF2_’ sta ’_’ num2str(Ymin) ’and’ ...

num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’Comp_hmF2_’ sta ’_’ num2str(Ymin) ’and’ ...

% num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

% num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.fig’], ’fig’);

clear R points E F G p y2 sta h1 h2 h3 n

%%% Grafico de NmF2 %%%


switch s

case 1

sta = ’SL’;


points = siz1(1);

for n = 1:points

if Res1(n,15) == 1

h4 = plot(Res1(n,3),Res1(n,4),’ob’,’MarkerSize’,6,...


else

h4 = plot(Res1(n,3),Res1(n,4),’or’,’MarkerSize’,6,...


end

hold on

90

end


case 2

sta = ’FZ’;


points = siz2(1);

for n = 1:points

if Res2(n,15) == 1



else



end

hold on

end


case 3

sta = ’CP’;


points = siz3(1);

for n = 1:points

if Res3(n,15) == 1



else



end

hold on

end


end

H = xlim; I = ylim;

box on

h5 = plot(x,y,’k’,’LineWidth’,2); % linha 45graus

91

xlabel(’NmF2 DIG (el/cm^3)’)

ylabel(’NmF2 SAT (el/cm^3)’)


















y2 = polyval(p,x);

h6 = plot(x,y2,’--m’,’LineWidth’,2);

if H(1,2) >= I(1,2)

J = [0 H(1,2)];

else

J = [0 I(1,2)];

end

xlim(J); ylim(J);

h4 = plot(3000000,3000000,’ok’,’MarkerSize’,6);

legend([h4 h5 h6],’Dados’,’SNmF2 = DNmF2’,...

’Ajuste linear’,’Location’, 2);

title([’Comparativo de NmF2 para ’ sta ’\_’ num2str(Ymin) ...

’e’ num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

num2str(Dmax,’%03i’) ’)’]);

saveas(gcf, [’Comp_NmF2_’ sta ’_’ num2str(Ymin) ’and’ ...

num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.png’], ’png’);

92

% saveas(gcf, [’Comp_NmF2_’ sta ’_’ num2str(Ymin) ’and’ ...

% num2str(Ymax) ’(’ num2str(Dmin,’%03i’) ’.’ ...

% \num2str(Dmax,’%03i’) ’)br.fig’], ’fig’);

clear R points H I J p y2 sta h1 h2 h3

end

clear x y siz1 siz2 siz3

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

total = toc;

total1 = cputime;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOG %%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fout1 = fopen(’Log_Comparison_F3C_DIG.log’,’a+’);

fprintf(fout1,’%f %f\n’,[total total1]);

fclose(fout1);

Programa Comp LSA 96 07.m:

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Programa para comparar as medias dos parametros hmF2 e f0F2

% para dois perıodos de LSA distintos: 1996-1997 (dados de

% digissonda do trabalho de Batista e Abdu(2004)) e 2007-2008

% (dados do F3/C salvos anteriormente - nos arquivos

% data_stage*.dat pelo programa Plot_map_F3C_NmF2_TEC.m)

% Claudia Vogel Ely 12/2009

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear; close all; clc;

tic

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DIRETORIO %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% PC ...

path = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3’...

’ COSMIC\RESULTADOS\Dissertac~ao\Comparativo de hmF2 e’...

’ foF2 (96-07)(SL-CP)\Dados Digissonda (1996-1997)\’];

path1 = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3’...

’ COSMIC\RESULTADOS\Dissertac~ao\Comparativo de hmF2 e’...

’ foF2 (96-07)(SL-CP)\Dados do F3C\’];

%% NOTEBOOK ...

% path = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\RESULTADOS\Dissertac~ao\’...

93

% ’Comparativo de hmF2 e foF2 (96-07)(SL-CP)\Dados ’...

% ’Digissonda (1996-1997)\’];

% path1 = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\RESULTADOS\Dissertac~ao\’...

% ’Comparativo de hmF2 e foF2 (96-07)(SL-CP)\Dados do F3C\’];

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% =============== F3C ============= %

% [ SL, FZ, CP ]

cor1 = [-2.5 -3.8 -22.7]; % lat

cor2 = [-44.2 -38.5 -45]; % long

Data2 =[];

for j = 1:12 % ou j = 1:6 se os dados foram agrupados de 4 em 4h

input2 = [path1 ’2007 - 09.10\data_stage’ num2str(j,’%02i’)...

’.DAT’];

fid = fopen(input2);

% Cada arquivo ’data_stage[X].dat’ contem os dados do F3/C para

% todos os dias dentro do perıodo analisado. Se X varia de 1 a

% 12 os dados foram juntados de duas em duas horas.

% C <- [h_UT *(lt - ut/15) Long Lat NmF2 *tecmax hmF2]

C = textscan(fid, ’%f %*f %f %f %f %*f %f ’);

fclose(fid);

Data2 = [Data2; C1 C2 C3 C4 C5];

end

foF2 = (Data2(:,4)/1.24e4).^0.5;

time = Data2(:,1);

hmF2 = Data2(:,5);

% Data2(:,5) > 150 elimina os efeitos de baixas altitudes

% e previne erros devido a presenca de camada E esporadica

cp = abs(cor1(3)- Data2(:,3)) <= 5 & abs(cor2(3)- ...

Data2(:,2)) <= 10 & Data2(:,5) > 150;

sl = abs(cor1(1)- Data2(:,3)) <= 5 & abs(cor2(1)- ...

Data2(:,2)) <= 10 & Data2(:,5) > 150;

Data3 = [time(cp) hmF2(cp) foF2(cp)]; % CP

Data3 = sortrows(Data3,1);

Data4 = [time(sl) hmF2(sl) foF2(sl)]; % SL

Data4 = sortrows(Data4,1);

94

% ================================== %

for i = 1:2

if i == 1

sta = ’CP’;

Data5 = Data3;

else

sta = ’SL’;

Data5 = Data4;

end

% =============== DIG ============= %

filename = [sta ’0996.DAT’]; % SET

filename1 = [sta ’1096.DAT’]; % OCT

input = [path sta ’\’ filename];

input1 = [path sta ’\’ filename1];

fid = fopen(input);

% A <- [1.hr 2.M_foF2 3.std_foF2 4.M_h’F 5.std_h‘F

% 6.M_hmF2 7.std_hmF2 *8.M_B0 *9.std_B0], *n~ao carregados

A = textscan(fid,’%f %f %f %f %f %f %f %*f %*f’);

fclose(fid);

%

fid1 = fopen(input1);

% B le [1.hr 2.M_foF2 3.std_foF2 4.M_h’F 5.std_h‘F

% 6.M_hmF2 7.std_hmF2 *8.M_B0 *9.std_B0], *n~ao carregados

B = textscan(fid1,’%f %f %f %f %f %f %f %*f %*f’);

fclose(fid1);

% ================================== %

%%%% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

D = [A2 A4 A6 B2 B4 B6 A1 A3 A5 A7 ...

B3 B5 B7];

% Data = [hr(discreto de 1 em 1) Mean_freq(MHz) Mean_h’F(km)

% Mean_peakF2(km) Mean_std_foF2 Mean_std_h’F Mean_std_hmF2]

Data = [D(:,7),(D(:,1)+ D(:,4))/2,(D(:,2)+ D(:,5))/2,...

(D(:,3)+ D(:,6))/2,(D(:,8)+ D(:,11))/2,(D(:,9)+ ...

D(:,12))/2,(D(:,10)+ D(:,13))/2];

% fout = fopen([’Data_’ sta ’_Comp_LSA_96_07.DAT’],’w’);

% fprintf(fout,’%f %f %f %f\n’,Data);

95

% fclose(fout);

x = [Data(:,1); 24];

%

Data6 = [];

figure(’visible’, ’off’) % foF2

h1 = plot(Data5(:,1),Data5(:,3));

hold;

p = polyfit(Data5(:,1),Data5(:,3),10);

t2 = 0:0.01:24;

y2 = polyval(p,t2);

h2 = plot(t2,y2,’-b’,’LineWidth’,2.5);

y = [Data(:,2); Data(1,2)];

% t = 0:.01:24;

% p = pchip(x,y,t);

h3 = scatter(x,y,’or’,’filled’,’LineWidth’,4);

M_std = [Data(:,5); Data(1,5)];

errorbar(x,y,M_std,’r’,’LineWidth’,2);

% h4 = plot(t,p,’-r’,’LineWidth’,2.5);

legend([h1 h2 h3],’Dados do F3/C (2007)’,...

’Ajuste polinomial F3/C’,...

’Dados de Digissonda (1996)’,4);

title([’foF2 medio\_’ sta ’ (set e out)’]);

xlabel(’Tempo (h)’);

ylabel(’foF2 (MHz)’);

xlim([0 24]);

saveas(gcf, [’M_foF2_’ sta ’_96-07br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’M_foF2_’ sta ’_96-07br.fig’], ’fig’);

%

% figure(’visible’, ’off’) % h’F

% y = [Data(:,3); Data(1,3)];

% % t = 0:.01:24;

% % p = pchip(x,y,t);

% scatter(x,y,’or’,’filled’,’LineWidth’,4);

% M_std = [Data(:,6); Data(1,6)];

% hold;

96

% errorbar(x,y,M_std,’r’,’LineWidth’,2);

% % plot(t,p,’-r’,’LineWidth’,2.5);

% legend(’DIG data’,’DIG fit’,4);

% title([’h‘F medio\_’ sta ’ 09.10 - 96’]);

% xlim([0 24]);

% xlabel(’Tempo (h)’);

% ylabel(’h‘F (km)’);

% saveas(gcf, [’M_h‘F_’ sta ’_96-07br.png’], ’png’);

% % saveas(gcf, [’M_h‘F_’ sta ’_96-07br.fig’], ’fig’);

%

figure(’visible’, ’off’) % hmF2

h5 = plot(Data5(:,1),Data5(:,2));

hold;

p = polyfit(Data5(:,1),Data5(:,2),10);

t2 = 0:0.01:24;

y2 = polyval(p,t2);

h6 = plot(t2,y2,’-b’,’LineWidth’,2.5);

y = [Data(:,4); Data(1,4)];

% t = 0:.01:24;

% p = pchip(x,y,t);

h7 = scatter(x,y,’or’,’filled’,’LineWidth’,4);

M_std = [Data(:,7); Data(1,7)];

errorbar(x,y,M_std,’r’,’LineWidth’,2);

% h8 = plot(t,p,’-r’,’LineWidth’,2.5);

legend([h5 h6 h7],’Dados do F3/C (2007)’,...

’Ajuste polinomial F3/C’,...

’Dados de Digissonda (1996)’,4);

title([’hmF2 medio\_’ sta ’ (set e out)’]);

xlabel(’Tempo (h)’);

ylabel(’hmF2 (km)’);

xlim([0 24]);

saveas(gcf, [’M_hmF2_’ sta ’_96-07br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’M_hmF2_’ sta ’_96-07br.fig’], ’fig’);

end

total = toc;

total1 = cputime;

97

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOG %%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fout4 = fopen(’Log_Comp_LSA_96_07.log’,’a+’);

fprintf(fout4,’%f %f\n’,[total total1]);

fclose(fout4);

Programa Plot map F3C NmF2 TEC.m:

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Constroi mapas do NmF2 e do TEC a partir dos dados gerais

% do COSMIC. Cada dia possui um diretorio com arquivos de

% RO.(ESCOLHA -> datadiru, Syear, Eyear, SDay, EDay, dotw,

% binh, binlola). A partir dos dados para o perıodo definido

% s~ao feitos graficos de pontos (NmF2 e TEC), e medias para

% os quadros definidos e mapas de contorno dessas medias. O

% programa faz ainda a o grafico dos parametros hmF2, TEC e

% hmF2 para cada uma das tres estac~oes de Digissonda no

% Brasil (durante um perıodo estipulado) e ajusta uma curva

% aos dados de forma a se obter as curvas medias para cada

% perıodo.


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear; close all; clc;

Syear = input(’Ano Inicial (YYYY):’,’s’);

Eyear = input(’Ano Final (YYYY):’,’s’);

% Syear = ’2006’;

Syr = str2num(Syear);

% Eyear = ’2006’;

Eyr = str2num(Eyear);

if Syr ~= Eyr

put = input([’Juntar os dados do mesmo dia desses dois’...

’ ou mais anos para calcular a media (s ou n)? [use’...

’ n para calcular a media dos meses de solstıcio de’...

’ Dezembro (valido somente para anos subsequentes’...

’)]:’],’s’);

else

put = ’s’;

98

end

disp([’Faixas de dias para as estac~oes do hemisferio Sul:’...

’ ver~ao 355-079, outono 080-171, inverno 172-265 e ’...

’primavera 266-354’])

SDay = input(’Dia Inicial (DDD):’);

EDay = input(’Dia Final (DDD):’);

% SDay = 244;

% % Sdy = str2num(SDay);

% EDay = 245;

% % Edy = str2num(EDay);

dotw = 10; % tamanho dos pontos no grafico

binh = input([’Juntar (1 para 2 em 2h, 2 for 4 em 4h):’],’s’);

% binh = ’2’;

binlola = input([’Quadro lat x long para o calculo das ’...

’medias (1 para 20g x 40g, 2 para 10g x 20g, ’...

’3 para 5g x 10g, 4 para 2.5g x 5g):’],’s’);

% binlola = ’3’;

tic %tic; statements; toc --> tempo decorrido

% ’year’ e o identificador do ano utilizado no nome

% dos arquivos saıda

if Syear == Eyear

year = num2str(Syr,’%04i’);

else

year = [num2str(Syr,’%04i’) ’-’ num2str(Eyr,’%04i’)];

end

%%%%%%%%%%% CARREGAR ARQUIVO COM DADOS GEOMAGNETICOS %%%%%%%%%%%

% % permite que se plote o equador geomagnetico nos mapas

% arquivo = ’I_Grid_2005.mf’;

% fid = fopen(arquivo,’rt’);

% templist = fscanf(fid,’%g %g %g\n’, [3 inf]);

% a = templist’;

% fclose(fid);

% column1 = a(:,1);% Long

% column2 = a(:,2);% Lat

% column3 = a(:,3);% Inclinacao

% x = size(column1);

99

% k = 1;

% for i = 1:x(1)

% if column3(i) <= 0.5 & column3(i) >= -0.5

% R1(k,:) = [column1(i) column2(i)];

% % [(Long of Inclination 0) (Lat of Inclination 0)]

% k = k+1;

% end

% end

% R1 = sortrows(R1,1);

% classifica a a matriz R1 de acordo com a primeira coluna

load geomagnetic_equator %carrega os dados geomagneticos de R1

clear templist a arquivo fid column1 column2 column3 ...

x Syear Eyear

%%%%%%%%%%%%%%% DIRETORIO RAIZ (dos dados) %%%%%%%%%%%%%%%%%

%PC

% datadiru = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3’...

% ’ COSMIC\COSMIC Data\ionPrf\’];

% Note

% datadiru = ’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\ionPrf\’;

% HD

datadiru = ’H:\ionPrf\’;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

i = 1;

% contador de ocultac~oes encontradas (utilizada nos vetores)

yr_count = 0;

for yr = Syr:Eyr

yr_count = yr_count +1;

if EDay < SDay & put == ’n’

if yr_count == 1

if yr == 2008 | yr == 2012

dayn = SDay:366;

else

dayn = SDay:365;

end

else

dayn = 1:EDay;

100

end

else

dayn = SDay:EDay;

end

for daynumber = dayn

datadir = [datadiru num2str(yr,’%04i’) ’.’ ...

num2str(daynumber,’%03i’) ’\’];

filelist = dir([datadir ’ionPrf*_nc’]);

for j =1:length(filelist)

fname = filelist(j).name;

% fname1 = str2num(fname(18:20)); % Day

% fname2 = str2num(fname(13:16)); % year

% if (length(fname) > 10 & (fname1 >= SDay ...

% & fname1 <= EDay) & fname2 == yr)

fullfname = [datadir fname];

nc = netcdf(fullfname,’nowrite’);

%%%%%%%%%%%% General data: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% time = nc.edmaxtime(:);

% edmaxtime e o tempo local(em segundos GPS) da

% densidade do Pico de f0F2

lt(i) = nc.edmaxlct(:);

%lt e o tempo local (h) no edmaxtime e edmaxlon

la(i) = nc.edmaxlat(:);lon(i)= nc.edmaxlon(:);

% localizam o pico de f0F2 em Latitude e Longitude

NmF2(i) = nc.edmax(:);

hmF2(i) = nc.edmaxalt(:);

% azim(i) = nc.edmaxaz(:);

% y(i) = nc.year(:);

% m(i) = nc.month(:);

% edhour(i) = nc.hour(:);

% edmin(i) = nc.minute(:);

tecmax(i) = nc.tec0(:);

%%%%%%%%%%%%%% Profile data: %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% alt(:,i) = nc’MSL_alt’(:);

% Glon(:,i) = nc’GEO_lon’(:);

% Glat(:,i) = nc’GEO_lat’(:);

101

% den(:,i) = nc’ELEC_dens’(:);

% azi(:,i) = nc’OCC_azi’(:);

% tec(:,i) = nc’TEC_cal’(:);

close(nc);

if tecmax(i) > 60 | tecmax(i) < 0 | NmF2(i) > 2000000 | NmF2(i) < 0

tecmax(i) = [];

NmF2(i) = [];

hmF2(i) = [];

la(i) = [];

lon(i)= [];

lt(i) = [];

else

i = i+1;

end

clear nc fullname fname

% end

end

end

end

clear filelist

% total = i - 1;

% informa o total de ocultac~oes encontradas

% foF2 = (NmF2/1.24e4).^0.5;

ut = mod(lt - lon/15,24);

% mod(x,y) -> Modulo apos a divisao de x por y.

% E o resto da divis~ao quando o quociente e inteiro.

% ut sera um vetor linha em que cada coluna, correspondente as

% colunas dos vetores lidos, tera a hora universal.

% cor1, cor2, cor3 e cor4 representam coordenadas das estac~oes

% de Digissonda

cor1 = [-2.5 -3.8 -22.7];

cor2 = [-44.2 -38.5 -45];

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% faixas de horario

if binh == ’1’

ut1 = 1:2:23; %juntar dados de 2h em 2h

102

binh1 = 1;

binh2 = 2;

end

if binh == ’2’

ut1 = 2:4:22; %juntar dados de 4h em 4h

binh1 = 2;

binh2 = 4;

end

% 1 for 20deg x 40deg, 2 for 10deg x 20deg, 3 for 5 x 10,

% 4 for 2.5 x 5(LATxLONG)

if binlola == ’1’

latt = -90:20:90;

longg = -180:40:180;

var1 = 10;

var2 = 20;

end


latt = -90:10:90;

longg = -180:20:180;

var1 = 5;

var2 = 10;

end


latt = -90:5:90;

longg = -180:10:180;

var1 = 2.5;

var2 = 5;

end


latt = -90:2.5:90;

longg = -180:5:180;

var1 = 1.25;

var2 = 2.5;

end

%%%%%%%%%%%%%% INICIO DO PLOT %%%%%%%%%%%%%%%%

load coast

103

if ~exist([’C:\MATLAB7\work\’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...

’-’ num2str(EDay,’%03i’) ’)(’ num2str(binh2) ’h)[’ ...

num2str(binlola,’%01i’) ’]\’])

dos([’mkdir "C:\MATLAB7\work\’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...

’-’ num2str(EDay,’%03i’) ’)(’ num2str(binh2) ’h)[’ ...

num2str(binlola,’%01i’) ’]\"’]);

end

cd([’C:\MATLAB7\work\’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ ...

num2str(EDay,’%03i’) ’)(’ num2str(binh2) ’h)[’ ...

num2str(binlola,’%01i’) ’]\’]);

% cada i representa um faixa de horarios

i = 1;

table1 = [];

v = [0 0];

for ut2 = ut1

% figure(i) % Mapa de pontos


output = [’data_stage’ num2str(i,’%02i’) ’.dat’];

fid = fopen(output,’a+’);

fout = sprintf(output);


’LineStyle’,’none’,’FitHeightToText’,’off’,’FontSize’,10,...

’FontWeight’,’bold’,’HorizontalAlignment’,’center’,...

’String’,[’Mapa de pontos de NmF2 ’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...

’-’ num2str(EDay,’%03i’) ’) [’ binlola ’]’] ); % Title

fp = abs(ut-ut2) <= binh1;

% verifica os dados a cada iterac~ao e junta eles de quatro

% em 4 em 4 horas. Trocar 2 por 1 para juntar a cada 2 h

m = i*binh2; n = (i-1)*binh2;

% hora de inıcio e fim de cada plot

table1 = [ut(fp)’ (lt(fp)-lon(fp)/15)’ lon(fp)’ la(fp)’...

NmF2(fp)’ tecmax(fp)’ hmF2(fp)’];

table1 = sortrows(table1,1);

save(fout, ’table1’, ’-ascii’);

fclose(fid);

scatter(lon(fp),la(fp),dotw,NmF2(fp),’filled’);

104

clear fid table1 fp

colormap(jet);

if v == [0 0]

v = caxis;

else

caxis(v);

end

colorbar

set(gca,’box’,’on’,’xlim’,[-180 180],’xtick’,...

[-180:60:180],’xticklabel’,[-180:60:180],’ylim’,...

[-84 84],’ytick’,[-80:20:80],’yticklabel’,[-80:20:80])

xlabel(’Longitude (graus)’);

ylabel(’Latitude (graus)’);

zlabel(’el/cm^3’);

annotation(’textbox’,’Position’,[0.6714 0.01429 ...

0.2143 0.05238],’FitHeightToText’,’off’, ’String’,...

[’Grafico das: ’ num2str(n,’%02i’) ’-’ ...

num2str(m,’%02i’) ’ UT’]);

hold on

plot(long,lat,’color’,’k’,’LineWidth’,2)

plot(R1(:,1),R1(:,2),’-m’,’LineWidth’,2)

plot(cor2(1),cor1(1), ’sr’,’LineWidth’,2)



saveas(gcf, [’NmF2Sc_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’ ...

num2str(binh,’%01i’) ’_bin’ num2str(binlola,’%01i’) ...

’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ ...

num2str(EDay,’%03i’) ’)br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’NmF2Sc_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’...

% num2str(binh,’%01i’) ’_bin’ num2str(binlola,’%01i’)...

% ’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’...

% num2str(EDay,’%03i’) ’)br.fig’], ’fig’);

i = i+1;

end

clear lt

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

105

p = i;

for ut3 = ut1

% figure(i) % mapa de contorno



0.6307 0.06947],’LineStyle’,’none’,’FitHeightToText’,...

’off’,’FontWeight’,’bold’, ’HorizontalAlignment’,...

’center’,’String’,[’Mapa de contorno da media ’...

’de NmF2 ’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ ...

num2str(EDay,’%03i’) ’) [’ binlola ’]’]);

k = 1;

% cada incremento em k representa uma faixa de longitude

for latt2=latt

j = 1;

% cada incremento em j representa uma faixa de latitude

for long2 = longg

fp = abs(la-latt2)<= var1 & abs(lon-long2)<= var2 &...

abs(ut-ut3)<= binh2;

% bin of 20dg of lat(10 for each side centred on latt),

% 40dg of long (20 for each side centred on longg) and 4 h

% fo(k,j)= median(NmF2(fp)); % evaluates the median

average(k,j) = nanmean(NmF2(fp)); % evaluates the average

j = j+1;

end

k = k+1;

end

[C,h] = contourf(longg,latt,average);

% clabel(C,h,’LabelSpacing’,200000);

colormap(jet);

caxis(v);

colorbar;


[-180:60:180],’xticklabel’,[-180:60:180],’ylim’,...

[-90 90],’ytick’,[-90:30:90],’yticklabel’,[-90:30:90])

hold on;

m = (i-(p-1))*binh2; n = (i-p)*binh2;

106


plot(long,lat,’color’,’w’,’LineWidth’,2);

% hold on;




zlabel(’el/cm^3’);

annotation(’textbox’,’Position’,[0.6714 0.01429...


[’Grafico das: ’ num2str(n,’%02i’) ’-’...

num2str(m,’%02i’) ’ UT’]); % plota a faixa de horario

saveas(gcf, [’NmF2Co_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’ ...

num2str(binh,’%01i’) ’_bin’ num2str(binlola,’%01i’)...

’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’...


% saveas(gcf, [’NmF2Co_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’...


% ’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’...


i = i+1;

end

% close all

i = 1;

v = [0 0];

for ut2 = ut1

% figure(i) % Mapa de pontos



0.3129 0.05442],’LineStyle’,’none’,...

’FitHeightToText’,’off’,’FontSize’,10,...

’FontWeight’,’bold’,’HorizontalAlignment’,’center’,...

’String’,[’Mapa de pontos do TEC ’ year ’(’...

num2str(SDay,’%03i’) ’-’ num2str(EDay,’%03i’)...

’)[’ binlola ’]’] );

fp = abs(ut-ut2) <= binh1;

% verifica os dados a cada iterac~ao e junta eles de quatro

107

% em 4 em 4 horas. Trocar 2 por 1 para juntar a cada 2 h

m = i*binh2; n = (i-1)*binh2;


scatter(lon(fp),la(fp),dotw,tecmax(fp),’filled’);

clear fp

colormap(jet);

if v == [0 0]

v = caxis;

else

caxis(v);

end

colorbar


[-180:60:180],’xticklabel’,[-180:60:180],’ylim’,...

[-84 84],’ytick’,[-80:20:80],’yticklabel’,[-80:20:80]);



zlabel(’TECu’);




num2str(m,’%02i’) ’ UT’]);

hold on

plot(long,lat,’color’,’k’,’LineWidth’,2)



plot(cor2(2),cor1(2), ’sr’ ,’LineWidth’,2)


saveas(gcf, [’TECSc_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’...


year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ num2str(EDay,’%03i’)...

’)br.png’], ’png’);

% saveas(gcf, [’TECSc_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’...


% year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ num2str(EDay,’%03i’)...

% ’)br.fig’], ’fig’);

108

i = i+1;

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

p = i;

for ut3 = ut1

% figure(i) % mapa de contorno



0.6307 0.06947],’LineStyle’,’none’,...

’FitHeightToText’,’off’,’FontWeight’,’bold’,...

’HorizontalAlignment’,’center’,’String’,...

[’Mapa de contorno do TEC medio ’ year ’(’...

num2str(SDay,’%03i’) ’-’ num2str(EDay,’%03i’)...

’)[’ binlola ’]’]);

k = 1;

% cada incremento em k representa uma faixa de longitude

for latt2 = latt

j = 1;

% cada incremento em j representa uma faixa de latitude

for long2 = longg

fp = abs(la-latt2) <= var1 & abs(lon-long2) <= var2 & ...

abs(ut-ut3) <= binh2;

% bin of 20dg of lat(10 for each side centred on latt),

% 40dg of long (20 for each side centred on longg) and 4 h

% fo(k,j)= median(tecmax(fp)); % evaluates the median

average(k,j) = nanmean(tecmax(fp)); % evaluates the average

j = j+1;

end

k = k+1;

end

[C,h] = contourf(longg,latt,average);

% clabel(C,h);

colormap(jet);

caxis(v);

colorbar


109

[-180:60:180],’xticklabel’,[-180:60:180],’ylim’,...

[-90 90],’ytick’,[-90:30:90],’yticklabel’,[-90:30:90]);

hold on

m = (i-(p-1))*binh2; n = (i-p)*binh2;


plot(long,lat,’color’,’w’,’LineWidth’,2);

clear fp




zlabel(’TECu’);




num2str(m,’%02i’) ’ UT’]); % plota a faixa de horario

saveas(gcf, [’TECCo_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’...


year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ ...


% saveas(gcf, [’TECCo_’ num2str(i,’%02i’) ’_h’ ...


% year ’(’ num2str(SDay,’%03i’) ’-’ ...


i = i+1;

end

% close all

%%%%%%%%%%% Calculo para cada estac~ao %%%%%%%%%%%

for st = 1:3

table2 = [];

if st == 1

sta = ’SL’;


cor3 = cor1(st);

cor4 = cor2(st) ;

end

if st == 2

110

sta = ’FZ’;


cor3 = cor1(st);

cor4 = cor2(st);

end

if st == 3

sta = ’CP’;


cor3 = cor1(st);

cor4 = cor2(st);

end

%%%%%%% VERIFICA SE O DADO E PARA A ESTAC~AO DE DIGISSONDA %%%%

% utiliza os parametros var1 e var2 definidos pelo usuario

% (diferenca da estac~ao em lat e long, respectivamente)

% fs = (la >= (cor3-var1) & la <= (cor3+var1)) &

% (lon >= (cor4-var2) & lon <= (cor4+var2));

fs = la >= (cor3-10) & la <= (cor3+10) & ...

lon >= (cor4-10) & lon <= (cor4+10);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Faz figura para o tecmax, NmF2 e para hmF2

% Para a estac~ao escolhida

table2 = [ut(fs)’ NmF2(fs)’ tecmax(fs)’ hmF2(fs)’];

table2 = sortrows(table2,1);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

p = 0;


plot(table2(:,1),table2(:,2));

Title([’NmF2\_’ sta])

grid on

xlabel(’Tempo (UT)’); ylabel(’NmF2 (el/cm^3)’);

set(gca,’box’,’on’,’xlim’,[0 24]);

hold on

% Gera a curva de ajuste

p = polyfit(table2(:,1),table2(:,2),10);

t2 = 0:0.1:24;

y2 = polyval(p,t2);

111

plot(t2,y2,’-r’,’LineWidth’,2);

xlim([0 24]);

ylim([0 1800000]);

legend(’Dados’,’Modelo polinomial’);

saveas(gcf, [’NmF2_’ sta ’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...

’-’ num2str(EDay,’%03i’) ’)br.png’], ’png’);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

p = 0;



Title([’TECmax\_’ sta])

grid on

xlabel(’Tempo (UT)’); ylabel(’tecmax (TECu)’);


hold on



t2 = 0:0.1:24;

y2 = polyval(p,t2);


xlim([0 24]);

ylim([0 50]);


saveas(gcf, [’tecmax_’ sta ’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...


%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

p = 0;



Title([’hmF2\_’ sta])

grid on

xlabel(’Tempo (UT)’); ylabel(’hmF2 (km)’);


hold on



112

t2 = 0:0.1:24;

y2 = polyval(p,t2);


xlim([0 24]);

ylim([150 500]);


saveas(gcf, [’hmF2_’ sta ’_’ year ’(’ num2str(SDay,’%03i’)...


end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% % CL = input(’Close files? y/n:’,’s’);

% CL = ’y’;

% if CL == ’y’, close all, end

cd(’C:\MATLAB7\work\’);

total = toc;

total1 = cputime;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOG %%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fout1 = fopen(’Log_Plot_map_F3C_NmF2_TEC.log’,’a+’);

fprintf(fout1,’%04i %04i %03.0f %03.0f %02i %s %s %f %f’,...

[Syr Eyr SDay EDay dotw binh binlola total total1]);

fclose(fout1);

Programa Plot ionprf SAT DIG.m:

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% Le os dados do satelite no formato netCDF e plota

% o perfil da densidade eletronica junto com o perfil da

% Digissonda (dentro do arquivo *.TAB com todos os perfis

% processados pelos THTABLE.exe + STATION.LST sobre *.SAO).

% Usar as seguintes opcoes no THTABLE.exe: primeiro ’1’

% para extrair o perfil |height vs. frequency| e depois

% ’2’ para gerar o *.TAB

% ESCOLHA --> sta

% Claudia Vogel Ely 06/12/2009

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear all,close all,clc

113

tic

% Station... (’S~ao Luıs’, ’Cachoeira Paulista’ or ’Fortaleza’)

sta = input(’Station (SL, FZ or CP):’,’s’);

if sta == ’SL’

Dig = ’SAA0K’;


cor1 = -2.5;

cor2 = -44.2;

step = 7.5; % Tempo necessario entre um ionograma e o proximo

end

if sta == ’FZ’

Dig = ’FZA0M’;


cor1 = -3.8;

cor2 = -38;

step = 5;

end

if sta == ’CP’

Dig = ’CAJ2M’;


cor1 = -22.7;

cor2 = -45;

step = 7.5;

end

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% DIRETORIO %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% PC

% path = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3’...

% ’ COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes de Digissonda\’...

% station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-2008_Dissertac~ao\’];

% path1 = [’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\FORMOST-3’...

% ’ COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes de Digissonda\’...

% station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-2008_Dissertac~ao\’...

% sta ’ processados SAO\’];

% % Note

path = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes’...

’ de Digissonda\’ station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-’...

114

’2008_Dissertac~ao\’];

path1 = [’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\Para as Estac~oes’...

’ de Digissonda\’ station ’\’ sta ’_Ocultac~oes 2006-’...

’2008_Dissertac~ao\’ sta ’ processados SAO\’];

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

filelist = dir([path ’ionPrf*_nc’]);

filelist1 = dir([path1 Dig ’*.TAB’]);

j = 1;

B = [];

for i = 1:length(filelist)

k = 0;

% inicio da variavel que identifica a linha com o pico de densidade

filename = filelist(i).name;

fileloc = [path filename];

%%% Le o arquivo netCDF %%%




alt = nc’MSL_alt’(:);

Glon = nc’GEO_lon’(:);

Glat = nc’GEO_lat’(:);

den = nc’ELEC_dens’(:);

close(nc);

for l = 1:length(filelist1)

filename1 = filelist1(l).name;

fileloc1 = [path1 filename1];

%%% Le os perfis de Digissonda %%%

fid = fopen(fileloc1);

tline = fgets(fid);

% Ignora primeira linha com STATION NAME ...

% ex.: "STATION NAME : Cachoeira Paulista"

while 1

tline = fgets(fid);

% tline <- "******** NION,YEAR,DAY,HOUR,MINUTE...

% 1 6 161 10 30 5 ********"

if tline == -1 % teste fim do arquivo

115

break

end

DS = filename(18:20); DD = tline(46:48);

% dias SAT e DIG (Formato DDD, Char) resp.

HS = filename(22:23); HD = tline(51:52);

% horas SAT e DIG (Formato HH, Char) resp.

MS = filename(25:26); MD = tline(55:56);

% minuto SAT e DIG (Formato MM, Char) resp.

YS = tline(44); YD = filename(16);

nHD = str2num(HD); nMD = str2num(MD);

tline = fgets(fid);

while 1 % para pular dias sem perfil, apenas cabecalho

if tline(1:6) == ’******’

tline = fgets(fid);

else

break

end

end

A = textscan(fid, ’%f %f %f %*s %*f’);

% Se (YS = YD & DS = DD & HS = HD & |MS - MD| < 7.5 min)

if YD == YS & str2num(DS) == str2num(DD) & ...

str2num(HS) == nHD & abs(str2num(MS)- nMD) ...

<= step % & (edlon >= cor2 -10 & edlon <= ...

% cor2 +10) & (edlat >= cor1 -10 & edlat <= cor1 +10)

%B <- fN(MHz) h(km) N(1/cm**3)

B = [A1 A2 A3];

end

siz = size(B);

if siz(1) > 1

%%% Plota o perfil de densidade eletronica %%%

figure(j)

[peak,k] = max(den);

[peak1,m] = max(B(:,3));

plot(den,alt,’LineWidth’,2.5)

grid on

hold on

116

plot(B(:,3),B(:,2),’r’,’LineWidth’,2.5)

annotation(’textbox’, ’Position’,[0.5286 0.1857 ...

0.2393 0.0381],’FitHeightToText’,’on’,...

’LineStyle’,’none’,’FontSize’,8,’FontWeight’,...

’bold’,’String’,’Valores do maximo:’);




’bold’,’Color’,[0 0 1],’String’,[’SAT ’...

’\rightarrow h = ’ num2str(alt(k)) ...

’ , den = ’ num2str(peak)]);




’bold’,’Color’,[1 0 0],’String’,[’DIG ’...

’\rightarrow h = ’ num2str(B(m,2)) ’ , den = ’...

num2str(peak1)]);

xlabel(’Densidade Eletronica (el/cm^3)’)

ylabel(’Altitude (km)’)

title([’Perfis para ’ sta ’ (’ filename(11:30) ’\_D’...

num2str(nHD,’%02i’) ’.’ num2str(nMD,’%02i’) ’)’])

h=axes(’position’,[0.68 0.7 0.2 0.2]);

box on

plot(Glon,Glat,’.b’,’markersize’,1)

hold on

plot(edlon,edlat,’*b’,’markersize’,10) % pico

xlabel(’Longitude (E)’,’fontsize’,8)

ylabel(’Latitude (N)’,’fontsize’,8)

set(h,’fontsize’,8)

grid on

hold on

plot(Glon(1),Glat(1),’ob’,’markersize’,10) %inicio

plot(cor2,cor1,’*r’,’markersize’,10) % Estac~ao

saveas(gcf, [’perfil_’ sta ’_’ filename(11:30)...

’_D’ num2str(nHD,’%02i’) ’.’ num2str(nMD,’%02i’)...

’br.png’], ’png’);

117

% saveas(gcf, [’perfil_’ sta ’_’ filename(11:30) ’_D’...

% num2str(nHD,’%02i’) ’.’ num2str(nMD,’%02i’) ’br.fig’],...

% ’fig’);

j = j+1;

B = [];

end

end

fclose(fid);

end

end

total = toc;

total1 = cputime;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOG %%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fout1 = fopen(’Log_Plot_ionprf_SAT_DIG.log’,’a+’);

fprintf(fout1,’%s %f %f’,[sta total total1]);

fclose(fout1);

Programa V erify pass.m:

% =====================================================

% Verifica quais das ocultac~oes ocorreram em cada estac~ao

% de Digissonda, copia os arquivos netcdf para um

% diretorio especıfico e armazena a lista para ser usada

% no programa de comparac~ao (SAT DIG). Analisa todos os

% dados disponıveis, ano a ano, dia a dia (previamente

% baixados)... ESCOLHA --> Syr, Eyr SDay, EDay, Dlat,

% Dlong, local, datadiru


% =======================================================

clear all,close all,clc

tic

Syr = input(’Start Year (YYYY):’);

Eyr = input(’End Year (YYYY):’);

% Syr = 2008; Eyr = 2008;

SDay = input(’Start Day (DDD):’);

EDay = input(’End Day (DDD):’);

118

% SDay = 111 ; EDay = 365;

% Dlat e Dlong especificam a variac~ao, em lat e long em torno da

% estac~ao respect., que e tolerada na selec~ao dos dados

Dlat = 2.5;

Dlong = 5;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

% local indicates the place to save the files

% local = ’C:\MATLAB7\work\’; % PC

% local = ’D:\’;

local = ’F:\’;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

if ~exist([local ’SL_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong) ’\’])

dos([’mkdir ’ local ’SL_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong)]);

end

if ~exist([local ’FZ_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong) ’\’])

dos([’mkdir ’ local ’FZ_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong)]);

end

if ~exist([local ’CP_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong) ’\’])

dos([’mkdir ’ local ’CP_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong)]);

end

% coordenadas das estac~oes brasileiras de Digissonda. Coluna1 SL,

% Coluna2 FZ e Coluna3 CP

cor = [-2.5 -3.8 -22.7; -44.2 -38 -45];

%%%%%%%%%%%% DIRETORIO RAIZ (dos dados) %%%%%%%%%%%%%%%%

% PC

% datadiru = ’D:\Geofısica Espacial\Dados_pesquisa\’...

% ’FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\ionPrf\’;

% NOTE

% datadiru=’D:\FORMOST-3 COSMIC\COSMIC Data\ionPrf\’;

% HD

datadiru = ’H:\ionPrf\’;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

for yr = Syr:Eyr

for daynumber = SDay:EDay

clear Syr Eyr SDay EDay

datadir = [datadiru num2str(yr,’%04i’) ’.’ ...

119

num2str(daynumber,’%03i’) ’\’]

filelist = dir([datadir ’ionPrf*_nc’]);

for i = 1:length(filelist)

filename = filelist(i).name;

fileloc = [datadir filename];

%%% Le o arquivo netCDF %%%




close(nc)

Ver = abs(edlon-cor(2,:)) <= Dlong & ...

abs(edlat-cor(1,:)) <= Dlat;

if Ver(1) == 1

sta = ’SL’;

elseif Ver(2) == 1

sta = ’FZ’;

elseif Ver(3) == 1

sta = ’CP’;

else

continue

end

if ~exist([local sta ’_l’ num2str(Dlat) ’_lg’...

num2str(Dlong) ’\’ filename])

dos([’COPY "’ fileloc ’" ’ local sta ’_l’...

num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong) ’\’ ]);

end

clear Ver edlon edlat nc filename fileloc

end

end

end

clear sta filelist datadir datadiru cor i

% As linhas 85 a 161 podem ser comentadas para

% n~ao gerar a lista dos arquivos

for i = 1:3

if i == 1

sta = ’SL’;

120

% Dig = ’SAA0K’;

% station = ’S~ao Luıs’;

% cor1 = -2.5;

% cor2 = -44.2 ;

end

if i == 2

sta = ’FZ’;

% Dig = ’FZA0M’;

% station = ’Fortaleza’;

% cor1 = -3.8;

% cor2 = -38;

end

if i == 3

sta = ’CP’;

% Dig = ’CAJ2M’;

% station = ’Cachoeira Paulista’;

% cor1 = -22.7;

% cor2 = -45;

end

cd([local sta ’_l’ num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong)]);

dos([’DIR ionPrf*_nc /b/o:n > ListRO_’ sta ’_l’ ...

num2str(Dlat) ’_lg’ num2str(Dlong) ’.txt’]);

List1 = [];

input = [’ListRO_’ sta ’_l’ num2str(Dlat) ’_lg’...

num2str(Dlong) ’.txt’];

fid1 = fopen(input,’r’);

% Abre a lista *.txt (gerada anteriormente) e que contem

% os nomes dos arquivos netCDF dentro do diretorio para

% cada estac~ao

[A,count] = fscanf(fid1, ’%s’, [43, inf]);

% Le a lista linha por linha (43 colunas cada) ate o final

B = A’;

fclose(fid1);

x = size(B);

% x --> le as dimens~oes da matrix ASCII

% na forma: x(1)=linha, x(2)=coluna

121

for i = 1:x(1);

v = B(i,(1:x(2)));

% List1 = [year day hour minute]

List1 = [List1; str2num(v(13:16)) str2num(v(18:20))...

str2num(v(22:23)) str2num(v(25:26))];

end

List1 = sortrows(List1,1);

List2 = [];

List3 = [];

List4 = [];

List5 = [];

for i = 1:x(1)

if List1(i,1) == 2006

List2 = [List2;List1(i,:)];List2 = sortrows(List2,2);

end

if List1(i,1) == 2007


end

if List1(i,1) == 2008


end

if List1(i,1) == 2009


end

end

% List6 = [year day hour minute]

List6 = [List2; List3; List4; List5];

clear List1 List2 List3 List4 List5 v A B input fid1

output1 = [’List6RO_’ sta ’_l’ num2str(Dlat) ’_lg’...

num2str(Dlong) ’.txt’];

fid2 = fopen(output1,’w’);

for i = 1:x(1)

fprintf(fid2,’%4.0f %03.0f %02.0f %02.0f\n’,...

List6(i,1),List6(i,2),List6(i,3),List6(i,4));

end

fclose(fid2);

122

clear output1 fid2

end

cd(’C:\MATLAB7\work\’);

total = toc;

total1 = cputime;

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% LOG %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

fout1 = fopen(’Log_Verify.log’,’a+’);

fprintf(fout1,’%f %f %f %f/n’,[Dlong Dlat total total1]);

fclose(fout1);

123

PUBLICACOES TECNICO-CIENTIFICAS EDITADAS PELO INPE

Teses e Dissertacoes (TDI) Manuais Tecnicos (MAN)

Teses e Dissertacoes apresentadas nosCursos de Pos-Graduacao do INPE.

Sao publicacoes de carater tecnico queincluem normas, procedimentos, instru-coes e orientacoes.

Notas Tecnico-Cientıficas (NTC) Relatorios de Pesquisa (RPQ)

Incluem resultados preliminares depesquisa, descricao de equipamentos,descricao e ou documentacao de progra-mas de computador, descricao de sis-temas e experimentos, apresentacao detestes, dados, atlas, e documentacao deprojetos de engenharia.

Reportam resultados ou progressos depesquisas tanto de natureza tecnicaquanto cientıfica, cujo nıvel seja com-patıvel com o de uma publicacao emperiodico nacional ou internacional.

Propostas e Relatorios de Projetos(PRP)

Publicacoes Didaticas (PUD)

Sao propostas de projetos tecnico-cientıficos e relatorios de acompanha-mento de projetos, atividades e con-venios.

Incluem apostilas, notas de aula e ma-nuais didaticos.

Publicacoes Seriadas Programas de Computador (PDC)

Sao os seriados tecnico-cientıficos: bo-letins, periodicos, anuarios e anais deeventos (simposios e congressos). Cons-tam destas publicacoes o InternacionalStandard Serial Number (ISSN), que eum codigo unico e definitivo para iden-tificacao de tıtulos de seriados.

Sao a sequencia de instrucoes ou codi-gos, expressos em uma linguagem deprogramacao compilada ou interpre-tada, a ser executada por um computa-dor para alcancar um determinado obje-tivo. Aceitam-se tanto programas fontequanto os executaveis.

Pre-publicacoes (PRE)

Todos os artigos publicados em periodi-cos, anais e como capıtulos de livros.

estudo da ionosfera da região brasileira com dados dos...

Documents