Redes neurais artificiais aplicadas na previsão do VTEC no Brasil

Uma forma de se prever o conteúdo total de elétrons na direção vertical (VTEC - Vertical Total Electron Content) usando a arquitetura de redes neurais artificiais (RNA) denominada de perceptrons de múltiplas camadas (MLP - MultipLayer Percetrons) é apresentada e avaliada nesta pesquisa. As entradas do modelo foram definidas como sendo a posição dos pontos ionosféricos (IPP - Ionospheric Pierce Point) e o tempo universal (TU), enquanto que a saída é o VTEC. As variações sazonais e de períodos mais longos são levadas em conta através da atualização do treinamento diariamente. Testes foram conduzidos sobre uma área que abrange o Brasil e sua vizinhança considerando períodos de alta e baixa atividade solar. As RNA foram treinadas utilizando informações dos mapas globais da ionosfera (GIM - Global Ionospheric Maps) produzidos pelo serviço internacional do GNSS (IGS - International GNSS Service) das 72 horas anteriores à época de início da previsão. As RNA treinadas foram utilizadas para prever o VTEC por 72 horas (VTEC RNA). Os VTEC RNA foram comparados com os VTEC contidos nos GIM (VTEC GIM). A raiz do erro médio quadrático (RMS) da diferença entre o VTEC GIM e o VTEC RNA variou de 1,4 a 10,7 unidades de TEC (TECU). O erro relativo mostra que a RNA proposta foi capaz de prever o VTEC com 70 a 85% de acerto

The MHD nature of ionospheric wave packets excited by the solar terminator

We obtained the first experimental evidence for the magnetohydrodynamic (MHD) nature of ionospheric medium-scale travelling wave packets (MSTWP). We used data on total electron content (TEC) measurements obtained at the dense Japanese network GPS/GEONET (1220 stations) in 2008-2009. We found that the diurnal, seasonal and spectral MSTWP characteristics are specified by the solar terminator (ST) dynamics. MSTWPs are the chains of narrow-band TEC oscillations with single packet's duration of about 1-2 hours and oscillation periods of 10-20 minutes. Their total duration is about 4--6 hours. The MSTWP spatial structure is characterized by a high degree of anisotropy and coherence at the distance of more than 10 wavelengths. The MSTWP direction of travelling is characterized by a high directivity regardless of seasons. Occurrence rate of daytime MSTWPs is high in winter and during equinoxes. Occurrence rate of nighttime MSTIDs has its peak in summer. These features are consistent with previous MS travelling ionosphere disturbance (TID) statistics obtained from 630-nm airglow imaging observations in Japan. In winter, MSTWPs in the northern hemisphere are observed 3-4 hours after the morning ST passage. In summer, MSTWPs are detected 1.5-2 hours before the evening ST occurrence at the point of observations, at the moment of the evening ST passage in the magneto-conjugate point. Both the high Q-factor of oscillatory system and synchronization of MSTWP occurrence with the solar terminator passage at the point of observations and in the magneto-conjugate area testify the MHD nature of ST-excited MSTWP generation. The obtained results are the first experimental evidence for the hypothesis of the ST-generated ion sound waves.Comment: 12 pages, 3 figure

análise dos efeitos ionosféricos de ordem superior no ciclo solar 24 e influência no posicionamento GNSS absoluto

A aplicação da combinação livre da ionosfera para dados GNSS de dupla frequência permite eliminar matematicamente os efeitos de primeira ordem da ionosfera. Contudo, os efeitos de ordem superior não são eliminados e, geralmente, são negligenciados no processamento dos dados GNSS. Neste trabalho apresentam-se discussões e análises relacionadas ao cálculo dos efeitos de ordem superior da ionosfera, o qual envolve o cálculo do TEC a partir de diferentes combinações, o sistema geomagnético IGRF-11, a combinação linear livre da ionosfera para tripla frequência considerando as três portadoras do GPS (L1, L2 e L5) e outras. A combinação de tripla frequência permite eliminar o efeito de segunda ordem da ionosfera, contudo, a incerteza propagada desta combinação é de pior qualidade do que o próprio valor do efeito. Foram realizados processamentos de dados no modo PPP estático e cinemático visando avaliar a influência dos efeitos de ordem superior no ciclo solar 24. Os dados GPS foram corrigidos dos efeitos ionosféricos utilizando o software "RINEX_HO" disponível no NGS-NOAA-TOOLBOX. Os resultados mostraram que a negligência dos efeitos ionosféricos de ordem superior no PPP pode provocar variações da ordem de milímetros a centímetros considerando períodos com baixa e alta atividade ionosférica, respectivamente

PROGRAMA CIENTÍFICO PARA O MONITORAMENTO EM TEMPO REAL OU PÓS-PROCESSADO DAS IRREGULARIDADES IONOSFÉRICAS E CINTILAÇÃO DOS SINAIS GNSS

O Brasil é um dos países que mais sofrem os efeitos provocados pela ionosfera, principalmente os oriundos da Anomalia de Ionização Equatorial, irregularidades ionosféricas e cintilação dos sinais GNSS (Global Navigation Satellite System). Várias estratégias podem ser utilizadas para minimizar os efeitos, tais como: modelos ionosféricos, arquivos IONEX ou a combinação linear ion-free. Em se tratando do monitoramento da ionosfera a situação é diferente. A quantidade de instrumentos dedicados ao estudo da camada ionosférica é reduzida no âmbito brasileiro. Neste contexto foi desenvolvido o programa científico denominado Ion_Index, com objetivo de estimar indicadores dos níveis de irregularidades da ionosfera e de cintilação dos sinais GNSS em tempo real ou pós-processado, utilizando a infraestrutura já existente de dados GNSS de redes ativas públicas, como a RBMC, a GNSS-SP e a CALIBRA, transformando assim estações GNSS em estações monitoras da camada ionosférica. Dessa forma é proporcionado um aumento na resolução espacial das informações sobre o comportamento da ionosfera na região brasileira, permitindo um melhor entendimento e contribuindo para o desenvolvimento ou aprimoramento de modelos de mitigação. Experimentos utilizando dados de ionossondas digitais e de receptores PolaRxS-PRO da Septentrio (fontes externas) comprovam a eficiência do program