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Title: Estudo sobre a relação entre a atividade geomagnética e cintilações de sinais de GPS em Natal-RN (Brasil)
Authors: Barbosa, Abimael Amaro Xavier
Keywords: Dínamo perturbado;Over-shielding;Índice Dst;S4 médio;Tempestades magnéticas
Issue Date: 31-Jul-2015
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: BARBOSA, Abimael Amaro Xavier. Estudo sobre a relação entre a atividade geomagnética e cintilações de sinais de GPS em Natal-RN (Brasil) 2015. 98 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Climáticas) – Programa de Pós-Graduação em Ciências Climáticas. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2015.
Portuguese Abstract: Criado no início da década de setenta, o Sistema de Posicionamento Global (GPS) chega aosmeados da segunda década do século 21 com sua popularização através de softwares que podemser facilmente utilizados em aparelhos celulares e em painéis de automóveis. Além disso, anavegação aérea brasileira utiliza tal sistema de satélites como um de seus meios de orientação.Tais fatos tornam os problemas relacionados ao uso de serviços de localização por GPS emassuntos de interesse social. Dentre esses problemas estão as cintilações, que são súbitasmudanças na amplitude e/ou fase da onda eletromagnética que ocorrem quando esta atravessaregiões de irregularidades na densidade eletrônica da ionosfera, camada atmosférica situada entre50 Km e 2000 Km de altitude. Entre as causas da formação de tais irregularidades, conhecidascomo bolhas de plasma, há o acentuado crescimento do campo elétrico zonal durante as últimashoras da tarde devido ao efeito dínamo na camada F e à diminuição da condutividade elétrica nacamada E, criando, assim, o pico de pré-reversão com intenso aumento da deriva vertical doplasma ionosférico antes da sua inversão, quando a ionosfera desce, após o pôr do Sol,produzindo uma instabilidade, segundo o modelo de Rayleigh-Taylor. No Brasil, a ocorrênciadesse processo é mais intensa entre os meses de Setembro e Abril, de modo que as cintilaçõessão mais frequentes nesse período. Estudos tem relacionado o comportamento desse fenômenoeletromagnético na região brasileira com tempestades geomagnéticas por meio de modelos decampos elétricos perturbados nas proximidades do equador magnético. Este trabalho, então,visando identificar a relação entre cintilações de GPS em Natal-RN (Brasil) e perturbaçõesgeomagnéticas de quaisquer intensidades e variações, fez analises do comportamento ionosféricoe das variações do índice Dst (Disturbance storm time) concernente a épocas distintas do ciclosolar do período entre os anos de 2000 e 2014. Parte dos dados desta pesquisa se originou noobservatório da UFRN, a partir de uma placa GEC Plessey ligada a uma antena ANP -C 1143modificada pelo grupo Cornell University’s Space Plasma Physics de modo a operar o ScintMon,um programa de monitoramento de GPS. Neste estudo, portanto, foram constatados vários casosde cintilações inibidas após a fase principal de tempestades magnéticas, fato que, juntamente comoutros, corroboraram com a categorização de Aarons (1991) e com os modelos de dínamopertubado (de acordo com Bonelli, 2008) e de penetração over-shielding, defendido por Kelley etal. (1979) e Abdu (2011) [4]. Além dessas constatações, foram notados diferentes aspectosmorfológicos em tais perturbações no sinal de GPS de acordo com atividades magnéticasprecedentes. Também foi constatada uma relação moderada entre a taxa de variação do Dst (dehorário específico) e o S4 médio do sinal noturno, por meio de uma função polinomial. Talconstatação, portanto, corroborando com Ilma et al. (2012) [17], é uma importante evidência deque as cintilações de GPS não são diretamente controladas por indução magnética detempestades. Ao concluir este trabalho, essa relação também se mostrou como um meio deprevisão parcial de cintilações.
Abstract: To identify the relationship between GPS scintillation in Natal-RN (Brazil) and geomagnetic disturbances of any intensities and variations, this work made analysis of the ionospheric behavior and magnetic indexes (Dst , AE and Bz of the interplanetary magnetic field) concerning to different periods of the solar cycle between 2000 and 2014. Part of the data of this research originated at the UFRN observatory, from a GEC Plessey board connected to an ANP -C 114 antenna, modified by Cornell University’s Space group Plasma Physics in order to operate the ScintMon, a GPS monitoring program. This study, therefore, found several cases of inhibited scintillations after the main phase of magnetic storms, a fact that, along with others, corroborated with categorization of Aarons (1991) and models of disturbed dynamo (according to Bonelli, 2008) and over-shielding penetration, defended by Kelley et al. (1979) and Abdu (2011) [4]. In addition to these findings, different morphologies were noted in such disruptions in the GPS signal in accordance with previous magnetic activities. It also found a moderate relationship (R2 = 0.52) between the Dst rate (concerning to specific time) and the average of S4 through a polynomial function. This finding therefore, corroborating Ilma et al. (2012) [17], is an important evidence that the scintillation GPS are not directly controlled by magnetic induction of storms. Completing this work, this relation did show itself as a way of partial predicting of scintillations.
URI: http://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/20508
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