Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jorge Enrifque Samanes Cardenas.pdf: 3561395 bytes, checksum: ba28ce6fbd3bd0e1573255ccacb30d17 (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Deep amplitude minima are observed in the daily records of Very Low Frequency (VLF, between 3 - 30 kHz) wave amplitudes. Amplitude minima are attributed to modal interference and modal conversion of waves propagating in the Earth - Ionosphere waveguide. The time of amplitude minima is related with the localization of the Terminator line and, therefore, is denominated of Terminator Time or TT time. In this work, we developed a methodology based on the monitoring of TT time to infer the distance of modal interference D and its temporal variation in relation to atmospheric and natural phenomena. For this purpose, we used data provided by the South America VLF Network (SAVNET) to the period 2007 - 2011. The results showed that the methodology is a promising tool to study the dynamics of the lower ionosphere, by means of the daily values of the undisturbed nighttime ionospheric height(hN). We identified short-term and long-term time variations of hN, where the long-term variation is possibly related with the solar activity cycle. We propose the use of this method to search for seismic- electromagnetic effects, and that it should be applied to medium and short propagation paths. Using the Long Wave Propagation Capability (LWPC) code, we simulated TT times and the results show good agreement with the observations, so a value for nighttime height hN = 88 km is suggested. This work will contribute to a greater viability of the use of the VLF technique for the study of the lower ionosphere and the forcings acting on this region of the atmosphere. / Pronunciados mínimos de amplitude são observados nos registros diários de sinais de muito baixa frequência ou VLF (do inglês Very Low Frequency, entre 3 - 30 kHz). A presença destes mínimos é atribuída a interferência e conversão modal de ondas se propagando no guia de onda Terra - Ionosfera. Os tempos de ocorrência destes mínimos são relacionados com a localização do Terminadouro e, por isso, são denominados de tempos de Terminadouro ou Tempos TT. Neste trabalho, desenvolvemos uma metodologia baseada no monitoramento dos tempos TT para inferir a distância de interferência modal D, e sua variabilidade temporal em relação a fenômenos atmosféricos e naturais. Para isso, utilizamos dados fornecidos pela rede SAVNET (South America VLF Network) durante o período 2007 - 2011. Os resultados mostraram que a metodologia é relevante para estudar a dinâmica da baixa ionosfera, através da obtenção de valores diários da altura noturna hN. Identificamos variabilidades de curto e longo período para hN, sendo estas últimas relacionadas ao ciclo de atividade solar. O método deverá ser aplicado à procura de efeitos sismo-eletromagnéticos utilizando caminhos com comprimento médios ou curtos. Foram realizadas simulações dos tempos TT, utilizando o código Long Wave Propagation Capability (LWPC), que mostraram boa concordância com as observações, sugerindo um valor de hN = 88 km para a altura noturna da baixa ionosfera. Os resultados apresentados neste trabalho contribuem para uma maior viabilização do uso da técnica de VLF, para o estudo da baixa ionosfera e os forçantes que agem sobre esta região da atmosfera terrestre.

The objective of this thesis is to use radio emissions from lightning, known as `radio atmospherics' or `sferics', to study the temporal and spatial variation of the lower ionosphere, a layer of ionized atmosphere beginning at $\sim$70 km altitude (D-region). Very Low Frequency (VLF, 3$-$30kHz) radio waves are a useful diagnostic for lower ionospheric monitoring due to their reflection from this region and global propagation. Traditionally, the lower ionosphere has been sensed using single-frequency VLF transmitters allowing for analysis of a single propagation path, as there are only a small number of transmitters. A lightning stroke, however, releases an intense amount of impulsive broadband VLF radio energy in the form of a sferic, which propagates through the Earth-ionosphere waveguide. Lightning is globally distributed and very frequent, so a sferic is therefore also a useful diagnostic of the D-region. This is true both for ambient or quiet conditions, and for ionospheric perturbations such as solar flare x-ray bursts. Lightning strokes effectively act as separate VLF transmitting sources. As such, they uniquely provide the ability to add a spatial component to ionospheric remote sensing, in addition to their broadband signature which cannot be achieved with man-made transmitters. We describe the methods of processing in detail. As an example, we analyze a solar flare during which time there is a significant change in magnitude and frequency content of sferics. This disturbance varies with distance from the source, as well as time. We describe the methods of processing in detail, and show results at Palmer Station, Antarctica for both a quiet and active solar day.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALBERTO FARES AKEL JUNIOR.pdf: 5112998 bytes, checksum: f18fc33d2f9508c3ec265c0efa016b43 (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / We study the behavior of the Earth-ionosphere waveguide through the modeling of the propagation of very low frequency radio waves (VLF). We use the computational model LWPC (Long Wave Propagation Capability) to estimate changes in amplitude and phase of the VLF signals detected by the SAVNET network (South America VLF NETwork), and thus try to understand the behavior of the lower ionosphere under different ionization conditions. The research was divided into two parts. The first part investigates the behavior of the VLF signals in quiescent regimes of ionization. Amplitude and phase simulations for the were carried out, modifying adapting polynomials for the β and h parameters (or Wait s parameters) as a function of the zenithal angle. The second part of this research, uses these polynomials in the study of the lower ionosphere under transient ionization regimes in two distinct conditions: first during of solar flares and second during solar eclipse. For the simulations under solar flare conditions, we calculate the changes in β and ℎ′ parameters during the 25/03/2008 solar explosion. With these values, we calculate the electronic density profile through an exponential model and we find that the electronic density at 75 km is ∼ 104 cm−3, that is twenty times higher than during quiescent conditions. To evaluate our parameter estimates, we calculate the variation of the Wait s parameters for the case of twelve solar events of different classes. We note that the variations Δℎ′ found in this work are larger than that in Muraoka, Murata e Sato (1977) because they consider the variations in the conductivity gradient. For the solar eclipse simulations on 11/07/2011, we investigate its effect on the VLF phase. For this, we use the obscuration coefficient to estimate the guide height variation along the whole path during the eclipse. The simulations reproduce the phase behavior during the eclipse. However, a delay of about twenty four minutes was observed between the simulated and observed measurements. The observed delay is a direct consequence of own estimates of the perturbed ionospheric height and it causal relation with the obscuration during the eclipse. lower ionosphere, VLF, modeling, ionospheric disturbances, solar flares, solar eclipse. / Neste trabalho realizamos o estudo do comportamento do guia de ondas terra-ionosfera através da modelagem da propagação ondas de rádio de frequência muito baixa (VLF). Para isto, utilizamos o modelo computacional LWPC (Long Wave Propagation Capability) para estimar as variações de amplitude e fase de sinais de VLF detectados nos trajetos da rede SAVNET (South America VLF NETwork) e assim compreender o comportamento da baixa ionosfera em diferentes regimes de ionização. A pesquisa foi dividida em duas partes. A primeira parte, investigou o comportamento do sinal VLF em regimes quiescente de ionização, assim realizou-se simulações de amplitude e fase adaptando polinômios que definem os parâmetros β e ℎ′ (ou parâmetros de Wait) em função do ângulo zenital solar. Na segunda parte desta pesquisa, aplicou-se os polinômios no estudo da baixa ionosfera sob regimes transientes de ionização em duas condições distintas. A primeira para o caso de explosões solares e a segunda um para eclipse solar. Nas simulações relativas a explosões solares, calculamos as variações dos parâmetros β e ℎ′ durante o evento do dia 25/03/2008. Com esses valores, calculamos o perfil de densidade eletrônica, através de um modelo exponencial e observamos que a densidade eletrônica em 75 km é ∼ 104 cm−3, ou seja, vinte vezes maiores que antes da explosão. Para avaliar nossas estimativas, calculamos a variação dos parâmetros de Wait para doze eventos de diferentes classes. Observamos que as variações Δℎ′ neste trabalho são sempre maiores do que as descritas em Muraoka, Murata e Sato (1977), devido elas considerarem as variações no gradiente de condutividade. Nas simulações relativa ao eclipse solar do dia 11/07/2011, investigamos seu efeito na fase observada. Para esse estudo, utilizou-se o coeficiente de obscurecimento para realizar as simulações, desta forma foi possível estimar a variação da altura do guia ao longo de todo o trajeto durante o eclipse. As simulações reproduziram o comportamento da fase durante o eclipse. Entretanto, foi observado um atraso entre as medidas calculadas e observadas de aproximadamente ∼ vinte e quatro minutos. O atraso observado é diretamente decorrente da estimativa da altura de referência da ionosfera pertubada e de sua relação causal com o obscurecimento durante o eclipse.