Ionospheric effects are one of the factors that can have negative impact on Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Those effects can be called medium-scale traveling ionospheric disturbances (MS-TIDs) at middle latitude regions and polar cap patches at high latitude regions. The ionospheric variations have different patterns for each region and time. The statistical measures of the ionospheric variation are analyzed presented as functions of time in half solar cycle, annual seasonal, and time of day for four geographical locations in Sweden. By processing achieved GPS data from a 7-year period, 2013-2020, from SWEPOS, the characterization of the ionospheric variation was performed. It is found that the ionospheric variation is larger for the Norra Norrland region during solar minimum. However, during solar maximum, the variation depends on the seasons but high variation seems to occur the most in Svealand region. For the more northern regions (Norra and Södra Norrland), the ionospheric variation is greater during nighttime than during daytime, while for the more southern regions (Svealand and Götaland), the variation is greater during daytime. At solar maximum, the variability is higher during the months March, May, September, and October and smaller in June, July, and August. For the ionospheric variation prediction, a model based on Recurrent Neural Network (RNN) called Long Short-Term Memory (LSTM) is proposed. The tuned hyperparameters for LSTM are tested for the prediction accuracy by comparing the predicted values to the measured values. It is found that the LSTM can yield the prediction results with more than 90% accuracy when using 1-6 hours of input data and aiming for 10-35 minutes of output data. Longer duration of input and output results in lower accuracy of the predicted values. / Jonosfäriska effekter är en av de faktorer som kan ha negativ inverkan på Global Navigation Satellite Systems (GNSS). Dessa effekter kan kallas medelstora resande jonosfäriska störningar (MS-TID) vid mellanliggande latitudområden och polarkapslar på områden med hög latitud. De jonosfäriska variationerna har olika mönster för varje region och tid. De statistiska måtten på den jonosfäriska variationen analyseras presenterade som tidsfunktioner i halva solcykeln, årssäsong och tid på dygnet för fyra geografiska platser i Sverige. Genom att bearbeta uppnådda GPS-data från en 7-årsperiod, 2013-2020, från SWEPOS, utfördes karaktäriseringen av den jonoshperiska variationen. Det har visat sig att den jonosfäriska variationen är större för Norra Norrland -regionen under solminimum. Under solens maximala beror variationen dock på årstiderna men hög variation tycks förekomma mest i Svealandsregionen. För de mer norra regionerna (Norra och Södra Norrland) är den jonosfäriska variationen större under natten än på dagtid, medan för de mer sydliga regionerna (Svealand och Götaland) är variationen större under dagtid. Vid maximal sol är variationen högre under månaderna mars, maj, september och oktober och mindre i juni, juli och augusti. För jonosfärens variationsprognos föreslås en modell baserad på Recurrent Neural Network (RNN) som kallas Long Short-Term Memory (LSTM). De inställda hyperparametrarna för LSTM testas med avseende på förutsägelsens noggrannhet genom att jämföra de förutsagda värdena med de uppmätta värdena. Det har visat sig att LSTM kan ge förutsägelsesresultaten med mer än 90% noggrannhet när man använder 1-6 timmars inmatningsdata och siktar på 10-35 minuters utdata. Längre varaktighet för in- och utgång resulterar i lägre noggrannhet för de förutsagda värdena.

This thesis addresses solitary waves and their significance for auroral particle acceleration, coronal heating and incoherent scatter radar spectra. Solitary waves are formed due to a balance of nonlinear and dispersive effects. There are several nonlinearities present in ideal magnetohydrodynamics (MHD) and dispersion can be introduced by including theHall termin the generalised Ohm’s law. The resulting system of equations comprise the classical ideal MHD waves, whistlers, drift waves and solitarywave solutions. The latter reside in distinct regions of the phase space spanned by the speed and the angle (to the magnetic field) of the propagating wave. Within each region, qualitatively similar solitary structures are found. In the limit of neglected electron intertia, the solitary wave solutions are confined to two regions of slow and fast waves, respectively. The slow (fast) structures are associated with density compressions (rarefactions) and positive (negative) electric potentials. Such negative potentials are shown to accelerate electrons in the auroral region (solar corona) to tens (hundreds) of keV. The positive electric potentials could accelerate solar wind ions to velocities of 300–800 km/s. The structure widths perpendicular to themagnetic field are in the Earth’s magnetosphere (solar corona) of the order of 1–100 km (m). This thesis also addresses a type of incoherent scatter radar spectra, where the ion line exhibits a spectrally uniform power enhancement with the up- and downshifted shoulder and the spectral region in between enhanced simultaneously and equally. The power enhancements are one order of magnitude above the thermal level and are often localised to an altitude range of less than 20 km at or close to the ionospheric F region peak. The observations are well-described by a model of ion-acoustic solitary waves propagating transversely across the radar beam. Two cases of localised ion line enhancements are shown to occur in conjunction with auroral arcs drifting through the radar beam. The arc passages are associated with large gradients in ion temperature, which are shown to generate sufficiently high velocity shears to give rise to growing Kelvin-Helmholtz (K-H) instabilities. The observed ion line enhancements are interpreted in the light of the low-frequency turbulence associated with these instabilities. / Denna avhandling handlar om solitära vågor och deras roll i norrskensacceleration och koronaupphettning, samt deras signatur i spektra uppmätta med inkoherent spridningsradar. Solitära vågor bildas genom en balans mellan ickelinjära och dispersiva effekter. Ickelinjäriteter finns det gott om i ideal magnetohydrodynamik (MHD) och dispersion kan införas genom att inkludera Halltermen i den generaliserade Ohms lag. Det resulterande ekvationssystemet omfattar de klassiska vågorna inom ideal MHD, visslare, driftvågor och solitära vågor. De sistnämnda återfinns i väldefinierade områden i fasrummet som spänns upp av farten och vinkeln (mot magnetfältet) för den propagerande vågen. Inom varje sådant område återfinns kvalitativt lika solitära våglösningar. Om man försummar elektronernas tröghet begränsas de solitära våglösningarna till två områden med långsamma respektive snabba vågor. De långsamma (snabba) strukturerna är associerade med täthets-kompressioner (förtunningar) och positiva (negativa) elektriska potentialer. De negativa potentialerna visas kunna accelerera elektroner i norrskensområdet (solens korona) till tiotals (hundratals) keV medan de positiva potentialerna accelererar solvindsjoner till hastigheter på 300–800 km/s. Strukturbredderna vinkelrät mot magnetfältet är i jordens magnetosfär (solens korona) av storleksordningen 1–100 km (m). Denna avhandling tar även upp en typ av inkoherent spridningsradarspektra, där jonlinjen uppvisar en spektralt uniform förstärkning. Detta innebär att den upp- och nedskiftade skuldran och spektralbandet däremellan förstärks simultant och i lika hög grad. Effektförstärkningen är en storleksordning över den termiska nivån och är ofta lokaliserad till ett höjd-intervall av mindre än 20 km nära jonosfärens F-skiktstopp. Observationerna beskrivs väl av en modell med solitära vågor som propagerar transversellt genom radarstrålen. Två fall av lokaliserade jonlinjeförstärkningar visas sammanfalla med att norrskensbågar driver genom radarstrålen. I samband med bågarnas passage uppmäts stora gradienter i jontemperatur, vilket visas skapa tillräckligt kraftiga hastighetsskjuvningar för att Kelvin-Helmholtz-instabiliteter ska tillåtas växa. De observerade jonlinjeförstärkningarna tolkas i skenet av den lågfrekventa turbulensen som är kopplad till dessa instabiliteter.