Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2008. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 116-123).

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:35:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDITH LILIANA MACOTELA.pdf: 4190613 bytes, checksum: 95f5d6f4988fd94b74e81390b34799d8 (MD5) Previous issue date: 2015-03-09 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Earth-Low ionosphere system behaves as a waveguide for the propagation of radio waves of very low frequency (VLF). If in this system the electrical conductivity of its boundaries is perturbed, the propagation of the VLF waves will also be perturbed. There is a diversity of transient physical phenomena that are able to alter significantly the electrical conductivity of the lower ionosphere. The disturbance in this region is able to produce phase and amplitude variations with respect to a quiescent level of these waves. The aim of the present work is to study the response of the lower ionosphere to phenomena originated in the Earth, our solar system or even much farther away. For this purpose, VLF data obtained by SAVNET (South American VLF Network) during the solar cycle 24 was used. It was found that the correction by both the length of the path illuminated by the flare and the reference height coefficient allows normalizing the effect of ionospheric disturbances observed in the VLF phase signals that propagated along trajectories with a north-south or west-east direction, separately. The lower limit of detection for disturbances caused by the X-ray radiation excess is 1.8×10−9 Jm-2 and 2.6×10−7 Jm-2 for the nighttime and daytime lower ionosphere, respectively. Changes in the periodicities of the VLF signal, in the infrasonic band, were observed between 6 and 14 days prior to the seismic events, of magnitude 7, occurred in Haiti in 2010 and in Peru in 2011. Increases in the periodicities of the order of few minutes were observed when the shadow of the total solar eclipse of 2010 was moving on the Earth. Due to the solar eclipse the ionospheric reference height increased in ~3 km and the electron density decreased in 60 % of its quiescent level. Finally, it was found that the effective recombination coefficient, for 80 km height, was 1.1×10−5 cm-3s-1 during the time of the eclipse, which is an intermediate value between the diurnal and nocturnal conditions. / O sistema Terra-baixa ionosfera se comporta como um guia de onda para a propagação de ondas de rádio de frequências muito baixa (VLF). Se neste sistema a condutividade elétrica das fronteiras é perturbada, a propagação da onda é também perturbada. Existe uma variedade de fenômenos físicos transientes que alteram significativamente a condutividade elétrica da baixa ionosfera. Essas alterações são observadas como variações da fase e/ou amplitude com respeito ao nível quiescente. O presente trabalho tem como finalidade estudar a resposta da baixa ionosfera a fenômenos que produzidos na Terra, no sistema solar e até aqueles produzidos muito além do sistema solar. Com esse fim foram utilizados dados de VLF de fase e de amplitude fornecidos pela rede SAVNET (South America VLF NETwork) para o ciclo solar 24. Foi encontrado que a correção pelo fator de distância iluminada e o coeficiente de altura de referência permitem normalizar o efeito do distúrbio ionosférico a partir do sinal de VLF propagado em trajetos com direção de propagação norte-sul ou oeste-leste. O limiar de detecção das perturbações causadas pelo excesso na incidência dos raios-X é 1,8×10−9 Jm-2 para a ionosfera noturna e 2,6×10−7 Jm-2 para a ionosfera diurna. Perturbações ionosféricas observadas como alterações nos períodos do sinal de VLF, na faixa de infrassom, foram observadas entre 6 e 14 dias antes dos eventos sísmicos de magnitude 7 acontecidos no Haiti no ano 2010 e no Peru no ano 2011. Alterações nas periodicidades, da ordem de dezenas de minutos, foram observadas quando a sombra do eclipse solar total de 2010 se deslocava sobre a Terra. Devido ao eclipse, a altura de referência da ionosfera aumentou em ~3 km e a densidade eletrônica diminuiu em 60% com respeito do nível quiescente. Finalmente, foi encontrado que o coeficiente de recombinação efetiva, para o tempo do eclipse e para uma altura de 80 km, foi de 1,1×10−5 cm-3s-1, que é um valor intermediário entre as condições diurnas e noturnas.

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.