@MastersThesis{Fornari:2016:EsTéFr,
author = "Fornari, Gabriel",
title = "Estudo de t{\'e}cnicas fractal e multifractal para an{\'a}lise
de irregularidades na ionosfera equatorial",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2016",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-05-13",
keywords = "ionosfera equatorial, bolhas de plasma, medidas in situ,
an{\'a}lise espectral, comportamento multifractal, equatorial
ionosphere, plasma bubbles, in situ measurements, spectral
analysis, multifractal behaviour.",
abstract = "O estudo das irregularidades do plasma ionosf{\'e}rico
avan{\c{c}}ou significativamente nas {\'u}ltimas d{\'e}cadas,
devido ao esfor{\c{c}}o combinado envolvendo
simula{\c{c}}{\~a}o computacional, t{\'e}cnicas de sondagem
remota e medidas in situ utilizando instrumentos a bordo de
foguetes e sat{\'e}lites. Modelos relacionados ao mecanismo de
instabilidade de Rayleigh-Taylor procuram explicar o aparecimento
e evolu{\c{c}}{\~a}o de um tipo de irregularidade, conhecida
como \${{"}}\$bolha de plasma\${{"}}\$, que surge a partir de
perturba{\c{c}}{\~o}es na base da regi{\~a}o F e evolui em
dire{\c{c}}{\~a}o ao topo da ionosfera noturna com diferentes
tamanhos de escala. O entendimento sobre a rela{\c{c}}{\~a}o
entre irregularidades de diferentes escalas adv{\'e}m,
principalmente, da an{\'a}lise da inclina{\c{c}}{\~a}o do
ajuste linear de intervalos de frequ{\^e}ncia do espectro de
pot{\^e}ncia de Fourier obtidos para s{\'e}ries temporais
extra{\'{\i}}das de medidas de par{\^a}metros do plasma
ionosf{\'e}rico. Alguns autores acreditam que as
varia{\c{c}}{\~o}es observadas no padr{\~a}o dessas
inclina{\c{c}}{\~o}es seriam decorrentes de um efeito tipo
cascata direta, onde irregularidades maiores d{\~a}o origem a
menores. Seja pela limita{\c{c}}{\~a}o dos dados
dispon{\'{\i}}veis ou das t{\'e}cnicas utilizadas em diversos
estudos, esse problema segue em aberto. O presente trabalho se
prop{\~o}e a realizar uma an{\'a}lise espectral de medidas in
situ de flutua{\c{c}}{\~o}es de densidade eletr{\^o}nica e
campo el{\'e}trico da ionosfera equatorial na presen{\c{c}}a de
bolhas de plasma, obtidas a partir de instrumentos a bordo de um
foguete de sondagem, utilizando as t{\'e}cnicas de DFA e MF-DFA,
para a seguir comparar os resultados da primeira com seus
respectivos espectros de Fourier. O primeiro m{\'e}todo permite a
an{\'a}lise de s{\'e}ries temporais n{\~a}o estacion{\'a}rias,
enquanto o segundo pode revelar o comportamento multifractal de
sinais. Devido a limita{\c{c}}{\~o}es intr{\'{\i}}nsecas dos
dados, um estudo computacional comparativo dos m{\'e}todos com
foco na sua efic{\'a}cia {\'e} tamb{\'e}m realizado usando
s{\'e}ries temporais geradas por modelos. Os resultados revelam
um comportamento similar entre o espectro de pot{\^e}ncia e o
DFA, sendo que diferentes {\'{\i}}ndices espectrais, obtidos
atrav{\'e}s do coeficiente angular de ajustes lineares, s{\~a}o
exibidos por ambas as t{\'e}cnicas. No caso do MF-DFA, nenhum
comportamento multifractal em dados de flutua{\c{c}}{\~a}o de
densidade eletr{\^o}nica {\'e} encontrado. Por outro lado, os
dados de flutua{\c{c}}{\~a}o de campo el{\'e}trico exibem
comportamentos multifractais cuja amplitude espectral {\'e}
suficientemente grande para garantir a confiabilidade dos
resultados. ABSTRACT: The study of ionospheric plasma
irregularities advanced significantly in recent decades, due to a
combined effort involving computer simulation, remote sensing
techniques and in situ measurements using instruments aboard
rockets and satellites. Models related to Rayleigh-Taylor
instability mechanism seek to explain the appearance and evolution
of a kind of irregularity known as \${{"}}\$plasma
bubble\${{"}}\$, which arises from disturbances on the basis of
the F region and evolves toward the top of the nocturnal
ionosphere with different scale sizes. The understanding of the
relationship between different scales of irregularities comes
mainly from the analysis of the slope of frequency ranges of
Fourier power spectrum obtained from extracted time series of
measurements of ionospheric plasma parameters. Some authors
believe that the observed variations in the pattern of these
slopes are derived from a direct cascade effect, where major
irregularities give rise to smaller ones. Maybe due to the limited
data available or the techniques used in the studies, this problem
is still open. This study aims to perform a spectral analysis of
electron density and electric field fluctuations of in situ
measurements of equatorial ionosphere in the presence of plasma
bubbles, obtained from instruments aboard a sounding rocket, using
the techniques of DFA and MF-DFA, and to compare the results of
the first with respective Fourier spectrums. The first method
allows for the analysis of nonstationary time series, whereas the
latter can reveal multifractal behavior in signals. Due to
inherent limitations of the data, a comparative computational
study of the methods focusing on their effectiveness is also
performed using model-based time series. The results show a
similar behavior between the power spectrum and DFA, and different
spectral indices, obtained through the angular coefficient of
linear fits, are revealed by both techniques. In the case of
MF-DFA, no multifractal behavior in the electron density
fluctuation data is found. On the other hand, the electric field
fluctuation data exhibit behaviors multifractal the spectral
amplitude is large enough to ensure reliability of results.",
committee = "Chalhoub, Ezzat Selim (presidente) and Rosa, Reinaldo Roberto
(orientador) and Meneses Junior, Francisco Carlos de (orientador)
and Travelho, Jer{\^o}nimo dos Santos and Fernandes, Francisco
Carlos Rocha and Gonz{\'a}lez, Arian Ojeda",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of fractal and multifractal techniques for analysis in
equatorial ionosphere irregularities",
language = "pt",
pages = "157",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3LHFT8S",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3LHFT8S",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}