%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/04.20.19.52
%2 sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/04.20.19.52.36
%T Estudo de técnicas fractal e multifractal para análise de irregularidades na ionosfera equatorial
%J Study of fractal and multifractal techniques for analysis in equatorial ionosphere irregularities
%D 2016
%8 2016-05-13
%9 Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada)
%P 157
%A Fornari, Gabriel,
%E Chalhoub, Ezzat Selim (presidente),
%E Rosa, Reinaldo Roberto (orientador),
%E Meneses Junior, Francisco Carlos de (orientador),
%E Travelho, Jerônimo dos Santos,
%E Fernandes, Francisco Carlos Rocha,
%E González, Arian Ojeda,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K ionosfera equatorial, bolhas de plasma, medidas in situ, análise espectral, comportamento multifractal, equatorial ionosphere, plasma bubbles, in situ measurements, spectral analysis, multifractal behaviour.
%X O estudo das irregularidades do plasma ionosférico avançou significativamente nas últimas décadas, devido ao esforço combinado envolvendo simulação computacional, técnicas de sondagem remota e medidas in situ utilizando instrumentos a bordo de foguetes e satélites. Modelos relacionados ao mecanismo de instabilidade de Rayleigh-Taylor procuram explicar o aparecimento e evolução de um tipo de irregularidade, conhecida como ${"}$bolha de plasma${"}$, que surge a partir de perturbações na base da região F e evolui em direção ao topo da ionosfera noturna com diferentes tamanhos de escala. O entendimento sobre a relação entre irregularidades de diferentes escalas advém, principalmente, da análise da inclinação do ajuste linear de intervalos de frequência do espectro de potência de Fourier obtidos para séries temporais extraídas de medidas de parâmetros do plasma ionosférico. Alguns autores acreditam que as variações observadas no padrão dessas inclinações seriam decorrentes de um efeito tipo cascata direta, onde irregularidades maiores dão origem a menores. Seja pela limitação dos dados disponíveis ou das técnicas utilizadas em diversos estudos, esse problema segue em aberto. O presente trabalho se propõe a realizar uma análise espectral de medidas in situ de flutuações de densidade eletrônica e campo elétrico da ionosfera equatorial na presença de bolhas de plasma, obtidas a partir de instrumentos a bordo de um foguete de sondagem, utilizando as técnicas de DFA e MF-DFA, para a seguir comparar os resultados da primeira com seus respectivos espectros de Fourier. O primeiro método permite a análise de séries temporais não estacionárias, enquanto o segundo pode revelar o comportamento multifractal de sinais. Devido a limitações intrínsecas dos dados, um estudo computacional comparativo dos métodos com foco na sua eficácia é também realizado usando séries temporais geradas por modelos. Os resultados revelam um comportamento similar entre o espectro de potência e o DFA, sendo que diferentes índices espectrais, obtidos através do coeficiente angular de ajustes lineares, são exibidos por ambas as técnicas. No caso do MF-DFA, nenhum comportamento multifractal em dados de flutuação de densidade eletrônica é encontrado. Por outro lado, os dados de flutuação de campo elétrico exibem comportamentos multifractais cuja amplitude espectral é 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.
%@language pt
%3 publicacao.pdf