@MastersThesis{Gift:2021:StMaUs,
author = "Gift, Nwankwo Onyinye",
title = "Study of the maximum usable frequency during the Saint Patrick's
Day geomagnetic storm at the brazilian sector",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2021",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2021-06-04",
keywords = "ionosphere, ionospheric parameters, geomagnetic disturbances,
radio communication, Maximum Usable Frequency (MUF), ionosfera,
par{\^a}metros ionosf{\'e}ricos, perturba{\c{c}}{\~o}es
geomagn{\'e}ticas, comunica{\c{c}}{\~a}o via r{\'a}dio,
Frequ{\^e}ncia M{\'a}xima Utiliz{\'a}vel (MUF).",
abstract = "This work presents a study of the Maximum Usable Frequency, MUF,
variation during the first super geomagnetic storm of solar cycle
24, on March 17th, 2015, referred to as Saint Patricks Day Storm.
For this purpose, ionospheric parameters such as the plasma
critical frequency, foF2, the F-layers virtual and peak heights,
hF and hmF2, respectively, and the Maximum Usable Frequency, MUF
extracted from Digisondes were analyzed. Ionospheric data were
taken from ground-based Digisondes installed at two representative
regions in Brazil: equatorial region, over S{\~a}o Luis, MA
(2.5oS, 44.3oW, dip angle 5oS) and the low-latitude region around
the southern crest of EIA, at Campo Grande, MT (20.44oS, 54.65oW,
dip angle 22.3oS). The ionospheric parameter MUF is of great
importance for HF radio communication, and strongly depends on the
ionospheric plasma density, NmF2, which is related to plasma
critical frequency, foF2, analyzed in this work. Under this point
of view, the spatial and temporal variations in the electron
density of the ionosphere are of paramount importance in
determining the frequencies available for propagation in
point-to-point communications. It was observed that MUF at
equatorial region increased over its mean five quietest days
reference, during the whole disturbed interval and for several
days, while at the southern crest of EIA, the deviation was not so
significant. On the other hand, during the main phase of the
storm, on 17th March 2015, two remarkable depletions were
observed, associated with the F-layer peak height uplifts caused
by Prompt Penetration Electric Fields (PPEFs). In this way, the
MUFs deviations during PPEF intervals as well as the maximum
deviation in each phase of the geomagnetic storm (initial, main,
and recovery phase) were evaluated. Additionally, it was noted
that the MUF decreases when the height of the F region increases
during the disturbed time. In conclusion, the research work showed
that geomagnetic storms can severely impact the F-region heights
and plasma densities, as well as the MUF available for
communications in some periods of the storm. This research can
contribute to a better understanding of the influence of
geomagnetic storms on radio communication and could be useful to
improve prediction models used by Space Weather monitoring and
warning centers. RESUMO: Este trabalho apresenta um estudo da
varia{\c{c}}{\~a}o da M{\'a}xima Frequ{\^e}ncia
Utiliz{\'a}vel, MUF, durante a primeira tempestade
geomagn{\'e}tica intensa do ciclo solar 24, em 17 de mar{\c{c}}o
de 2015, conhecida como Tempestade do Dia de Saint Patrick. Para
este prop{\'o}sito, foram analisados os seguintes par{\^a}metros
ionosf{\'e}ricos: a frequ{\^e}ncia critica do plasma, foF2, a
altura virtual e a altura do pico de densidade da regi{\~a}o F,
hF, e hmF2, respectivamente, e a m{\'a}xima frequ{\^e}ncia
utiliz{\'a}vel, MUF, todos fornecidos por Digisondas. Os
par{\^a}metros ionosf{\'e}ricos foram registrados por
instrumentos instalados em duas regi{\~o}es representativas no
Brasil: na regi{\~a}o equatorial, em S{\~a}o Lu{\'{\i}}s, MA
(2.5oS, 44.3oW, dip angle 5oS) e na regi{\~a}o de baixa latitude
nas proximidades da crista sul da Anomalia Equatorial da
Ioniza{\c{c}}{\~a}o, AEI, em Campo Grande, MT (20.44oS, 54.65oW,
dip angle 22.3oS). O par{\^a}metro ionosf{\'e}rico MUF {\'e} de
grande import{\^a}ncia para a {\'a}rea de r{\'a}dio
comunica{\c{c}}{\~a}o em alta frequ{\^e}ncia (HF) e depende
fortemente da densidade do plasma ionosf{\'e}rico, NmF2, que
est{\'a} relacionada {\`a} frequ{\^e}ncia cr{\'{\i}}tica de
plasma, foF2. Sob este ponto de vista, as varia{\c{c}}{\~o}es
temporais e espaciais na densidade do plasma ionosf{\'e}rico
s{\~a}o de extrema import{\^a}ncia na determina{\c{c}}{\~a}o
das frequ{\^e}ncias dispon{\'{\i}}veis {\`a}
comunica{\c{c}}{\~a}o ponto a ponto. Observou-se que a MUF na
regi{\~a}o equatorial se intensificou em compara{\c{c}}{\~a}o
com o valor m{\'e}dio dos cinco dias mais calmos, 5QD, durante o
per{\'{\i}}odo geomagneticamente perturbado, enquanto tal
varia{\c{c}}{\~a}o n{\~a}o foi t{\~a}o significante nas
proximidades da crista sul da anomalia equatorial da
ioniza{\c{c}}{\~a}o. Por outro lado, durante a fase principal da
tempestade geomagn{\'e}tica, no dia 17 de mar{\c{c}}o de 2015,
foram observadas redu{\c{c}}{\~o}es significantes no MUF,
associadas com a eleva{\c{c}}{\~a}o da altura da camada F em
dois intervalos, causadas pela a{\c{c}}{\~a}o de campos
el{\'e}tricos de penetra{\c{c}}{\~a}o, PPEFs. Deste modo, os
desvios percentuais da MUF durante estes intervalos foram
determinados, bem como os desvios m{\'a}ximos percentuais em cada
fase da tempestade: inicial, principal e de
recupera{\c{c}}{\~a}o. Al{\'e}m disso, notou-se que a MUF
diminuiu quando a altura da regi{\~a}o F aumentou durante o
per{\'{\i}}odo perturbado pela tempestade. Em conclus{\~a}o,
neste trabalho de pesquisa foi observado que tempestades
geomagn{\'e}ticas podem afetar consideravelmente as alturas e as
densidades do plasma ionosf{\'e}rico, alterando as M{\'a}ximas
Frequ{\^e}ncias Utiliz{\'a}veis dispon{\'{\i}}veis para
r{\'a}dio comunica{\c{c}}{\~o}es em determinados
per{\'{\i}}odos. Este trabalho de pesquisa pode contribuir para
um melhor entendimento da influ{\^e}ncia das tempestades
geomagn{\'e}ticas nas r{\'a}dios comunica{\c{c}}{\~o}es e para
melhorar modelos de previs{\~a}o utilizados por programas de
monitoramento e alerta de Clima Espacial.",
committee = "Silva, Marlos Rockenbach da (presidente) and C{\^a}ndido,
Cl{\'a}udia Maria Nicoli (orientadora) and Guedes, F{\'a}bio
Becker (orientador) and Souza, Jonas Rodrigues de and Borges,
Renato Alves",
englishtitle = "Estudo da frequ{\^e}ncia m{\'a}xima utiliz{\'a}vel durante a
tempestade geomagn{\'e}tica do dia de S{\~a}o Patrick no setor
brasileiro",
language = "en",
pages = "78",
ibi = "8JMKD3MGP3W34T/44UM49L",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/44UM49L",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "03 maio 2024"
}