Monitoramento e mapeamento de bolhas de plasma ionosférico e conteúdo eletrônico total sobre o território brasileiro para pesquisas e aplicações

Resumo

A ionosfera terrestre em regiões tropicais, como é o caso do Brasil, não é bem comportada como em latitudes médias, pois apresenta grandes gradientes latitudinais de densidade eletrônica e do Conteúdo Eletrônico Total (CET) devido à presença da Anomalia Ionosférica Equatorial (EIA) e de irregularidades do plasma ionosférico (bolhas). O CET causa um retardo no sinal eletromagnético que atravessa a ionosfera. As irregularidades ionosféricas são geradas após o pôr do Sol no equador magnético devido às instabilidades do plasma (Rayleigh-Taylor RT) e quando sobem elas se evoluem ao longo das linhas de campo magnético atingindo cerca de 20o de latitude magnética ao norte e ao sul do equador. Estas irregularidades do plasma ionosférico causam cintilação de fase e de amplitude nos sinais eletromagnéticos que atravessam a ionosfera. A amplitude da cintilação do sinal por sua vez é maior em regiões onde o CET é maior, como por exemplo no picos da EIA (de Paula et al, 2003). A evolução não linear das instabilidades Rayleigh-Taylor (RT) gera um largo espectro de tamanhos de escala das irregularidades, os quais variam de poucos centímetros a vários quilômetros. Diferentes técnicas de sondagem com diferentes freqüências são utilizadas para se estudar as irregularidades do plasma pois cada tamanho de irregularidade é sensível a uma freqüência. O estabelecimento recente do Sistema Global de Posicionamento (GPS), que transmite nas freqüências L1 (1.575 GHz) e L2(1.227 GHz), forneceu uma nova técnica que pode ser utilizada para estudar as irregularidades ionosféricas de tamanho de escala de cerca de 400 m. Quando 2 receptores de GPS são instalados espaçados na direção leste-oeste magnética é possível determinar a velocidade zonal das irregularidades. No INPE o estudo das irregularidades ionosféricas utilizando GPS foi iniciado em 1997 em colaboração com a Universidade de Cornell e com suporte FAPESP, sendo que vários papers sobre este assunto foram publicados desde então. Em colaboração com o AFRL (Air Force Research Lab, Hanscom, Ma, EUA) receptores de GPS que medem o CET e o índice de cintilação S4 foram instalados em São Luís, MA, Cuiabá e Cachoeira Paulista, em 2003. Receptores Allen-Osborne (Ionospheric Calibrator) adquiridos pelo INPE com suporte FAPESP e estão adquirindo dados de CET desde 2001 em São José dos Campos e São Luís. Também dados de CET da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) do IBGE desde 1997 foram e continuam sendo disponibilizados ao INPE. Portanto um grande acervo de dados de cintilação ionosférica e de CET estão disponíveis ao nosso grupo no INPE. Através de técnicas computacionais avançadas como data mining e redes neurais se pretende estudar, mapear e fazer a predição de bolhas de plasma e CET ( Conteúdo Eletrônico Total ) sobre o território brasileiro. Através de data mining será possível identificar padrões de bolhas de plasma, gerar estatísticas e descobrir novas relações entre os parâmetros em análise como a potência do sinal do satélite, o índice de cintilação e o CET (Conteúdo Eletrônico Total). E através de redes neurais serão utilizados os dados de cintilação para o treinamento das redes e se tentar fazer a previsão de ocorrência de bolhas de plasma sobre as regiões brasileiras. Será elaborado um programa para cálculo do CET Vertical e o CET absoluto será calculado. Estes dados ficarão disponíveis na WEB e devem atender em princípio à comunidade científica, bem como para aplicações em navegação e posicionamento. Também é proposto fazer novas implementações para um banco de dados relacional e uma rede de receptores GPS que fornecem os dados para estudo e modelagem. Com a finalidade de aumentar a precisão e a resolução do mapeamento das bolhas de plasma sobre o território brasileiro será necessário adquirir três receptores GPS de dupla freqüência (1575,42 MHz na portadora L1 e 1227,60 MHz na portadora L2 ) que possibilitam a geração do CET e do índice S4 de cintilação.