SoruĢturma Ġzni Verme Süres

A cintila¸c˜ao ionosf´erica ´e uma r´apida mudan¸ca na fase e/ou amplitude de um sinal de r´adio `a medida em que se propaga por irregularidades (rarefa¸c˜oes do plasma) na densidade do plasma ionosf´erico (CONKER et al., 2003): tal fenˆomeno causa atenua¸c˜ao na amplitude e deslocamentos na fase dos sinais GNSS ao passarem pela ionosfera (SKONE et al., 2005), efeitos que podem degradar o posicionamento GNSS, j´a que afetam diretamente os sinais. As irregularidades da ionosfera que causam cintila¸c˜oes (tamb´em denominadas de bo- lhas ionosf´ericas) podem variar significativamente em extens˜ao e velocidade de desloca- mento. Rezende et al. (2007) apresenta estimativas da dimens˜ao das irregularidades na regi˜ao equatorial brasileira, as quais podem chegar a cerca de 480 km na dire¸c˜ao Leste- Oeste, podendo alcan¸car uma altura plena de cerca de 1400 km. Outra caracter´ıstica destacada s˜ao as velocidades zonais (leste-oeste) com que estas se deslocam, as quais po- dem alcan¸car 50 a 150 m/s, formando “manchas” de irregularidades. As irregularidades de grande escala contˆem irregularidades de pequena escala (aproximadamente 400 m), as quais causam cintila¸c˜oes; em alguns casos, estas pequenas irregularidades apresentam um aspecto intermitente conforme o sinal de um sat´elite se propaga pelas mesmas (REZENDE et al., 2007; WALTER et al., 2010). Uma esquematiza¸c˜ao ´e apresentada na Figura 10.

Pode-se observar, de acordo com o esquema apresentado na Figura 10, que, em certo instante, alguns sat´elites s˜ao mais afetados em rela¸c˜ao a outros. As irregularidades de larga escala, como a que afeta o sat´elite de n´umero 14, podem causar a perda de contato no rastreio do sat´elite. Irregularidades de pequena escala, como a que afeta o sat´elite n´u- mero 6, podem afetar a integridade do sinal, acarretando em erros nas medidas (WALTER et al., 2010). Num caso extremo, se n˜ao houver sat´elites dispon´ıveis, ocorre a perda do servi¸co de posicionamento (CONKER et al., 2003). Destaca-se que cintila¸c˜oes freq¨uentes e altas taxas de altera¸c˜ao na densidade de el´etrons podem causar a perda de sintonia tanto

Figura 10: Esquematiza¸c˜ao da cintila¸c˜ao nos sinais GNSS. Adaptado de Walter et al. (2010).

em receptores de simples, quanto em receptores de dupla frequˆencia (DATTA-BARUA et al., 2003). Para o caso do GPS e sua nova frequˆencia de transmiss˜ao (L5), tamb´em foram observadas perdas de sintonia nas esta¸c˜oes de monitoramento da Rede CIGALA/CALI- BRA.

As cintila¸c˜oes de amplitude e de fase tˆem comportamento espec´ıfico e podem ser relacionadas de regi˜ao para regi˜ao. Assim como o TEC, os efeitos variam de acordo com a frequˆencia do sinal, localiza¸c˜ao geogr´afica, hor´ario local, esta¸c˜ao do ano, atividade magn´etica e ciclos solares. Observa-se que as cintila¸c˜oes ionosf´ericas mais significativas ocorrem nas regi˜oes de proximidades de at´e 10o

a 20o

do equador geomagn´etico. Tamb´em s˜ao freq¨uentes nas regi˜oes de aurora (latitudes geomagn´eticas entre 65 e 75o

) e polares (latitudes geomagn´eticas maiores que 75o

) (WALTER et al., 2010). Destaca-se que em todas as regi˜oes os efeitos s˜ao mais significativos na ocorrˆencia de atividades solares mais intensas, e que a maioria das cintila¸c˜oes ocorre durante algumas horas ap´os o pˆor-do-sol durante os picos dos ciclos solares. Em per´ıodos de atividades solares mais baixas, o mesmo comportamento ´e esperado, mas com menor intensidade.

A Figura 11 apresenta a frequˆencia de ocorrˆencia da cintila¸c˜ao de acordo com a loca- liza¸c˜ao geogr´afica a n´ıvel global.

Observa-se duas regi˜oes mais afetadas (em vermelho) – localizadas aproximadamente entre 10o

a 20o

Figura 11: Frequˆencia de ocorrˆencia de cintila¸c˜ao de acordo com a localiza¸c˜ao geogr´afica. Adaptada de Kintner Jr., Humphreys e Hinks (2009).

anomalia equatorial. Observa-se que entre estas regi˜oes h´a uma faixa estreita com menor frequˆencia de ocorrˆencia; nesta regi˜ao encontra-se o equador geomagn´etico. Os efeitos s˜ao mais significativos na regi˜ao da anomalia equatorial em rela¸c˜ao `a regi˜ao do equador geomagn´etico devido `a ionosfera equatorial. Na ionosfera equatorial, a combina¸c˜ao dos campos el´etrico e magn´etico sobre a Terra causa o transporte de el´etrons verticalmente, os quais s˜ao difundidos para o Norte e para o Sul. Isso faz com que a ioniza¸c˜ao seja reduzida no equador geomagn´etico e incrementada na anomalia equatorial (WALTER et al., 2010). Conforme j´a mencionado, a regi˜ao de maior preocupa¸c˜ao est´a localizada na regi˜ao da anomalia equatorial. Nesta regi˜ao, a cintila¸c˜ao ocorre com mais frequˆencia ap´os o pˆor-do-sol, podendo persistir por v´arias horas. Ao longo da noite, a cintila¸c˜ao diminui lentamente, mas picos espor´adicos ainda podem ocorrer. Nestas regi˜oes, ´e poss´ıvel obser- var que as flutua¸c˜oes de fase mais r´apidas s˜ao geralmente associadas com as degrada¸c˜oes mais significativas do sinal (WALTER et al., 2010). Logo, pode-se observar que h´a certa correla¸c˜ao entre as cintila¸c˜oes de amplitude e de fase.

Em regi˜oes de altas latitudes, a ionosfera ´e caracterizada por intera¸c˜oes entre o campo magn´etico da Terra com ventos solares e com o campo magn´etico interplanet´ario. No pe- r´ıodo noturno, nas regi˜oes polares (mais de 75o

de latitude geomagn´etica), part´ıculas energ´eticas aprisionadas nas linhas de campo magn´etico terrestre s˜ao precipitadas, for- mando um anel de intensa atividade ionosf´erica, o qual acarreta em cintila¸c˜oes. Este anel ´e denominado oval auroral. A Figura 12 apresenta o esquema do anel auroral sobre a

Am´erica do Norte. Em regi˜oes de altas latitudes, como o Canad´a, estes efeitos persistem mesmo em per´ıodos de baixa atividade solar, j´a que a cintila¸c˜ao est´a associada `a forte aurora (SKONE et al., 2005; WALTER et al., 2010). Nestas regi˜oes, a fotoioniza¸c˜ao ´e menor se comparada `as regi˜oes equatoriais, fazendo com que as cintila¸c˜oes sejam tamb´em menos significativas se comparadas com a regi˜ao equatorial. No entanto, as irregularida- des se movem at´e dez vezes mais rapidamente. Estas irregularidades s˜ao maiores e podem causar significativas cintila¸c˜oes de fase (WALTER et al., 2010).

Figura 12: Oval auroral sobre a Am´erica do Norte. Fonte: Skone e Hoyle (2005).

Em regi˜oes de m´edias latitudes, como os Estados Unidos, os efeitos n˜ao s˜ao t˜ao sig- nificativos. No entanto, na ocorrˆencia de tempestades geomagn´eticas, a ionosfera destas regi˜oes pode sofrer dist´urbios causando cintila¸c˜oes nos sinais GNSS. Com as tempestades, o oval auroral se estende na dire¸c˜ao do equador, levando os efeitos de cintila¸c˜ao desta regi˜ao at´e as regi˜oes de m´edias latitudes (CONKER et al., 2003; WALTER et al., 2010).