بررسی تغییرات روزانه و فصلی محتوای کلی الکترون یون‌سپهر و ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهری در منطقه تهران و مقایسه آن با مدل یون‌سپهری IRI-2007

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران،‌ ‌ایران

چکیده

ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهر (یونسفر) اطلاعات مفیدی درارتباط با بادهای نصف‌النهاری که در یون‌سپهر و گرم‌سپهر (ترموسفر) می‌وزند به دست می‌دهد. همچنین این عامل در اجرای مدل‌های گردش کلی گرم‌سپهر (thermospheric general circulation models) از پارامترهای اساسی است. به‌علاوه بر‌هم‌کنش بین یک سیگنال رادیویی و ذرات باردار در محیط یون‌سپهر می‌تواند منجر به تغییر قابل توجهی در دامنه، فاز، قطبش و چرخش فاراده در سیگنال حامل شود که مقادیر این تغییرات تابعی از محتوای الکترون کلی یون‌سپهر است. در این پژوهش ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهری در منطقه تهران از تابستان 1385 تا تابستان 1386 مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین محتوای کلی الکترون یون‌سپهر در چهار روز از فصل‌های متفاوت سال محاسبه می‌شود. به‌علاوه مقادیرخروجی حاصل از پیش‌بینی ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهری و محتوای کلی الکترون یون‌سپهر در بازه زمانی مشابه توسط مدل IRI-2007، با مقادیر حاصل از محاسبات در ایستگاه یون‌سپهر موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران مورد مقایسه قرار می گیرد. در اجرای مدل IRI-2007 فقط ا زیر‌روال CCIR در پیش‌بینی ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهر مورد استفاده قرار گرفته است. محاسبه‌ها نشان می‌دهند که مقادیر ارتفاع بیشینه لایه F2 محاسبه شده از رابطه شیمازاکی مقادیر بیشتری نسبت به رابطه بیلیتزا در هنگام روزنتیجه می‌‌دهد، درحالی‌که مقادیر ارتفاع بیشینه لایه F2 یون‌سپهری محاسبه شده از این دو رابطه، در ساعت‌های شب مقادیر یکسانی دارند. همچنین  نتایج روشن می‌سازد که حدود دوسوم از محتوای کلی الکترون یون‌سپهر در بخش بالایی یون‌سپهر و حدود یک‌‌سوم باقی‌مانده از محتوای کلی الکترون یون‌سپهر در بخش پایینی یون‌سپهر واقع شده است و تغییرات محتوای کلی الکترون یون‌سپهر در ساعت‌های روز نوسان شدیدی را نشان می‌‌دهد، درحالی‌که در ساعت‌های شب تغییرات کمی را شاهد هستیم.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Diurnal and seasonal variation of the total electron content and peak height of the F2-ionospheric layer (hmF2) over the Tehran area and comparisons with IRI-2007 model predictions

نویسندگان [English]

  • Sarmad Ghader
  • Khalil Karami
  • Ahmad Raeen
چکیده [English]

To understand the physics of the F2 ionospheric layer and for ionospheric radio-wave propagation studies, accurate values of the peak height of the F2 ionospheric layer (hmF2) are needed. The peak height of the F2 ionospheric layer is the most important parameter after peak density in high frequency (HF) propagation prediction. Diurnal variation of hmF2 is controlled by solar radiation and thermospheric winds. Thermospheric winds cause pressures that change the ionosphere at different altitudes. Therefore, hmF2 is a key parameter in studying ionospheric dynamics. In addition, the interaction between radio waves and charged particles of ionospheric plasma can cause significant changes in the phase, amplitude and polarization of navigation signals. All of these changes depend on the value of the total electron content (TEC) in the ionosphere.
Data measured by IPS-71 at the ionospheric station at the Institute of Geophysicsof the University of Tehran from July 2006 to June 2007 were used to perform the calculations. As the real height is difficult to acquire directly from ionograms, the Shimazaki and Bilitza formulations are used to calculate the peak height of the F2 ionospheric layer for the period from July 2006 to June 2007.
The most commonly employed mathematical function that depicts the electron density profile in the ionosphere is the Chapman function. In this work, we have used the method presented by Ezquer et.al (1992), in which two Chapman profile expressions are utilized for topside ionosphere and bottomside ionosphere, to obtain TEC from ionograms.
Furthermore, in the present work, the international reference ionosphere (IRI-2007) model with CCIR coefficients was used to predict the peak height of the F2 ionospheric layer and the TEC for the period from July 2006 to June 2007. The IRI-2007 model is an empirical models that is widely used to show ionospheric changes. The IRI model is a standard model of the ionosphere supported by the Committee on Space Research (COSPAR) and International Union of Radio Science (URSI). The IRI model has many practical applications in High Frequency (HF) predictions. The IRI model is based on a mathematical description of the ionosphere as a function of location, time, altitude, solar activity and geomagnetic activity. It has two options for the prediction of the F2, F1 and E layer critical frequencies (CCIR and URSI coefficients).
The integration of two Chapman profiles shows that almost 2/3 of the TEC of the ionosphere is in the topside ionosphere and almost 1/3 is in the bottomside of ionosphere. Additionally, the daytime values of the TEC show intense fluctuation, while they becomes smoother in the nighttime. Furthermore, during the daytime values of hmF2 computed by the Bilitza method are lower than those calculated by the Shimazaki method. However, during the nighttime the values of hmF2 computed by Bilitza method are the as same as those computed with Shimazaki method. In addition, our study shows that around midnight, the values of hmF2 are greater than those of the daytime. Conversely, there is a downward shift in the F2 peak near sunrise. From morning to afternoon, the hmF2 increases again. In the evening an upward drift of the F2-peak is clear.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ionosphere
  • Total electron content
  • peak of the F2 ionospheric layer
  • ionospheric modeling
  • ionospheric prediction