HORSESHOE ISLAND (ANTARCTICA) IONOSPHERIC THICKNESS ESTIMATION USING GNSS DATA AND NEQUICK2 MODEL

Abstract

Ionospheric plate thickness is the ratio of total electron content (TEC) to F2 layer peak electron density (NmF2) and is an important parameter representing the ionosphere. The data used in this study were obtained for Horseshoe Island at 67°49' 54.3747" S latitude, 67°14' 17.0298" W longitude. Data of TEC and critical frequency of the F2-region (foF2) from the TUR 1 GNSS receiver and the Global Ionosphere Radio Observatory (GIRO). The change in ionospheric plate thickness was calculated using. However, it was compared using the NeQuick2 model. In the study, it was determined that on selected days in December 2021, the solar cycle was at its minimum, the Kp index used to characterize the magnitude of geomagnetic storms was 4, and the Dst index was less than -30 nT. However, the monthly average F10.7 cm observed flux for December 2021 was calculated as 102.94 sfu. However, on December 27, 2021, the AE index was found to be greater than 500 nT. It has been observed that this situation is effective in the change in ionospheric plate thickness. Our preliminary findings will provide a basis for future predictions of climate change and space weather at Horseshoe Island.

Keywords

• Antarctic
• Total Electron Content
• Ionosphere
• Plate Thickness
• Solar Activity

GNSS VERİLERİ VE NEQUICK2 MODELİ KULLANILARAK HORSESHOE ADASI (ANTARKTİKA) İYONOSFERİK LEVHA KALINLIĞI TAHMİNİ

Abstract

İyonosferik levha kalınlığı, toplam elektron içeriği (TEC) F2 katmanı tepe elektron yoğunluğuna (NmF2) oranıdır ve iyonosferi temsil eden önemli bir parametredir. Bu çalışmada kullanılan veriler 67° 49' 54,3747" Güney enlemi, 67° 14' 17,0298" Batı boylamı Horseshoe Adası için elde edilmiştir TUR 1 GNSS alıcısından ve Küresel İyonosfer Radyo Gözlemevinden (GIRO) alınan TEC ve F2-bölgesinin kritik frekansının (foF2) verileri kullanılarak iyonosferik levha kalınlığındaki değişim hesaplanmıştır. Bununla birlikte NeQuick2 modeli kullanılarak ile karşılaştırılmıştır. Çalışmada, Aralık 2021'de seçili günlerde Güneş çevriminin minimum, jeomanyetik fırtınaların büyüklüğünü karakterize etmek için kullanılan Kp indeksinin 4 değerinde ve Dst indeksinin ise -30 nT’den küçük değerde olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, 2021 yılı aralık ayına aylık ortalama F10,7 cm gözlemlenen akı 102,94 sfu olarak hesaplanmıştır. Ancak, 27 Aralık 2021 tarihinde AE indeksinin 500 nT ‘den büyük olduğu tespit edilmiştir. Bu durumun iyonosferik levha kalınlığı değişimininde etkili olduğu gözlemlenmiştir. Ön bulgularımız Horseshoe Adası'nda gelecekte yapılacak iklim değişikliği ve uzay havası tahminlerinde için bir temel oluşturacaktır.

Keywords

• Antarktika
• Toplam Elektron İçeriği
• İyonosfer
• Levha Kalınlığı
• Güneş Aktivitesi

References

1. Canyılmaz, M., Akdoğan, T., ve Güzel, E. (2016). Ölçülen ve IRI Modeli ile Elde Edilen İyonküre Kritik Frekansının (foF2) Karşılaştırılması. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 5(1).)
2. Dabbakuti, J. K., ve Ratnam, D. V. (2016). Characterization of ionospheric variability in TEC using EOF and wavelets over low-latitude GNSS stations. Advances in Space Research, 57(12), 2427-2443
3. Huang, H., Liu, L., Chen, Y., Le, H., Wan, W. (2016), A global picture of ionospheric slab thickness derived from GIM TEC and COSMIC radio occultation observations, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 867– 880, doi:10.1002/2015JA021964.
4. Jin, S., Cho, J. H., ve Park, J. U. (2007). Ionospheric slab thickness and its seasonal variations observed by GPS. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 69(15), 1864-1870.
5. Kucuk, F. A., vd., (2022). Estimating Ionospheric Slab Thickness for the One Month Period of December 2021 in Horseshoe Island, western Antarctica (Özet). ATMOS 22, İTÜ, İstanbul. Erişim adresi: https://www.atmosfer.itu.edu.tr/atmos2022/abstracts/).
6. Liu, J. Y., Lin, C. H., Chen, Y. I., Lin, Y. C., Fang, T. W., Chen, C. H., Chen, Y. C., and Hwang, J. J. (2006), Solar flare signatures of the ionospheric GPS total electron content, J. Geophys. Res., 111, A05308, doi:10.1029/2005JA011306.
7. Nava, B., Radicella, S. M. ve Azpilicueta, F. (2011). Data ingestion into NeQuick 2. Radio Science, 46(06), 1-8.
8. Nava, B., Radicella, S. M., Leitinger, R., ve Coïsson, P. (2006). A near-real-time model-assisted ionosphere electron density retrieval method. Radio Science, 41(06), 1-8.

9. Osanyin, T. O., Candido, C. M. N., Becker-Guedes, F., Migoya-Orue, Y., Habarulema, J. B., Obafaye, A. A., ... ve Moraes-Santos, S. P. (2023). Performance of a locally adapted NeQuick-2 model during high solar activity over the Brazilian equatorial and low-latitude region. Advances in Space Research, 72(12), 5520-5538.
10. Pignalberi, A., Pietrella, M., Pezzopane, M. et al. The Ionospheric Equivalent Slab Thickness: A Review Supported by a Global Climatological Study Over Two Solar Cycles. Space Sci Rev 218, 37 (2022). https://doi.org/10.1007/s11214-022-00909-z
11. riyadarshi, S., Zhang, Q. H. ve Wang, Y. (2021). Geomagnetic storm-time scintillation study in Antarctica-A comparison of model and observation. Polar Science, 28, 100634.
12. Reinisch, B.W., Galkin, I.A. Global Ionospheric Radio Observatory (GIRO). Earth Planet Sp 63, 377–381 (2011). https://doi.org/10.5047/eps.2011.03.001
13. Selbesoğlu, M. O., Yavaşoğlu, H. H., Karabulut, M. F., Yavaşoğlu, H. A., Ozcan, H. G., Oktar, Ö., Özsoy, B., Karaman, H. , Kamaşak, M. E. ve Gülal, V. E. (2021). Antarktika'da Küresel İklim Değişikliği İzleme için GNSS İstasyon Tasarımı: TUR1 ve TUR2 GNSS İstasyonlarının 4. Ulusal Antarktika Bilim Seferi’nde Antarktika Horseshoe Adası'na Kurulumu . Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21 (6), 1353-1365. DOI: 10.35414/akufemubid.946282
14. Şentürk, E. (2021). Küresel İyonosfer Haritalarının Türkiye’deki Performansının GNSS Verileriyle İstatistiksel Olarak İncelenmesi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, 23(67), 247-255. https://doi.org/10.21205/deufmd.2021236721)
15. Titheridge, J. E. "The slab thickness of the mid-latitude ionosphere." Planetary and Space Science 21.10 (1973): 1775-1793.
16. Usoskin, I.G. A history of solar activity over millennia. Living Rev Sol Phys 14, 3 (2017). https://doi.org/10.1007/s41116-017-0006-9
17. Web 1: Zhivetiev,I., https://github.com/gnss-lab/gnss-tec, 2019.
18. Web 2: www.spaceweatherlive.com