Towards forecasting and mitigating ionospheric scintillation effects on GNSS

The effect of the ionosphere on the signals of Global Navigation Satellite Systems (GNSS), such as the Global Positionig System (GPS) and the proposed European Galileo, is dependent on the ionospheric electron density, given by its Total Electron Content (TEC). Ionospheric time-varying density irregularities may cause scintillations, which are fluctuations in phase and amplitude of the signals. Scintillations occur more often at equatorial and high latitudes. They can degrade navigation and positioning accuracy and may cause loss of signal tracking, disrupting safety-critical applications, such as marine navigation and civil aviation. This paper addresses the results of initial research carried out on two fronts that are relevant to GNSS users if they are to counter ionospheric scintillations, i.e. forecasting and mitigating their effects. On the forecasting front, the dynamics of scintillation occurrence were analysed during the severe ionospheric storm that took place on the evening of 30 October 2003, using data from a network of GPS Ionospheric Scintillation and TEC Monitor (GISTM) receivers set up in Northern Europe. Previous results [1] indicated that GPS scintillations in that region can originate from ionospheric plasma structures from the American sector. In this paper we describe experiments that enabled confirmation of those findings. On the mitigation front we used the variance of the output error of the GPS receiver DLL (Delay Locked Loop) to modify the least squares stochastic model applied by an ordinary receiver to compute position. This error was modelled according to [2], as a function of the S4 amplitude scintillation index measured by the GISTM receivers. An improvement of up to 21% in relative positioning accuracy was achieved with this technnique.

Evolução da margem atlântica equatorial do Brasil: Três fases distensivas

The extension of the Pangaea started in the Upper Triassic and evolved to uplifts, magmatism and development a triple junction during the Mesozoic, and opening the Central Atlantic Ocean. The Brazilian Equatorial Atlantic margin was formed in three Mesozoic extensional events. The first event is recorded by the Calçoene Graben of the Foz do Amazonas Basin. The second event started in the Valangian and is recognized by the enlargement of the Foz do Amazonas Basin, formation of the Marajó and Grajaú basins, and the Gurupi Graben System. The third event commenced in the Albian related to northwestward progression of the rift system, which enlarged the Foz do Amazonas and formed the Potiguar, Ceará, Barreirinhas and Pará-Maranhão basins. At the end of the Lower Cretaceous the movements attenuated in the Marajó Basin and Gurupi Graben System; the extension concentrated in the Foz do Amazonas, Pará-Maranhão and Barreirinhas basins, and evolved to continental rupture of northern South America and western Africa opening of the Equatorial Atlantic Ocean.

Asymptotic approach for the nonlinear equatorial long wave interactions

In the present work we use an asymptotic approach to obtain the long wave equations. The shallow water equation is put as a function of an external parameter that is a measure of both the spatial scales anisotropy and the fast to slow time ratio. The values given to the external parameters are consistent with those computed using typical values of the perturbations in tropical dynamics. Asymptotically, the model converge toward the long wave model. Thus, it is possible to go toward the long wave approximation through intermediate realizable states. With this approach, the resonant nonlinear wave interactions are studied. To simplify, the reduced dynamics of a single resonant triad is used for some selected equatorial trios. It was verified by both theoretical and numerical results that the nonlinear energy exchange period increases smoothly as we move toward the long wave approach. The magnitude of the energy exchanges is also modified, but in this case depends on the particular triad used and also on the initial energy partition among the triad components. Some implications of the results for the tropical dynamics are disccussed. In particular, we discuss the implications of the results for El Nĩo and the Madden-Julian in connection with other scales of time and spatial variability. © Published under licence by IOP Publishing Ltd.

Evolução do rifteamento e paleogeografia da margem Atlântica Equatorial do Brasil: Triássico ao Holoceno

The Equatorial Atlantic Margin evolved from three rift systems recorded by a complex set of sedimentary basins developed since Upper Triassic to the Lower Cretaceous (Albian). The first rift system formed Foz do Amazonas Basin in Upper Triassic; the second phase formed Marajó Basin in Berriasian, a new rift in Foz do Amazonas Basin in Valanginian and Bragança-Viseu, Ilha Nova, São Luís e Barreirinhas basins in Aptian; the third phase formed Barreirinhas and Pará- Maranhão basins and a new rifting in the Foz do Amazonas Basin between the Aptian and Albian and evolved to continental break up. The main paleostress field during rift evolution was NE-SW and after the continental break up took the E-W direction, from the development of transform zones in the oceanic crust. From Miocene, South America was subjected to intraplate tectonics, which resulted in formation of E-W transcurrent faults that generated transtensive and transpressive segments that formed sedimentary basins and hills, resulting in changes in the drainage network. In Quaternary the landscape was modified by the last ice age that changed the sea level; the coastal drainage network was drowning resulting in the formation of the current line coast.

CIGALA: Challenging the solar maximum in Brazil with PolaRxS

The upcoming solar maximum, which is expected to reach its peak around May 2013, occurs at a time when our reliance on high-precision GNSS has reached unprecedented proportions. The perturbations of the ionosphere caused by increased solar activity pose a major threat to these applications. This is particularly true in equatorial regions where high exposure to solar-induced disturbances is coupled with explosive growth of precise GNSS applications. Along with the various types of solar-induced ionospheric disturbances, strong scintillations are amongst the most challenging, causing phase measurement errors up to full losses of lock for several satellites. Brazil, which heavily relies on high-precision GNSS, is one of the most affected regions due notably to the proximity to the southern crest of the ionospheric equatorial anomaly and to the South Atlantic Magnetic Anomaly. In the framework of the CIGALA project, we developed the PolaRxS™, a GNSS receiver dedicated to the monitoring of ionospheric scintillation indices not only in the GPS L1 band but for all operational and upcoming constellations and frequency bands. A network of these receivers was deployed across the whole Brazilian territory in order to first investigate and secondly to mitigate the impact of scintillation on the different signals, ensuring high precision GNSS availability and integrity in the area. This paper reports on the validation of the PolaRxS™ receiver as an ionospheric scintillation monitor and the first results of the analysis of the data collected with the CIGALA network.

Caracterização da estrutura genética populacional do tubarão-crocodilo (Pseudocarcharias kamoharai) no Atlântico equatorial utilizando marcadores moleculares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da porção offshore da bacia do Benin e o seu potencial no armazenamento de hidrocarbonetos, margem equatorial africana

Pós-graduação em Geologia Regional - IGCE

Investigações preliminares sobre a influência do clima espacial no posicionamento relativo com GNSS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência de diferentes condições da ionosfera no posicionamento por ponto com GPS: avaliação na região brasileira

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sazonalidade da precipitação para a Amazônia usando o modelo REGCM3: avaliando apenas a forçante do Atlântico Equatorial

O presente estudo tenta trazer um novo ponto de vista sobre a importância do Oceano Atlântico Equatorial no padrão sazonal, durante o período de verão e de outono da região Amazônica. Desta maneira, contribui de uma forma diferente para os estudos na área de modelagem climática e variabilidade pluviométrica na região. Para isto, foi utilizado o modelo RegCM3, com esquema de convecção Grell, aplicando a técnica donwscaling e utilizando como condição inicial os dados de reanalise do NCEP/NCAR. Após a obtenção das simulações foi aplicado o método estatístico Viés para avaliar o quanto o modelo consegue reproduzir a precipitação sazonal. Em uma primeira análise, constata-se que o modelo é sensível a entrada de SF ou ZCAS, bem como, aproxima-se da dinâmica dos trópicos e extratropicos. Os resultados sugerem que a baixa resolução e a parametrização Grell são os principais fatores para a inadequação da qualidade das simulações. Apesar de o esquema Grell ser indicado para regiões com intensa convecção e fortes movimentos verticais, o mesmo necessita ser ajustado com as características físicas da região. Este estudo contribuiu para o aprimoramento dos modelos climáticos regionais para a região amazônica, considerando a contribuição dos processos oceano-atmosfera, durante o período de verão e outono do hemisfério sul.

Modelagem numérica da influência do eletrojato equatorial em dados magnetotelúricos produzidos por estruturas tridimensionais

A América do Sul apresenta várias peculiaridades geomagnéticas, uma delas, é a presença do Eletrojato Equatorial, o qual se estende de leste para oeste no Brasil ao longo de aproximadamente 3500 km. Considerando-se o fato de que a influência do Eletrojato Equatorial pode ser detectada a grandes distâncias do seu centro, isto suscita o interesse em se estudar os seus efeitos na exploração magnetotelúrica no Brasil. A influência do eletrojato equatorial na prospecção magnetotelúrica tem sido modelada para meios geológicos uni e bidimensionais valendo-se para isto de soluções analíticas fechadas e de técnicas numéricas tais como elementos finitos e diferenças finitas. Em relação aos meios geológicos tridimensionais, eles tem sido modelados na forma de "camadas finas", usando o algoritmo "thin sheet". As fontes indutoras utilizadas para simular o eletrojato equatorial nestes trabalhos, tem sido linhas de corrente, eletrojatos gaussianos e eletrojatos ondulantes. Por outro lado, o objetivo principal da nossa tese foi o modelamento dos efeitos que o eletrojato equatorial provoca em estruturas tridimensionais próprias da geofísica da prospecção. Com tal finalidade, utilizamos o esquema numérico da equação integral, com as fontes indutoras antes mencionadas. De maneira similar aos trabalhos anteriores, os nossos resultados mostram que a influência do eletrojato equatorial somente acontece em frequências menores que 10^-1 Hz. Este efeito decresce com a distância, mantendo-se até uns 3000 km do centro do eletrojato. Assim sendo, a presença de grandes picos nos perfis da resistividade aparente de um semi-espaço homogêneo, indica que a influência do eletrojato é notável neste tipo de meio. Estes picos se mostram com diferente magnitude para cada eletrojato simulado, sendo que a sua localização também muda de um eletrojato para outro. Entretanto, quando se utilizam modelos geo-elétricos unidimensionais mais de acordo com a realidade, tais como os meios estratificados, percebe-se que a resposta dos eletrojatos se amortece significativamente e não mostra muitas diferenças entre os diferentes tipos de eletrojato. Isto acontece por causa da dissipação da energia eletromagnética devido à presença da estratificação e de camadas condutivas. Dentro do intervalo de 3000 km, a resposta eletromagnética tridimensional pode ser deslocada para cima ou para baixo da resposta da onda plana, dependendo da localização do corpo, da frequência, do tipo de eletrojato e do meio geológico. Quando a resposta aparece deslocada para cima, existe um afastamento entre as sondagens uni e tridimensionais devidas ao eletrojato, assim como um alargamento da anomalia dos perfis que registra a presença da heterogeneidade tridimensional. Quando a resposta aparece deslocada para baixo, no entanto, há uma aproximação entre estes dois tipos de sondagens e um estreitamento da anomalia dos perfis. Por outro lado, a fase se mostra geralmente, de uma forma invertida em relação à resistividade aparente. Isto significa que quando uma sobe a outra desce, e vice-versa. Da mesma forma, comumente nas altas frequências as respostas uni e tridimensionais aparecem deslocadas, enquanto que nas baixas frequências se mostram com os mesmos valores, com exceção dos eletrojatos ondulantes com parâmetros de ondulação α = —2 e —3. Nossos resultados também mostram que características geométricas próprias das estruturas tridimensionais, tais como sua orientação em relação à direção do eletrojato e a dimensão da sua direção principal, afetam a resposta devido ao eletrojato em comparação com os resultados da onda plana. Desta forma, quando a estrutura tridimensional é rotacionada de 90°, em relação à direção do eletrojato e em torno do eixo z, existe uma troca de polarizações nas resistividades dos resultados, mas não existem mudanças nos valores da resistividade aparente no centro da estrutura. Ao redor da mesma, porém, se percebe facilmente alterações nos contornos dos mapas de resistividade aparente, ao serem comparadas com os mapas da estrutura na sua posição original. Isto se deve à persistência dos efeitos galvânicos no centro da estrutura e à presença de efeitos indutivos ao redor do corpo tridimensional. Ao alongar a direção principal da estrutura tridimensional, as sondagens magnetotelúricas vão se aproximando das sondagens das estruturas bidimensionais, principalmente na polarização XY. Mesmo assim, as respostas dos modelos testados estão muito longe de se considerar próximas das respostas de estruturas quase-bidimensionais. Porém, os efeitos do eletrojato em estruturas com direção principal alongada, são muito parecidos com aqueles presentes nas estruturas menores, considerando-se as diferenças entre as sondagens de ambos tipos de estruturas. Por outro lado, os mapas de resistividade aparente deste tipo de estrutura alongada, revelam um grande aumento nos extremos da estrutura, tanto para a onda plana como para o eletrojato. Este efeito é causado pelo acanalamento das correntes ao longo da direção principal da estrutura. O modelamento de estruturas geológicas da Bacia de Marajó confirma que os efeitos do eletrojato podem ser detetados em estruturas pequenas do tipo "horst" ou "graben", a grandes distâncias do centro do mesmo. Assim, os efeitos do eletrojato podem ser percebidos tanto nos meios estratificados como tridimensionais, em duas faixas de freqüência (nas proximidades de 10^-1 Hz e para freqüências menores que 10^-3 Hz), possivelmente influenciados pela presença do embasamento cristalino e a crosta inferior, respectivamente. Desta maneira, os resultados utilizando o eletrojato como fonte indutora, mostram que nas baixas freqüências as sondagens magnetotelúricas podem ser fortemente distorcidas, tanto pelos efeitos galvânicos da estrutura tridimensional como pela presença da influência do eletrojato. Conseqüêntemente, interpretações errôneas dos dados de campo podem ser cometidas, se não se corrigirem os efeitos do eletrojato equatorial ou, da mesma forma, não se utilisarem algoritmos tridimensionais para interpretar os dados, no lugar do usual modelo unidimensional de Tikhonov - Cagniard.

Comparação dos efeitos do eletrojato equatorial nos dados magnetotelúricos bi e tridimensionais

Este trabalho trata da comparação dos efeitos do eletrojato equatorial nos dados magnetotelúricos bi e tridimensionais. Ele compõe-se fundamentalmente de duas partes: Na primeira, que consiste na comparação dos efeitos dos modelos bi e tridimensionais (linha de corrente e eletrojato gaussiano), determinamos as dimensões que deve apresentar uma estrutura tridimensional para que a resposta magnetotelúrica proveniente dessa estrutura, nas polarizações YX e XY, possa ser substituída pela resposta magnetotelúrica proveniente de uma estrutura bidimensional nos modos TE e TM respectivamente, para a resistividade aparente e fase. Os resultados mostram, para um embasamento condutivo ou resistivo, que é necessário aumentar a dimensão da estrutura tridimensional na direção principal acima de dezesseis vezes, em relação à dimensão inicial, para que a resposta magnetotelúrica proveniente dessa estrutura na polarização YX, possa ser substituída pela resposta magnetotelúrica proveniente de uma estrutura bidimensional no modo TE; no caso da polarização ser XY, essa substituição ocorrerá, no modo TM bidimensional, se aumentarmos a dimensão da estrutura tridimensional na direção principal acima de vinte e seis vezes em relação à dimensão inicial. Na segunda parte, que consiste na determinação dos efeitos do eletrojato equatorial Onwumechilliano, posicionamos a estrutura tridimensional a 10 km, 100 km, 300 km, 500 km, 1000 km e 1500 km, respectivamente, de distância do eletrojato. Dessa forma, determinamos a distância na qual os efeitos do eletrojato equatorial Onwumechilliano sobre as sondagens magnetotelúricas são praticamente desprezíveis. Verificamos que, posicionando a estrutura tridimensional a 1500 km de distância da fonte, para embasamento condutivo, o eletrojato não afeta as sondagens magnetotelúricas. Quando o embasamento é resistivo, o eletrojato afeta as sondagens magnetotelúricas, mesmo posicionando-se a estrutura tridimensional a 1500 km de distância da fonte. De um modo geral, constatamos que o eletrojato equatorial afeta as sondagens magnetotelúricas para freqüências inferiores a 10^-2 Hz, tanto na resistividade aparente quanto na fase e em ambas as polarizações, principalmente, quando o embasamento é resistivo. Observamos também que o efeito galvânico é mais pronunciado na polarização YX que na XY.

Modelo estocástico para dados GNSS e séries temporais de coordenadas GNSS

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

Extended ionospheric amplitude scintillation model for GPS receivers

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Latent heat loss and sweat gland histology of male goats in an equatorial semi-arid environment

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)