[论文解读] Monitoring of Sudden Ionospheric Disturbances (SID) from Kolkata (INDIA)

Sandip K. Chakrabarti, Kinsuk Acharyya+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2005

Ionosphere and magnetosphere dynamics被引用 3

一句话总结

本研究利用定制环形天线与音频采样技术，在印度加尔各答对太阳耀斑引起的突然电离层扰动（SIDs）进行连续VLF监测。观测到的SID特征与NASA GOES太阳X射线耀斑数据高度一致，验证了在18.2 kHz频段通过电离层扰动以低成本地面方式探测太阳活动的可行性。

ABSTRACT

We report our first results of monitoring sudden ionospheric disturbances (SID). We present data taken continuously for two weeks during 20th Sept. 2002 and 4th Oct. 2002. We compare the effects of solar flares of the VLF signal with those obtained by GOES Satellite of NASA monitoring in X-rays and found excellent agreement.

研究动机与目标

• 利用印度加尔各答的低成本VLF接收技术，检测并监测太阳耀斑引起的突然电离层扰动（SIDs）
• 将地面VLF信号变化与NASA GOES卫星的太空X射线观测数据进行对比
• 验证地面VLF监测作为无专用空间仪器区域太阳耀斑活动的可靠代理手段的可靠性
• 分析日出/日落转换期间以及太阳耀斑事件中电离层扰动的时序特性
• 评估利用VLF信号实现实时监测D层电离层扰动的可行性

提出的方法

• 使用一个边长为1米的Gyrator-II型环形天线，从印度海军VTX3电台（位于维贾亚纳加朗）接收18.2 kHz的VLF信号
• 接收信号经放大后，使用奔腾-IV计算机的音频卡以每秒3.2个样本的速率进行采样
• 天线朝向西南方以优化来自VLF发射源的信号接收
• 数据自2002年9月20日至10月4日期间连续采集，排除了维护和断电时段
• 分析了日出与日落效应以及由太阳耀斑引起的突然增强的信号变化
• 从NASA档案中获取了GOES卫星的X射线耀斑数据（0.5–8.0 Å），并与VLF观测结果对比，以验证SID检测的准确性

实验结果

研究问题

• RQ1 地面VLF监测能否以足够的时间分辨率检测由太阳耀斑引起的突然电离层扰动？
• RQ2 VLF信号扰动的时序与持续时间是否与GOES卫星观测到的X射线耀峰时间一致？
• RQ3 日出与日落时电离层D层的变化在加尔各答地区在多大程度上调制了VLF信号幅度？
• RQ4 低成本VLF监测系统能否在无直接太阳X射线监测的地区提供可靠的太阳耀斑活动代理数据？
• RQ5 通过VLF信号扰动观测，太阳耀斑后SID事件的典型持续时间是多少？

主要发现

• VLF信号在日出时刻（约0h10m UT）出现急剧下降，这是由于D层下降至约40公里高度所致，与电离层物理理论一致
• 日落效应不那么明显，D层完全消失耗时超过90分钟，表明其衰减过程较慢
• 2002年9月29日、30日及10月3日的多次太阳耀斑事件在VLF信号中产生了清晰的SID特征，上升时间约为15分钟
• 每次SID事件的持续时间约为一小时或更长，与同类耀斑等级的已发表报告一致
• 基于VLF的SID检测与GOES卫星X射线耀斑数据在峰值时间与波形形状上表现出极佳的一致性
• 弱VLF信号被系统的采样与处理限制所掩盖，表明存在一个无法分辨耀斑的检测阈值