URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
IRI-Plas-G ve Evrensel Krigleme Kullanılarak Orta Enlem İyonküre
Parametrelerinin 2-B Görüntülenmesi
Muhammet Necat Deviren, Feza Arıkan, Tamara Gulyaeva*
Hacettepe Üniversitesi
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
Beytepe, Ankara, Türkiye
[email protected], [email protected],
*IZMIRAN
Moscow, Russia
[email protected]
Özet: İyonküre parametre ölçümlerinin yetersiz ve seyrek olmasından ötürü teorik ve ampirik birçok model
geliştirilmiştir. Ampirik iklimsel bir model olan IRI-Plas, iyonküre ve plazmakürenin 20,200 km yüksekliğine
kadar olan iyonküre parametrelerini vermektedir. Bu çalışmada IRI-Plas programı geliştirilerek belinen bölge,
tarih ve saat için iyonküre parametrelerinin modelden istenilen yükseklik çözünürlüğünde hesaplayan IRI-PlasG programı hazırlanmıştır. IRI-Plas-G ve Evrensel Krigleme tabanlı bir aradeğerleme yöntemi kullanılarak
modelden elde edilen değerler ile orta enlem iyonküre parametrelerinin yüksek çözünürlüklü 2-B görüntüleri
elde edilmiştir.
Abstract: Due to insufficient and sparse measurement of ionospheric parameters, many theoretical and empiric
models are developed. IRI-Plas which is an empirical and climatic model provides ionospheric parameters up to
20,000 km. In this study, IRI-Plas-G is prepared to calculate ionospheric parameters for desired height
resolution for a given region, date and time by developing IRI-Plas. High spatial resolution 2-D maps of
midlatitute ionospheric parameters are obtained from by using IRI-Plas-G based on Universal Kriging.
1. Giriş
Yeryüzünden yaklaşık olarak 100 km ve 1000 km arasındaki yükseklikte yer alan iyonküre katmanı, güneşten
gelen yüksek enerjili ışınlarla iyonize olmuş gazlardan oluşan nötr bir plazma ortamıdır [1]. Özellikle sivil ve
askeri Kısa Dalga (KD) haberleşmesi açısından önemli bir yere sahip olan bu katman, seyir, güdüm ve
konumlama sistemleri için önem arz etmektedir. Bunların yanısıra son araştırmalar iyonküre katmanındaki
değişimler ile sismik aktiviteler arasında bir ilişki olduğunu ortaya koymuştur.
İyonküre katmanının parametrelerinin ölçülmesi amacıyla çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu ölçüm
aletlerinden elde edilen verilerin uzayda ve zamanda yetersiz ve seyrek olmasından ötürü teorik ve ampirik
modeller geliştirilmiştir. İyonküre modelleme yöntemlerinden en çok kabul gören model International Reference
Ionosphere (IRI)’dır [2]. Ampirik iklimsel bir model olan IRI modeli kullanılarak istenilen bir örnekleme noktası
için istenilen bir tarihte ve saatte iyonküre katmanının elektron yoğunluğu, iyon bileşimi, iyon ve elektron
sıcaklıkları ile Toplam Elektron İçeriği (TEİ) elde edilebilmektedir. 2010 yılından bu yana kullanılan IRI
Extended to Plasmasphere (IRI-Plas), iyonkürenin ve plazmakürenin 20,200 km yüksekliğine kadar olan
bölgesini kapsar ve TEİ, yüksekliğe göre elektron yoğunluğunun profili, FoF2 katmanının kritik frekans ve
enbüyük iyonlaşma yükseklik (hmF2) değerlerini vermektedir [2]. IONOLAB grubu tarafından IRI-Plas
modelinin geliştirilmesiyle oluşturulan Geliştirilmiş IRI-Plas (IRI-Plas-G) ile kullanıcının belirlediği bir bölge,
tarih ve saat için iyonküre fiziksel parametreleri modelden istenilen yükseklik çözünürlüğünde
hesaplanabilmektedir. TEİ, yükseklik, frekans, elektron yoğunluğu, iyon bileşimi, iyon ve elektron sıcaklıkları
birbirlerine göre Krigleme tabanlı aradeğerleme yöntemi ile görüntüleyecek IRI-Plas-GK programı
hazırlanmıştır. Böylece Krigleme tabanlı yüksek uzay-zaman çözünürlüklü otomatik iyonküre parametre
görüntüleri elde edilmiştir. Halen devam eden TÜBİTAK 112E568 projesinde bu görüntüler üzerinden iyonküre
modellenecek ve Uzay Havası etkileri incelenecektir.
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
2. IRI Modeli
International Reference Ionosphere (IRI) modeli Uzay Araştırma Komitesi (Committee on Space Research COSPAR) ve Uluslararası Radyo Bilimi Birliği (International Union of Radio Science -URSI) tarafından
gerçekleştirilen, iyonküre parametrelerinin belirlenmesi amacıyla geliştirilmiş ampirik iklimsel bir uluslararası
standart modeldir [3]. Verilen bir tarih ve konum için IRI modeli, aylık ortalama değerlerden başucu yönündeki
elektron yoğunluğu, iyon ve elektron sıcaklığı, iyon bileşimlerini (O+, H+, N+, He+, O2+, NO+) ve Toplam
Elektron İçeriği (TEİ)’yi 65 km ile 2.000 km aralığında hesaplamaktadır [2,3]. Uzun süren çalışmalar sonucunda
ortaya çıkan bu model, literatürde en yaygın kullanılan ve güvenilir olan ampirik-deterministik bir kestirim
programıdır ve irimodel.org adresinden modele erişim sağlanabilmektedir.
3. IRI-Plas Modeli
IRI modeli Yerküresel Konumlama Sistemi (YKS, Global Positioning System -GPS) kayıtlarından elde edilen
TEİ değerleri kullanılarak güncellenmiş ve ampirik modellemeye iyonkürenin 20,200 km yüksekliğine kadar
olan plazma kısmı da dahil edilmiştir. Yeni geliştirilen IRI Extended to Plasmasphere (IRI-Plas) programı
kullanılarak YKS uydu yüksekliğine kadar iyonküre parametreleri hesaplanabilmektedir. IRI-Plas modelinin en
önemli katkılarından biri TEİ değerinin dışarıdan girdi olarak verilerek, ölçek yüksekliklerinin
güncellenebilmesidir.
4. IRI-Plas-G
IRI-Plas modeli IONOLAB Grubu tarafından geliştirilmiş ve kullanıcının belirlediği bir bölge, tarih ve saat için
iyonküre fiziksel parametrelerini modelden istenilen yükseklik çözünürlüğünde hesaplayabilen Geliştirilmiş
IRI-Plas (IRI-Plas-G) programı hazırlanmıştır. IRI-Plas-G programından belirli bir bölge için alınan TEİ,
yükseklik, frekans, elektron yoğunluğu, iyon bileşimi, iyon ve elektron sıcaklıkları birbirlerine göre Evrensel
Krigleme tabanlı aradeğerleme yöntemine göre orta enlem iyonkürenin 2-B görüntüleyecek IRI-Plas-GK
programı hazırlanmıştır [4]. IRI-Plas-GK programı kullanılarak böylelikle iyonküre parametrelerinin otomatik
olarak yüksek uzay-zaman çözünürlüklü görüntüleri elde edilmiştir.
Şekil 1. Ankara (39,860 K 32,850 D) koordinatı için 10 Kasım 2011 tarihinde IRI-Plas-G programından elde
edilen iyonküre fiziksel parametreleri; a) elektron yoğunluğu, b) frekans, c) iyon ve electron sıcaklıkları, d) iyon
bileşimleri.
Şekil 1’de, Ankara (39,860 K 32,850 D) koordinatları için 10 Kasım 2011 tarihinde güneşin etkinliğinin en
yüksek olduğu saat olan 1000 Greenwich Saati’nde (GS) IRI-Plas-G programı kullanılarak beş km aralıklarla
elde edilen iyonküre fiziksel parametreleri gösterilmiştir. Şekil 1a, Şekil 1b sırasıyla yüksekliğe göre elektron
yoğunluğu (Ne) ve frekansın (f) grafiklerini göstermektedir. Her iki grafiğe bakılarak Ne ve f fonksiyonlarının
URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
beklenildiği gibi aynı davranışı sergilediği görülmektedir. Şekil 1c ve Şekil 1d ise sırasıyla iyon (Ti) ve elektron
sıcaklıkları (Te) ile O2+ ile NO2+ iyonlarının yüksekliğe göre değişim grafikleridir.
Şekil 2’de ise 10 Kasım 2011 tarihinde saat 1000 GS’de iyonküre parametrelerinin IRI-Plas-GK programından
elde edilen görüntüleri gösterilmiştir. Şekil 2a, Şekil 2b, Şekil 2c ve Şekil 2d sırasıyla Türkiye üzerinde 250 km
yükseklikteki Ne, Türkiye üzerindeki TEC, foF2 ve hmF2 parametrelerinin değişimlerini göstermektedir. Şekil
2’de gösterilen herbir harita incelendiğinde Türkiye üzerinde iyonküre parametrelerinin doğrusal bir değişime
sahip olduğu gözlemlenmektedir.
Şekil 2. 10 Kasım 2011 tarihinde 1000 GS’de IRI-Plas-GK programından elde edilen iyonküre görüntüleri; a)
h=250 km yükseklikteki Ne , b) TEC, c) foF2, d) hmF2.
5. Sonuçlar
Bu bildiride IONOLAB Grubu tarafından geliştirilen IRI-Plas-G ve Krigleme tabanlı orta enlem iyonküre
parametrelerinin 2-B görüntüleme ve haritalama çalışmaları anlatılmıştır. Çalışma yapılırken öncelikle IRI-Plas
modeli geliştirilmiş ve istenilen yükseklik çözünürlüğünde, belirli bir bölge için ve farklı zamanlar için iyonküre
parametrelerini modelden sağlayan IRI-Plas-G programı oluşturulmuştur. Yüksek çözünürlüklü haritalar elde
edebilmek amacıyla Krigleme tabanlı aradeğerleme yöndemi ile iyonküre parametrelerinin haritalanmasını
sağlayan IRI-Plas-GK programı hazırlanmıştır. İleriki çalışmalarda ise yüksek çözünürlüklü haritalar
kullanılarak iyonküre modellenecek ve Uzay Havası etkileri incelenecektir.
6. Teşekkür
Bu çalışma TÜBİTAK 105E171, 109E055, Ortak TÜBİTAK 110E296 ve RFBR 11-02-91370-CT_a, Ortak
TÜBİTAK 112E568 ve RFBR 13-02-91370-CT_a numaralı projeler tarafından desteklenmiştir.
Kaynaklar
[1]. Arikan, F., Erol, C.B. ve Arikan, O., “Regularized estimation of vertical total electron content from Global
Positioning System data,” Journal of Geophysical Research, 108(A12), 1469-1480, 2003.
[2]. Gulyaeva, T.L., “Storm time behavior of topside scale height infeed from the ionosphere-plasma sphere
model driven by the F2 layer peak and YKS-TEC observations,” Advances in Space Research, doi:
10.1016/j.asr.2010.10.025, 2010.
[3]. Rawer, K., Bilitza, D., Ramakrishnan, S. ve Sheikh, M., “Intentions and buildup of the International
Reference ionosphere, in Operational Modeling of the Aerospace Propagation Environment”, AGARD Conf.
Proc. 238, 6.1 - 6.10, 1978.
[4]. Deviren, M.N., “ Türkiye Üzerinde Toplam Elektron İçeriği (TEİ) İçin Uzay-Zaman Rassal Alan Kestirimi,”
Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Ankara.

Download Report