Estudio de perturbaciones ionosféricas a través del contenido total de electrones en Europa meridional

Resumen

La ionosfera es la principal fuente de error de los Sistemas de Navegación Global por Satélite, GNSS. Las perturbaciones ionosféricas, variaciones de carácter irregular de la densidad electrónica, generan de forma inesperada grandes cambios en el comportamiento regular de la ionosfera y afectan significativamente a la propagación de señales electromagnéticas. Estas variaciones pueden tener su origen en la interacción Sol-Tierra o deberse al acoplamiento litosfera-atmósfera-ionosfera. La ionosfera sobre la región Sur de Europa presenta grandes variaciones durante las tormentas geomagnéticas debido a la propagación de irregularidades provenientes de la región ecuatorial y, por tanto, puede introducirse un mayor número de errores en la transmisión de señales satelitales que en latitudes medias más altas. Los objetivos de esta Tesis doctoral son: mejorar la metodología de análisis de las perturbaciones ionosféricas, mejorar el conocimiento de las perturbaciones ionosféricas originadas por la interacción Sol-Tierra y avanzar en la comprensión de las perturbaciones ionosféricas cuyo origen se encuentra por debajo de la ionosfera, tanto en la litosfera como en la baja atmósfera. El análisis del comportamiento anómalo de la ionosfera se ha centrado en la zona meridional de Europa y se ha realizado a través del estudio del contenido total de electrones, TEC. Este parámetro se ha obtenido aplicando la técnica de calibración del profesor Ciraolo a los observables GNSS registrados en los archivos RINEX. Respecto al estudio metodológico, se ha establecido un valor umbral para la variación relativa del TEC vertical del 50 por ciento para las perturbaciones ionosféricas en latitudes medias. Además, se ha desarrollado una técnica para la obtención de mapas de TEC en el Sur de Europa basada en la aplicación del método de interpolación Kriging a datos de TEC y se ha comprobado su validez comparándolos con valores de TEC obtenido a partir de EGNOS. Se han estudiado las tormentas ionosféricas sobre la región Mediterránea generadas por las tormentas geomagnéticas intensas ocurridas entre octubre de 2011 y agosto de 2016, presentando especial atención a la Tormenta del día de San Patricio ocurrida el 17 de marzo de 2015. Este análisis ha llevado a concluir que todas las tormentas geomagnéticas estudiadas originan al menos dos perturbaciones ionosféricas. Las mayores diferencias entre las tormentas ionosféricas se deben a las distintas horas en las que se producen las tormentas geomagnéticas. Dado el impacto de las tormentas ionosféricas en las señales GNSS, se ha desarrollado un Sistema de Información Rápida de Perturbaciones Ionosféricas, SIRPI, para detectar este tipo de perturbaciones. El objetivo de este Sistema es alertar a los usuarios de servicios GNSS del estado diario de la ionosfera. Para analizar las perturbaciones ionosféricas debidas al acoplamiento litosfera-atmósfera-ionosfera se han seleccionado dos tipos de fenómenos: terremotos y ciclones tropicales mediterráneos (medicanes). Se han analizado los efectos causados en la ionosfera por el terremoto de Grecia del 26 de enero de 2014 en la ionosfera, encontrándose dos anomalías: una el día anterior a la ocurrencia del terremoto y otra, horas antes del terremoto. Estas anomalías se han observado únicamente en estaciones situadas cerca del epicentro, a una distancia inferior a dos veces el radio del área de preparación del terremoto. También, se ha analizado el efecto de tres medicanes ocurridos entre noviembre y diciembre de 2014. Únicamente se ha encontrado una perturbación ionosférica producida por el medicane de mayor categoría. El análisis wavelet de esta perturbación revela periodos de entre 30 y 75 minutos, correspondientes a ondas de gravedad.