Variation of Ionosphere Parameter in F2 Layer Effects to Solar Eclipse with IRI-2016 Model over Southeast Asia
โดย นิมิตร อินทร์สกุล
ปี 2563
บทคัดย่อ
วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยการแพร่กระจายในชั้น F2 (M(3000)F2) และความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูงสุดในชั้น F2 (NmF2) ของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่วัดได้จริงเปรียบเทียบกับค่าที่ทำนายได้จากแบบจำลอง IRI-2016 นอกจากนี้ทำการวิเคราะห์การเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาที่ส่งผลกระทบต่อค่าพารามิเตอร์ NmF2 ในบริเวณจุดสังยุค ณ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้
ตัวแปร M(3000)F2 และ NmF2 ถูกเก็บวัดจากสถานีไอโอโนซอนด์จำนวน 3 สถานี คือสถานีเชียงใหม่ สถานีชุมพร ในประเทศไทย และสถานีโกโตตาบัง ในประเทศอินโดนีเซีย สถานีทั้ง 3 ตั้งอยู่ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กที่มีการไอออไนเซชันอย่างผิดปกติ ค่าทุก ๆ ชั่วโมงของตัวแปร M(3000)F2 และ NmF2 ในช่วงตั้งแต่เดือนมกราคม พ.ศ. 2553 จนถึงเดือนธันวาคม พ.ศ. 2561 ถูกนำมาวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงแบบรายชั่วโมง แบบรายวัน แบบรายฤดูกาลและแบบรายปี ตามลำดับ ค่าเปอร์เซ็นต์เบี่ยงเบน (%PD) ถูกใช้วิเคราะห์ความแตกต่างระหว่างค่าที่วัดได้จริงกับแบบจำลอง IRI-2016 ขณะที่การอ้างอิงขอบเขตบนและขอบเขตล่างถูกใช้เพื่อวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในช่วงเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคา
ผลที่ได้พบว่า 1) การเปลี่ยนแปลงของตัวแปร M(3000)F2 ที่วัดได้จากทั้ง 3 สถานีมีลักษณะคล้ายกับแบบจำลอง IRI-2016 กล่าวคือมีค่าลดลงช่วงก่อนพระอาทิตย์ขึ้น (ประมาณ 05.00-06.00 น.) จนมีค่าต่ำสุดในช่วงเวลาประมาณ 11.00-13.00 น. หลังจากนั้นค่าจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนมีค่าสูงสุดในช่วงเวลาประมาณ 03.00-04.00 น. โดยปกติค่า M(3000)F2 มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ในช่วงประมาณ 2.5 ถึง 3.5 เมกะเฮิรตซ์ อย่างไรก็ตามแบบจำลอง IRI ทำนายค่าสูงกว่าค่าที่วัดได้จริงในช่วงเวลากลางวันและต่ำกว่าค่าที่วัดได้จริงในช่วงเวลากลางคืน ค่า % PD อยู่ในช่วง -28% ถึง 19% สำหรับสถานีเชียงใหม่ -30% ถึง 13% สำหรับชุมพร และ -23% ถึง 20% สำหรับโคโตตาบัง เมื่อเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานีทั้ง 3 พบว่าสถานีเชียงใหม่มีค่าสูงที่สุด และสถานีโกโตตาบังมีค่าต่ำที่สุด (2) ผลของตัวแปร NmF2 ที่เก็บได้จริงและแบบจำลอง IRI-2016 แสดงการเปลี่ยนแปลงเหมือนกันทั้ง 3 สถานี กล่าวคือมีค่าเพิ่มขึ้นในช่วงกลางวัน จนมีค่าสูงสุดในช่วงก่อนพระอาทิตย์ตก (ประมาณ 17.00-18.00 น.) จากนั้นมีค่าลดลงเรื่อย ๆ จนมีค่าต่ำที่สุดในช่วงก่อนพระอาทิตย์ขึ้น (ประมาณ 05.00-06.00 น.) โดยทั่วไป NmF2 มีค่าการเปลี่ยนแปลงอยู่ในช่วงประมาณ 0.06×1012 ถึง 2.4×1012 อิเล็กตรอนต่อลูกบาศก์เมตร นอกจากนี้แบบจำลอง IRI ทำนายค่าสูงกว่าค่าที่วัดได้จริงในช่วงเวลากลางวันและต่ำกว่าค่าที่วัดได้จริงในช่วงเวลากลางคืน ค่า % PD อยู่ในช่วง -20% ถึง 10% สำหรับสถานีเชียงใหม่ -25% ถึง 5% สำหรับชุมพร และ -15% ถึง 5% สำหรับโคโตตาบัง เมื่อเปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานีทั้ง 3 พบว่าที่สถานีเชียงใหม่มีค่าสูงสุด ในขณะที่สถานีชุมพรมีค่าต่ำสุด (3) การเปลี่ยนแปลงของ NmF2 ในช่วงเวลาที่เกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคา พบว่ามีค่าลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ยรายเดือน นอกจากนี้การลดลงของ NmF2 แปรผันตรงกับค่าเปอร์เซ็นต์การบดบังสูงสุดของวันที่เกิดสุริยุปราคาในแต่ละสถานี อีกทั้งการเกิดพายุแม่เหล็กและการสั่นสะเทือนของสนามแม่เหล็กยังส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในชั้นบรรยากาศอีกด้วย การศึกษาทั้งหมดในวิทยานิพนธ์นี้คงมีส่วนช่วยในการพัฒนาแบบจำลอง IRI ในอนาคต
Abstract
This thesis presents the variations of ionospheric propagation factor M(3000)F2 and the ionospheric F2 layer peak of electron density (NmF2) that was actually measured comparing with predicted value through IRI-2016 model. Besides, the occurrence of the solar eclipse affecting the NmF2 parameter at the equatorial ionization anomaly (EIA) over Southeast Asia region was analyzed.
The M(3000)F2 and NmF2 parameters were collected and measured from 3 ionosonde stations including Chiang Mai Station and Chumphon Station in Thailand, and Kototabang Station in Indonesia. These three stations are located at the equatorial ionization anomaly (EIA) where the irregular ionization occurs. The hourly values of M(3000)F2 and NmF2 parameters during the periods from January 2010 to December 2018 were used to analyze the hourly, daily, seasonally, and yearly, variations respectively. The percent deviation (% PD) of both parameters was used to investigate the difference between the actual measured data and the IRI-2016 model predictions. Meanwhile, the upper bound and lower bound references were used to analyze the variations during the occurrence of solar eclipse.
The results showed that: 1) the variations of M(3000)F2 parameter measured from 3 ionosonde stations were similar to the IRI-2016 model, that is decreasing in values before sunrise (around 5.00 am-6.00 am, local time) and reaching the lowest values around 11.00 am-1.00 pm, local time. After that, the values gradually increased and reached the maximum values around 3.00 am-4.00 am, local time. In general, the M(3000)F2 values change from 2.5 MHz to 3.5 MHz. However, the IRI model predicted the observed values higher than the actual measured values during the daytime and lower than the actual measured values during the nighttime. The % PD varied from -28% to 19% for Chiang Mai Station, -30% to 13% for Chumphon Station, and -23% to 20% for Kototabang Station. When comparing the variations among these 3 stations, the results revealed that the highest values occurred at Chiang Mai Station while Kototabang Station recorded the lowest values. 2) The results of the actual measured NmF2 and the ones predicted by the IRI-2016 model showed similar variations for all stations. They increased during the daytime until reaching the maximum values before sunset hours (around 5.00 pm-6.00 pm, local time). Then, they decreased during nighttime until reaching the lowest levels during pre-sunrise hours (around 5.00 am-6.00 am, local time). In general, the NmF2 values change from 0.06×1012 to 2.4×1012 e/m3. Furthermore, the IRI model predicted the NmF2 values higher than the actual measured ones during the daytime and predicted the NmF2 values lower than the actual values during the nighttime. The %PD of NmF2 values ranged from -20% to 10% for Chiang Mai Station, -25% to 5% for Chumphon Station and -15% to 5% for Kototabang Station. When comparing the changes among these 3 stations, the results showed that Chiang Mai Station recorded the highest values while Chumphon Station showed the lowest ones. 3) The variations in NmF2 during the solar eclipse period decreased significantly when compared with the monthly median. It also showed that the decrease of NmF2 changed in the same direction of the highest percentage obscuration on the solar eclipse days at each station. In addition, the magnetic storms and the magnetic field vibrations also had an impact on the variations of the ionospheric electron density. The results of this thesis would be beneficial to the development of the IRI model in the future.