The Experts below are selected from a list of 58455 Experts worldwide ranked by ideXlab platform
Foucault Etienne - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
IONO-HF : propagation des ondes hautes fréquences dans l'ionosphère
HAL CCSD, 2020Co-Authors: Foucault EtienneAbstract:Radio wave propagation in high and very high frequency bands is a major subject of interest; mainly because of the rise of telecommunication and GPS technologies. Although, the effective transmission of these signals highly depends on the medium. There is a part of the neutral atmosphere, named Ionosphere and located approximately between 60 and 2,000 km, which impact the wave propagation as it is composed of a partially ionised plasma. It is formed through the photo-ionization of neutral species by the solar UV and EUV spectrum. During my Ph.D., my first achievement was to develop a ray tracing tool to solve the HF and VHF radio wave trajectories in a realistic Ionosphere. It is based on numerical development of the Fermat's Principle which allows trajectory modelling. To give more insight information on wave propagation, this tool also integrates some wave parameters such as propagation time, total electron content TEC and absorption. A simple tilted dipole magnetic field is implemented, which allow the ordinary and extraordinary propagation mode modelling. As a first application, I used this ray tracing tool to model a SuperDARN coherent HF radar. These radars are dedicated to the observation and study of the high latitude plasma convection. First, I studied the radio wave propagation in synthetic Ionosphere profiles, featuring different types of electron density gradients. I have shown that Ionosphere profile with a developed E region implies low altitude refraction for waves with low elevation angles and moderate to high absorption. For Ionosphere profile with lower density E region, wave may propagate to higher altitude and form echoes region spanning across the F region, while being less absorbed. While adding horizontal electron density gradient in these Ionosphere profiles, I have shown that the echoes region keep the same pattern but are shifted in distance respect to the radar. Then, I used these results to study the wave propagation in a realistic Ionosphere featuring complex electron density gradients. As a second application, I studied the magnetic field effect on radio wave propagation by modelling the ordinary and extraordinary propagation modes in the case of a ionosonde. It is an instrument dedicated to the sounding of the local vertical electron density profile below the F region peak. In the case of a parallel propagation with respect to the magnetic field, the ray tracing tool modelled the expected behaviour for both propagation modes, in terms of different altitude of reflection and different propagation speed. While modelling ordinary and extraordinary modes in the case of a SuperDARN radar, I have shown that the magnetic field effect was negligible as the propagation is almost perpendicular respect to the magnetic field. [...]L'étude de la propagation des ondes électromagnétiques en bandes hautes (HF) et très hautes fréquences (VHF) dans l'ionosphère gagne en intérêt avec l'essor des technologies de communication et de positionnement par satellites. Cependant, la transmission des signaux associés est dépendante du milieu qu'ils traversent : l'ionosphère. Cette partie de l'atmosphère terrestre (entre 60 et 2,000 km d'altitude) est composée d'un plasma partiellement ionisé, formé par la photo-dissociation des composants neutres par le rayonnement solaire X et UV et impacte la propagation des ondes radios du fait de son pouvoir réfractant. Ma thèse a consisté à développer un code de tracé de rayons capable de résoudre les trajectoires des ondes radios HF et VHF dans une ionosphère réaliste. Pour cela, j'ai développé un système d'équations permettant de résoudre la trajectoire d'une onde à partir du principe de Fermat ainsi que divers paramètres associés aux ondes et au milieu traversé (temps de propagation, indice de réfraction, absorption, le contenu total d'électrons TEC). Un modèle de champ magnétique dipolaire tilté est également implémenté et permet de résoudre les modes de propagation ordinaire et extraordinaire. Dans une première application, j'ai utilisé ce code de tracé de rayons pour simuler un radar trans-horizon à haute latitude, de type SuperDARN. Dans un premier temps, j'ai étudié la propagation des ondes dans des profils d'ionosphère synthétiques présentant différents types de gradients. J'ai montré qu'une ionosphère présentant une région E développée contraint les régions possibles d'échos à basse altitude et absorbe modérément à fortement les ondes en fonction de la distance parcourue. Lorsque la région E est peu développée, les ondes se propagent vers des altitudes supérieures et forment des régions d'échos avec une large extension en altitude. L'absorption des ondes est également plus faible. L'introduction de gradient horizontaux a montré que les formes des régions d'échos ne changeaient pas fondamentalement mais entrainent un déplacement en distance par rapport au radar de ces régions. Dans un second temps, j'ai utilisé les résultats de cette étude préliminaire pour analyser la propagation modélisée dans un profil d'ionosphère réaliste. Dans une seconde application, j'ai étudié les modes de propagation ordinaire et extraordinaire, dans en premier temps en modélisant le mode de fonctionnement d'une ionosonde. Cet instrument permet d'estimer le profil local de la densité électronique jusqu'au pic de région F. Les simulations effectuées avec le tracé de rayons ont permis de reproduire les différences de propagation (temps de propagation, altitude des échos) entre ces modes de propagation dans le cas d'une propagation parallèle au champ magnétique. [...
-
IONO-HF : High frequency waves propagation in Ionosphere
2020Co-Authors: Foucault EtienneAbstract:L'étude de la propagation des ondes électromagnétiques en bandes hautes (HF) et très hautes fréquences (VHF) dans l'ionosphère gagne en intérêt avec l'essor des technologies de communication et de positionnement par satellites. Cependant, la transmission des signaux associés est dépendante du milieu qu'ils traversent : l'ionosphère. Cette partie de l'atmosphère terrestre (entre 60 et 2,000 km d'altitude) est composée d'un plasma partiellement ionisé, formé par la photo-dissociation des composants neutres par le rayonnement solaire X et UV et impacte la propagation des ondes radios du fait de son pouvoir réfractant. Ma thèse a consisté à développer un code de tracé de rayons capable de résoudre les trajectoires des ondes radios HF et VHF dans une ionosphère réaliste. Pour cela, j'ai développé un système d'équations permettant de résoudre la trajectoire d'une onde à partir du principe de Fermat ainsi que divers paramètres associés aux ondes et au milieu traversé (temps de propagation, indice de réfraction, absorption, le contenu total d'électrons TEC). Un modèle de champ magnétique dipolaire tilté est également implémenté et permet de résoudre les modes de propagation ordinaire et extraordinaire. Dans une première application, j'ai utilisé ce code de tracé de rayons pour simuler un radar trans-horizon à haute latitude, de type SuperDARN. Dans un premier temps, j'ai étudié la propagation des ondes dans des profils d'ionosphère synthétiques présentant différents types de gradients. J'ai montré qu'une ionosphère présentant une région E développée contraint les régions possibles d'échos à basse altitude et absorbe modérément à fortement les ondes en fonction de la distance parcourue. Lorsque la région E est peu développée, les ondes se propagent vers des altitudes supérieures et forment des régions d'échos avec une large extension en altitude. L'absorption des ondes est également plus faible. L'introduction de gradient horizontaux a montré que les formes des régions d'échos ne changeaient pas fondamentalement mais entrainent un déplacement en distance par rapport au radar de ces régions. Dans un second temps, j'ai utilisé les résultats de cette étude préliminaire pour analyser la propagation modélisée dans un profil d'ionosphère réaliste. Dans une seconde application, j'ai étudié les modes de propagation ordinaire et extraordinaire, dans en premier temps en modélisant le mode de fonctionnement d'une ionosonde. Cet instrument permet d'estimer le profil local de la densité électronique jusqu'au pic de région F. Les simulations effectuées avec le tracé de rayons ont permis de reproduire les différences de propagation (temps de propagation, altitude des échos) entre ces modes de propagation dans le cas d'une propagation parallèle au champ magnétique. [...]Radio wave propagation in high and very high frequency bands is a major subject of interest; mainly because of the rise of telecommunication and GPS technologies. Although, the effective transmission of these signals highly depends on the medium. There is a part of the neutral atmosphere, named Ionosphere and located approximately between 60 and 2,000 km, which impact the wave propagation as it is composed of a partially ionised plasma. It is formed through the photo-ionization of neutral species by the solar UV and EUV spectrum. During my Ph.D., my first achievement was to develop a ray tracing tool to solve the HF and VHF radio wave trajectories in a realistic Ionosphere. It is based on numerical development of the Fermat's Principle which allows trajectory modelling. To give more insight information on wave propagation, this tool also integrates some wave parameters such as propagation time, total electron content TEC and absorption. A simple tilted dipole magnetic field is implemented, which allow the ordinary and extraordinary propagation mode modelling. As a first application, I used this ray tracing tool to model a SuperDARN coherent HF radar. These radars are dedicated to the observation and study of the high latitude plasma convection. First, I studied the radio wave propagation in synthetic Ionosphere profiles, featuring different types of electron density gradients. I have shown that Ionosphere profile with a developed E region implies low altitude refraction for waves with low elevation angles and moderate to high absorption. For Ionosphere profile with lower density E region, wave may propagate to higher altitude and form echoes region spanning across the F region, while being less absorbed. While adding horizontal electron density gradient in these Ionosphere profiles, I have shown that the echoes region keep the same pattern but are shifted in distance respect to the radar. Then, I used these results to study the wave propagation in a realistic Ionosphere featuring complex electron density gradients. As a second application, I studied the magnetic field effect on radio wave propagation by modelling the ordinary and extraordinary propagation modes in the case of a ionosonde. It is an instrument dedicated to the sounding of the local vertical electron density profile below the F region peak. In the case of a parallel propagation with respect to the magnetic field, the ray tracing tool modelled the expected behaviour for both propagation modes, in terms of different altitude of reflection and different propagation speed. While modelling ordinary and extraordinary modes in the case of a SuperDARN radar, I have shown that the magnetic field effect was negligible as the propagation is almost perpendicular respect to the magnetic field. [...
-
IONO-HF : propagation des ondes hautes fréquences dans l'ionosphère
2020Co-Authors: Foucault EtienneAbstract:L'étude de la propagation des ondes électromagnétiques en bandes hautes (HF) et très hautes fréquences (VHF) dans l'ionosphère gagne en intérêt avec l'essor des technologies de communication et de positionnement par satellites. Cependant, la transmission des signaux associés est dépendante du milieu qu'ils traversent : l'ionosphère. Cette partie de l'atmosphère terrestre (entre 60 et 2,000 km d'altitude) est composée d'un plasma partiellement ionisé, formé par la photo-dissociation des composants neutres par le rayonnement solaire X et UV et impacte la propagation des ondes radios du fait de son pouvoir réfractant. Ma thèse a consisté à développer un code de tracé de rayons capable de résoudre les trajectoires des ondes radios HF et VHF dans une ionosphère réaliste. Pour cela, j'ai développé un système d'équations permettant de résoudre la trajectoire d'une onde à partir du principe de Fermat ainsi que divers paramètres associés aux ondes et au milieu traversé (temps de propagation, indice de réfraction, absorption, le contenu total d'électrons TEC). Un modèle de champ magnétique dipolaire tilté est également implémenté et permet de résoudre les modes de propagation ordinaire et extraordinaire. Dans une première application, j'ai utilisé ce code de tracé de rayons pour simuler un radar trans-horizon à haute latitude, de type SuperDARN. Dans un premier temps, j'ai étudié la propagation des ondes dans des profils d'ionosphère synthétiques présentant différents types de gradients. J'ai montré qu'une ionosphère présentant une région E développée contraint les régions possibles d'échos à basse altitude et absorbe modérément à fortement les ondes en fonction de la distance parcourue. Lorsque la région E est peu développée, les ondes se propagent vers des altitudes supérieures et forment des régions d'échos avec une large extension en altitude. L'absorption des ondes est également plus faible. L'introduction de gradient horizontaux a montré que les formes des régions d'échos ne changeaient pas fondamentalement mais entrainent un déplacement en distance par rapport au radar de ces régions. Dans un second temps, j'ai utilisé les résultats de cette étude préliminaire pour analyser la propagation modélisée dans un profil d'ionosphère réaliste. Dans une seconde application, j'ai étudié les modes de propagation ordinaire et extraordinaire, dans en premier temps en modélisant le mode de fonctionnement d'une ionosonde. Cet instrument permet d'estimer le profil local de la densité électronique jusqu'au pic de région F. Les simulations effectuées avec le tracé de rayons ont permis de reproduire les différences de propagation (temps de propagation, altitude des échos) entre ces modes de propagation dans le cas d'une propagation parallèle au champ magnétique. L'étude des modes de propagation O et X dans le cas d'une propagation de type SuperDARN a montré des différences négligeables par rapport aux résultats de la première application. Ce résultat nous a permis de valider l'hypothèse faite par la communauté SuperDARN de négliger l'influence du champ magnétique sur la propagation. Dans le cas du radar de Stokkseyri, j'ai montré que, du fait de son orientation perpendiculaire au champ magnétique, les modes de propagation ordinaire et extraordinaire sont peu différents du mode sans champ magnétique. Finalement, j'ai mené une étude de l'impact de l'ionosphère équatoriale sur le positionnement par satellite dans le cadre d'une réponse à appel d'offre pour Thales Alenia Space. Une étude préliminaire a permis d'identifier les principaux processus propres à l'ionosphère équatoriale susceptibles de perturber la propagation des signaux. Puis, à l'aide de l'analyse d'une base de données collectées par des stations africaines équatoriales, j'ai quantifié leurs variabilités et leurs effets sur la propagation des signaux GNSS.Radio wave propagation in high and very high frequency bands is a major subject of interest; mainly because of the rise of telecommunication and GPS technologies. Although, the effective transmission of these signals highly depends on the medium. There is a part of the neutral atmosphere, named Ionosphere and located approximately between 60 and 2,000 km, which impact the wave propagation as it is composed of a partially ionised plasma. It is formed through the photo-ionization of neutral species by the solar UV and EUV spectrum. During my Ph.D., my first achievement was to develop a ray tracing tool to solve the HF and VHF radio wave trajectories in a realistic Ionosphere. It is based on numerical development of the Fermat's Principle which allows trajectory modelling. To give more insight information on wave propagation, this tool also integrates some wave parameters such as propagation time, total electron content TEC and absorption. A simple tilted dipole magnetic field is implemented, which allow the ordinary and extraordinary propagation mode modelling. As a first application, I used this ray tracing tool to model a SuperDARN coherent HF radar. These radars are dedicated to the observation and study of the high latitude plasma convection. First, I studied the radio wave propagation in synthetic Ionosphere profiles, featuring different types of electron density gradients. I have shown that Ionosphere profile with a developed E region implies low altitude refraction for waves with low elevation angles and moderate to high absorption. For Ionosphere profile with lower density E region, wave may propagate to higher altitude and form echoes region spanning across the F region, while being less absorbed. While adding horizontal electron density gradient in these Ionosphere profiles, I have shown that the echoes region keep the same pattern but are shifted in distance respect to the radar. Then, I used these results to study the wave propagation in a realistic Ionosphere featuring complex electron density gradients. As a second application, I studied the magnetic field effect on radio wave propagation by modelling the ordinary and extraordinary propagation modes in the case of a ionosonde. It is an instrument dedicated to the sounding of the local vertical electron density profile below the F region peak. In the case of a parallel propagation with respect to the magnetic field, the ray tracing tool modelled the expected behaviour for both propagation modes, in terms of different altitude of reflection and different propagation speed. While modelling ordinary and extraordinary modes in the case of a SuperDARN radar, I have shown that the magnetic field effect was negligible as the propagation is almost perpendicular respect to the magnetic field. For this reason the common hypothesis to neglect the magnetic field in the SuperDARN case is correct. Finally, I studied the equatorial Ionosphere impact on very high frequency signal (GNSS), for Thales Alenia Space. First, a bibliographic study was made to identify the equatorial processes which could impact wave propagation. Then, I quantified their impact on GNSS signal and their temporal variability, by analysing a data base measured by african equatorial station
J D Huba - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
The Effect of the Thermosphere on Ionosphere Outflows
'Frontiers Media SA', 2021Co-Authors: J Krall, J D HubaAbstract:The Naval Research Laboratory (NRL) Sami2 is Another Model of the Ionosphere (SAMI2) and Sami3 is Also a Model of the Ionosphere (SAMI3) Ionosphere/plasmasphere codes have shown that thermosphere composition and winds significantly affect H+ outflows from the topside Ionosphere. In particular, O density inhibits upward diffusion of O+ from the Ionosphere F layer, especially during solar maximum conditions. In addition, winds affect the quiet-time latitudinal extent of the F layer, affecting densities at mid-to-high latitudes that are the source of plasmasphere refilling outflows. Evidence for these effects is reviewed and prospects for forecasting these outflows are explored. Open questions for future research are highlighted
-
the plasmasphere electron content paradox
Journal of Geophysical Research, 2016Co-Authors: J Krall, J D HubaAbstract:Measurements show that plasmasphere refilling rates decrease with increasing solar activity, while paradoxically, the vertical integration of the plasmasphere electron density (pTEC) increases with increasing solar activity. Using the Naval Research Laboratory SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere) and SAMI3 (Sami3 is Also a Model of the Ionosphere) codes, we simulate plasmasphere refilling following a model storm, reproducing this observed phenomenon. In doing so, we find that the refilling rate and resulting pTEC values are sensitive to the oxygen profile in the thermosphere and exosphere: the supply of H+ in the topside Ionosphere is limited by the local O+ density, through H+O+→H++O charge exchange. At solar minimum, the O+ supply simply increases with the O density in the exosphere. At solar maximum, we find that O-O+ collisions limit the O+ density in the topside Ionosphere such that it decreases with increasing O density. The paradox occurs because the pTEC metric gives electrons in the topside Ionosphere more weight than electrons in the plasmasphere.
-
modeling of multiple effects of atmospheric tides on the Ionosphere an examination of possible coupling mechanisms responsible for the longitudinal structure of the equatorial Ionosphere
Journal of Geophysical Research, 2010Co-Authors: S England, Astrid Maute, M E Hagan, T J Immel, J D Huba, R DemajistreAbstract:[1] A number of recent studies have highlighted the observational evidence for a coupling between atmospheric tides in the thermosphere and the electron density structure of the Ionosphere. The most commonly proposed mechanism to explain this is an electrodynamic coupling between tides at E region altitudes and ion drifts at F region altitudes. However, based on both the observational evidence from recent satellite missions such as those of the neutral winds associated with nonmigrating tides at F region altitudes, and considering the theoretical effects of atmospheric tides on the thermosphere and Ionosphere, more than one coupling mechanism must be considered. We use Sami2 is Another Model of the Ionosphere to test a set of electrodynamic and chemical-dynamical coupling mechanisms that could explain the link between tides in the thermosphere and the low-latitude Ionosphere. We investigate the possible role of the vertical drifts during the both the day and around sunset, perturbations to the thermospheric neutral density and thermospheric [O]/[N2], and tidal winds at F region altitudes. These simulations give an estimate of the sensitivity of the nighttime Ionosphere to each of these coupling mechanisms. We then compare the results of these sensitivity tests with the effects of atmospheric tides on different thermospheric parameters as simulated by a self-consistent model of the atmosphere-Ionosphere-electrodynamic system (thermosphere-Ionosphere-mesosphere-electrodynamics general circulation model). This comparison shows that in addition to the E region dynamo modulation, the potential coupling between tides and the Ionosphere via changes in thermospheric [O]/[N2], meridional winds at F region altitudes, and modification of the vertical drifts around sunset could play an important role and all require further study, both with models and new observations.
J Krall - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
The Effect of the Thermosphere on Ionosphere Outflows
'Frontiers Media SA', 2021Co-Authors: J Krall, J D HubaAbstract:The Naval Research Laboratory (NRL) Sami2 is Another Model of the Ionosphere (SAMI2) and Sami3 is Also a Model of the Ionosphere (SAMI3) Ionosphere/plasmasphere codes have shown that thermosphere composition and winds significantly affect H+ outflows from the topside Ionosphere. In particular, O density inhibits upward diffusion of O+ from the Ionosphere F layer, especially during solar maximum conditions. In addition, winds affect the quiet-time latitudinal extent of the F layer, affecting densities at mid-to-high latitudes that are the source of plasmasphere refilling outflows. Evidence for these effects is reviewed and prospects for forecasting these outflows are explored. Open questions for future research are highlighted
-
the plasmasphere electron content paradox
Journal of Geophysical Research, 2016Co-Authors: J Krall, Joseph D. HubaAbstract:Measurements show that plasmasphere refilling rates decrease with increasing solar activity, while paradoxically, the vertical integration of the plasmasphere electron density (pTEC) increases with increasing solar activity. Using the Naval Research Laboratory SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere) and SAMI3 (Sami3 is Also a Model of the Ionosphere) codes, we simulate plasmasphere refilling following a model storm, reproducing this observed phenomenon. In doing so, we find that the refilling rate and resulting pTEC values are sensitive to the oxygen profile in the thermosphere and exosphere: the supply of H+ in the topside Ionosphere is limited by the local O+ density, through H+O+→H++O charge exchange. At solar minimum, the O+ supply simply increases with the O density in the exosphere. At solar maximum, we find that O-O+ collisions limit the O+ density in the topside Ionosphere such that it decreases with increasing O density. The paradox occurs because the pTEC metric gives electrons in the topside Ionosphere more weight than electrons in the plasmasphere.
-
the plasmasphere electron content paradox
Journal of Geophysical Research, 2016Co-Authors: J Krall, J D HubaAbstract:Measurements show that plasmasphere refilling rates decrease with increasing solar activity, while paradoxically, the vertical integration of the plasmasphere electron density (pTEC) increases with increasing solar activity. Using the Naval Research Laboratory SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere) and SAMI3 (Sami3 is Also a Model of the Ionosphere) codes, we simulate plasmasphere refilling following a model storm, reproducing this observed phenomenon. In doing so, we find that the refilling rate and resulting pTEC values are sensitive to the oxygen profile in the thermosphere and exosphere: the supply of H+ in the topside Ionosphere is limited by the local O+ density, through H+O+→H++O charge exchange. At solar minimum, the O+ supply simply increases with the O density in the exosphere. At solar maximum, we find that O-O+ collisions limit the O+ density in the topside Ionosphere such that it decreases with increasing O density. The paradox occurs because the pTEC metric gives electrons in the topside Ionosphere more weight than electrons in the plasmasphere.
Joseph D. Huba - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
the plasmasphere electron content paradox
Journal of Geophysical Research, 2016Co-Authors: J Krall, Joseph D. HubaAbstract:Measurements show that plasmasphere refilling rates decrease with increasing solar activity, while paradoxically, the vertical integration of the plasmasphere electron density (pTEC) increases with increasing solar activity. Using the Naval Research Laboratory SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere) and SAMI3 (Sami3 is Also a Model of the Ionosphere) codes, we simulate plasmasphere refilling following a model storm, reproducing this observed phenomenon. In doing so, we find that the refilling rate and resulting pTEC values are sensitive to the oxygen profile in the thermosphere and exosphere: the supply of H+ in the topside Ionosphere is limited by the local O+ density, through H+O+→H++O charge exchange. At solar minimum, the O+ supply simply increases with the O density in the exosphere. At solar maximum, we find that O-O+ collisions limit the O+ density in the topside Ionosphere such that it decreases with increasing O density. The paradox occurs because the pTEC metric gives electrons in the topside Ionosphere more weight than electrons in the plasmasphere.
Grandin Maxime - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
-
Multi-instrument and modelling studies of Ionospheres at Earth and Mars
2017Co-Authors: Grandin MaximeAbstract:Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L'ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d'instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l'ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies - de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts - durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien - atmosphère neutre et ionosphère - et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation.This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian Ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial Ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the Ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral Ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian Ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the Ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the Ionosphere near the occultation point
-
Etude multi-instrumentale et modélisation des ionosphères terrestre et martienne
2017Co-Authors: Grandin MaximeAbstract:Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L'ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d'instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l'ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies - de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts - durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien - atmosphère neutre et ionosphère - et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation.This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian Ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial Ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the Ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral Ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian Ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the Ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the Ionosphere near the occultation point
-
Études multi-instrumentales et modélisation des ionosphères terrestre et martienne
HAL CCSD, 2017Co-Authors: Grandin MaximeAbstract:This thesis is based on five publications studying the terrestrial and Martian Ionospheres by making use of versatile instruments and of modelling techniques. The terrestrial Ionosphere is a complex system strongly coupled to the magnetosphere and hence very sensitive to solar wind driving. Various kinds of instruments may be used to study the Ionosphere, from ground-based instruments to satellite-borne systems. Two papers study the response of the auroral and subauroral Ionosphere to solar wind high-speed streams, which originate from coronal holes at the surface of the Sun. These two studies make use of the superposed epoch analysis method, which enables to derive the statistical behaviour of the studied parameters. For the first study, which focuses on the F-region peak electron density measured by the Sodankylä ionosonde (at L = 5.2), the superposed epoch method has been modified so that a study of the effects of high-speed streams in the F region in different magnetic local time sectors becomes possible. The modified method is called phase-locked superposed epoch analysis. The second paper focuses on energetic (>30 keV) electron precipitation during high-speed streams by making use of cosmic noise absorption measurements from a chain of riometers located between L = 3.8 and L = 5.7. A third study reveals for the first time pulsation signatures in cosmic noise absorption data during a pulsating aurora event. This indicates that the electron precipitation flux is modulated simultaneously over a broad range of energies (from a few keV to several tens of keV) in relation to pulsating aurora. The fourth and fifth articles study the Martian Ionosphere. They present a novel analysis method for Mars Express radio-occultation data. Contrary to the classical inversion approach, this new method is based on a direct simulation of the radio wave propagation between the ground-based station at Earth and the Mars Express spacecraft, in a modelled Martian environment. The parameters determining the properties of the neutral atmosphere and the Ionosphere of Mars are adjusted in order for the simulated radio-occultation data to fit the measured data. The optimal set of parameters provides the retrieved neutral temperature and density profiles in the atmosphere, and the ion and electron density profiles in the Ionosphere near the occultation point.This doctoral training is co-supervised by the University of Oulu (Finland) and the Université Toulouse III Paul Sabatier (France).Cette thèse est basée sur cinq publications étudiant les ionosphères terrestre et martienne en s'appuyant sur la combinaison d'observations provenant d'instruments variés ainsi que sur des techniques de modélisation. L’ionosphère terrestre est un système complexe fortement couplé à la magnétosphère et est par conséquent affectée par les perturbations provenant du vent solaire. De nombreux types d’instruments peuvent être utilisés pour étudier la variabilité de l’ionosphère, qu'il s'agisse de systèmes d'observation au sol ou d'instruments à bord de satellites. Deux des articles se focalisent sur les réponses de l'ionosphère terrestre aurorale et subaurorale aux courants de vent solaire rapide émanant des trous coronaux à la surface du soleil. Ces deux études sont basées sur la méthode des époques superposées, qui permet d'obtenir un comportement statistique des paramètres considérés. Pour la première étude, qui s'intéresse à la concentration électronique du pic de la région F de l'ionosphère à l'aide de l'ionosonde de Sodankylä (Finlande, L = 5.2), la méthode des époques superposées a été modifiée en ajoutant un verrouillage de phase permettant de distinguer les réponses de la région F dans différents secteurs de temps magnétique local. La deuxième étude s'intéresse aux précipitations d'électrons énergétiques (>30 keV) durant les courants de vent solaire rapide, en s'appuyant sur des mesures d'absorption du bruit cosmique par des riomètres situés entre L = 3.8 et L = 5.7. Une troisième étude met en évidence pour la première fois des signatures de pulsations dans les données riométriques durant une aurore pulsante. Cela révèle que le flux de précipitation d'électrons est modulé simultanément sur une grande plage d'énergies – de quelques kiloélectronvolts à plusieurs dizaines de kiloélectronvolts – durant une aurore pulsante. Les quatrième et cinquième articles traitent de l'ionosphère martienne. Ils présentent une nouvelle méthode d'analyse des données d'occultation radio fournies par la sonde Mars Express, qui s'appuie non pas sur une inversion des mesures tel qu'effectué classiquement, mais sur une modélisation directe de l'environnement martien – atmosphère neutre et ionosphère – et de la propagation des ondes radio entre la station sol sur Terre et la sonde Mars Express. L'ajustement des paramètres dont dépendent l'atmosphère et l'ionosphère martiennes permet d'obtenir des données d'occultation radio simulées s'approchant le plus possible des données mesurées. L'ajustement optimal donne alors les profils de température et de concentration des neutres ainsi que les profils de concentrations ioniques et électronique dans l'ionosphère martienne au voisinage du point d'occultation. Cette thèse est préparée en cotutelle entre l'Université d'Oulu (Finlande) et l'Université Toulouse III Paul Sabatier (France)
