ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN _ Nguyễn Thu Trang NGHIÊN CỨU CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY BIỀN THIÊN HÀNG NGÀY ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CỦA SPREAD F XÍCH ĐẠO Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 62 44 15 01 (DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2015 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (ĐHQG Hà Nội) Người hướng dẫn khoa học : TS Lê Huy Minh TS Roland Takuya Tsunoda Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Spread F xích đạo (Equatorial Spread F - ESF) tượng bất ổn định theo phương ngang cấu trúc plasma điện ly lớp F vào ban đêm Hiện tượng gây ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu vô tuyến phản xạ hay truyền xuyên qua tầng điện ly Do biện pháp kỹ thuật giúp giảm thiểu tác hại này, toán đặt nâng cao khả dự báo xuất hiện tượng để thiết lập điều khiển chế độ phát – truyền thông tin thích hợp nhằm tránh khu vực bất ổn định điện ly Vì vậy, việc mô tả chất ESF mục tiêu - câu hỏi cho nhà khoa học toàn cầu tám thập kỷ qua ngày trở nên cấp thiết phát triển nhanh chóng nhu cầu ứng dụng công nghệ không gian vào sống Cho đến nay, chưa có lý thuyết hoàn chỉnh nguyên nhân gây hoạt động ESF hàng ngày vị trí địa lý cụ thể Các nghiên cứu theo hướng tìm hiểu vai trò hai yếu tố điều khiển ESF nâng lên lớp F sau hoàng hôn (Post-SunSet Rise of F layer – PSSR) cấu trúc dạng sóng quy mô lớn (Large-Scale Wave Structure - LSWS) Trong PSSR có lịch sử nghiên cứu khoảng 80 năm với nguồn số liệu dồi từ thăm dò mặt đất (máy thăm dò điện ly) nhiều vệ tinh LSWS ý 10 năm gần với nguồn số liệu hạn chế từ quan trắc khoảng thời gian ngắn thiết bị mặt đất (radar ALTAIR) vệ tinh chuyên dụng (C/NOFS) Vì thế, việc tìm kiếm nguồn số liệu giúp mô tả gián tiếp LSWS cần thiết hướng nghiên cứu yếu tố điều khiển nói riêng nghiên cứu ESF nói chung ESF chủ đề chưa nghiên cứu thỏa đáng nước ta thiếu thiết bị sở vật chất cần thiết, kết nghiên cứu toàn cầu số đặc tính khác biệt chưa thể giải thích hoạt động spread F khu vực quanh Việt Nam Có ba đài - trạm quan trắc lãnh thổ Việt Nam có máy thăm dò điện ly hệ thu tín hiệu vệ tinh GRBR (GNU Radio Beacon Receiver) từ C/NOFS hoạt động; nhiên, thiết bị thăm dò thẳng đứng Bạc Liêu, vận hành khai thác nhà khoa học Nhật Bản Do vậy, cần có biện pháp khai thác hiệu số liệu có nước ta theo hướng nghiên cứu mới, đặc biệt số liệu từ máy thăm dò điện ly thẳng đứng Lợi ích nghiên cứu ESF không giúp tìm kiếm thêm hiểu biết tượng mà hướng đến mục tiêu bước ứng dụng vào thực tiễn nước nhằm nâng cao hiệu truyền thông - định vị vệ tinh Tuy nhiên, câu hỏi đặt làm cách tham gia vào trình nghiên cứu tượng với điều kiện thực tế với số liệu quan trắc Việt Nam? Nghiên cứu sinh chọn giải pháp nghiên cứu ESF khu vực khác (Trung tâm Thái Bình Dương), nơi có nhiều nguồn số liệu - đặc biệt dồi số liệu thăm dò thẳng đứng để hiểu rõ tượng sau áp dụng phương pháp nghiên cứu với số liệu nước Đề tài “Nghiên cứu nguyên nhân gây biến thiên hàng ngày phát triển spread F xích đạo” chọn xuất phát từ nhu cầu tiếp cận hướng nghiên cứu quan tâm ESF, bước đầu trang bị nâng cao lực nghiên cứu chủ đề việc sử dụng tất nguồn số liệu, tài liệu có thu thập khu vực để nghiên cứu đồng thời hai nguồn kích thích việc tìm kiếm thêm đặc tính hình thành xuất ESF quy mô thời gian ngắn so với tất báo cáo công bố Đây bước trung gian hướng đến mục tiêu cuối nghiên cứu biến thiên ESF hàng ngày Mục đích luận án: bao gồm hai phần Thứ nhất, luận án làm sáng tỏ phương pháp trích lọc thông tin từ thăm dò thẳng đứng (điện ly đồ) cho việc nghiên cứu cấu trúc dạng sóng quy mô lớn cấu trúc bong bóng plasma xích đạo (Equatorial Plasma Bubbles - EPB) Đây điểm quan trọng phương pháp sử dụng điện ly đồ cho mô tả gián tiếp hai hình thái phát triển ESF vào giai đoạn cuối bối cảnh khan số liệu quan trắc trực tiếp Thứ hai, luận án đóng góp thêm vài chứng nhằm tiếp tục làm sáng tỏ quan điểm nguyên nhân gây biến thiên hoạt động ESF hàng ngày khu vực nghiên cứu đánh giá vai trò yếu tố điều khiển ESF Đối tượng nghiên cứu luận án: bao gồm tượng spread F hai nguồn gây biến đổi hoạt động theo thời gian phạm vi đảo thuộc Trung tâm Thái Bình Dương hoạt động spread F - cấu trúc bong bóng plasma xích đạo Việt Nam khu vực lân cận Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án: góp phần làm sáng tỏ lý thuyết yếu tố điều khiển hoạt động ESF quy mô thời gian hàng tháng, hướng đến việc áp dụng phương pháp nghiên cứu cho quy mô thời gian ngắn hơn; ý nghĩa thực tiễn luận án khả áp dụng kết nghiên cứu vào dự báo ESF mối quan hệ với hoạt động hệ thống truyền thông - định vị vệ tinh tương lai Những điểm luận án: - Khẳng định chứng vết phản xạ nhiều lần dấu hiệu điện ly đồ cấu trúc dạng sóng quy mô lớn - Nghiên cứu đồng thời vai trò hai yếu tố kích thích spread F quy mô thời gian hàng tháng cho thấy vận tốc nâng lên thẳng đứng cực đại lớp F đóng vai trò quan trọng, tồn hai nguồn kích thích khác gây giá trị vận tốc cực đại biến đổi độ lớn dòng điện xích đạo vào phân điểm lực triều số sóng vào chí điểm - Dấu hiệu điện ly đồ cấu trúc bong bóng plasma xích đạo dạng spread F phức hợp quan trắc trạm xa xích đạo phân biệt với dạng spread F xảy khu vực xích đạo từ Cấu trúc luận án gồm bốn chương - phần mở đầu, kết luận kiến nghị nghiên cứu - Chương một: giới thiệu tổng quan đặc tính plasma khu vực xích đạo từ, tượng spread F thiết bị nghiên cứu - Chương hai: giới thiệu kết nghiên cứu vai trò cấu trúc dạng sóng quy mô lớn spread F - Chương ba: giới thiệu kết nghiên cứu vai trò hai yếu tố điều khiển spread F - Chương bốn giới thiệu kết nghiên cứu cấu trúc bong bóng plasma cho khu vực Việt Nam theo hướng mở rộng bổ sung nghiên cứu có Kết luận án công bố báo cáo poster hội nghị chuyên đề quốc tế, báo quốc tế báo nước CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN LY VÙNG XÍCH ĐẠO VÀ SPREAD F 1.1 Điện ly vùng xích đạo Tầng điện ly Trái Đất khu vực khí bị ion hóa phần nằm khoảng độ cao từ 60 đến 1000 km mặt đất Vào ban đêm, lớp F tồn khoảng độ cao 250 – 500 km 1.2 Spread F xích đạo 1.2.1 Spread F xích đạo quan trắc spread F xích đạo Hình 1.5: Vết trải rộng độ cao (bên trái) tần số (bên phải) ESF (phát năm 1934, bắt đầu nghiên cứu từ năm 1938) báo cáo vết F “khuếch tán” độ cao tần số qua số liệu thăm dò thẳng đứng thay vết mảnh bình thường Hiện nay, ESF chứng minh tượng bất đồng plasma lớp F theo phương ngang (cấu trúc từ 11 cm đến 3000 km) 1.2.2 Sự hình thành phát triển spread F xích đạo Giả sử có điện trường nhiễu loạn nhỏ vùng đáy ổn định, làm ion di chuyển theo hướng gây tích tụ điện tích rìa khu vực có điện trường nhiễu loạn Điện trường phân cực cảm ứng hình thành để đảm bảo dòng jo liên tục Điện trường với từ trường làm plasma dịch chuyển theo hướng hình 1.9 Kết trình trao đổi plasma làm điện trường nhiễu loạn ban đầu ngày mạnh hệ thống bất ổn thêm Tốc độ phát triển bất ổn định có giá trị lớn gradient mật độ điện tử tăng nhanh vận tốc hấp dẫn lớn Hai điều kiện đồng thời thỏa mãn độ cao lớp điện ly tăng Hai yếu tố điều khiển xuất ESF là: - Mầm mống nhiễu loạn (nguồn kích thích) - Vận tốc dịch chuyển thẳng đứng cực đại lớp F Hình 1.9: Mô tả trình xảy bất ổn định trao đổi đáy lớp F 1.3 Hai nguyên nhân gây biến thiên xuất spread F xích đạo hàng ngày 1.3.1 Sự nâng lên lớp F sau hoàng hôn (PSSR): trước đảo chiều chuyển động thẳng đứng lớp F xảy ra, vào khoảng sau hoàng hôn, vận tốc dịch chuyển hướng lên tăng đột ngột (PSSR) 1.3.1.3 Nghiên cứu mối quan hệ nâng lên lớp F sau hoàng hôn spread F xích đạo c Lý thuyết biến thiên spread F xích đạo theo mùa: đường phân cách ngày – đêm thẳng hàng với đường sức từ trường hoàng hôn xảy đồng thời hai lớp E liên hợp hai nửa bán cầu Lý thuyết STBA giải thích hầu hết đặc tính biến thiên theo mùa theo kinh độ xuất ESF, trừ ba khu vực Nam Mỹ, Châu Phi Trung tâm Thái Bình Dương 1.3.2 Nguồn kích thích - mầm mống nhiễu loạn: Cấu trúc dạng sóng quy mô lớn (LSWS) biến điệu dạng sóng theo độ cao đường đẳng mật độ plasma điện ly đáy lớp c Lý thuyết vai trò cấu trúc dạng sóng quy mô lớn: độ lớn kích thích plasma phụ thuộc vào kết kết hợp ion – hạt trung hòa, nhiễu loạn gió trung hòa chuyển thành điện trường phân cực mà đến lượt lại giúp vận chuyển plasma trượt thẳng đứng lên phía để tạo thành mầm mống nhiễu loạn Lý thuyết gọi tên “sự thẳng hàng theo đường sức từ mặt đầu sóng trọng lực” Lý thuyết chưa áp dụng cho vấn đề ESF yếu Việt Nam 1.3.3.1 Sự kết hợp nâng lên lớp F sau hoàng hôn cấu trúc dạng sóng quy mô lớn Việc hai lý thuyết dựa chủ yếu vào vai trò điều khiển riêng PSSR LSWS không hoàn toàn giải thích biến thiên mùa ESF gợi ý đến khả kết hợp hai yếu tố, LSWS xuất phát triển trình diễn PSSR (theo Tsunoda, 2015) 1.4 Các phương pháp thăm dò khí - điện ly sử dụng luận án 1.4.1 Thăm dò thẳng đứng 1.4.1.1 Nguyên lý: Gồm máy phát máy thu Thiết bị phát thẳng đứng sóng vô tuyến tần số cao (1- 30 MHz) Các sóng có tần số trùng với tần số plasma điện ly bị phản xạ lại, sóng có tần số cao truyền qua Thiết bị thu đo thời gian tín hiệu từ lúc phát đến nhận cho biết độ cao biểu kiến nơi sóng bị phản xạ tầng điện ly Đường biểu diễn tần số sóng vô tuyến phát theo độ cao phản xạ gọi điện ly đồ 1.4.1.2 Spread F xích đạo điện ly đồ: vết trải rộng độ cao/tần số độ dày vết phản xạ lớn 30 km 0,3 MHz 1.4.1.3 Dấu hiệu điện ly đồ cấu trúc dạng sóng quy mô lớn: vết phản xạ nhiều lần (Multi-reflected Echo – MRE) vết phụ (Satellite Trace – ST) Các vết ghi nhận từ năm 1970 nghiên cứu gần (năm 2008) vài công trình công bố 1.4.2 Tính toán nồng độ điện tử tổng cộng (TEC) từ vệ tinh C/NOFS 1.4.2.2 Cấu trúc dạng sóng quy mô lớn từ TEC: biến điệu quan trắc biểu diễn TEC theo phương ngang xem thành phần nhiễu loạn tương tự với cấu trúc LSWS 1.4.3 Đo xạ sóng dài (OLR) phát từ Trái Đất: giá trị thông lượng OLR 230 W/m2 sử dụng ngưỡng để phân biệt khu vực có hoạt động đối lưu CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC DẠNG SÓNG QUY MÔ LỚN TỪ ĐIỆN LY ĐỒ VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ ĐỐI VỚI SPREAD F 2.1 Trọng tâm nghiên cứu, khu vực số liệu nghiên cứu 2.1.1 Trọng tâm nghiên cứu Làm rõ hai điểm bản: - Khẳng định mối liên quan MREs – LSWS - Tính chất MREs để đại diện cho xuất LSWS 2.1.2 Khu vực số liệu nghiên cứu Hình 2.2: Diễn biến tầng điện ly Kwajalein đêm 24/04/2011; đường nối với chấm tròn cho biết thay đổi độ cao theo thời gian tần số phản xạ (từ đến 10 MHz), hai đường thẳng đứng màu xanh cho biết hai thời điểm hoàng hôn, MREs xảy vòng tròn đánh dấu xanh đậm, thành màu nâu thẳng đứng cho biết RSF MHz ba màu xanh nằm ngang cho biết thời gian có đường bay C/NOFS với LSWS xảy đường Đêm hoạt động ESF điển hình với PSSR mạnh, MRE ST 2.2.1.2 Tính chất vết phản xạ nhiều lần MREs xuất liên tục điện ly đồ từ 18h40 - 19h25 LT khoàng 3-6 MHz, đa số vết kép 2.2.1.3 Tính chất biến thiên nồng độ điện tử tổng cộng a Kết quan trắc Hình 2.5 Ba đường bay C/NOFS (a) thành phần nhiễu loạn TEC tương ứng từ ba đường bay (theo địa phương) lúc 17h47 (b), 19h31 (c) 21h15 (d) - LSWS xuất phát triển với bước sóng khoảng 270 410 km 11 - Sự suy giảm TEC không định xứ vị trí quan trắc mà xuất hai phía, gợi ý cho mô hình đáy điện ly giải thích tạo thành vết kép phản xạ nhiều lần b Minh giải biến thiên nồng độ điện tử tổng cộng Hình 2.6 Đáy điện ly giả định từ tính toán theo đường cong thành phần nhiễu loạn TEC thu lúc 19h28 (giờ địa phương) Xây dựng thành công mô hình đơn giản đáy điện ly có biên độ nhiễu loạn km để tạo thành vết phản xạ nhiều lần bậc đến 7, chứng minh mối liên hệ LSWS – MRE 2.2.2.2 Tính chất cấu trúc dạng sóng quy mô lớn a Dịch chuyển ngang: gần không giai đoạn ban đầu b Sự hình thành phát triển cấu trúc sóng quy mô lớn: LSWS xuất vào chiều muộn phát triển trình diễn PSSR c So sánh với nhiễu loạn điện ly di chuyển: hai cấu trúc hoàn toàn khác biệt chế hình thành phương thức dịch chuyển 2.3 Kết luận - MREs STs bậc cao nhiều khả liên quan đến LSWS - LSWS cấu trúc không biến đổi theo không gian suốt trình phát triển ban đầu 12 - Chúng đề nghị trình bao gồm mầm mống nhiễu loạn LSWS xuất trước thời gian xảy PSSR theo sau phát triển ESF (EPB) CHƯƠNG 3: SỰ NÂNG LÊN CỦA LỚP F SAU HOÀNG HÔN, CẤU TRÚC DẠNG SÓNG QUY MÔ LỚN VÀ SPREAD F XÍCH ĐẠO 3.1 Trọng tâm nghiên cứu, khu vực số liệu nghiên cứu 3.1.2 Trọng tâm nghiên cứu - Vai trò điều khiển PSSR, đặc biệt vào điểm chí? - Vai trò LSWS ESF PSSR (nếu có) 3.1.3 Khu vực số liệu nghiên cứu Số liệu thăm dò thẳng đứng đồ OLR Kwajalein, thời gian 1/2011 - 1/2012 Các kết tham khảo khác dùng so sánh mô tả Bảng Bảng 2: Kết công bố ESF/EBP nhấp nháy điện ly STT Vệ tinh Chuỗi số liệu SSN TACSAT 11/197 – 06/1972 67 - 69 Wideband 10/1976-10/1977 28 AE-E 01/1978 – 9/1980 93 1989–1992 135 1993 55 1998 64 1999–2002 107 2000 120 2003 64 2011 50 03/1999 – 6/2004 89 DMSP ROCSAT-1 13 2000 120 2003 64 CHAMP 01/2001 – 2/2004 104 INTERSAT 09/1970 – 10/1971 67 MARISAT 02/197 – 12/1979 155 Bảng 3: Các kết công bố PSSR STT Thiết bị Chuỗi số liệu SSN AE-E 5,6,7,8/1978-1979 93 03/1999 – 6/2004 89 2000 120 2003 64 07-08/1990 143 24/7/1979 125 ROCSAT-1 ALTAIR 3.2 Các thông tin sử dụng nghiên cứu 3.2.1 Tính toán thời điểm xảy hoàng hôn lớp E hai vùng liên kết: phát triển từ Tsunoda (1985) cho Kwajalein 3.2.2 Thông tin spread F xích đạo 3.2.2.1 Thông tin từ công trình công bố: bảng 3.2.2.2 Thông tin từ điện ly đồ: RSF (3MHz) giai đoạn trước nửa đêm, tính trung bình tháng 3.2.3 Thông tin nâng lên sau hoàng hôn lớp F 3.2.3.1 Thông tin từ công trình công bố: bảng 3.2.3.2 Thông tin từ điện ly đồ: cực đại vận tốc dịch chuyển VPSSR (18h10–20h10 LT) 3.2.3.4 Thông tin từ mô hình: mô hình toàn cầu cho giá trị VPSSR cực đại xây dựng Scherliess Fejer (1999), ký hiệu SF99 hình vẽ 14 3.2.4 Thông tin vết phản xạ nhiều lần: tần suất xuất tính trung bình tháng 3.2.5 Thông tin gió trung hòa; vận tốc thành phần vĩ hướng gió trung hòa tính từ mô hình tính vận tốc thành phần nằm ngang- HWM93 3.2.6 Thông tin độ hoạt động mặt trời: số vệt đen mặt trời trung bình tháng thời gian khảo sát 3.2.7 Thông tin hoạt động đối lưu: sử dụng đồ OLR trung bình tháng (1/2011 – 1/2012) 3.3 Kết bàn luận hHình 3.6: Kết so sánh tổng hợp: tỉ lệ EPB từ DMSP (a-f); ESF, nhấp nháy điện ly, vận tốc trượt thẳng đứng cực đại (g) Hình 3.6 thể kết quan trắc trích lọc từ tất công trình công bố liên quan đến ESF/EPB/nhấp nháy điện ly vận tốc trượt thẳng đứng cực đai Hình 3.7 thể kết so sánh vận tốc trượt thẳng đứng đại quan 15 trắc từ công trình công bố, đồng thời với MRE Hình 3.10 cho biết xuất vùng hoạt động đối luu Hình 3.7 So sánh tổng hợp (a) vận tốc cực đại PSSR từ mô hình Scherliss Fejer (1999), (b) tỉ lệ phần trăm xuất RSF mối quan hệ với MRE (c) tỉ lệ phần trăm xuất MRE mối quan hệ với RSF Hình 3.10 Bản đồ OLR cho khu vực Kwajalein từ tháng 01/2011 đến tháng 01/2012 3.3.6.1 Các kết a) Biến thiên tần suất xuất spread F xích đạo theo tháng: cực đại phân điểm (xung quanh hạ chí) giai đoạn độ hoạt động mặt trời mạnh (yếu) 16 b) Mối liên hệ POFESF với VPSSR: không thẳng hàng biến thiên POFESF VPSSR Phát dẫn đến hai giải thích: (1) VPSSR không hoàn toàn điều khiển POFESF (2) khác biệt thể VPSSR vào phân điểm hạ chí hai nguồn khác gây biến thiên VPSSR c) Cấu trúc sóng quy mô lớn: mầm mống kích thích: Cực đại rõ rệt POFMRE vào tháng phù hợp với diện vùng hoạt động đối lưu sâu POFRSF+MRE cho thấy liên quan đến hoạt động EPBs nhấp nháy dải siêu cao tần POFMRE+RSF có ưu giai đoạn diễn PSSR POFMRE-RSF có ưu vào sau PSSR kết thúc 3.3.6.2 Giả thuyết kiến nghị a Biến thiên theo tháng POFESF Kwajalein: biến thiên POFESF khu vực KWA thể kết ảnh hưởng hai trình b Vai trò lực triều thời điểm xảy nút hoàng hôn vào thời kỳ phân điểm: kết không thẳng hàng hai cực đại xét với nút hoàng hôn – điểm không phù hợp với kết dự báo từ lý thuyết Từ suy giá trị VPSSR bất biến theo tháng; thay vào đó, thay đổi đạt cực đại thời điểm không trùng với nút hoàng hôn: biến thiên theo độ lớn dòng điện xích đạo c Lực triều vào hạ chí: lực triều số so1ng giải thích cực đại ESF vào hạ chí, tương ứng với khu vực xét Châu Phi d Vai trò vùng đối lưu cấu trúc sóng quy mô lớn: liên quan chặt chẽ 3.5 Kết luận 17 - Nguồn gây ESF vào giai đoạn chí điểm: giá trị VPSSR lớn đồng thời với xuất cấu trúc sóng quy mô lớn - VPSSR tác động hoàn toàn đến POFESF - Các nguồn khác gây giá trị VPSSR khác vào chí điểm (lực triều số sóng 2) phân điểm (sự biến đổi độ lớn dòng điện xích đạo) - LSWS ảnh hưởng đến POFESF - LSWS có khả gây ảnh hưởng đến giá trị đo đạc VPSSR CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC BONG BÓNG PLASMA XÍCH ĐẠO QUAN TRẮC TẠI VIỆT NAM 4.1 Trọng tâm nghiên cứu, khu vực số liệu nghiên cứu 4.1.1 Trọng tâm nghiên cứu -Sự phát triển dịch chuyển EPB từ xích đạo đến vùng vĩ độ cao - Làm rõ xuất EPB vị trí quan trắc 4.1.2 Khu vực số liệu nghiên cứu Số liệu thăm dò thẳng đứng Việt Nam (Phú Thụy, Bạc Liêu), Thái Lan (Chiang Mai, Chumphon), so sánh với kết Philippines (Baguio giai đoạn 1953 – 1955) quan trắc EPB từ vệ tinh (DMSP, C/NOFS) cho khu vực kinh độ qua Việt Nam (1050E) Các giai đoạn độ hoạt động mặt trời thấp, yên tĩnh từ khoảng thời gian 18h00 – 05h45 LT 4.2 Kết bàn luận 4.2.1 Spread F khu vực xa xích đạo bong bóng plasma khu vực xích đạo từ 18 Chúng tính giá trị độ cao EPB khoảng 761 km để thấy SF Phú Thụy Hình 4.1 Hình 2b Whalen et al (1997) với ký hiệu bổ sung cho biết vị trí trạm Phú Thụy mặt phẳng kinh tuyến từ, mũi tên màu đỏ hướng tín hiệu thăm dò thẳng đứng, mũi tên màu xanh hướng dịch chuyển với đường sức từ cấu trúc plasma điện ly xích đạo từ Hình vẽ mô tả mặt phẳng kinh tuyến từ Nhận thấy thông tin ta thu từ tia phản xạ không giống trường hợp hướng mũi tên màu xanh cấu trúc điện ly theo hai hướng hoàn toàn khác - đặc biệt trường hợp có EPBs định xứ khu vực lân cận 4.2.2 Quan hệ spread F Phú Thụy cấu trúc bong bong plasma xích đạo Hình 4.2 biểu diễn tổng hợp tất kết quan trắc biến thiên theo tháng EPBs SF cho khu vực kinh tuyến qua Phú Thụy Các hình a-c kết từ C/NOFS (05/2007 – 03/2009), hình d-f từ DMSP (2007 - 2009) hình g tổng hợp kết cho SF từ thiết bị Phú Thụy (2007 - 2010) kết công bố Marasigan Kết cho thấy rõ cực đại bật POFEPB POFSF vào xung quanh hạ chí, với SF Phú Thụy 19 Có thể nhận xét kết thăm dò thẳng đứng chỗ phù hợp với giải thích phụ thuộc hoạt động EPBs theo độ cao, tương ứng với phụ thuộc hoạt động SF vào vĩ độ từ - vĩ độ từ cao, hoạt động SF thấp Hình 4.2 So sánh tổng hợp EPBs từ C/NOFS (a, b, c), DMSP (d, e, f) khoảng kinh tuyến khu vực Việt Nam, POFSF Phu Thuy năm 2007–2010 Baguio năm 1953– 1955 (g) 4.2.3 Giải thích dạng spread F Phú Thụy Các kết công bố sử dụng kiểu phân loại đặc trưng cho vùng xích đạo từ định dạng SF quan trắc trạm xa xích đạo Vì thế, câu hỏi đặt là, dạng trải rộng độ cao thực 20 trạm xa xích đạo có hình thái Và, liệu dạng SF khác quan trắc trạm xích đạo? Hình 4.4 Một vài điện ly đồ cho thấy cấu trúc plasma phức hợp khác quan trắc Phú Thụy (các vết phụ tô đậm vệt tương tự màu đỏ) Vì EPBs đến Phú Thụy hai đường (trượt dọc theo đường sức từ trường từ xích đạo, dịch chuyển tới từ hướng Tây) nên tia phản xạ nghiêng quay trở lại máy thăm dò bị phản xạ trước hai mặt phản xạ nghiêng tương ứng theo hướng Đông – Tây Bắc – Nam, tạo hình thái SF phức hợp Ba điện ly đồ tiêu biểu có xuất đồng thời vết (SF không SF) cho thấy trải rộng độ cao bị nghiêng, có xuất vết phụ hoàn toàn khác “dấu hiệu EPB” 4.2.4 Ví dụ nguồn gây spread F Phú Thụy Chúng xác định kiểu SF Phú Thụy (độ cao, tần số, hỗn hợp “dấu hiệu EPB”), kết thể hình 4.5 cho biết diễn biến tầng điện ly đêm khảo sát với dạng SF thị hoạt động EPBs Đêm 24/06/2007, có khả tồn mảng hoạt động EPBs – hình thành phía Đông Chumphon - qua khu vực Phú Thụy suốt thời gian xảy SF điện ly đồ, phù hợp với ESF Bạc Liêu có vết phụ yếu Chumphon 21 Đêm 25/10/2010, tồn hai nhánh EPB hình thành phía Đông Chiang Mai, phù hợp với việc không quan trắc thấy ESF Bạc Liêu Chiang Mai Hình 4.5 Các diễn biến xảy tầng điện ly quan trắc Phú Thụy hai đêm 24/06/ 2007 (a) 25/10/2010 (b) Các màu ngắn thẳng đứng cho biết: vết phụ – màu vàng, kiểu trải rộng độ cao – màu đỏ, kiểu hỗn hợp – màu tím, kiểu trải rộng tần số – màu xanh dương, kiểu khác (dấu hiệu EPB) – màu đen 4.3 Kết luận 22 - Cực đại sau nửa đêm địa phương xung quanh hạ chí SF cho thấy chứng chắn mối liên hệ SF Phú Thụy với EPB phát triển vùng xích đạo từ - SF dạng trải rộng độ cao trạm xa xích đạo kết kết hợp phức tạp phản xạ nghiêng cấu trúc EPB định xứ điểm quan trắc tồn khu vực lân cận - Chúng đề nghị dạng SF với tên gọi “dấu hiệu EPB” xuất điện ly đồ xa khỏi vùng xích đạo từ phải phân biệt với ESF - tượng vùng xích đạo - Để tiến đến dự báo xuất EPB vị trí cụ thể, cần tính đến dịch chuyển cấu trúc nhiễu loạn từ phía Đông KẾT LUẬN Sử dụng số liệu quan trắc từ thiết bị thăm dò thẳng đứng, từ thiết bị thu tín hiệu vệ tinh C/NOFS, kết hợp với tài nguyên sẵn có cộng đồng nghiên cứu giới (bản đồ OLR, mô hình gió trung hòa, mô hình vận tốc dịch chuyển thẳng đứng cực đại), đồng thời trích lọc so sánh tổng hợp với tất kết nghiên cứu công bố hoạt động ESF EPB xích đạo, hoạt động SF trạm xa xích đạo, đến kết luận sau:  Việc trích lọc thông tin điện ly đồ cho nghiên cứu biến thiên hoạt động spread F cho kết sau: - Các vết phản xạ nhiều lần (đơn kép) khu vực xích đạo từ dấu hiệu cho thấy có xuất biến điệu đáy điện ly liên quan đến cấu trúc dạng sóng quy mô lớn - Spread F mạnh điện ly đồ vùng xích đạo cho biết phát triển cấu trúc bong bóng plasma liên quan đến spread F vùng xa xích đạo 23 - Vận tốc dịch chuyển thẳng đứng cực đại tính từ biến thiên theo thời gian độ cao đáy điện ly vùng xích đạo từ tham số tốt cho trình nâng lên lớp F sau hoàng hôn  Hai yếu tố điều khiển biến thiên hoạt động spread F thể vai trò kết sau: - Cấu trúc dạng sóng quy mô lớn: có mối liên hệ rõ ràng ESF với hoạt động đối lưu sâu lớp khí bên vào tháng mùa hè giai đoạn độ hoạt động mặt trời thấp trình nâng lên lớp F sau hoàng hôn vai trò chủ đạo - Sự nâng lên lớp F sau hoàng hôn: biến thiên cực đại vận tốc dịch chuyển thẳng đứng có vai trò quan trọng biến thiên hoạt động theo tháng spread F với nguồn gây giá trị cực đại khác vào chí điểm (tác dụng lực triều số sóng 2) phân điểm (biến thiên độ lớn dòng điện xích đạo) - Sự kết hợp hai yếu tố điều khiển thể trường hợp nghiên cứu cụ thể cấu trúc dạng sóng quy mô lớn xuất tiếp tục phát triển bối cảnh có hoạt động nâng lên đáy lớp F  Việc nghiên cứu xuất spread F vị trí cụ thể (khu vực xích đạo xích đạo) toán tổng hợp kết hợp hai yếu tố điều khiển địa phương (sự nâng lên lớp F sau hoàng hôn cấu trúc dạng sóng quy mô lớn) dịch chuyển xuất cấu trúc nhiễu loạn khu vực lân cân 24 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyen T T., R T Tsunoda, and M Yamamoto (2012), “On the relationship of multi-reflected echoes to large-scale wave structure and equatorial spread F”, poster presented at 13th International Symposium on Equatorial Aeronomy, Inst Geofis del Peru, Paracas, Peru, 12–16 March 2012 Roland T Tsunoda, Smitha V Thampi, Thu Trang Nguyen, and Mamoru Yamamoto, (2013), “On validating the relationship of ionogram signatures to large-scale wave structure”, Journal of Physics 103 Atmosphere and Solar-Terrestrial (30), pp 30-35, http://dx.doi.org/10.1016/j.jastp.2012.11.003 Roland T Tsunoda, Trang T Nguyen, and Minh Huy Le, (2015), “Effects of tidal forcing, conductivity gradient, and active seeding on the climatology of equatorial spread F over Kwajalein”, Journal of Geophysical Research: Space Physics 120, pp 632–653, doi:10.1002/2014JA020762 Nguyen T T., R T Tsunoda, M H Le, (2015), “On new detailed ionogram signatures of equatorial plasma bubbles from non-equatorial station during low solar activity”, Vietnam Journal of Earth Sciences (đã chấp nhận đăng) [...]... 2) và phân điểm (sự biến đổi độ lớn của dòng điện xích đạo) - LSWS ảnh hưởng đến POFESF - LSWS có khả năng gây ảnh hưởng đến giá trị đo đạc của VPSSR CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC BONG BÓNG PLASMA XÍCH ĐẠO QUAN TRẮC TẠI VIỆT NAM 4.1 Trọng tâm nghiên cứu, khu vực và số liệu nghiên cứu 4.1.1 Trọng tâm nghiên cứu -Sự phát triển và dịch chuyển của EPB từ xích đạo đến các vùng vĩ độ cao hơn - Làm rõ sự xuất hiện EPB... và so sánh tổng hợp với tất cả các kết quả nghiên cứu đã công bố về hoạt động ESF và EPB tại xích đạo, hoạt động SF tại các trạm xa xích đạo, chúng tôi đi đến các kết luận sau:  Việc trích lọc thông tin điện ly đồ cho nghiên cứu biến thiên hoạt động spread F cho các kết quả sau: - Các vết phản xạ nhiều lần (đơn hoặc kép) ở khu vực xích đạo từ là dấu hiệu cho thấy có sự xuất hiện của biến điệu đáy điện... điểm (tác dụng của lực triều số sóng 2) và phân điểm (biến thiên của độ lớn dòng điện xích đạo) - Sự kết hợp của cả hai yếu tố điều khiển thể hiện trong trường hợp nghiên cứu cụ thể khi cấu trúc dạng sóng quy mô lớn xuất hiện và tiếp tục phát triển trong bối cảnh có hoạt động nâng lên của đáy lớp F  Việc nghiên cứu sự xuất hiện của spread F tại vị trí cụ thể (khu vực xích đạo và ngoài xích đạo) là bài... - Spread F mạnh trên điện ly đồ vùng xích đạo cho biết sự phát triển của cấu trúc bong bóng plasma và liên quan đến spread F ở vùng xa xích đạo 23 - Vận tốc dịch chuyển thẳng đứng cực đại tính từ biến thiên theo thời gian của độ cao đáy điện ly vùng xích đạo từ là tham số tốt cho quá trình nâng lên của lớp F sau hoàng hôn  Hai yếu tố điều khiển biến thiên hoạt động spread F thể hiện vai trò trong các. .. suốt quá trình phát triển ban đầu của nó 12 - Chúng tôi đề nghị quá trình bao gồm mầm mống nhiễu loạn do LSWS xuất hiện trước thời gian xảy ra PSSR theo sau bởi sự phát triển ESF (EPB) CHƯƠNG 3: SỰ NÂNG LÊN CỦA LỚP F SAU HOÀNG HÔN, CẤU TRÚC DẠNG SÓNG QUY MÔ LỚN VÀ SPREAD F XÍCH ĐẠO 3.1 Trọng tâm nghiên cứu, khu vực và số liệu nghiên cứu 3.1.2 Trọng tâm nghiên cứu - Vai trò điều khiển của PSSR, đặc biệt... hệ giữa SF tại Phú Thụy với EPB phát triển tại vùng xích đạo từ - SF dạng trải rộng độ cao tại các trạm xa xích đạo là kết quả của sự kết hợp phức tạp các phản xạ nghiêng do cấu trúc EPB định xứ tại điểm quan trắc hoặc tồn tại trong khu vực lân cận - Chúng tôi đề nghị một dạng SF mới với tên gọi “dấu hiệu EPB” xuất hiện trên điện ly đồ xa khỏi vùng xích đạo từ và phải được phân biệt với ESF - hiện... VPSSR: sự không thẳng hàng của biến thiên POFESF và VPSSR Phát hiện này dẫn đến hai giải thích: (1) VPSSR không hoàn toàn điều khiển POFESF và (2) sự khác biệt trong thể hiện của VPSSR vào phân điểm và hạ chí chỉ ra hai nguồn khác nhau gây ra biến thiên VPSSR c) Cấu trúc sóng quy mô lớn: mầm mống kích thích: Cực đại rõ rệt của POFMRE vào tháng 7 phù hợp với sự hiện diện của vùng hoạt động đối lưu sâu POFRSF+MRE... rõ ràng giữa ESF với hoạt động đối lưu sâu trong lớp khí quyển bên dưới vào các tháng mùa hè giai đoạn độ hoạt động mặt trời thấp khi quá trình nâng lên của lớp F sau hoàng hôn không thể hiện vai trò chủ đạo - Sự nâng lên của lớp F sau hoàng hôn: sự biến thiên của cực đại vận tốc dịch chuyển thẳng đứng có vai trò quan trọng trong biến thiên hoạt động theo tháng của spread F với nguồn gây ra giá trị... với SF tại Phú Thụy ít 19 nhất Có thể nhận xét rằng các kết quả thăm dò thẳng đứng tại chỗ phù hợp với giải thích về sự phụ thuộc của hoạt động của EPBs theo độ cao, tương ứng với sự phụ thuộc của hoạt động SF vào vĩ độ từ - vĩ độ từ càng cao, hoạt động SF càng thấp Hình 4.2 So sánh tổng hợp giữa EPBs từ C/NOFS (a, b, c), DMSP (d, e, f) trong khoảng kinh tuyến khu vực Việt Nam, POFSF tại Phu Thuy các. .. đối lưu sâu POFRSF+MRE cho thấy sự liên quan đến hoạt động EPBs và nhấp nháy ở dải siêu cao tần POFMRE+RSF có ưu thế trong giai đoạn diễn ra PSSR trong khi POFMRE-RSF có ưu thế vào các giờ sau khi PSSR kết thúc 3.3.6.2 Giả thuyết kiến nghị a Biến thiên theo tháng của POFESF tại Kwajalein: biến thiên của POFESF ở khu vực KWA thể hiện kết quả của ảnh hưởng bởi hai quá trình b Vai trò của lực triều và ... phương pháp nghiên cứu với số liệu nước Đề tài Nghiên cứu nguyên nhân gây biến thiên hàng ngày phát triển spread F xích đạo chọn xuất phát từ nhu cầu tiếp cận hướng nghiên cứu quan tâm ESF, bước... – 500 km 1.2 Spread F xích đạo 1.2.1 Spread F xích đạo quan trắc spread F xích đạo Hình 1.5: Vết trải rộng độ cao (bên trái) tần số (bên phải) ESF (phát năm 1934, bắt đầu nghiên cứu từ năm 1938)... ngột (PSSR) 1.3.1.3 Nghiên cứu mối quan hệ nâng lên lớp F sau hoàng hôn spread F xích đạo c Lý thuyết biến thiên spread F xích đạo theo mùa: đường phân cách ngày – đêm thẳng hàng với đường sức từ