Tec Supim (Previsão)





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SUPIM-INPE / Sheffield University Plasmasphere-Ionosphere Model no INPE

 

SUPIM é um modelo de primeiros princípios da ionosfera e plasmasfera da Terra que tem sido desenvolvido nas últimas três décadas [Bailey and Sellek, 1990; Bailey et al., 1993; Bailey and Balan, 1996; Souza et al., 2000; Santos, 2005; Souza et al.,2010; Souza et al., 2011].
No modelo, as equações da continuidade, movimento e do equilíbrio de energia, ambas dependentes do tempo e acopladas, são resolvidas ao longo das linhas de campo magnético fechadas para calcular os valores das densidades, fluxos e temperaturas dos elétrons e dos íons O+, H+, He+, N2+, O2+ and NO+. SUPIM inclui uma das representações mais precisa do campo magnético da Terra que é um dipolo excêntrico. Na verdade, o campo magnético é obtido ao deslocar um dipolo do centro da Terra por uma distância de 500 km na direção de 21oN, 147oE e o eixo cortando a superfície da Terra em torno de 82oN, 90oW e 75oS, 119oE [Fraser-Smith, 1987].
A excentricidade, obviamente, faz o sistema de coordenada magnética ser diferente do geográfico. O modelo inclui numerosos processos físicos e químicos. Os principais são: produção de íons devido à radiação solar EUV, produções e perdas dos íons devido às reações químicas entre os constituintes ionizados e neutros, difusões ambipolar e térmica, colisões íon-íon e íon-partícula neutra, ventos termosféricos, deriva eletromagnética (E×B), condução térmica, aquecimento fotoelétrico, aquecimento friccional e um grande número de aquecimentos locais e mecanismos de esfriamento [Bailey et al., 1997].

 

Breve História do SUPIM no INPE/Brasil

 

A Divisão de Aeronomia – CEA/INPE tem mantido colaboração com o Professor Bailey do Departamento de Matemática e Computação Aplicada, Universidade de Sheffield – UK por vários anos. O Professor Bailey visitou o INPE pela primeira vez 1990. Isso foi o início de uma das mais saudável e amigável colaboração da nossa divisão. Em 1993, o Dr. Eurico Rodrigues de Paula contatou o Professor Bailey e conseguiu sua permissão para usar o código do modelo SUPIM no trabalho de doutorado desenvolvido por Jonas Rodrigues de Souza, naquela época um estudante no Programa de Pós-Graduação em Geofísica Espacial do INPE. Esta tese, cujo título é ‘Modelagem Ionosférica em Baixas Latitudes no Brasil’, foi orientada pelo Dr. Mangalathayil Ali Abdu e a Dra. Inez Staciarini Batista (Souza, 1997). Os avanços máximos no entendimento do código SUPIM ocoreram entre 1997-1999 durante as pesquisas de pós-doutorado do Dr. Souza na Universidade de Sheffield. Outro importante passo foi dado pelo trabalho de doutorado de Pedrina Morais Terra dos Santos (Santos, 2005). Em 2002, Pedrina desenvolveu parte do seu trabalho de doutorado na Universidade de Sheffield, também supervisionado pelo Professor Bailey. Este trabalho incluiu uma extensão do SUPIM para efetuar cálculos para a região E ionosférica. Ela apresentou os resultados deste trabalho no congresso do CEDAR (Coupling, Energetics and Dynamics of Atmospheric Regions) realizado em Santa Fé, USA, no ano de 2005 (Santos et al., 2005). Ela recebeu um prêmio de melhor apresentação de trabalhos na área de ionosfera.
Com início do Programa de Clima Espacial no INPE, coordenado pelo Dr. Hisao Takahashi, SUPIM foi novamente modificado para prever CET. Contribuições relevantes têm sido dadas por Dr. Adriano Petry do Centro de Pesquisas Espaciais da Regional Sul – CRS/CCR/INPE e Dr. Haroldo de Campos Velho do Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada – INPE na paralelização do código SUPIM para execução em grupos (clusters) de computadores do INPE para gerar mapas diários de CET em coordenadas geográficas (Petry, A., 2010).

 

Agradecimentos

 

Os pesquisadores do INPE que trabalham com o SUPIM agradecem os apoios financeiros dados pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq (Proc.: 201527/93.1) e a Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP (Procs.: 98/12245-6, 00/05089-0 e 04/09432-1). Dr. Jonas R. Souza, Cida R. Souza e Pedrina M. T. Santos são imensamente gratos ao Professor Bailey e sua amável esposa Dorothy Bailey (em memória) pela carinhosa hospitalidade e amizade durante as visitas à Universidade de Sheffield.

 

Referências

 

Bailey, G.J., and R. Sellek, A mathematical model of the Earth’s plasmasphere and its application in a study of He+ at L=3, Ann. Geophysicae., 8, 171-190, 1990.

Bailey, G.J., R. Sellek, and Y. Rippeth, A modelling study of the equatorial topside ionosphere, Ann. Geophysicae, 11, 263-272, 1993.

Bailey, G.J., and N. Balan, A low-latitude ionosphere-plasmasphere model, STEP Handbook on Ionospheric Models, ed.R.W. Schunk, Utah State University, 173-206, 1996.

Bailey, G.J., Y.Z. Su, and N. Balan, The Sheffield University plasmasphere ionosphere model – a review, J. Atmos. Terr. Phys., 59, 1541-1552, 1997.

Drob, D. P, J. T. Emmert, G. Crowley, J. M. Picone, et al., An empirical model of the Earth’s horizontal wind fields: HWM07, J. Geophy. Res., doi:10.1029/2008JA013668, 2008.

Fraser-Smith, A.C. Centered and eccentric geomagnetic dipoles and their poles, 1600-1985, Rev. Geophys., 25, pp. 1-16, 1987.

Huba, J.D., Joyce, G., Fedder, J.A. Sami2 is another model of the ionosphere (SAMI2): a new low-latitude ionosphere model. J. Geophys. Res. 105 (A10), 23035–23053, 2000.

Petry, A. Análise e paralelização do código SUPIM. São José dos Campos: INPE, 2010. 35 p. (sid.inpe.br/mtc-m19@80/2010/07.19.13.43-NTC). Disponível em: http://urlib.net/8JMKD3MGP7W/37SMSTS.

Picone, J.M., Hedin, A.E., Drob, D., Aikin, A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: statistical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res. 107 (A12), A1468, doi:10.1029/2002JA009430, 2002.

Santos, P.M.T., Estudo da Dinâmica do Sistema Ionosfera-Termosfera por Modelo Teórico e Observações Experimentais. São José dos Campos, SP, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), 2005. (INPE-13270-TDI/1032).

Santos, P.M.T., J.R. Souza, J.H.A. Sobral, G.J. Bailey, C.G.M. Brum, Development of the Sheffield University Plasmasphere Ionosphere Model-Enhanced (SUPIM-E). In: 2005 CEDAR-GEM Joint Workshop, 2005, Santa Fe. 2005 CEDAR-GEM Joint Workshop, 2005.

Scherliess, L., B.G. Fejer, Radar and satellite global equatorial F region vertical drift model. J. Geophys. Res. 104, 6829–6842, 1999.

Souza, J.R. Modelagem ionosférica em baixas latitudes no Brasil. São José dos Campos, SP, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), 1997. (INPE-6395-TDI/611).

Souza, J.R., M.A. Abdu, I.S. Batista, and G.J. Bailey, Determination of vertical plasma drift and meridional wind using the Sheffield University Plasmasphere ionosphere Model and ionospheric data at equatorial and low latitudes in Brazil: summer solar minimum and maximum conditions, J. Geophys. Res., 105, 12,813-12,821, 2000.

Souza, J.R., C.G.M. Brum, M.A. Abdu, I.S. Batista, W.D. Asevedo Junior, G.J. Bailey, J.A. Bittencourt. Parameterized regional ionospheric model and a comparison of its results with experimental data and IRI representations. Advances in Space Research, v. 46, p. 1032-1038, 2010.

Souza, J.R., P.M.T. Santos, G.J. Bailey, M.A. Abdu, I.S. Batista, Enhancement of the Sheffield University plasmasphere-ionosphere model: E region and new inputs. To be submitted to JGR, 2011.

Strobel, D.F., Young, T.R. The nighttime ionosphere: E region and lower F region. J. Geophys. Res. 79 (22), 3171–3178, 1974.

Tobiska, W.K., Woods, T., Eparvier, F., Viereck, R., Flyod, L., Bouwer, D., Rottman, G., White, O.R. The SOLAR2000 empirical solar irradiance model and forecast tool. J. Atmos. Terr. Phys. 62, 1233–1250, 2000.