Published December 13, 2023 | Version v1
Publication Open

Assessing the potential of ionosonde for forecasting post-sunset equatorial spread F: an observational experiment in Southeast Asia

Creators

  • 1. National Nuclear Energy Agency of Indonesia
  • 2. Telkom University
  • 3. Nagoya University
  • 4. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang
  • 5. Sumatera Institute of Technology
  • 6. National Institute of Informatics

Description

Abstract The occurrence of equatorial spread F (ESF) has the potential to detrimentally impact space-based technological systems. This study investigates the utility of ionosondes in forecasting the incidence of post-sunset ESF in the zonal direction, utilizing observational data obtained from four ionosondes located near the magnetic Equator in Southeast Asia. Data were collected during the equinox seasons (March–April and September–October) between 2003 and 2020. To establish a relationship between the probability of post-sunset ESF occurrence and the evening vertical plasma drift ( v ), a logistic regression model was employed. Post-sunset ESF occurrence is defined as the presence of ESF during the time window between 19:00 and 21:00 LT, while v is derived from the average time derivative of virtual heights during the interval from 18:30 to 19:00 LT. Results indicate that the probability of post-sunset ESF occurrence approaches zero, signifying that ESF is unlikely to develop when v is negative. Conversely, when v exceeds 30 m/s, the probability of post-sunset ESF occurrence surpasses 0.87, indicating that ESF occurs almost invariably. The likelihood of post-sunset ESF occurrence reaches 1 when v equals or exceeds 40 m/s. Utilizing this model, the study determined that a single ionosonde positioned at the Equator can effectively forecast the incidence of post-sunset ESF up to a longitudinal distance of 30° from its location. The accuracy of ionosondes in predicting post-sunset ESF occurrence above their respective locations is approximately 0.80, with a 10% decrease in accuracy when forecasting ESF occurrence at longitudinal distances of 30°. In conclusion, this study enhances our understanding of the link between the evening vertical plasma drift and the manifestation of post-sunset ESF by leveraging ionosonde data. Furthermore, it provides valuable insights into the recommended coverage range of ionosondes for predicting post-sunset ESF occurrence in the zonal direction, which can be employed to fortify regional space weather services. Graphical Abstract

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

إن حدوث الانتشار الاستوائي F (ESF) لديه القدرة على التأثير بشكل ضار على الأنظمة التكنولوجية الفضائية. تبحث هذه الدراسة في فائدة المسابير الأيونية في التنبؤ بحدوث ESF بعد غروب الشمس في الاتجاه النطاقي، باستخدام بيانات الرصد التي تم الحصول عليها من أربعة مسابير أيونية تقع بالقرب من خط الاستواء المغناطيسي في جنوب شرق آسيا. تم جمع البيانات خلال مواسم الاعتدال (مارس - أبريل وسبتمبر - أكتوبر) بين عامي 2003 و 2020. لإنشاء علاقة بين احتمال حدوث ESF بعد غروب الشمس وانجراف البلازما الرأسي المسائي ( v )، تم استخدام نموذج الانحدار اللوجستي. يتم تعريف حدوث ESF بعد الغروب على أنه وجود ESF خلال الفترة الزمنية بين 19:00 و 21:00 LT، بينما يتم اشتقاق v من متوسط المشتق الزمني للارتفاعات الافتراضية خلال الفترة من 18:30 إلى 19:00 Lt. تشير النتائج إلى أن احتمال حدوث ESF بعد الغروب يقترب من الصفر، مما يشير إلى أنه من غير المرجح أن يتطور ESF عندما تكون v سلبية. على العكس من ذلك، عندما تتجاوز v 30 م/ث، فإن احتمال حدوث ESF بعد الغروب يتجاوز 0.87، مما يشير إلى أن ESF يحدث دائمًا تقريبًا. يصل احتمال حدوث ESF بعد غروب الشمس إلى 1 عندما تساوي v أو تتجاوز 40 م/ث. باستخدام هذا النموذج، حددت الدراسة أن المسبار الأيوني الواحد الموجود عند خط الاستواء يمكن أن يتنبأ بشكل فعال بحدوث ESF بعد غروب الشمس حتى مسافة طولية تبلغ 30درجة من موقعه. تبلغ دقة المسابير الأيونية في التنبؤ بحدوث ESF بعد غروب الشمس فوق مواقعها حوالي 0.80، مع انخفاض بنسبة 10 ٪ في الدقة عند التنبؤ بحدوث ESF على مسافات طولية تبلغ 30درجة. في الختام، تعزز هذه الدراسة فهمنا للصلة بين انجراف البلازما العمودي المسائي ومظهر ESF بعد غروب الشمس من خلال الاستفادة من بيانات المسبار الأيوني. علاوة على ذلك، فإنه يوفر رؤى قيمة حول نطاق التغطية الموصى به للمسابر الأيونية للتنبؤ بحدوث ESF بعد غروب الشمس في الاتجاه النطاقي، والذي يمكن استخدامه لتحصين خدمات طقس الفضاء الإقليمية. الملخص الرسومي

Translated Description (French)

Résumé L'apparition de la propagation équatoriale F (ESF) a le potentiel d'avoir un impact négatif sur les systèmes technologiques spatiaux. Cette étude étudie l'utilité des ionosondes dans la prévision de l'incidence du FSE après le coucher du soleil dans la direction zonale, en utilisant les données d'observation obtenues à partir de quatre ionosondes situées près de l'équateur magnétique en Asie du Sud-Est. Les données ont été recueillies pendant les saisons d'équinoxe (mars-avril et septembre-octobre) entre 2003 et 2020. Pour établir une relation entre la probabilité d'occurrence du FSE après le coucher du soleil et la dérive verticale du plasma en soirée ( v ), un modèle de régression logistique a été utilisé. L'occurrence de l'ESF après le coucher du soleil est définie comme la présence de l'ESF pendant la fenêtre temporelle entre 19h00 et 21h00 LT, tandis que v est dérivé de la dérivée temporelle moyenne des hauteurs virtuelles pendant l'intervalle de 18h30 à 19h00 LT. Les résultats indiquent que la probabilité d'occurrence de l'ESF après le coucher du soleil approche de zéro, ce qui signifie que l'ESF est peu susceptible de se développer lorsque v est négatif. Inversement, lorsque v dépasse 30 m/s, la probabilité d'occurrence du FSE après le coucher du soleil dépasse 0,87, ce qui indique que le FSE se produit presque invariablement. La probabilité d'occurrence du FSE après le coucher du soleil atteint 1 lorsque v est égal ou supérieur à 40 m/s. En utilisant ce modèle, l'étude a déterminé qu'une seule ionosonde positionnée à l'équateur peut prédire efficacement l'incidence de l'ESF après le coucher du soleil jusqu'à une distance longitudinale de 30° de son emplacement. La précision des ionosondes dans la prévision de l'occurrence du FSE après le coucher du soleil au-dessus de leurs emplacements respectifs est d'environ 0,80, avec une diminution de 10 % de la précision lors de la prévision de l'occurrence du FSE à des distances longitudinales de 30°. En conclusion, cette étude améliore notre compréhension du lien entre la dérive verticale du plasma en soirée et la manifestation de l'ESF après le coucher du soleil en tirant parti des données de l'ionosonde. En outre, il fournit des informations précieuses sur la plage de couverture recommandée des ionosondes pour prédire l'occurrence du FSE après le coucher du soleil dans la direction zonale, qui peut être utilisée pour fortifier les services régionaux de météorologie spatiale. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen La aparición de la propagación ecuatorial F (ESF) tiene el potencial de impactar negativamente en los sistemas tecnológicos basados en el espacio. Este estudio investiga la utilidad de las ionosondas para pronosticar la incidencia de ESF posterior a la puesta del sol en la dirección zonal, utilizando datos observacionales obtenidos de cuatro ionosondas ubicadas cerca del ecuador magnético en el sudeste asiático. Los datos se recopilaron durante las temporadas de equinoccio (marzo-abril y septiembre-octubre) entre 2003 y 2020. Para establecer una relación entre la probabilidad de ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol y la deriva de plasma vertical nocturna ( v ), se empleó un modelo de regresión logística. La ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol se define como la presencia de ESF durante la ventana de tiempo entre las 19:00 y las 21:00 LT, mientras que v se deriva de la derivada de tiempo promedio de las alturas virtuales durante el intervalo de 18:30 a 19:00 LT. Los resultados indican que la probabilidad de ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol se acerca a cero, lo que significa que es poco probable que se desarrolle ESF cuando v es negativo. Por el contrario, cuando v supera los 30 m/s, la probabilidad de ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol supera los 0,87, lo que indica que el ESF ocurre casi invariablemente. La probabilidad de ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol alcanza 1 cuando v es igual o superior a 40 m/s. Utilizando este modelo, el estudio determinó que una sola ionosonda posicionada en el ecuador puede pronosticar de manera efectiva la incidencia de ESF posterior a la puesta del sol hasta una distancia longitudinal de 30° desde su ubicación. La precisión de las ionosondas en la predicción de la ocurrencia de ESF posterior a la puesta del sol por encima de sus respectivas ubicaciones es de aproximadamente 0.80, con una disminución del 10% en la precisión al pronosticar la ocurrencia de ESF a distancias longitudinales de 30°. En conclusión, este estudio mejora nuestra comprensión del vínculo entre la deriva vertical del plasma nocturno y la manifestación del FSE posterior a la puesta del sol mediante el aprovechamiento de los datos de ionosonda. Además, proporciona información valiosa sobre el rango de cobertura recomendado de las ionosondas para predecir la ocurrencia del FSE posterior a la puesta del sol en la dirección zonal, que se puede emplear para fortalecer los servicios regionales de meteorología espacial.

Files

s40623-023-01941-1.pdf

Files (2.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5c1f4e5e21bb9f621169285087d3bb7e
2.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم إمكانات المسبار الأيوني للتنبؤ بالانتشار الاستوائي بعد غروب الشمس F: تجربة رصدية في جنوب شرق آسيا
Translated title (French)
Évaluation du potentiel de l'ionosonde pour la prévision de la propagation équatoriale après le coucher du soleil F : une expérience d'observation en Asie du Sud-Est
Translated title (Spanish)
Evaluación del potencial de la ionosonda para pronosticar la propagación ecuatorial posterior a la puesta del sol F: un experimento observacional en el sudeste asiático

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389681696
DOI
10.1186/s40623-023-01941-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4295065832 (Other)
https://openalex.org/W25920789 (Other)
https://openalex.org/W236434953 (Other)
https://openalex.org/W2143050277 (Other)
https://openalex.org/W2113638419 (Other)
https://openalex.org/W2095519632 (Other)
https://openalex.org/W2078445206 (Other)
https://openalex.org/W2060138630 (Other)
https://openalex.org/W2054952842 (Other)
https://openalex.org/W1669170731 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1530387128
  • https://openalex.org/W1657087760
  • https://openalex.org/W1668169777
  • https://openalex.org/W1964733846
  • https://openalex.org/W1980858617
  • https://openalex.org/W1991895619
  • https://openalex.org/W2017969134
  • https://openalex.org/W2043604668
  • https://openalex.org/W2048928422
  • https://openalex.org/W2055068784
  • https://openalex.org/W2062650621
  • https://openalex.org/W2063570798
  • https://openalex.org/W2078079772
  • https://openalex.org/W2083312063
  • https://openalex.org/W2089302478
  • https://openalex.org/W2092549463
  • https://openalex.org/W2092939175
  • https://openalex.org/W2104905357
  • https://openalex.org/W2107160783
  • https://openalex.org/W2126229586
  • https://openalex.org/W2136372720
  • https://openalex.org/W2152747571
  • https://openalex.org/W2316000592
  • https://openalex.org/W2338388920
  • https://openalex.org/W2745099062
  • https://openalex.org/W2800449063
  • https://openalex.org/W2904848299
  • https://openalex.org/W3036685004
  • https://openalex.org/W3048719138
  • https://openalex.org/W3083632736
  • https://openalex.org/W3165507178
  • https://openalex.org/W3200041561
  • https://openalex.org/W4224258065
  • https://openalex.org/W4298218484
  • https://openalex.org/W4309332477
  • https://openalex.org/W4362558301