[en] This PhD thesis is intended to study ionospheric scintillation and its relationship with some of its sources, in particular the observed correlation between the ionospheric perturbation and the lithosphere. However, before addressing this topic, some simulators and models have been developed. A trans-ionospheric ray tracer has been developed in this thesis in order to simulate the effects of an electromagnetic wave traveling through the Earth's ionosphere. It consists of an updated version of an old algorithm that has been provided with the most recent models of the ionospheric density, geomagnetic field, and atmospheric composition, in addition to a model for equatorial plasma bubbles.Ionospheric scintillation is the term used to describe a phenomenon affecting electromagnetic waves traveling through the ionosphere which suffer from rapid changes in its intensity and phase. It is motivated by the turbulent electron density fluctuations within the ionosphere in different temporal and spatial scales. Ionospheric scintillation is more probable to occur in equatorial regions after the sunset, and in polar regions, but it is highly related to external perturbations from the space weather. Its complex behavior is studied by mathematical models such us the Rino's model, which uses a phase screen to derive the phase and intensity changes of the waves crossing it. This model is capable of estimating the scintillation indices ($S_4$, and $\sigma_\phi$) for any ray geometry, but it needs some inputs characterizing the ionospheric conditions. These inputs refer to the intensity and spectral distribution of the fluctuations ($C_kL$, and $q$), and its shape and velocity. The WBMOD model is one of the climatological models widely utilized to provide the ionospheric scintillation parameters globally as a function of the date, time, location, and geomagnetic/solar conditions. However, this model is not freely available. The work presented in this PhD thesis is the development of an approximated twin model of WBMOD based on neural networks trained with available WBMOD data. Ionospheric scintillation can be estimated from GNSS signals, through different techniques. First, by direct measurement of the GNSS signal in ground stations. Second, by using the GNSS Reflectometry technique, which senses from LEO satellites the wave reflected over the ocean. Third, by employing the GNSS radio occultation technique, which studies the signal coming from GNSS satellites near the horizon, crossing the ionosphere tangentially. These three techniques together allow a wider coverage of the Earth, particularly, over regions where the traditional ground stations do not exist, i.e. oceans. Many studies in the last decades have evidenced a coupling between the lithosphere, the atmosphere, and the ionosphere, the so-called LAIC. These studies report changes in the ionosphere total electron content, perturbation in the magnetic field, or detection of extremely low frequency radiation, among other phenomena, both before and after seismic events. In this thesis, the relationship between the ionospheric scintillation detected by the three methods mentioned before, and seismic events has been studied, focusing on the precursory signatures. For this, a preliminary study to assess the effectiveness of the GNSS Reflectometry to detect ionospheric scintillation has been performed using CYGNSS GNSS-R data. Finally, this PhD thesis presents the statistical study on the relationship between ionospheric scintillation anomalies and earthquakes globally, and in a second step, related to the localized seismic activity produced by a volcanic eruption in La Palma in 2021. The results of these parts found a small signature of the ionospheric scintillation anomalies as earthquake's precursory signals. However, this evidence is so small that it does not allow its straightforward use as an early alarm system for seismic activity.

[es] Esta tesis doctoral pretende estudiar el centelleo ionosférico y su relación con algunas de sus fuentes, en particular la correlación observada entre la perturbación ionosférica y la litosfera. Sin embargo, antes de abordar este tema, se han desarrollado algunos simuladores y modelos. En esta tesis se ha desarrollado un trazador de rayos transionosférico para simular los efectos de una onda electromagnética que viaja a través de la ionosfera terrestre. Consiste en una versión actualizada de un antiguo algoritmo incluyendo los modelos más recientes de densidad ionosférica, campo geomagnético y composición atmosférica, además de un modelo de burbujas ionosféricas. El centelleo ionosférico es el cambio rápido de intensidad y fase sufrido por las ondas electromagnéticas atravesando la ionosfera. Está motivado por las fluctuaciones turbulentas de densidad de electrones en la ionosfera en diferentes escalas temporales y espaciales. El centelleo ionosférico es más probable en las regiones ecuatoriales tras la puesta de sol y en los polos, pero se ve también afectado por la meteorología espacial. Su comportamiento se estudia mediante modelos matemáticos como el de Rino, que utiliza una pantalla de fase para calcular los cambios de fase e intensidad. Este modelo es capaz de estimar los índices de centelleo (S4, y sigma_phi) para cualquier geometría de rayo, pero necesita ciertas entradas que caractericen las condiciones ionosféricas. Estas entradas se refieren a la intensidad y la distribución espectral de las fluctuaciones (CkL, y q), y a su forma y velocidad. El modelo WBMOD es uno de los modelos climatológicos ampliamente utilizados para proporcionar globalmente los parámetros de centelleo ionosférico en función de la fecha, la hora, el lugar y las condiciones geomagnéticas/solares. Sin embargo, este modelo no es de libre acceso. El trabajo presentado en esta tesis doctoral es el desarrollo de un modelo gemelo aproximado de WBMOD basado en redes neuronales entrenadas con los datos disponibles de WBMOD. El centelleo ionosférico puede estimarse a partir de señales GNSS, mediante diferentes técnicas. En primer lugar, mediante la medición directa de la señal GNSS en estaciones terrestres. Segundo, mediante la técnica de reflectometría GNSS, que usa la onda reflejada sobre el océano. Tercero, empleando la técnica de radioocultación GNSS, que estudia la señal procedente de los satélites GNSS cerca del horizonte, atravesando tangencialmente la ionosfera. Estas tres técnicas juntas permiten una cobertura sobre regiones en las que no existen las estaciones terrestres tradicionales, es decir, los océanos. Muchos estudios realizados en las últimas décadas han puesto de manifiesto un acoplamiento entre la litosfera, la atmósfera y la ionosfera, el denominado LAIC. Estos estudios informan de cambios en el contenido total de electrones de la ionosfera, de perturbaciones en el campo magnético o de la detección de radiaciones de frecuencia extremadamente baja, entre otros fenómenos, tanto antes como después de los fenómenos sísmicos. En esta tesis se ha estudiado la relación entre el centelleo ionosférico detectado por los tres métodos antes mencionados y los fenómenos sísmicos, centrándose en las firmas precursoras. Para ello, se ha realizado un estudio preliminar para evaluar la eficacia de la Reflectometría GNSS para detectar el centelleo ionosférico utilizando datos GNSS-R de CYGNSS. Por último, esta tesis doctoral presenta el estudio estadístico sobre la relación entre las anomalías de centelleo ionosférico y los terremotos a nivel global y, en un segundo paso, en relación con la actividad sísmica localizada producida por una erupción volcánica en La Palma en 2021. Los resultados de estas partes encontraron una pequeña firma de las anomalías de centelleo ionosférico como señales precursoras de terremotos. Sin embargo, esta evidencia es tan pequeña que no permite su uso directo como sistema de alarma temprana de la actividad sísimca.