20. ve 21. güneş döngüsünün azalan dönemi süresince iyonosferik orta enlem foF2 değişiminin zamana bağlılığının incelenmesi ve Ariel 4 uydusundan alınan elektron yoğunluğu sonuçlarıyla karşılaştırılması
The investigation of the time dependence on the ionospheric mid-latitude foF2 variability and comparison with the relevant results of the Ariel 4 satellite ambient electron density during the declining phases of the solar cycle 20 and solar cycle 21
Yazar: ERDİNÇ TİMOÇİN
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM ÜNAL ; PROF. DR. YURDANUR TULUNAY
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, 20. ve 21. güneş döngülerinde güneş lekesi sayısının azaldığı 1972-1976 ve 1982-1986 dönemlerini kapsayan yıllar boyunca kuzey yarımkürenin 30-70 değişmeyen manyetik enlemler (Λ) arasında bulunan 7 iyonsonda istasyonundan alınmış saatlik kritik frekans (foF2) verilerinin enlemlere ve mevsimlere bağlı değişimleri, farklı jeomanyetik aktivite durumları için incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, yaklaşık 550 km yükseklikte Ariel 4 uydusu tarafından ölçülmüş elektron yoğunluğu verileri ile karşılaştırılarak, orta enlem elektron yoğunlu çukuru olarak adlandırılan yapının foF2 üzerindeki etkisi tespit edilmeye çalışılmıştır.
Analizlerden elde edilen sonuçlara göre, 20. ve 21. güneş döngülerinin tüm mevsimleri için değişmeyen manyetik enlemin artışı ile foF2 ve δfoF2'nun üst ve alt ondabirlik değerlerinde azalma meydana gelmektedir. Ayrıca, tüm istasyonlar için δfoF2'nun mod değerleri aynıdır ve alt ondabirlik değerleri, mod değerinden daha fazla uzaklaştığından dolayı δfoF2 sola çarpık bir dağılım sergilemektedirler. δfoF2'nun saatlik değişimleri, genellikle gündüz saatleri boyunca pozitif, gece saatleri boyunca ise negatif sapmalar meydana getirmektedir. Üst üste binmiş dönem analizinden elde edilen sonuçlar ve δfoF2 değerlerinin dağılımları, manyetik aktivite seviyesinde meydana gelen değişimlerin, foF2'nun günlük değişimleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir.
Ortalama foF2 değerlerinin değişmeyen manyetik enleme göre değişimleri, çukura benzer yapıların tüm mevsimler ve her iki jeomanyetik aktivite durumu için de yalnızca gece yerel zaman gruplarında meydana geldiğini göstermektedir. Ancak, jeomanyetik aktif durum (Kp>2+) için tespit edilen çukura benzer yapılar, jeomanyetik sakin durumdaki (Kp<=2+) çukura benzer yapılardan daha baskın ve daha net bir yapıya sahiptir. Ayrıca tüm mevsimler için jeomanyetik aktif durum altında tespit edilen çukura benzer yapılar ve minimum noktaları daha düşük değişmeyen manyetik enlemlere doğru kayma eğilimindedirler. Mevsimler, çukurların yapısı ve oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. İki güneş döngüsünün de her iki jeomanyetik aktivite durumu için çukurların en fazla gözlemlendiği mevsim Aralık dönemi, en az gözlemlendiği mevsim ise Haziran dönemidir. 20. güneş döngüsünün Aralık dönemi boyunca çukurların gözlemlendiği gece yerel zaman grupları için ortalama foF2 verileri ile ortalama elektron yoğunluğu verileri arasında yapılan istatistiksel analizlerden, farklı yüksekliklerde ölçülen iki verinin değişmeyen manyetik enleme göre değişimleri arasında önemli bir ilişki tespit edilmiştir.
Bu sonuçlar, manyetik aktivite seviyesinde meydana gelen değişimlerin ve orta enlemlerin yaklaşık 550 km yüksekliklerinde manyetosferik plazma sınırı olarak adlandırılan yapının, iyonosferin daha düşük yüksekliklerindeki elektron yoğunluğunun değişimleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, yaklaşık 550 km yükseklikte ölçülen elektron yoğunluğu ile daha düşük yüksekliklerde ölçülen foF2 verilerinin, farklı yerel zaman, farklı mevsim ve farklı jeomanyetik aktivite durumu için değişmeyen manyetik enleme göre değişimlerinin önemli benzerliklere sahip olduğunu göstermektedir.
ANAHTAR KELİMELER: İyonosfer, manyetosfer, jeomanyetik aktivite, orta enlem elektron yoğunluğu çukuru, kritik frekans.

Abstract:
In this study, hourly critical frequency (foF2) data that are taken from seven ionosondes stations are situated at between 30-70 invariant magnetic latitude of the north hemisphere are investigated changes depending on the seasons and latitudes for different geomagnetic activity conditions during years which contain 1972-1976 and 1982-1986 periods that decreased the sunspot number at 20th and 21th solar cycle. The obtained results are compared with electron density data measured by Ariel 4 satellite at about 550 km altitude and determined the effect of the structure that is called as mid-latitude electron density trough on foF2.
According to the results from the analysis, a decrease occur at the lower and upper decile values of foF2 and δfoF2 with increasing invariant magnetic latitude for all seasons of 20th and 21th solar cycle. In addition, the mode values of δfoF2 are same for all stations and δfoF2 values exhibit a distribution that skewed to the left because of the lower decile values of δfoF2 diverge from the mode values. The hourly changes of δfoF2 exhibit positive deviations during daytime and negative deviations during night hours. The distribution of δfoF2 values and the results that are obtained from superposed epoch analysis show that changes in the level of magnetic activity have important effect on the daily changes of foF2 values.
Variations according to invariant magnetic latitudes of the average foF2 values show that structures similar to trough occur only during night local time groups for both geomagnetic activity conditions and all seasons. However, the troughs that are determined under geomagnetic active condition (Kp>2+) are more prominent and apparent than that under geomagnetic quiet condition (Kp<=2+). In addition, the troughs and their minimum positions tend to occur at lower invariant magnetic latitudes in all four seasons under geomagnetic active condition. The seasonal changes have important effects on the structure of trough and its formation. It is determined that June period is the season that is least observed of the middle latitude electron density trough, whereas December period is the season that is the most observed of the middle latitude electron density trough for both geomagnetic activity conditions of 20th and 21th solar cycle. The statistical analyses that are performed between averaged foF2 data and averaged electron density data for night hours that are observed troughs during December period of 20th solar cycle show that there is an important correlation between two condition that are measured at different altitudes.
The results of this study show that changes in the magnetic activity level and structure that is called magnetospheric plasma boundary at about 550 km altitude of mid-latitude have important effect on electron density changes in lower altitudes of the ionosphere. Also, it is determined that variations according to invariant magnetic latitude for different local times, different seasons and different geomagnetic activity conditions of the electron density data measured at about 550 km and foF2 data at lower latitudes have quite similar structure to each other.
KEYWORDS: Ionosphere, magnetosphere, geomagnetic activity, mid-latitude electron density trough, critical frequency.