Nghiên cứu nhiễu loạn lớp D tầng điện ly ở vùng vĩ độ thấp - trung bình do bùng nổ sắc cầu mặt trời

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019

47

NGHIÊN CỨU NHIỄU LOẠN LỚP D TẦNG ĐIỆN LY Ở VÙNG VĨ ĐỘ THẤP TRUNG BÌNH DO BÙNG NỔ SẮC CẦU MẶT TRỜI
STUDY OF THE D-REGION IONOSPHERE DISTURBANCES IN
LOW-MID LATITUDES DUE TO SOLAR FLARES
Lê Minh Tân
Trường Đại học Tây Nguyên;
Tóm tắt - Sóng vơ tuyến tần số rất thấp (Very Low Frequency, VLF)
từ các trạm phát VLF có thể lan truyền trong ống dẫn sóng giữa
Trái đất – tầng điện ly (Earth-ionosphere waveguide, EIWG).
Khi bùng nổ sắc cầu Mặt trời xuất hiện, lớp D gây nhiễu tín hiệu
VLF. Phân tích nhiễu loạn tín hiệu VLF/19,8 kHz từ North West
Cap, Australia ghi tại Trường Đại học Tây Nguyên (12,65oN,
108,02oE), Việt Nam và Dunedin (45,78oS, 170,47oE), New
Zealand để nghiên cứu nhiễu loạn lớp D vùng vĩ độ thấp và trung
bình. Kết quả cho thấy, sự thay đổi biên độ/ pha nhiễu loạn và các
thông số Wait (độ cao phản xạ h’ và gradient mật độ điện tử β) như
một hàm sigmoid của cường độ tia X cực đại. Sự tăng β theo
cường độ tia X tại vùng vĩ độ trung bình nhanh hơn so với vùng vĩ
độ thấp. Sự tăng β vùng vĩ độ trung bình cịn có sự đóng góp đáng
kể của tia vũ trụ vào sự ion hóa lớp này ở độ cao 50 – 65 km.

Abstract - The radio waves at the Very Low Frequency (VLF) from
the VLF transmitters can propagate in the Earth-ionosphere waveguide
(EIWG). When solar flares occur, the D-region ionosphere induces
disturbances of the VLF signals. Analyzing the perturbations of the
VLF/19.8 kHz signal from North West Cap, Australia recorded at
Tay Nguyen University (12.65oN, 108.02oE), Vietnam and Dunedin
(45.78oS, 170.47oE), New Zealand to study the disturbances of the lowmid latitude D-region ionosphere. The results reveal that the variations

of amplitude/phase and Wait’s parameters (reflection height h’ and
electron density gradient β) are as the sigmoid function of the peaks of
X-ray flux. The increase of β via X-ray intensity in mid-latitude region is
faster than that in low-latitude region. The increase in β at the
mid-latitude D region is also significantly contributed by ionization at the
altitudes of 50–65 km as a result of galactic cosmic rays.

Từ khóa - Tín hiệu VLF; bùng nổ sắc cầu Mặt trời; lớp D tầng điện
ly; độ cao phản xạ; gradient mật độ điện tử

Key words - VLF signal; solar flares; D-region ionosphere;
reflection height; electron density gradient

1. Đặt vấn đề
Năng lượng cao của các bức xạ từ Mặt trời (các bức xạ
gồm tia tử ngoại, tử ngoại cực mạnh, tia X và bức xạ hạt),
tia vũ trụ làm ion hóa các nguyên tử chất khí ở tầng điện ly
sinh điện tử tự do và các hạt mang điện tích dương. Tầng
điện ly phân thành 3 lớp chính: D, E và F. Lớp D là lớp
thấp nhất của tầng điện ly. Lớp D trong tầng điện ly có vai
trị quan trọng trong thơng tin liên lạc, định vị bằng sóng
dài và có thể hấp thụ sóng vơ tuyến tần số cao [1].
Với độ cao 60 – 90 km, lớp D quá cao đối với kinh khí
cầu và quá thấp đối với vệ tinh trong hoạt động quan trắc.
Mật độ điện tử của lớp D rất thấp làm hạn chế kết quả đo đạc
bằng máy thăm dò thẳng đứng tầng điện ly và radar. Có thể
quan trắc lớp D bằng tên lửa nhưng phương pháp này hạn
chế về thời gian và không gian quan trắc [1]. Lớp D làm vai
trị biên dẫn phía trên của ống dẫn sóng Trái đất - tầng điện
ly (Earth-ionospherewaveguide, EIWG) có thể phản xạ sóng

tần số cực thấp (extremely low frequency, ELF; 3 - 3000 Hz)
và sóng tần số rất thấp (very low frequency, VLF; 3 30 kHz). Sóng ELF/VLF phát ra từ sự phóng điện của sét
hoặc phát từ các trạm phát do con người lắp đặt và chúng lan
truyền rất xa hàng nghìn km trong EIWG [2, 3]. Những năm
gần đây, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật ghi sóng
ELF/VLF để quan trắc lớp D một cách hiệu quả.
Bùng nổ sắc cầu Mặt trời (BNSCMT) được định nghĩa
là sự biến đổi đột ngột, nhanh chóng và mãnh liệt về độ
chói sáng của Sắc cầu hay Nhật hoa. BNSCMT xảy ra khi
năng lượng từ trường ở khí quyển Mặt trời (MT) đột ngột
tăng, bức xạ được phát ra hầu như trên toàn bộ quang phổ
điện từ, từ sóng vơ tuyến đến tia X, tia Gamma. Năng lượng
bức xạ tương đương với hàng triệu tấn quả bom hydro nổ
cùng một lúc. BNSCMT có thể xảy ra bất kỳ lúc nào nhưng
thường tỉ lệ thuận với sự xuất hiện các vết đen Mặt trời.

Cường độ tia X từ MT (IX) được đo bởi các vệ tinh GOES
(Geostationary operational environmental satellite). Căn
cứ vào cường độ, BNSCMT được chia thành các lớp đặc
trưng cho các mức độ khác nhau, gồm lớp B (10 -7 W/m2 
IX < 10-6 W/m2), C (10-6 W/m2  IX < 10-5 W/m2),
M (10-5 W/m2  IX < 10-4 W/m2) và X (IX  10-4 W/m2).
Ở mỗi lớp người ta chia ra làm 10 cấp cho nên cấp 10 của
loại thấp tương đương với cấp 1 của loại liền trên: C10 = M1,
M10 = X1, riêng loại X có cả trên 10 [1]. Trong điều kiện bình
thường, vào ban ngày, dịng tia X từ MT có tác dụng ion hóa
rất nhỏ đến lớp D. Tuy nhiên, khi có BNSCMT, dịng tia X
trở thành nguồn ion hóa chính của lớp này. Tia X (bước sóng
dưới 1 nm) có tác dụng tăng tốc độ ion hóa các phân tử O2 và
N2, do đó làm tăng mật độ điện tử ở lớp D. Điều này có thể

làm tăng sự hấp thụ sóng vơ tuyến và làm mất dần sóng ngắn
hoặc tạo nhiễu vơ tuyến băng rộng và nhiễu này cộng hưởng
trực tiếp với sóng tần số rất cao. Nhiễu loạn này còn gọi là
nhiễu loạn đột tầng điện ly [1, 4].
Trong 6 tháng năm 2007, Kumar khảo sát ảnh hưởng
của BNSCMT lên sóng VLF lan truyền từ các trạm phát
đến Suva (18,08oS, 178,3oE), Fiji. Kết quả cho thấy, sự
tăng biên độ sóng VLF có mối quan hệ với cường độ tia X
gần với dạng hàm logarit. Đỉnh biên độ và pha VLF xuất
hiện sau đỉnh cường độ tia X với thời gian trễ khoảng
2-4 phút. Khoảng thời gian trễ này là cần thiết cho quá trình
tái hợp và ion hóa để hồi phục lại sự cân bằng dưới tác dụng
của bức xạ tia X [5]. Năm 2011, Basak và Chakrabarti
phân tích 22 sự kiện BNSCMT từ lớp C1.5 đến M9.31 sử
dụng sóng VLF/19,8 kHz từ trạm NWC đến Sitapur
(22,45°N, 87,75°E), Ấn Độ với góc thiên đỉnh trong
khoảng 14 - 33. Kết quả cho thấy, thời gian trễ có xu
hướng giảm khi cường độ tia X tăng [6]. Ngoài ra, có một
số cơng trình nghiên cứu phản ứng của lớp D với BNSCMT


48

Lê Minh Tân

thông qua nghiên cứu sự biến đổi của các thông số Wait: độ
cao phản xạ của ống dẫn sóng h’và gradient mật độ điện tử
 [7, 8, 9]. Khảo sát lớp D tại Suva, Kumar và cộng sự thấy
rằng sự tăng  và sự giảm h’ khi cường độ tia X tăng trong
giai đoạn MT hoạt động yếu xảy ra mạnh mẽ hơn trong giai

đoạn MT hoạt động trung bình [10]. Các nghiên cứu trên
chưa có sự so sánh sự thay đổi biên độ, pha và các thông
số h’,  giữa các vùng vĩ độ khác nhau trong điều kiện có
BNSCMT trong cùng giai đoạn quan trắc. Hơn nữa, chưa
có cơng trình nào lý giải thấu đáo ngun nhân sự khác
nhau của phản ứng lớp D ở vĩ độ khác nhau với BNSCMT.
Trong bài báo này, nhóm tác giả phân tích sự thay đổi
biên độ và pha của tín hiệu NWC/19.8 kHz lan truyền từ
North West Cap (21,8oS, 114,2oE), Australia đến Trường
Đại học Tây Nguyên (TNU) (12,65oN, 108,02oE), Việt
Nam và Dunedin (DND) (45,78oS, 170,47oE), New
Zealand từ tháng 5 - 12 năm 2013 để đánh giá mối quan hệ
giữa sự biến đổi biên độ, pha của sóng VLF, các thông số
Wait (h’, ) với cường độ tia X khi có BNSCMT. Từ đó so
sánh phản ứng của lớp D với BNSCMT ở vùng vĩ độ thấp
và vùng vĩ độ trung bình.
2. Thiết bị ghi tín hiệu VLF
Để thu nhận tín hiệuVLF, nhóm tác giả sử dụng máy
thu UltraMSK lắp đặt tại Trường Đại học Tây Nguyên gồm
có các bộ phận chính: ăng-ten ELF/VLF, các bộ khuếch đại
chứa bộ lọc thông dải, hộp đấu nối, card âm thanh, máy thu
GPS tạo xung 1 PPS (pulse per second), máy vi tính (PC),
phần mềm UltraMSK ghi số liệu. Chi tiết về máy thu được
cơng bố ở các cơng trình [11]. Sơ đồ khối của máy thu được
trình bày ở Hình 1.

vào tương tự và 4 đầu ra số. Nó cung cấp 24 bit dữ liệu âm
thanh số chất lượng cao và tần số lấy mẫu lên đến 96 kHz.
Phần mềm UltraMSK ghi dữ liệu với độ phân giải 1 Hz
và tập tin dữ liệu có đi “txt”. Máy tính được đồng bộ thời

gian quốc tế với độ chính xác +/- 500 ms bởi giao thức
đồng bộ thời gian mạng. Máy vi tính và phần mềm hoạt
động dưới hệ Linux. Tốc độ lấy mẫu của bộ ADC của card
âm thanh được chuẩn với 1 PPS GPS.

Hình 2. Bản đồ biểu diễn các đường truyền sóng
NWC-TNU và NWC-DND

Nhóm tác giả quan tâm phân tích tín hiệu NWC theo
đường truyền từ NWC đến TNU băng qua xích đạo từ
(gọi tắt là đường truyền NWC-TNU) và đường truyền
sóng từ NWC đến DND (45,78oS, 170,47oE), New Zealand
(đường truyền NWC-DND). Đường truyền NWC-DND đi
qua nhiều kinh tuyến và nằm phần lớn vùng điện ly vĩ độ
trung bình. Hình 2 là bản đồ biểu diễn hai đường truyền
sóng NWC đến TNU và DND. Số liệu ghi tại DND được
lấy ở [13].

Hình 1. Sơ đồ khối máy thu UltraMSK

Ăng-ten của máy thu gồm hai cuộn dây hình tam giác
vng cân đặt vng góc nhau có cạnh đáy 2,6 m. Một
cuộn dây có bề mặt hướng về Bắc – Nam, cuộn cịn lại có
bề mặt hướng về Đơng –Tây. Mỗi cuộn dây gồm 8 vòng
dây làm bằng đồng. Mặt phẳng ăng-ten vng góc hướng
Bắc-Nam rất nhạy với sóng VLF từ các trạm phát ở nhiều
nơi trên thế giới, trong khi đó mặt phẳng ăng-ten vng góc
hướng Đơng-Tây rất nhạy với xung ‘sferic’ phát ra từ sự
phóng điện của sét [7, 12].
Các tín hiệu từ ăng-ten được khuếch đại bởi các bộ khuếch

đại đặt gần ăng-ten và được truyền qua cáp đồng trục dài
150 m đến bộ phận thu nhận và lưu trữ số liệu. Tín hiệu từ
ăng-ten đi qua biến áp cách li 1:1 để cách li mass của máy tính
và mass của bộ khuếch đại trước khi đưa vào card âm thanh.
Tín hiệu ELF/VLF từ bộ khuếch đại được số hóa bằng bộ
ADC (analog to digital converter) trên card âm thanh
M-audio delta. Card âm thanh này có hộp đấu nối giữa các lỗ
cắm jăck mono 6,5 mm. Card âm thanh được cài vào khe cắm
PCI mở rộng của board máy tính. Trên hộp đấu nối có 4 đầu

Hình 3. Biên độ và pha của tín hiệu VLF/19.8 kHz ghi nhận tại
TNU (a) và DND (b) ngày 5/5/2013

Hình 3 biểu diễn sự thay đổi ngày – đêm của biên độ và
pha của tín hiệu NWC trên hai đường truyền. Các mũi tên
màu đỏ chỉ sự tăng biên độ và pha sóng VLF khi có
BNSCMT cịn các mũi tên màu xanh chỉ sự giảm biên độ
và pha sóng VLF trong giai đoạn chuyển tiếp giữa ngày và


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019

đêm. Phản ứng của sóng VLF với BNSCMT chỉ xuất hiện
ở thời gian ban ngày.

P  Pp  Pq

(1)

A  Ap  Aq

(2)

Để tính các thơng số h’, β, các giá trị P và A được
cộng với biên độ (Asq) và pha (Psq) mơ phỏng trong điều
kiện bình thường bằng chương trình LWPC (Long Wave
Propagation Capability):
Psp  Psq  P

(3)

Asp  Asq  A

(4)

Hình 4, biểu diễn sự biến đổi biên độ tín hiệu NWC ghi
tại TNU từ 0:30 – 2:30 UT ngày 5/5/2013 (đường nét đậm).
Biên độ của ngày yên tĩnh (đường chấm – nét đứt) được
biểu diễn để so sánh với biên độ nhiễu loạn. Pha của tín
hiệu NWC thường xuyên có hiện tượng thăng giáng rất
mạnh nên khó có thể xác định giá trị trung bình pha của các
ngày yên tĩnh. Do đó, trong một số trường hợp, chấp nhận
gần đúng, P là hiệu của giá trị cực đại của pha nhiễu loạn và
giá trị pha ban đầu trước khi xảy ra nhiễu loạn.
Phần mềm GetData Graph Digitizer được sử dụng để
lấy các tọa độ điểm biên độ - thời gian trên ảnh biểu diễn
biên độ và pha sóng VLF như Hình 4. Trên giao diện phần
mềm, bằng cách nhấn chuột vào các điểm cần quan tâm,
tọa độ (x, y) của điểm đó được ghi tự động vào tập tin có
đi ‘txt’. Từ đó, lấy được các giá trị A, P. Sau đó, tính

tốn các giá trị Psp vàAsp theo (3) và (4).

Ne (h)  1,43 10 exp(0,15h ')

(5)

 exp  (   0,15)(h  h ') 

4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
4.1. Sự thay đổi biên độ và pha của tín hiệu NWC khi có
bùng nổ sắc cầu Mặt trời
Để tránh sự ảnh hưởng của hồng hơn và bình minh lên
sự thay đổi biên độ và pha tín hiệu NWC khi có BNSCMT
ghi tại TNU và DND, các sự kiện tăng biên độ và pha tại
các thời điểm mà góc thiên đỉnh nhỏ hơn 65 o được quan
tâm và phân tích. Bảng 1 trình bày 25 sự kiện BNSCMT từ
lớp C1.2 đến X3.2 ghi được đồng thời bởi máy thu
UltraMSK tại TNU và tại DND từ tháng 5 -12 năm 2013.
Trong 25 sự kiện BNSCMT, có 17 trường hợp pha tín hiệu
NWC có thể sử dụng để so sánh vì có 8 trường hợp pha của
tín hiệu NWC bất ổn định.
Đối với đường truyền NWC-TNU, các sự kiện
BNSCMT lớp C1.2 – X3.2 được ghi nhận. Biên độ tăng từ
0,75 dB đến 3,90 dB. Pha thay đổi từ 14,1 o– 106,1o. Phần
lớn các đỉnh biên độ tín hiệu VLF xuất hiện sau đỉnh cường
độ tia X (thời gian trễ t = tX - tA) từ 19 - 407 giây
(0,2 – 6,7 phút). Đối với đường truyền NWC-DND, biên
độ tăng từ 0,59 dB đến 5,43 dB. Pha thay đổi từ
9,5o – 140,2o. Các đỉnh biên độ tín hiệu VLF xuất hiện sau
đỉnh cường độ tia X từ 9 - 267 giây (0,2 – 4,5phút).

6
5
4

A (dB)

3. Phương pháp xử lý số liệu
Đo biên độ và pha của sóng VLF trong điều kiện yên
tĩnh (Pq, Aq) và trong điều kiện nhiễu loạn (Pp, Ap). Từ đó,
các giá trị biên độ nhiễu loạn (A), pha nhiễu loạn (P)
được tính như sau [8, 9]:

49
7

TNU
DND
Hill Fit of TNU
Hill Fit of DND

a)
a)

3
2
1
0
1E-6

1E-5

1E-4
2
IX(W/m )

1E-3

160
140
120

o

P ( )

100

TNU
DND
Hill Fit of TNU
Hill Fit of DND

b)

80
60
40
20
0
1E-6

Hình 4. Sự thay đổi biên độ và pha tín hiệu NWC khi có
BNSCMT từ 0:30 – 2:30 UT ngày 5/5/2013

Sử dụng chương trình mơ phỏng LWPC để tính tốn các
thơng số điện ly trong điều kiện nhiễu loạn do BNSCMT.
Thông số đầu vào Aspvà Psp được sử dụng cho chương trình
LWPC để tính các thơng số h’,  trong điều kiện điện ly
nhiễu loạn. Sau đó sử dụng cơng thức để tính mật độ điện tử
ở độ cao xác định h của mơ hình Wait và Spies [14]:

1E-5
1E-4
2
IX (W/m )

1E-3

Hình 5. Biểu diễn biên độ nhiễu loạn (a), pha nhiễu loạn (b) của
tín hiệu VLF theo cường độ cực đại tia Xquan sát tại TNU và
DND. Các đường khớp đồ thị hàm sigmoid cho số liệu ghi tại
TNU và DND lần lượt là đường liền nét và đường đứt nét – chấm

Từ Hình 5, với các đường khớp hàm cho biên độ và
pha, có thể nhận xét rằng, giữa biên độ và pha nhiễu loạn
có quan hệ hàm sigmoid với cường độ cực đại tia X.
Sự thay đổi biên độ và pha của sóng VLF trên đường truyền
NWC-DND mạnh mẽ hơn đường truyền NWC-TNU,


50

Lê Minh Tân
400

TNU
DND

350
300
t (s)

đặc biệt ở các sự kiện BNSCMT với cường độ lớn (lớp M
và X). Từ Hình 6, thời gian trễ có xu hướng giảm về phía
lớp BNSCMT cao (BNSCMT lớp X). Kết quả này phù hợp
với kết quả nghiên cứu của Venkatesham và Singh [15].
Các tác giả này tìm thấy thời gian trễ ứng với BNSCMT
lớp X thấp hơn so với trường hợp BNSCMT lớp C.
Trong 12 sự kiện BNSCMT tương ứng với lớp C1.2 đến
X3.2, có 10 sự kiện mà thời gian trễ ghi tại DND thấp hơn
so với thời gian trễ ghi tại TNU (Hình 6). Điều đó có thể
thấy, sóng VLF trên đường truyền NWC-DND (nằm trong
vùng vĩ độ thấp) phản ứng nhạy hơn so với đường truyền
NWC-TNU (nằm trong vùng vĩ độ trung bình).

250
200
150
100
50
0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hình 6. So sánh thời gian trễ theo các lớp BNSCMT quan sát
tại TNU và DND

Bảng 1. Thống kê thời điểm xuất hiện các cực đại của cường độ tia X (tX), các cực đại biên độ VLF (tA),
sự thay đổi biên độ và pha của sóng VLF trong một số sự kiện BNSCMT
Ngày

Lớp

5/5
14/5
15/5
18/5
7/7
14/8
13/10
15/10
22/10
24/10
24/10
25/10
26/10
27/10
3/11
7/11
7/11
8/11

10/11
15/11
23/11
7/12
21/12
25/12
31/12

C8.0
X3.2
X1.2
C6.0
C1.2
C5.0
M1.7
C9.5
M1.0
C9.4
M9.3
M2.9
M2.3
C4.3
M4.9
C4.1
M2.3
X1.1
X1.1
M1.0
M 1.1
M1.2

C3.5
C4.7
C5.6

tX
(UT)
0:49:49
1:11:52
1:48:34
3:45:29
2:10:34
0:31:05
0:43:49
5:07:25
0:22:00
5:59:21
0:30:02
3:02:28
6:06:44
3:30:42
5:22:58
1:53:16
3:40:29
4:25:55
5:14:28
2:29:45
2:32:00
7:29:49
3:03:27
6:39:05

2:39:57

TNU
tA
(UT)
0:53:11
1:07:45
1:43:21
3:49:45
2:13:45
0:32:31
0:44:08
5:08:54
0:23:25
6:01:45
0:30:58
3:01:10
6:07:52
3:33:41
5:22:50
2:00:03
3:41:05
4:24:58
5:13:00
2:31:10
2:35:29
7:30:23
3:04:16
6:41:17
2:42:12

tX
(UT)
1,82
3,90
2,93
1,13
0,88
2,20
1,79
1,42
1,70
0,75
3,33
2,35
2,41
1,21
2,30
1,11
2,47
2,72
3,38
1,48
1,43
1,81
0,92
0,97
1,09

4.2. Sự thay đổi các thơng số Wait và mật độ điện tử khi

có bùng nổ sắc cầu Mặt trời
Hình 7, mơ tả sự so sánh các thông số Wait trong điều
kiện BNSCMT quan sát tại hai trạm. Ở Hình 7, đường màu
đỏ liền nét là đường khớp đồ thị cho số liệu ghi tại TNU và
màu nâu chấm - nét đứt biểu diễn đường khớp đồ thị (dạng
hàm sigmoid) cho số liệu tại DND. Tại TNU, trong chuỗi
BNSCMT lớp C – X, h’ giảm từ 71,5 – 60,6 km, β tăng từ
0,32 – 0,49 km-1, trong khi đó tại DND, h’ giảm từ
72,77 – 61,22 km, β tăng từ 0,32 – 0,60 km-1.
Hình 8, biểu diễn sự tăng mật độ điện tử (đã được tính

tA
(UT)
35,0
106,1
101,4
36,1
18,6
47,4
37,6
35,7
69,7
77,1
63,9
25,2
76,8
56,4
100,0
43,6

14,1
28,7
27,6

tX
(UT)
0:49:49
1:11:52
1:48:34
3:45:29
2:10:34
0:31:05
0:43:49
5:07:25
0:22:00
5:59:21
0:30:02
3:02:28
6:06:44
3:30:42
5:22:58
1:53:16
3:40:29
4:25:55
5:14:28
2:29:45
2:32:00
7:29:49
3:03:27
6:39:05

2:39:57

DND
tA
(UT)
0:50:3
1:9:25
1:43:19
3:46:1
2:13:50
0:32:17
0:34:8
5:6:44
0:22:9
6:1:13
0:30:38
3:0:48
6:6:27
3:31:29
5:22:52
1:57:43
3:40:55
4:23:8
5:12:3
2:29:24
2:30:13
7:28:47
3:2:25
6:41:31
2:39:49

tX
(UT)
3,25
5,43
4,60
2,97
0,59
2,88
2,38
2,95
1,86
1,84
3,37
1,90
3,33
1,22
2,97
1,84
2,04
2,87
2,87
1,77
2,18
2,14
0,95
1,43
1,53

tA

(UT)
47,6
140,2
124,1
38,0
9,5
29,9
62,4
56,2
65,3
24,5

73,2
36,6
96,6
74,8
113,1
66,7

16,3
23,1
35,4

logarit theo cơ số 10) theo cường độ tia X cực đại quan sát
tại TNU và DND ở độ cao 74 km. Các đường màu đỏ (nét
liền) và màu đen (nét đứt – chấm) lần lượt biểu diễn các
đường khớp đồ thị hàm sigmoid lần lượt cho số liệu ghi tại
hai trạm. Trong sự kiện BNSCMT lớp C1.2 ngày 7/7/2013,
tại độ cao 74 km, mật độ điện tử tăng đến 544 e/cm3 và sự
kiện BNSCMT lớp cao nhất X3.2 ngày14/5/2013, mật độ

điện tử tăng lên đến 1,54.105 e/cm3. Trong khi đó tại DND,
BNSCMT lớp C1.2 vàX3.2 lần lượt làm tăng mật độ điện
tử đến 319 e/cm3 và 4,62.105 e/cm3. Nhìn chung, trong
chuỗi BNSCMT lớp M – X, mật độ điện tử tại vùng vĩ độ
trung bình tăng nhanh hơn so với vùng vĩ độ thấp.


ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 17, NO. 4, 2019
74
72

TNU
DND
Hill1 Fit of TNU
Hill1 Fit of DND

a)

h' (km)

70
68
66
64
62
60
1E-6

0.60
0.55

1E-5
1E-4
2
IX (W/m )
TNU
DND
Hill1 Fit of TNU
Hill1 Fit of DND

1E-3

b)

-1

(km )

0.50
0.45
0.40

1E-5
1E-4
2
IX (W/m )

1E-3

Hình 7. Sự thay đổi thông số Wait do BNSCMT quan sát

tại TNU và DND.
6.0
5.5

log10(Ne)

5.0

TNU
DND
Hill1 Fit of TNU
Hill1 Fit of DND

4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
1E-6

ly ở khu vực vĩ độ thấp và trung bình trong điều kiện có
BNSCMT. Với 25 sự kiện nhiễu loạn tín hiệu NWC được
phân tích, các kết quả thu được như sau:
1. Sự thay đổi của biên độ, pha nhiễu loạn tín hiệu
NWC, các thơng số Wait, mật độ điện tử có quan hệ hàm
sigmoid với cường độ cực đại tia X.
2. Khi cường độ tia X tăng do BNSCMT, biên độ và
pha của tín hiệu NWC quan sát tại vùng vĩ độ trung bình
tăng nhanh hơn so với vùng vĩ độ thấp.
3. Sự tăng gradient mật độ điện tử theo cường độ cực

đại tia X ghi nhận tại vùng vĩ độ trung bình nhanh hơn so
với vùng vĩ độ thấp.
4. Nhìn chung, lớp D tại vùng vĩ độ trung bình phản ứng
nhạy hơn so với vùng vĩ độ thấp. Sự tăng tốc độ ion hóa lớp
D ở vùng vĩ độ trung bình khơng những do sự tăng cường
cường độ tia X mà còn có sự đóng góp đáng kể của tia vũ trụ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

0.35
0.30
1E-6

51

1E-5
1E-4
2
IX (W/m )

1E-3

Hình 8. Sự thay đổi mật độ điện tử theo cường độ tia X cực đại
quan sát tại TNU và DND.

Tại cùng chuỗi BNSCMT, sự thay đổi h’ khi cường độ
tia X tăng ở cả hai trạm khác nhau khơng đáng kể, trong
khi đó các giá trị của thông số  hay tốc độ tăng mật độ
điện tử theo độ cao ghi tại TNU tăng chậm hơn so với
trường hợp ghi ở DND, đặc biệt điều này xảy ra khá rõ ở
các lớp M và X (Hình 7). Sự tăng  do có một phần đóng

góp của tác nhân ion hóa tia vũ trụ ở độ cao 50 – 65 km
[16] ở vùng vĩ độ trung bình, tuy nhiên sự đóng góp của tia
vũ trụ vào sự ion hóa phụ thuộc vào vĩ độ, giảm dần ở vùng
vĩ độ thấp và giảm đến mức thấp nhất ở xích đạo [17].
Do đó ít có sự đóng góp của tia vũ trụ vào sự ion hóa lớp
D ở khu vực vĩ độ thấp ở độ cao dưới 65 km.
5. Kết luận
Phân tích tín hiệu sự nhiễu loạn NWC/19,8 kHz ghi
đồng thời tại các trạm TNU và DND đã đem lại cơ hội làm
rõ sự giống và khác nhau của hành vi của lớp D tầng điện

[1] Hargreaves, J. K (1992), The Solar – Terrestrial environment,
Cambridge Univesity Press.
[2] Barr, R., D. L. Jones, and C. J. Rodger (2000), ELF and VLF radio
waves, J. of Atmos. And Solar-Terr. Phys., 62,1689 - 1718.
[3] Davies, K. (1965), Ionospheric radio propagation, National Bureau
of Standard Monogragh 80.
[4] Mitra, A. P (1974), Ionospheric effects of solar flares, D. Reidel,
Dordrecht, Holland.
[5] Kumar A. (2007), Amplitude and phase study of sub-ionospheric
VLF radio signal receiver at Suva, Master Thesis, The University of
the South Pacific, Suva, Fiji.
[6] Basak T and S. K. Chakrabarti (2013), Effective recombination
coefficient and solar zenith angle effects on low-latitude D-region
ionosphere evaluated from VLF signal amplitude and its time delay
during X-ray solar flares, Astrophys. Space Sci., 348, 315-326.
[7] Dahlgren, H., T. Sundberg, B. C. Andrew, E. Koen, and S. Meyer
(2011), Solar flares detected by the new narrowband VLF receiver
at SANAE IV, S. Afr. J. Sci., 107 (9/10), Art.#491, 8 pages.
[8] Grubor, D., D. Šulíc and V. Žigman (2008), Classification of X-ray

solar flares regarding their effects on the lower ionosphere electron
density profile, Ann. Geophys., 26, 1731 -1740.
[9] Žigman, V., D. Grubor and D. Šulíc (2007), D-region electron
density evaluated from VLF amplitude time delay during X-ray solar
flares, J. Atmos. Sol. Terr Phys., 69(7), 775-792.
[10] Kumar, A. and S. Kumar (2018), Solar flare effects on D-region
ionosphere using VLF measurements during low- and high-solar
activity phases of solar cycle 24, Earth, Planets and Space, 70:29.
[11] Tan, L. M. and K. Ghanbari (2016), Development of the new ELF/VLF
receiver for detecting the Sudden Ionospheric Disturbances, ACTA
Technica Napocensis Electronica-Telecomunicatii, 57(1), 22-26.
[12] Wood, G. T (2004), Geo-loaction of individual lightning discharges
using impulsive VLF electromagnetic waveforms, Ph.D. Thesis,
Stanford University, Department of Electrical Engineering.
[13] />[14] Wait, J. R. and K. P. Spies (1964), Characteristics of the Earthionosphere waveguide for VLF radio waves, NBS Tech. Not.
[15] Venkatesham, K. and R. Singh (2018), Extreme space-weather
effect on D-region ionosphere in Indian low latitude region, Current
Science, 114 (9), 1923 – 1926.
[16] Thomson N. R., and M.A. Clilverd (2001), Solar flare induced
ionospheric D-region enhancements from VLF amplitude
observations, J. Atmos. Sol. Terr Phys.,63,1729–1737.
[17] Heaps, M. G. (1978), Parameterization of the cosmic ray ion-pair
production rate above 18 km, Planet. Space Sci., 26, 513–517.

(BBT nhận bài: 26/02/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 20/4/2019)