Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 1 ,  Febr u a r y   201 6,  pp . 71 ~81  I S SN : 208 8-8 7 0 8 D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 1.9 344          71     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Analysis  of  Ion o s pheric foF2 by  Solar Activity over the Korean  Peninsula       Mi n- Ho   Je on , Ch an g-H e on  Oh   Departm e nt o f  E l ec tric al , E l e c tro n ics  and  Commu nication  Engineering, Kor ea Univ ersity  of  Techno log y  and  Edu cation,  Choongnam, Korea        Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Aug 2, 2015  Rev i sed   No v 5, 201 Accepted Nov 22, 2015      The F2 lay e r is the upper sector  of  the ionospheric F region, an d it is ~250  km above sea level. I t  has  a high  elec tron d e nsity and thus play an important  role in shortwave com m unicatio ns. The va ria tion s  of the critic al frequenc y o f   the F2 lay e r (fo F2) offer clues regarding th e events happening  within th entir e F 2  l a yer ,  and  foF 2  an al y s is  is   es s e ntial  for s t abl e  s hortwav e   communications . This stud y   analy zes th e season al and  annual v a riations of   the foF 2  as  well as  the react ions  of the F 2  la y e r  height at two l o cat ions  in  S outh Korea b y  em plo y ing the  m ean a nd stand a rd deviation  (SD) used in   previous  s t udies . To  ens u re a   m o re elabor ate  anal ys is ,  the   m e dian and   quartiles were used for analy z ing  the  ionosphere.  We thereb y  compensate for   the l i m itat i ons   of the m ean  an d S D  in developing the SD,  despite  the  convenience of  the SD for pr obability  analy s is. The app lication of th m e dian and qu artiles for  the an al y s is of ionosp h eric d a t a  l e d t o  anal y s is   results with grea ter det a il . Th is was achiev e d b y  determ ining th e  relat i ve SD   and con c urren t l y  displa yi ng th e o u tliers  and  range  of va ria tions.   Keyword:  Critical freque n cy  F2 layer  I ono sph e r e   Sh ort w ave  co m m uni cat i ons   So lar activ ity   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r C h an g- He on  O h   Depa rt m e nt  of  El ect ri cal , El ect ro ni cs an d C o m m uni cat i on E ngi neeri n g   Korea  University of Te c h nol o g y  an Ed ucat i o n ,   G a j e on - R 3 07, Byun g c hu n-myu n ,  C h on an- S i, C h oon gn am , 3 3 0 - 708 Ko r e a.  Em a il: ch o h @k oreatech.ac.k r       1.   INTRODUCTION  The F2 l a y e r i s  t h e uppe r sect or o f  t h e i o n o s phe ri c F regi o n . It  i s  ~ 250  k m  above sea l e vel  and pl ay s   an im portant role in shor twa v e comm unications because i t  has the hi ghe st electron  density in the ionosphere The va riations  in the critical f r eque nc y  (f oF 2) o f  t h e F 2  l a y e r i ndi cat e t h e events occ u rring the r e. Ionospheric   vari at i o ns can  be di vi ded i n t o  fo ur t y pes:  di ur nal ,  s eas onal ,  l a t i t udi nal ,  an d sol a r - cyclic. The foF2 above the  Ko rea n  Pe ni ns ul a i s  t h e  m a xim u m  at  daw n   and  m i nim u m   at  du sk , a n d  t h e t i m e s for  t h peak  an d l o we st  p o i n t   are subject to s easonal variation a nd  so lar-activ ity c y cles [ 1 ], [2 ]. Resear ch is conducte d across the worl d to  bet t e un der s t a nd  su ch  f o F 2   v a ri at i ons.   In  t h i s   pape r,  s easo n al  an d a n nual   va ri at i ons  i n  t h e  f o F 2  a n hei g ht  o f  t h e  pea k   den s i t y  ( h m F 2) are   exam ined at two l o cations  in  Ko rea ( R ep .) —Jej u-d o  and I c h e on - s i— during  d i fferen so lar-activ ity p e ri o d s   u s ing  t h e m e a n  an d stand a rd d e v i atio n (SD).  In add ition  t o  th e m ean  and  SD, th e m e d i an  and   qu artiles are  u s ed  to exp l ain  th e v a riatio ns in  t h e fo F2 In prev i o us  stud ies, t h e m ean  and  SD  were  u s efu l  to ind i cate th p r ob ab ility, b u t th ere  were li mita tio n s  in   d e v e lop i ng  th SD.  In  t h p r esen t stud y,  b y  u s ing  th e m e d i an  and  q u a rtiles, wh ich   facilitate SD calcu lation ,  th rang o f  v a riatio n s  i n  th foF2 du e to  so lar acti v ities is   dem onstrated in  greater detail  [3].        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 7 1   –  81  72   2.   DAT A AN D METHO D   O F   A NAL YSI S   Th d a ta u s ed  in  th is stud y are th e ho urly p e ak s of  fo F2  an d   h m F2  in  Ko rea at two  lo cation s : Jeju-do  (l at .:  33. 4 3 ° N ;  l on.:  12 6. 3°  E;  el ev.:  68. 0 m )  and Ic heo n - si  (l at .:  37. 14 ° N;  l on.:  1 2 7 . 54 ° E;   el ev.:  68. 0 m ) Raw data provided by the Korea Space  W e a t her Center  (ht t p://www.spac e w eathe r.go.kr/) were  use d , a nd the  an alysis r e su lt s w e r e  v e r i f i ed  u s i n g  th e I n tern ation a l Ref e r e n ce  Io no sp her i c mo d e l (I RI- 2012 ). Th i o n o s phe ri c va ri at i ons  ha ve  t u r n i n poi nt s d u ri n g  t h e s u m m e r an w i nt er s o l s t i ces an d s p ri ng  a n d  fal l   equi noxes  [4], [5]. The r ef ore, we  di vide d the ra data  into  four  a n a l ysis datasets according t o   Korea’s   seasonal chara c teristics: spring (Ma r ch–M ay), summ er ( J une–August), fall (S eptember–Novem ber), and  winter (December–Fe brua ry). Additionally, the data we re  arra nge d in line with th e solar-activity cycles in  order t o  a n alyze the ionosp heric  variations accordi ng t o  the sola activity. Thus,  we  ge nerated differe n t   d a tasets fo r so lar activ ity: th e lo w-so lar-acti v ity (LSA )  dat a set  usi n g t h 20 0 9  a n d  2 0 1 0  dat a , m e di um -sol ar - activ ity (MSA) d a taset u s ing  t h e 201 1–2 013   d a ta, and   h i gh -so l ar-activ ity (HSA)  d a taset u s ing  th 20 14 d a ta.  Fig u re  1  illu strates th e so lar-activ ity cycles, an d Tab l e 1  p r esen ts the frequ e n c of so lar  flares  for each year  in  th p e riod   o f  ou r inv e stig atio n.          Fig u re  1 .  So lar-activ ity cycle       Tab l e 1 .  So lar  f l ar es 20 10 -201 2010   3 step : 2 tim e s   2011   3 step : 10 tim e s   4 step : 2 tim e s   2012   3 step : 11 tim e s   2013   3 step : 14 tim e s   2014   3 step : 17 tim e s       Although the  mean is useful as a  num erical  represe n tative of an e n tir e d a taset, its  maj o li mitatio n  is  th at it lo ses its represen tativ e v a lu e if  ex treme v a lu es of t h e d a taset are  in clu d e d  i n  its calcu latio n .   In  su ch  cases, to  id en ti fy th e d a ta d i stribu tio n   p a ttern , it is essen tial to  g e n e rate a scatter d i ag ram in  wh ich  th m i d d l p o s ition  can   be id en tified  as a rep r esen tativ e v a l u e, wh ereb y o t h e r info rm atio n ,  su ch  as th e d e g r ee of  dispe r sion of  t h e values   scattered  around t h e re prese n tative val u e, ca be  acq ui re d.  The r e a r e m a ny  m e t h o d s   fo r m easuri ng t h e de gree o f  di spersi o n , suc h  as t h e devi ation  and  SD. In  this p a p e r, th mean  and  SD, relativ SD, an d  m e d i an  and  qu artiles are u s ed  in an  in tegrat ed  m a n n e r for an alyzin g  th e i o no sp here. The SD is  mathe m atica l ly expresse d as   [6]:    σ      (1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     An al ysi s  of   Io n o sp heri c f o F 2   by  Sol ar Act i v i t y over t h e K o r e an  Pe ni ns ul ( C han g - He o n   Oh)   73 whe r e ( μ ) is the arith m e tic  m e an  tak e n as t h e d a ta av erag e,   is an  i n d i v i du al  d a ta po in t,   is t h num ber of dat a   poi nt s,  a nd ( μ ) i s  t h e de vi at i on o f  eac h dat a   poi nt  fr om  t h e avera g e [ 4 ] ,  [ 7 ] .  The rel a t i v e   SD  (R SD ) i s  t h e a b sol u t e  val u e o f  t h e coe f f i ci ent  of  vari at i on  (C V ) It  i s  obt ai ne by  di vi di n g  t h e S D   by  t h e   m ean an d m u lt i p l y i ng t h qu ot i e nt  by   10 0.  The R S D i s   r e fer r ed t o  as t h e C V . T hus a l a rge R S D,  whi c h   i m p lies th at th e SD is  relatively larg e co m p ared   with   t h mean, indicates a large   de gr e e  of  di s p ersi on , an d   v i ce  v e r s a. Becau se t h e RSD   h a no   un its, it is a conven i en t m ean to  co m p ar e the d i sp er si o n   betw een  d a tasets with differen t   u n its.  Th e RSD  of the fo F2   u s ed in   th is p a p e r is  d e n o t ed  as   [8] :      100   (2 )     As pre v iously mentioned,  in cases  where   e x trem values  are incl ude d i n  its calculation, t h e m ean   l o ses i t s  usef ul ness as a  rep r e s ent a t i v e val u e ,  an d a sca t t e di ag ram  shoul d t h us be  use d   t o  est i m a t e  t h deg r ee  o f  d i spersi o n . In  p a rticu l ar,  t h an alysis  o f  a  d a tase t h a v i n g   a symmetri cal stru cture  with  ou tliers, such  as  foF2, is  greatl y  influe nce d   by extrem ely s m all or large   values . In s u c h  cases because of the  m e a n ’s  low  represe n tativeness of t h e e n tire sam p le, o r d e r statistics are often   u s ed Qu artiles are ob tain ed  b y  d i v i d i ng  a d a taset i n to   qu arters con t ain i ng  equ a o r  qu asi-equ a n u m b e rs  of  d a ta po in ts, whereb y th e en tire d a taset (1 00%) is cu at 25%, 50%, and  75% (100%  = e n t i r e di st ri but i o n ) If a   d a taset is arrang ed in  ascend in g ord e r, th first (Q1) second  (Q2 ) , an d  t h i r d   (Q3)  q u a rtiles correspo n d  t o  the  d a ta po in ts at 2 5 %, 50 (m e d ian), an d   7 5 %, resp ectiv el y. Th e rang e of th e qu artiles (IQR) is expressed  as  fo llows:      Q3 Q1   (3 )           Figure  2. Average  foF2 obse rved in  Jeju-do  according t o  s o lar-aactivity cycles       3.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ONS     3. 1. I o n o s pher i c foF 2   Obser v ations   Fig u r e   2   d e p i cts th e av er ag e v a r i atio n s  in   th e fo F2  i n  Jej u -d o th rou ghou t th ob serv atio n   p e r i od  (2 0 0 9 2 0 1 4 ),   di vi de d  i n t o  l o w-,  m e di um -, and  hi gh -s ol ar -act i v i t y  peri o d s:  t h e  LS ( 2 00 9 a n 2 0 1 0 ) ,  M S ( 201 1–2 013 ) ,   an d H S A   ( 2014 )   p e r i od s,  r e sp ectiv ely. Figu r e   3   d e p i cts th e av er ag e v a r i atio n s  i n  th e f o F2  o b s erv e d in   I c h e on- si dur ing   th e LSA   ( 201 0) , MSA   ( 201 1–2 013 ), an d HSA  (20 14)   p e r i od s.  In  su mm er, foF2   falls to  a tro ugh  at 04 :00–0 4 : 0 0  LT  (lo c al ti m e ), g r adu a lly rises to  a p e ak  at 15 :00– 16: 00 , a nd  gr a dual l y  fal l s  f r o m  19: 0 0 2 0 : 00  o n wa r d s. T h i s  re fl ect s t h e  seaso n al  nat u re o f  s u m m er, whe n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 7 1   –  81  74 day l i ght  l a st s l o n g e r  t h a n  i n   ot he r seas on s [ 9 ] [ 1 1] . I n   wi nt er, t h fo F2  fal l s  t o  a t r o u g h  at  0 6 : 0 0 ,  g r a dual l y   ri ses t o  a  peak  at  11: 0 0 1 2 : 0 0, a nd  ra pi dl y  fal l s  aft e rw ar d s . The  f o F 2  i s  m o st   m a rkedl y  i n fl ue nce d  by  sol a r   act i v i t y  i n  wi nter:  i t  exhi bi t s  decreased  vari at i ons at  ~ 18: 00  un de r l o w s o l a r act i v i t y  and at  ~ 22: 0 0  un de r  hi g h   sol a r act i v i t y . The va ri at i on  r a nge  bec o m e l a rge u n d er  hi gh s o l a r act i v i t y  (3. 3 4 11 M H z) , as ex hi bi t e d by   th e H S A  p e r i od  ( 201 4) , in creasin g  b y  4.1  MHz com p ared with the va ria tio n s  du r i ng   th e LSA  p e r i od  ( 3 .6  MHz) [12 ] . This d i screp a n c is attrib u t ed  to th e lo ca t i on  o f  K o rea ,  w h i c h i s  l o cat ed  ne ar t h e m i ddl e of t h e   no rt he rn  hem i sphe re a nd i s  s u scept i b l e  t o  t h e  i n fl ue nce  of s o l a r act i v i t y . C o m p ari ng t h e f o F 2  va ri at i on  d u r i n g   the LSA (2009) and  HSA (2014) periods  clearly reveals the reason for the  larger foF2 variation according to  so lar activ ity i n  win t er. In  LSA wi n t er, th e fo F2  exh i b its su mmer-lik e v a riation ,  wh ereb y th e du rati o n  in  sum m er i s  l onger t h an i n  wi n t er, as a seas on al  fact or.  H o w e ver ,  d u ri ng  H S wi nt er  ni g h t s (2 2: 0 0 0 6 : 0 0) , t h e   foF2 decreases   substa ntially  com p ared with that in su mmer, beca use les s  solar ra diation reac hes the  Earth,  wh ich  is tilted   ag ain s t t h e Sun.           Figure 3.  Average foF2  ob se rved in  Ic heon-si accordin g t o   solar-activity cycles      During winter days,  the   fo F2  increases t o  a l e vel fa r hi ghe than  t h at in s u mmer because  of i n crease d   solar flares and the lowest  meridian  altitude , whic h increa ses the solar ra diation receive d for the sam e  l e ngt o f  tim e. Th is ten d e n c y was  m o re rem a rk ab le in  Ich e on -si th an  in Jeju-do .   Su ch  a  d i fferen ce is assu m e d  to   becom e   m o re  noticeable  at a  fre que nc e x ce eding 100 suns pot  e r uptions.    3. 2.  V a ri a t i o n   of  Rel a ti ve  S t and a rd  De vi a t i o n   Fi gu res  4 an d  5 sh ow t h e R S Ds f o r t h e a v era g e f o F 2  v a l u es o b ser v e d  i n  Jej u - do a n d Ic heo n - si ,   respect i v el y ,  w h i c h a r e s h ow n  i n  Fi gu res  2 a n d  3 .     Fig u re 4  sho w s th at th e RSDs for th e av erag e fo F2  v a lu es in  Ju ju-do  were 11 –28 % in   su mm er, 9 24 % i n   wi nt e r ,  an 9– 3 3 % i n  t h e e qui no xes  i n  t h e  LS pe ri o d  ( 2 00 9 a n d  2 0 1 0 ) .   In  t h M S peri od  ( 2 0 1 1 2 013 ), th ey w e r e  1 3–2 1%, 9–2 7%, and  12 –30 %, r e sp ectiv ely, an d  in  th e H S A  p e r i o d   ( 2 0 14) , th ey w e re 1 2 2 0 %,  1 4–2 6 % , an d 15– 29 %, r e sp ectiv ely. Fig u r e   5  sh ow s th sam e   v a lu es  fo r   I c heo n - s i. Th e R S D s   i n   su mm er , w i n t er , an d th e equ i no x e s w e r e   1 1–1 8%,  9 –22%, and   9– 33%, r e sp ectiv el y, in  th LSA p e r i o d   ( 201 0) I n  t h MSA  p e r i od   (2 011 –20 13) , t h ey w e r e  9–2 5%, 11– 28 %, an d   11 –29 %,  r e sp ectiv ely, and in  th H S A   p e r i od (20 14) , t h ey w e re 16 –25 %, 15–2 7%, and   1 7–32 %, r e sp ectiv ely.   Thr o ug h out  t h e peri o d   of  ob servat i o n, t h e hi g h est  R S Ds  occu rre d at  da wn  (0 4: 0 0 - 0 7 : 00 L T ). T h i s   im plies that  the electron de nsity in the F2 layer va ries  greatly around da wn  because of the increased  vari at i o ns i n  t h e i oni zat i on  du e t o  sol a r ra di at i on,  s o l a r wi n d , ge om agnet i c  act i v i t y , neut ral  atm o sphe re , an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     An al ysi s  of   Io n o sp heri c f o F 2   by  Sol ar Act i v i t y over t h e K o r e an  Pe ni ns ul ( C han g - He o n   Oh)   75 electrody nam i cs. The low RSD (11–12% on ave r age at  1 3 : 0 0– 1 5 : 0 0 LT ) i n  sum m er 201 4 ( H S A ) i n d i cat es  th at h i gh   so lar  activ ity an d  a lo ng   du ration  yi eld  a sm all v a riatio n  in th e fo F2       Figure 4.  Relative  standard de viation of  foF2  accordi n g to s o lar-acti v ity cycles in Je ju-do          Figure  5. Relative standard  de vi ation  of foF2 accordi n g to s o la r-acti v ity cycles in Ic he on-si      3. 3.  An al ysi s  o f  f o F 2   V a ri ati o ns  acc o rdi n g  t o  S o l a r - Fl ar e Freque ncy  b y   Medi a n   and   Quar ti l e The s o lar-flare  fre quencies  di splayed in Ta ble 1 are   closel y associated  with the s o lar-ac tivity cycle.   Und e r low so lar activ ity, less th an   10  so lar flares  o c cu rr e d . T h fre quency of  flares i n creased with t h e s o lar  activity. The ionos pheric elect ron  de nsity increased  i n   p r o p o rt i o n t o  t h e  f r e que ncy   of  sol a r fl a r es.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 7 1   –  81  76     Figure  6. Va riations  of foF2 i n  Je ju -do according to s o lar-flare fre que ncy    (m ed ian ,  qu arti les, ou tliers, and   wh isk e rs)          Fi gu re  7.  Va ri at i ons  of  f o F 2  i n   Iche o n -si  acc or di n g  t o  s o l a r -fl are  f r eq ue nc y   (m ed ian ,  qu arti les, ou tliers, and   wh isk e rs)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     An al ysi s  of   Io n o sp heri c f o F 2   by  Sol ar Act i v i t y over t h e K o r e an  Pe ni ns ul ( C han g - He o n   Oh)   77 Figures 6 a n d 7 illustrate the iono sphe ric electron de nsity  according to the  solar- flare fre que ncy. The   electro n-den s it y d i strib u tion s   in  th e io no sp here were estimated  u s ing  th med i an  an d   q u artiles. In  th e graph s   o f   Figu res  5  an d   6 ,  th e t h ick tran sv erse lines with in th b o x e rep r esent th e m e d i an , an d th 2 5 th  a nd  7 5 th   p e rcen tiles are th e p a rts  b e low and  ab ov e th e m e d i an  lin e, resp ectiv ely. Th at is, th u p p e r 25 % (Q3 )  and  lowe r 25% (Q1)  from  the  median c o m p rise the middle  50%. T h e ve rtical dotted lines are re ferred to as   whi s kers . Fo t h e up pe r w h i s ker ,  o n e of t h e  t w o val u e s  i s  t a ken.  In t h p r esence  of t h m a xim u m  val u e or  o u tliers, th e larg est v a l u e is tak e n  fro m  th e v a lu es larg er th an  th e 75 th  p e rcen tile o r   sm a ller th an  t h e 1 . 5   in terqu a rtile ran g e s (1.5  × IQR). Th v a lu o f  1.5  × IQR ap pro x i m a tes t h e SD. Th e IQR is d e fin e d   as th e   d i fferen ce b e t w een   Q1  an d   Q3. An   o u tlie is d e fined  as a  v a lu fallin g   ou tsid e, eith er t h e upp er  or lower  1 . 5  ×  IQ b ound aries and  is ex pressed  as an  i n d i v i du al v a l u on  th graph .   Th erefore, i n  the ab sen ce  o f   ou tliers,  wh isk e rs ind i cate o n l y th e h i gh est and lo west  v a lues. Moreov er, o u tliers are v a lu es t h at  d e v i ate  d i spropo rtion a l l y fro m  th e d i strib u tion  an d  are exp r essed   as p o i n t s on  th e g r ap h. Ou tliers in clu d e   v a lu es th at  are  o v e rly ex tre m e, in v a lid for th e d a taset, or  u n realistic.  A n alyses  o f  the io no sp h e r i c data f o r  Jej u - d o   yield e d  th f o ll o w i n g f i nd ing s . In  th LSA  per i od  (2009  and  2 0 1 0 )   wi t h   fewe r t h an  t e n s o l a r  fl ares ,  a  di st ri b u t i o n  pat t e r n   of  de nsel y  cl ust e re d  el ect ro ns a r ou nd  t h e   m e di an was  o b s erve d.  Si nce t h e dat a   fo 20 09 a r e i n c o m p l e t e —m i ssi ng d a t a  for  t h fi rst  hal f   of t h e y ear—a   larg er  n u m b e r of  ou tliers were co m p ared  with  t h resu lt of  an  an alysis p e rfo r m e d  o n  a co m p lete   an nu al   d a taset fo r 2010 . M o r e ov er, at 1 8 : 0 0–20 :00   LT in 200 9 w i th  m i ssin g  d a t a  and  i n   2 010—an   LSA  year   w ith   fewer t h an 10  so lar flares—th e   qu artiles were  foun d to  be wi d e ly d i sp ersed arou nd the m ean , with  o u tliers  rarely  o ccurri ng If th is resu lt is su b s titu ted   in to  t h resu lts presen ted   un der Section 3.2, it can b e  assumed   th at 1 8 : 00– 20 : 0 0  LT is a ti me slo t  in  wh ich v a riatio n s  in  t h e electron  d e n s ity o ccu with  m o re in ten s ity th an   in  o t h e r ti m e  slo t s throug hou th e so lar-activ i t y cycle.   A n alyses of  ion o s ph er ic  d a ta f o r   20 11– 2014 , in   w h ich  over  10  so lar  f l ares o ccur r e d ,   r e su lted  in  th following findi ngs . A large num b er  of outliers were  found am ong the 2012  a nd  2013 data points, but whe n   the outliers were  elevate d , sim ilar  ionos pheric  elect ron-density distribution  patterns  we re c o nfirm e for  2 011 –20 13 In 2 014 wh en  so lar flares  o c cu rred  m o st  freq u e n tly, ou tliers o c curre d  less frequ en tly, an d  t h in terqu a rtile ran g e  was bro a der th an  t h at in   o t h e r years. This sig n i fies th at  th e iono sph e ric v a riatio n s   b e co m e   m o re intense i n  cases  whe r e  solar fla r es  occur ove r   15  t i m e s, owi n g  t o  t h e   br oade di st ri b u t i o n   of  t h F 2   layer. Ich e on -si ex h i b ited   similar io no sph e ric v a riation s bu t ou tliers o c cu rred  m o re freq u e n tly. Th is  allo ws  the assum p tion that the ionos phe ric vari ations are predicte d m o re easily in  Jeju-do and with m o re diffi culties  in  Ich e o n -si  owing  to frequ e n t  ou tlier  o ccurren ces.          Fig u re  8 .  Variatio n s   o f  fo F2  i n  iono sp h e re ab ov Ko rea und er low so lar activ ity   (m ed ian ,  qu arti les, ou tliers, and   wh isk e rs)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 7 1   –  81  78 3. 4. An al ysi s   o f   Se as on al   f o F 2  Vari ati o ns a ccordi n g to   S o l a Ac ti vi t y  b y  Medi a n  and  Quar ti l e In order to ana l yze seasonal foF2 variations  accord ing to the solar activity, we deri ved the  m e dian,  q u a rtiles, wh isk e rs, an d ou tliers for  2 010   (LSA), 201 2 (MSA), an d 201 4 (HSA).    Fig u r e   8  sh ows th e seaso n al f o F2   v a r i ations in  201 0 ( L SA )   ob serv ed  in I c h e on - s i and Jeju -do .   A t   bot h l o cat i o ns,  no  i n t e n s e i o n o sp he ri c va ri at i ons  wer e  o b se rve d  a r o u nd t h e m e di an. Part i c ul arl y  i n  su m m e r,  in creased  fo F2 v a riation s   were v e ri fied  i n  Ich e on-si. Th is  is ascrib ed  to  t h e fre q u e n t  o c cu rren ce of  o u tliers  com p ared  with Jeju-do, wh ere less in ten s fo F2   v a riations were  ob served  owing  to  t h e low frequ e n c y o f   o u tliers. Th is  su ppo rts t h e resu lt d e riv e d  in  Section   3 . 3   th at io no sp h e ri c v a riation s  can  b e  pred icted  m o re  easily in  Jeju -do  th an  i n   Ich e on -si.            Fi gu re  9.  Va ri at i ons  of  f o F 2  i n  i o n o s phe re a b o v K o rea  u n d er  m e di u m  sol a r act i v i t y   (m ed ian ,  qu arti les, ou tliers, and   wh isk e rs)      Fi gu re 9 s h o w s t h e seasonal  f o F 2  vari at i o ns  i n  20 1 2  (M S A ). The s u m m er  grap hs s h o w  t h at  t h e foF 2   slig h tly in creased  with  sim i l a r v a riab ility t o  20 10 Sim ila rly, th e g r aph s  fo r t h e equ i nox es and  wi n t er sh ow  t h at  t h e overal l  foF 2  i n crease d  sl i ght l y , wi t h  a st ronge r t e n d ency  i n  wi nt e r  and e qui no xe s at  08: 00 18: 00 a n d   06: 00 20: 00 , respect i v el y ,   un de r l o w sol a r act i v i t y . The fo F2  vari a t i ons bec o m e  far  m o re i n t e nse at   eq u i n o x e s co mp ared   with  th e LSA  (2 010 ).  As in  t h e LS A p e ri o d   (Fi g ure 8 ) , ou tliers  occu rred frequ e n tly in   Ishe o n -si i n  th e M S pe rio d   (Fig ure  9 ) .   Fig u r e  10  show s th e seasonal f o F2   v a r i atio n s  in  20 1 4   ( H S A ). Here,  c o m p ared with  the LSA and  MSA p e riod s, o u tliers o c curred   with  a h i gh er  freq u e n c y. Th e in terq u a rtile ran g e s were also  larg er. The  d i stin ct feature o f  an alyzing  th e iono sph e ric v a riation s   u s i n g  m e d i an  an d q u artiles is the id en tification o f  t h di st ri b u t i o n .  I n  sum m e r, whi l e hei g ht  vari at i ons  occ u ove r  t h e ent i r e i o n o sp he re, t h e i o nos p h eri c   vari at i ons  h a v e  a m o re co n s isten t  d i stri b u tion  co m p ared   with  tho s e in   o t h e r seasons. During  th e an alysis of th critica l   fre que nci e s o f  t h e ent i r e i onos p h ere ,  gra d ual l y  i n creasi n g t e nde nci e s are ob ser v e d  as t h e sol a r act i v i t y   increases , a nd  vice ve rsa. T h e bar gra p h in  Figure  11  s h ows the  correlat i ons  between t h e critical frequencie s   at  ho url y  i n t e r v al s usi ng t h i s  feat ure .  T h gra p h sh o w s t h e 2 0 14  o u t p u t  resul t s  f o Je ju - d o ,  i n di cat i ng t h at  v e ry st rong  time-series correlatio n s  ex ist  b e tween  th e re sidual se ries,  with  decreasi n g tende n cy as  the tim Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     An al ysi s  of   Io n o sp heri c f o F 2   by  Sol ar Act i v i t y over t h e K o r e an  Pe ni ns ul ( C han g - He o n   Oh)   79 in terv al i n creases. Th e an alysis of th is  d i stin ct feat u r e reveals similaritie s b e t w een  2 and  2   and  usi n g t h i s   fi n d i n g ,  a n  u n m easure d  dat a  p o i n t   2  can  be  i n cl ud ed  usi n g  E q .  ( 3 ).  If  E q .  ( 3 ) i s   em pl oy ed  f o pre d i c t i n g  i o n o sp he ri c va ri at i ons a n obt ai ni n g  m i ssi ng d a t a  fo past  i o nos p h eri c   va ri at i ons  usi n g t h e dat a - assim i l a t i on t e chni que , m o re  rel i a bl e anal y s i s  res u l t s  m a y  be de ri ve d.           Fi gu re  1 0 Vari at i ons  of  f o F 2  i n  i o n o s phe re a b o v K o rea  u n d er  hi gh  sol a act i v i t y   (m ed ian ,  qu arti les, ou tliers, and   wh isk e rs)          Figu re  1 1 Inte r- foF 2   co rrelation  g r a p h  at h o u rly  inter v als     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 6 ,  N o . 1 ,  Febru a ry  2 016   : 7 1   –  81  80 2  2  2 /2  ( t  2 <  N <  t  )   (3 )       4.   CO NCL USI O N   The F 2  l a y e r i s  t h e up pe r sect or  of t h e i o n o s phe ri c F re gi o n ,  an d i t  i s  ~ 250  km  above sea  l e vel .  It  ha s   a hi g h  el ect r o n  de nsi t y  and  t h us  pl ay s an  i m po rt ant   rol e  i n   sho r t w a v e c o m m uni cat i ons. I o n o s p h e ri var i at i ons   can be di vide d  into fo ur ty pe s: diur nal, seas onal,  latitudi na l, and sola r-cy c lic. The critical-fre q u ency  ( f o F 2 )   vari at i o ns ab o v e t h e K o rean  Peni n s ul a reac h a pea k  at  da wn a n d fal l  t o  a t r ou g h  at  du s k , a nd t h e t i m ing  fo r   t h e pea k  a n d t r o u gh  di f f er  a ccor d i n g t o  se aso n al  va ri ab il ity an d  so lar-activ ity cycl e. We a n alyzed s easonal  and a n n u al  f o F 2  vari at i o ns an d react i o ns o f  t h e F2 l a y e r hei ght  at  t w o l o ca t i ons i n  Korea  (Rep.), Je ju-do and  Ich e on -si b y  em p l o y in g  th e mean  an d   SD, wh ich  were  u s ed  in  prev iou s  d a ta an alyses. Ad d ition a lly, th med i an  and   q u artiles were  u s ed  to   d e scrib e   th e v a riab ility o f  t h e fo F2  in   th e ion o s ph eri c  an alysis. Th m ean  an d SD  u s ed  i n   p r ev iou s  stud ies  h a v e  th e ad v a n t ag o f  easy an alysis of  p r ob ab ility b u t  exh i b it limitat i o n s  in  d e v e l o p i n g  t h e SD. Th e m e d i an  and  qu artiles u s ed  i n  th e presen t stud y can  ind i cate th e relativ e SD and th u s   d e scri b e  th ran g e   of v a riation s  in  t h e fo F2   d u e  t o  so lar activ ity in  g r eater d e tail. Add itio n a lly, m easu r es to   en h a n ce t h e reliab ility o f  ion o s ph eric  d a ta b a sed   o n  th e d i stin ct feat ure of t h e range o f  v a riatio n s  were  p r esen ted.  In a fo llo w-u p  stud y, t h p r esen t  stud y w ill  b e   ex tend ed  b y  usin g th e equ a tio n for en su ring  t h reliab ility o f  ion o s ph eric  d a ta  an d co m p aring th e an alysis resu lts with th IRI-2 012  m o d e l.      ACKNOWLE DGE M ENTS   Thi s  pa per de s c ri bes t h e res u l t s  of researc h  con d u ct ed i n  f u l f i l l m e nt  of wo rk c o m m i ssi one d by  t h e   20 1 4  I n f o rm ati on a nd C o m m uni cat i on Techn o l o gy  ( I C T ) an d B r oa dca s t i ng R & D P r og ram  of t h Ko rea n   Electro n i cs and  Teleco mm u n i catio n s  Research   Institu te  (ETRI),  wh ich was  fund ed   b y  th e Min i st ry of  Sci e nce,  IC T,   and  F u t u re Pl a nni ng  (M S I P ) .       REFERE NC ES   [1]   A.D. Danilov ,  "Variat i ons in foF2 at the end of  the  1990s and beginning of th e  2000s accordin g to m e dian dat a " ,   Geomagnetism a nd Aeronomy , v o l. 51 , pp . 753-7 61, dec 2011 [2]   D. Panchev aa  an d P. Mukhtarov, "A si ngle-statio n spectral model of the mont hly   median foF2 an d M (3000) F2",  Studia Geoph ysica et Geoda etica , vol. 42 , pp  183 -196, Apr 1998 [3]   A.D. Danilov  an d A.V. Konsta n t inova, "Variatio ns in foF2 at  the end of  th e 1990 s and th e b e ginn ing of  the 2000s  accord ing to  th S P I DR s y s t em  d a ta",  Geomagnetism and Aerono my , vol. 52 , pp 350-355, May   2 012.  [4]   D. Bilit za, et al "Variabil i t y  of  f o F2 in the equ a t o rial ionosph ere",  Advan ces  in S pace R e s e ar ch vol. 34, pp . 190 1- 1906, 2004 [5]   M.A. Abdu,  et al, "Equ atorial ionos phere sunset electrod y n amics in  the American sector   from SUNDIAL  Decem ber 1988   cam paign r e sults ",  Geomagnetism and Aeronom y , vo l. 33, pp. 16 -23, Feb  1993.  [6]   B.O. Adebesin, et al, "Ionospheric foF2 morpholog y   a nd response of F2 lay e r h e ight ov er  Jicamarca during  differen t  solar  epochs and  co mparison with  IRI- 2012 model",  Jo urnal of Earth  S y stem Science , v o l. 123 , pp . 751- 765, Jun 2014 [7]   H. Rishbeth  and  M. Mendillo, " P a tterns of F2-lay er v a riab ility " ,   Journal o f  Atmospheri c and Solar-Terrestrial  Physics , vol. 63 , pp. 1661-1680,  Oct 2001.  [8]   O. A.  Oladipo,  et al,  "Variability of  equato rial io nospheric electr on density   at fixed heigh t s belo w the F2 peak" ,   Journal of Atmo spheric and  So la r-Terrestrial Physics , vo l. 70, pp . 1056-1065 , May   2008.  [9]   B.G. Fejer ,  et al, "Global equa tor i al ionospheric vertical plas ma drifts measured b y  the AE E  sa t e ll it e " ,   Journal of  Geophysical Research: Space  Ph ysics , vo l. 100, p p . 5769-5776 , A p r 1995.  [10]   B.G. Fejer ,  "The  ele c trod y n am ic s of the low-lat i t ude ionosphere : Recen t results a nd future ch all e nges",  Journal o f   Atmospheric and  Solar-Terrestrial Ph ysics , vol. 5 9 , pp . 1465-148 2, Sep  1997.  [11]   B.O. Adebesin et al, "Equato rial vert ical p l asm a  drif t v e lo citi es  and el ectron den s ities inf e rred  fr om  ground-based   ionosonde measurements during  low solar activity ",  Journal of Atmospheric and  Solar-Terrestrial Physics , vo l. 97 pp. 58-64 , May   2013.  [12]   L. Liu ,  e t  al "Com parative s t ud y  of t h e eq uatori al ionosp h ere over Ji ca m a rca during r ecen t two sola r   mi ni ma ",   Journa l of Geophysical  Re search: Spa ce Physics , vo l. 11 7, pp . 1978–201 2, Jan  2012.                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.