WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Ясюкевич Ю.В., Афраймович Э.Л., Паламарчук К.С., Татаринов П.В. Использование данных спутниковых высотомеров TOPEX/POSEIDON и JASON-1 для тестирования моделей ионосферы над территорией океана

Научная статья

 

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       686        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

Использование данных спутниковых высотомеров

TOPEX/POSEIDON и JASON-1 для тестирования

моделей ионосферы над территорией океана

Ясюкевич Ю.В. (yasukevich(a)/iszf.irk.ru) (1,2), Афраймович Э.Л. (1), Паламарчук К.С. (3), Татаринов П.В. (1)

(1) Институт солнечно-земной физики СО РАН, (2) Иркутский государственный университет, (3) University of Oxford (UK)

1. Введение

В настоящее время развитие средств радиозондирования ионосферы и моделирования предоставляет возможность непрерывного и глобального мониторинга полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере Земли. В качестве экспериментальных измерений над территорией земной поверхности могут использоваться данные глобальных и региональных наземных сетей приемников навигационных систем (GPS, GLONASS, в ближайшие годы войдет в строй европейская система GALLILEO) [1-3], а также вычисленные по этим данным глобальные (Global Ionosphere Maps - GIM) [4, 5] и региональные карты ПЭС [6, 7]. Общепринятой единицей измерения полного электронного содержания является TECU (total electron content unit; 1 TECU=10 эл/м ). Начиная с 1991 г. над территорией океана появилась возможность исследовать ионосферу на основе данных спутниковых высотомеров (Topex/Poseidon, Jason-1, Jason-2) [8]. Кроме того, существует ряд ионосферных моделей, которые позволяют рассчитать профиль электронной концентрации (ЭК) и ПЭС вдоль направления распространения сигнала. Международная справочная модель ионосферы (International Reference Ionosphere; IRI) фактически является стандартом при расчете ионосферных параметров для различных исследовательских и прикладных задач [9].

Как правило, тестирование IRI осуществляется с использованием изолированных данных: измерения высоты максимума и критической частоты слоя F2 в отдельных точках при вертикальном и наклонном зондировании [10, 11]; профили ЭК, полученные на основе метода некогерентного рассеяния [12]; измерения ПЭС на основе данных отдельной приемной станции GPS [13] и т.д. Расчеты ПЭС с использованием IRI в сравнении с результатами GPS радиотомографии приводят авторы [14, 15]. В последнее время появился ряд работ, в которых проверка IRI основана на большом статистическом материале, охватывающем различные регионы земного шара (в том числе и глобально по всей Земле), а также большой временной интервал [16-18]. Это позволяет оценить, насколько правильно IRI отражает состояние ионосферы в спокойных условиях, а также при высоком уровне солнечной и геомагнитной активности.

Следует заметить, что для различных задач понятие точности модели существенно отличается. Для моделирования наклонного распространения в KB диапазоне необходимо знать профиль ЭК ниже максимума слоя F2, а в ряде задач только высоту максимума и критическую частоту слоя F2. Точность восстановления значений ПЭС более принципиальна при расчете характеристик трансионосферного радиоканала [19] и оценки искажений радиоастрономических сигналов [20]. Тестирование ионосферных моделей на основе оценки ПЭС берет свои истоки в работах McNamara [21].

Если изначально IRI использовалась для коррекции данных измерений одночастотных высотомеров [22], то в настоящее время с переходом на двухчастотные высотомеры ситуация несколько изменилась. В настоящей работе представлены результаты тестирования моделей IRI-2001 и IRI-2007 по данным измерений ПЭС на спутниках Topex/Poseidon и Jason-1 за период 1992-2007 гг. Основное внимание уделяется


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       687        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

статистическим параметрам, которые в целом характеризуют точность модели по всему земному шару.

2.  Международная справочная модель ионосферы IRI

IRI описывает среднемесячные ионосферные параметры [9]: ионный состав (0+, Н+, N+, Не+, 02+,NO+), дрейф ионов, плотность и температуру электронов, ПЭС. В новейшей версии IRI-2007 значительно усовершенствована модель профиля ЭК выше максимума F2 слоя. Наряду с этим в IRI-2007 добавлены 2 дополнительные опции для расчета профиля выше максимума - скорректированный профиль IRI и профиль NeQuick. Кроме того, в новую версию IRI-2007 были внесены следующие изменения: использована новая модель ионного состава верхней ионосферы; добавлена модель F-spread; использована модель NeuralNet для оценки плотности электронов Е слоя в авроральной области; включена новейшая версия международной модели магнитного поля IGRF-10 [23].

IRI включает два набора коэффициентов, использующихся для расчета критической частоты F2: CCIR и URSI Оба набора коэффициентов получены по одному алгоритму, но основаны на различных наборах данных [24]. Для коэффициентов URSI Rush et al. [25] привлекли данные теоретической аэрономии, что позволило улучшить описание ионосферы над океаном и в южном полушарии.

В настоящей работе мы использовали стандартный набор опций моделей IRI-2001 и IRI-2007, в частности набор коэффициентов URSI. Для моделирования состояния ионосферы во время геомагнитных возмущений использована «модель шторма» [26].

Для нескольких дней нами было сделано сравнение данных IRI-2007 для различных вариантов профиля ЭК (скорректированный профиль IRI и профиль NeQuick). При использовании профиля NeQuick расхождение модельных и экспериментальных значений ПЭС, как правило, больше, чем при использовании скорректированного профиля ГОХ Поэтому последний и был выбран нами для дальнейших расчетов.

3.  Спутниковые высотомеры Topex/Poseidon, Jason-1 и Jason-2

Topex/Poseidon (Т/Р) - совместный проект Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и Французского космического агентства (CNES). Спутник Т/Р был запущен 10 августа 1992 г. для исследования топографии морской поверхности, а также изучения глобальной циркуляции океана [27]. 7 декабря 2001 г., как продолжение проекта, был запущен спутник Jason-1 [8], который был выведен на траекторию Т/Р. Во время тандемной фазы (15 января 2002 г. - 16 августа 2002 г.) Jason-1 следовал за Т/Р с отставанием по времени ~72 с. С 16 августа по 15 сентября 2002 г. был проведен ряд маневров Т/Р, в результате чего он был выведен на новую орбиту (его витки оказались между витками Jason-1). В октябре 2005 г. отказала реактивная система углового позиционирования Т/Р и он был выведен из эксплуатации.

Присутствие на орбите двух спутников открыло новые возможности, как для исследований, так и взаимной калибровки. Поэтому 20 июня 2008 г. был запущен спутник Jason-2 (совместно CNES, NASA, Национальным управлением по исследованию океана и атмосферы США (NOAA), а также Европейской организацией эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT)).

Каждый из высотомеров оборудован тремя основными приборами: радиолокационный высотомер Poseidon (/1=5.3 ГГц - С-диапазон, ^2= 13.6 ГГц - Ки-диапазон); двухчастотный приемник системы доплеровского слежения за орбитой и радиопозиционирования (DORIS); GPS приемник.

Обработанные данные высотомеров представлены в формате GDR (Geophysical Data Records). Помимо долготы, широты и времени, GDR содержит величину ионосферной поправки для Ки-диапазона [28]. ПЭС рассчитывается на основе ионосферной поправки как


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       688        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf


dR-f10-16 40.3


(1)


где/-частота сигнала (13.6 ГГц - Ки), Гц, аК-ионосферная поправка (для Ku-диапазона), м. Морфология ПЭС, полученная по данным спутниковых высотомеров, исследована в работах [29, 30]. В настоящей работе мы использовали данные Т/Р с 13 октября 1992 г. по 8 октября 2005 г., а также данные Jason-1 с 15 января 2002 по 31 декабря 2007. Для сравнения данных Т/Р и Jason-1 за все время нахождения спутников на орбите мы использовали метод расчета Среднего Глобального ПЭС <Igmt>-, предложенного в работе [31]. Среднее Глобальное ПЭС <Igmt> определяется как среднее значение ПЭС по всему земному шару за полные сутки. На Рис. 1а, б представлена динамика <Igmt> для спутников Т/Р (серые точки) и Jason-1 (черные точки). На панели а приведена динамика <Igmt> для всего анализируемого интервала, а на панели б - для 2002-2005 гг. (когда оба спутника находились на орбите). На панелях виг соответственно приведена нормированная на единицу функция плотности вероятности р(А1) распределения абсолютного AI и относительного AI/I отклонения величины <~Igmt^>, полученных по данным Jason-1 и Т/Р. Среднее значение отклонения данных Jason-1 и Т/Р <А1> практически равно нулю, среднеквадратичное отклонение о ~0.9 TECU. Наиболее вероятное AI(pmax) значение приходится на 0.1 TECU. Это позволяет считать, что калибровка высотомеров была проведена достаточно хорошо. Поэтому мы используем данные обоих спутников совместно, не делая различий между данными Т/Р и Jason-1.


6)

Км g   60

К 40

2и


Tnpcx/Poseidnn

WKl**tf

W->W:Wu

**VswW

i9S1997

т—¦I'IiIiIii¦iv~i'I 1998   1999   2000   2001   2002   2003   2004   2005   2006   2007

*s,

I о I

Tnptx/Poseidnn Jfis(m-1


08 ~H Число дней = ПО

^ n, J -=д|>=-о.о: tecu

*               .iKp,,,.,)-0.1 TECU

,0.2 0

I   04 ^ja=0K7TECU

'Т'1 Г^-Г'............................ I   '   I   '   I

5-4-3-2-1    0     1     2    3    4    S dl, TECU

0.16 ^ 0.12 | 0.OK :?. 0 04

r)



2002


2003


Год


2004


200?


-20


-10          0          10         20

<dl/l>, %


Рисунок 1. Среднее глобальное значение ПЭС^ош^ (панели а, б), рассчитанное по

данным спутниковых высотомеров Т/Р и Jason-1, и нормированные функции плотности

вероятности распределения абсолютного и относительного отклонения Среднего

Глобального ПЭС <Igmt>-, полученного по данным Jason-1 и Т/Р (в, г)

4. Методика расчета

В исходных данных высотомеров содержится следующая информация: время UT, широта, долгота, ионосферная поправка. Сначала по исходным данным, содержащим ионосферную поправку для Ки и С диапазонов, рассчитывается ПЭС по формуле (1) для всего набора данных. После этого данные I{t) для уменьшения шума измерений [32] сглаживаются с окном 10 с, что соответствует пространственному сглаживанию ~ 60 км.

Далее для тех же моментов времени и координат, для которых имеются данные высотомеров, с использованием модели IRI-2001 и IRI-2007 рассчитываются значения ПЭС до высоты орбиты высотомеров 1336 км. Стоит сразу отметить, что при вторичной обработке мы «смешиваем»  большой набор данных из различных пространственных


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       689        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

регионов, временных диапазонов, разного уровня солнечной и геомагнитной активности. Обоснованием этому является то, что основное требование к любой глобальной модели, какой является IRI, это адекватное воспроизведение состояния ионосферы в любой промежуток времени, в любом широтно-долготном секторе. Следовательно, тестирование также должно проводиться не только для определенных пространственно-временных диапазонов, но и в глобальном масштабе.

Чтобы оценить, насколько точно модель IRI позволяет рассчитать значения ПЭС до высоты орбиты высотомеров, мы использовали общепринятые статистические параметры: - среднеквадратичное отклонение (СКО) экспериментальных и модельных данных, характеризующее согласованность модели с экспериментальными измерениями

1   N

* = ^Etf*-'*,)?,                                                (2)

где /дн - вертикальное ПЭС, измеренное с помощью спутникового высотомера (Jason-1, Т/Р) в i-ой точке, /ш - вертикальное ПЭС, рассчитанное с помощью модели IRI (2001, 2007) в i-ой точке до высоты 1336 км, iV- число измерений;

- среднее значение абсолютного отклонения экспериментальных значений от модельных, характеризующее систематическую ошибку модели

1   N

<A/>=T7Z(/^-/^X;                                              (з)

- среднее значение относительного отклонения экспериментальных значений ПЭС от модельных

стандартное отклонение экспериментальных и модельных данных, характеризующее разброс модельных и экспериментальных данных относительно среднего значения

D = л/ст- < А/ >2 .                                                                            (5)

На Рис. 2 представлена нормированная на единицу функция плотности вероятности р(АТ) распределения абсолютного AI (панель а) и относительного AI/Iau (панель б) отклонения значений ПЭС по данным высотомеров (Jason-1 и Т/Р) и моделей IRI-2001 (сплошная кривая) и IRI-2007 (пунктирная кривая). Существует асимметрия этих функций относительно нулевого значения (AI = 0 TECU). Максимум р(АТ) для IRI-2001 приходится на значение AI = 3 TECU, для IRI-2007 - AI=3.5 TECU, т.е. модель в целом дает несколько заниженные значения ПЭС над океаном. На панелях в, г представлена интегральная функция распределения абсолютной и относительной ошибки. Относительная ошибка IRI-2001 меньше 40% имеет место только в 69% измерений, IRI-2007 - в 67% измерений.

5. Точность модели при различном уровне солнечной и геомагнитной активности

Для изучения динамики статистических параметров (о, <AI>, <А1/1>), характеризующих точность модели на протяжении 23-го цикла солнечной активности, мы сделали расчет этих параметров для каждого месяца. Результаты расчетов приведены на Рис. 3. На панелях а-в черными сплошными кривыми представлены результаты расчета о


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       690        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

(а), <А1> (б), <А1/1> (в) для модели IRI-2001. Соответствующие результаты для модели IRI-2007 представлены на панелях г-е.

Для сравнения на панели г приведена динамика потока радиоизлучения Солнца на длине волны 10.7 см. Как видно из рисунка, наблюдается достаточно хорошая корреляция между динамикой о и индекса Fio.7 в течение 23-го цикла солнечной активности. Это же можно утверждать по отношению к огибающей <А1> и индекса Fio.7-


40           60

ДМ, %


Рисунок 2. Дифференциальные и интегральные распределения отклонения значений ПЭС AI по данным спутниковых высотомеров Iau и модели IRI


IRI-2001


IRI-2007



1 008

Щ   10-

Д*   оч

V

-10

V

"О

? =>   оЧ

л'

S-0.2-

V

S-0.2-                                                                         S-0-2-

<       - в)                                              п                     <      - е)                                               ,-л

v пл.................................................. Год                 v Пи      /............................................ Год

-U.4------- 1|i1i11|i|1|—г—|   Г |                             -U.4------- 11—г—|i11I'I~1'    1   ~ |

-0.4

I   '   I   '   '   I   '   I

1992        1996           2000        2004

20-1

II

5______ '__ в*.

i  '  i '  i  '  i  '  i  '  i  '  i

I   '   I   '   I   Ч   Ч   '   I   '   I   '   I

1992        1996      2000        2004        2008

1996        2000        2004        2008


:oos

I992 20-,

I ' I ' I ' I < I ' I I996   2000   2004

д)

l^a^^ll^^

1.Q л

I ' I ' I ' I ' I ' I ' I ' I 1992   1996   2000   2004   2008

0.4 -|

Ч I Ч Ч Ч Ч Ч Ч 1992   1996   2000   2004   2008


Рисунок 3. Изменение статистических параметров о (а, г), <А1> (б, д), <А1/1> (в, е) в течение 23-го цикла солнечной активности


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       691        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

На всех рядах о (а), <А1> (б), <А1/1> хорошо выражены годовые вариации. Максимум амплитуды вариаций приходится на годы максимума солнечной активности. Кроме того, ряд <А1/1> характеризуется заметной 11-летней вариацией (пунктирная кривая на панелях в и е). В течение цикла солнечной активности СКО изменяется более чем в 4 раза: от 5-7 TECU в минимуме активности до 20-25 TECU в максимуме. Относительная ошибка IRI-2001 для всего анализируемого интервала, за исключением осени 2001 г. (когда происходили сильные магнитные бури), находится в пределах от -20% до 30%, IRI-2007 - от -10% до 40%. Это также указывает на тот факт, что модель дает систематически заниженное значение ПЭС.

На Рис. 4 приведена зависимость СКО {а, в) и среднего значения отклонения <А1> {б, г) экспериментальных (Jason-1, Т/Р) и модельных (IRI-2001, IRI-2007) значений ПЭС от уровня геомагнитной {а, б) и солнечной {в, г) активности. Зависимость СКО от величины потока солнечного радиоизлучения на длине волны 10.7 см близка к линейной. Для модели IRI-2007 характерны более высокие значения о и <А1>, чем для IRI-2001. Зависимость СКО от планетарного индекса геомагнитной активности Кр более слабая. Во время сильных магнитных бурь (Кр>7), ситуация существенно меняется и СКО увеличивается до 40 TECU.

Для умеренной геомагнитной активности (КР<7) характерно монотонное возрастание отклонения между экспериментальными и модельными данными <А1> от 2.8 до 6.3 TECU для IRI-2001, от 4.5 до 8.2 TECU для IRI-2007. Это согласуется с выводами работы [33], в которой показано, что расхождение между данными Т/Р и IRI-95 становится выше при возрастании геомагнитной активности.


100              200                    300

F107, Вт/(м2- Гц)


Рисунок 4. Зависимость СКО (а, в) и среднего значения отклонения <А1> (б, г)

экспериментальных (Jason-1, Topex/Poseidon) и модельных (IRI-2001, IRI-2007) значений

ПЭС от уровня геомагнитной (а) и солнечной (б) активности

6. Суточная динамика ПЭС в модели IRI

При использовании моделей ионосферы достаточно принципиальным является вопрос, насколько существенно меняется точность модели в течение суток [34]. В случае, когда на основе модели осуществляется калибровка данных [35], изменение точности в какие-либо моменты времени (как в лучшую, так и в худшую сторону) может привести к дополнительной ошибке.

Суточный ход СКО в системе локального времени LT, как видно из рис. 5а, близок по форме к типичному  суточному ходу  ионизации.  Зависимость <AI(LT)> (Рис.  56)


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       692        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

характеризуется значительным провалом в районе 4-10 часов LT. В остальное время зависимость <А1> слабо зависит от LT.

Чтобы   более   детально   исследовать   провал   <А1>   ,   удобно   ввести   систему локального времени солнечного терминатора (СТ):


dT = L


(6)


где t0bs - момент времени в точке, данные которой мы рассматриваем, tst - время прихода терминатора на высоту h=300 км над данной точкой. Таким образом осуществляется переход от широты и долготы точки измерения ко времени появления терминатора над этой точкой. После этого определяется разность момента времени в точке t0bs и времени появления терминатора tst. Далее для каждого получасового интервала относительно времени терминатора dT рассчитываются параметры о, <AI>, <А1/1>; результаты представлены на Рис. 5г-е.


-12-10

-О

ъ

Я

О

л"

< v


0.5

04 0.3 0.2 0.1 0 -0.1


  1. I ' I ' I ' I     I ' I ' I ' I ' i ч
  2. 4   6   8   10 12 14 16 18 20 22 24

LT, часы

Ч ' I ' I ' I Ч ' I ' I ' I Ч ' I Ч ' I 0   2   4   6   8  10 12 14 16 18 20 22 24

LT, часы

I Ч Ч Ч Ч Ч Ч ' I Ч Ч Ч ' I 0   2   4   б    8   10 12 14 16 18 20 22 24

LT, часы


Рисунок 5. Суточная динамика статистических параметров о, <AI>, <АШ>,

характеризующих точность модели; а-в -в системе локального времени; г-е - в системе

локального времени dT солнечного терминатора на высоте 300 км

На Рис. 5*) хорошо видно, что провал <А1> начинается за час до прихода утреннего солнечного терминатора и продолжается в течение семи часов после прохождения СТ. Глубина провала составляет порядка 5 TECU. Хотя относительная ошибка начинает уменьшаться при приближении терминатора, это вовсе не означает, что состояние ионосферы на терминаторе в моделях IRI-2001 и IRI-2007 описывается лучше, чем регулярная ионосфера. Скорее верно обратное: давая в целом несколько заниженные значения ПЭС (-3,5 TECU - IRI-2001, ~5 TECU - IRI-2007) в области терминатора из-за того,  что  рост ионизации  в IRI  оказывается  более  быстрым,  оценки  модели  могут


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       693        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

показаться более правильными. Таким образом, можно сделать вывод, что модель IRI не учитывает реальную скорость ионизации на фронте утреннего солнечного терминатора.

8.   Обсуждение и заключение

В настоящей работе на основе большого статистического материала измерений ПЭС над океаном, охватывающего полный 23-й цикл солнечной активности, проведено тестирование международной справочной модели ионосферы IRI (IRI-2001, IRI-2007). Хотя случайный шум при определении ПЭС по данным спутниковых высотомеров дает ошибку ~3 TECU [32], тем не менее, использование большого числа измерений позволяет

выделить более слабые систематические расхождения модели и эксперимента (в y/N раз меньшие, где N - число независимых измерений). Более того, при сглаживании данных спутниковых измерений с временным окном менее 20 с не происходит потери информации о характерных вариациях в ионосфере [32]. Амплитуда шума при этом уменьшается практически в 5 раз. В настоящей работе мы проводили сглаживание с временным окном 10 сек, что соответствует уменьшению амплитуды шума ПЭС в 3 раза.

Рассмотрим основные результаты нашего анализа в сравнении с данными более ранних исследований.

8.1.  Выявлено систематическое превышение экспериментальных значений ПЭС

спутниковых высотомеров над модельными данными: ~ 3.5 TECU для IRI-2001, ~ 5.2

TECU для IRI-2001.

Данные спутниковых высотомеров использовались ранее для тестирования модели IRI-2001. В работе [16] предполагается, со ссылкой на работы [32, 36, 37], что подобная систематическая ошибка обусловлена методикой измерения ПЭС спутниковыми высотомерами. Однако в упомянутых работах это предположение делается на основе сравнения вертикального ПЭС, полученного непосредственно по данным высотомера, и вертикального ПЭС, восстановленного из измерений наклонного ПЭС с помощью доплеровской системы DORIS, либо сравнения вертикального ПЭС с данными глобальных карт GIM. В обоих, случаях в зависимости от метода восстановления вертикального ПЭС, будет возникать неизвестная систематическая ошибка.

Измерения спутниковых высотомеров являются наиболее прямыми измерениями вертикального ПЭС. Поэтому мы не стали следовать [16] и вносить поправку на спутниковые измерения. С другой стороны, если будут представлены более убедительные доказательства того, что измерения высотомеров дают систематическую погрешность, то может быть сделан пересчет результатов, полученных в настоящей работе.

8.2.  Относительная ошибка IRI-2001 меньше 40% имеет место в 69% измерений,

ГО1-2007 - в 67% измерений. Достаточно большая погрешность обусловлена, скорее всего,

малым числом экспериментальных данных над территорией, которые были использованы

при разработке модели IRI.

8.3.        Показано, что зависимость среднеквадратичного отклонения

экспериментальных данных от модельных в функции индекса F10.7 близка к линейной.

Относительная ошибка моделей IRI-2001 и IRI-2007 характеризуется заметной 11-летней

и годовой вариациями. Это может означать, что в модели IRI влияние солнечной

активности на состояние ионосферы учтено недостаточно. С ростом геомагнитной

активности наблюдается увеличение отклонения экспериментальных и модельных

данных. В [16, 30], также как и в настоящей работе, было получено, что для низкого

уровня солнечной активности характерно увеличение среднего значения отклонения

модельных данных IRI-2001 от данных Т/Р <А1> с ростом геомагнитной активности.

8.4. Выявлен значительный суточный ход ошибки в моделях IRI-2001 и IRI-2007,

особенно вблизи утреннего терминатора. Амплитуда вариаций абсолютной ошибки,

обусловленных отличием роста ионизации в модели и в реальной ионосфере при

прохождении утреннего солнечного терминатора,  составляет ~5  TECU. В  различных


Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       694        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

регионах земного шара динамика суточной ошибки достаточно близка. Наши результаты согласуются с данными [16], где было показано, что IRI-2001 всегда дает превышение над данными Т/Р в районе 7 часов магнитного локального времени, а в другое время суток -наоборот, IRI-2001 дает более низкие значения ПЭС относительно данных Т/Р.

Полученные в настоящей работе результаты позволяют оценить возможные ошибки в работе прикладных радиосистем, использующих IRI, а также возможные систематические неточности при интерпретации данных длительного цикла наблюдений.

Авторы выражают благодарность Жеребцову Г.А. за поддержку работы, Куницыну В.Е., Куркину В.И., Медведеву А.В., Ойнацу А.В., Ратовскому К.Г., Ружину Ю.Я. за интерес к работе и плодотворные дискуссии, Centre National d'Etudes Spatiales (France) и Jet Propulsion Laboratory (US) за данные спутниковых высотомеров. Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 07-05-00127; Иркутского государственного университета, индивидуальный исследовательский грант № 111-02-000/8-03.

Литература

  1. Hofmann-Wellenhof В., Lichtenegger Н., Collins J. Global Positioning System: Theory and Practice. New York, Wien: Springer-Verlag, 1992. 327 p.
  2. Davies K., Hartmann G.K. Studying the ionosphere with the Global Positioning System//Radio Sci. 1997. V. 32, No. 4. P. 1695-1703.
  1. http://www.esa.int/esaNA/galileo.html
  2. Mannucci A.J., Wilson B.D., Yuan D.N., Но СМ., Lindqwister U.J., Runge T.F. A global mapping technique for GPS derived ionosphere TEC measurements // Radio Sci. 1998. V. 33. №3. P. 565-582.
  3. Schaer S., Beutler G., Rothacher M. Mapping and predicting the ionosphere // Proc. IGS AC Workshop. Darmstadt, Germany. February 9-11. 1998. P. 307-320.
  4. Ping J., Kono Y., Matsumoto K., Otsuka Y., Saito A., Shum C, Heki K., Kawano N. Regional ionosphere map over Japanese Island // Earth Planets Space. 2002. V. 54. P.el3-el6.

7.               US-TEC              Technical               Document.              Available              from

www.swpc.noaa.gov/ustec/docs/USTEC_TechnicalDocument.pdf

  1. http://www.aviso.oceanobs.com/
  2. Bilitza D., Reinisch B.W. International Reference Ionosphere 2007: Improvements and new parameters // Adv. Space Res. 2008. V.42. P. 599-609
  1. Ким А.Г., Котович Г.В. Расчет foF2, hmF2 в средней точке трассы по экспериментальным данным наклонного зондирования. Сравнение расчетных значений с экспериментальными значениями и с моделью IRI // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т.19, №12. С.1092-1098.
  2. Oinats А.V., K.G. Ratovsky, G.V. Kotovich Comparison of the Main Ionospheric Parameter Values Measured by Digisonde at Irkutsk in 2003 with the IRI Model Data // Adv. Space Res. 2006. V. 37. P. 1018-1022.
  3. Spynev B.G., Potekhin A.P., Tashchilin A.V., Kurkin V.I., Zavorin A.V., Zherebtsov G.A. The comparison of incoherent scatter data with IRI-2001 in East-Siberian region // Adv. Space Res. 2006 V. 37. P. 1108-1112.
  4. Mosert M., Gende M., Brunini C, Ezquer R., Altadill D. Comparisons of IRI TEC predictions with GPS and digisonde measurements at Ebro // Adv. Space Res. 2007. V. 39, No. 5. P. 841-847.
  5. Choi В., Park J., Chung J. Ionospheric Tomography using A Regional GPS Network over South Korea // Journal of Global Positioning Systems. 2006. V. 5, No. 1-2. P. 47-51.
  6. Jin S., Park J. GPS ionospheric tomography: A comparison with the IRI-2001 model over South Korea // Earth Planets Space. 2007 V. 59. P. 287-292.
  7. Jee G, Schunk R.W., Scherliess L. Comparison of IRI-2001 with TOPEX TEC measurements // J. Atmos. Solar Terr. Phys.2005. V. 67. P. 365-380.

Электронный научный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»       695        http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2009/056.pdf

  1. Coisson P., Radicella S.M., Ciraolo L., Leitinger R., Nava B. Global validation of IRI TEC for high and medium solar activity conditions // Adv. Space Res. 2008. V. 42. 770-775.
  2. Astafyeva E.I., Afraimovich EX., Oinats A.V., Yasukevich Yu.V., Zhivetiev IV. Dynamics of global electron content in 1998-2005 derived from global GPS data and IRI modeling // Adv. Space Res. 2008. V. 42. P. 763-769.
  3. Afraimovich E. L., Karachenschev V. A. Testing of the transionospheric radiochannel using data from the global GPS network // Ann. Geophys. 2003. V. 46, No. 6. P. 1229-1246.
  4. Afraimovich E.L., Yasukevich Yu.V. New field of application of IRI modeling -determination of ionosphere transfer characteristic for radio astronomical signals // Adv. Space Res. 2008. doi:10.1016/j.asr.2008.02.003.
  5. McNamara L.F. The use of total electron content measurements to validate empirical models of the ionosphere // Adv. Space. Res. 1985. Vol. 5, No.7. P. 81-90.

23. Bilitza D., Koblinsky C, Beckley В., Zia S., Williamson R. Using IRI for the computation of ionospheric corrections for altimeter data analysis // Adv. Space Res. 1995. V. 15, No. 2. P. (2)113-(2)119.

  1. http://www.geomag.bgs.ac.uk/gifs/igrf_form.shtml
  2. Bilitza D. (ed.). International Reference Ionosphere 1990. Greenbelt, Maryland. 1990. 156 p. Available form http://iri.gsfc.nasa.gov.

25.   Rush СМ., PoKempner M., Anderson D.N., Stewart F.G., Perry J., Improving

Ionospheric Maps Using Theoretically Derived Values of foF2 // Radio Sci. 1983. V. 18, No. 1.

P. 95-107.

  1. Bilitza D. International Reference Ionosphere 2000 // Radio Sci. 2001, V.36, No. 2. P. 261-275.
  2. Fu L., Christensen E.J., Yamarone C.A. Jr., Lefebvre M., Menard Y., Dorrer M., Escudier P. TOPEX/POSEIDON mission overview // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, No. C12, P. 24,369-24,381.
  3. Aviso and PoDaac User Handbook - IGDR and GDR Jason-1 Products, SMM-MU-M5-OP-13184-CN,                  Edition            3.0,                 January    2006.              Available    from ftp://podaac.jpl.nasa.gov/pub/sea_surface_height/jason/igdr/doc/Handbook_Jason_v3-0.pdf
  4. Codrescu M.V., Palo S.E., Zhang X., Fuller-Rowell T.J., Poppe С TEC climatology from TOPEX/POSEIDON measurements // J. Atmos. Solar-Terr. Phys.1999. V. 61. P. 281-298.
  5. Codrescu M.V., Beierle K.L., Fuller-Rowell T.J., Palo S.E., Zhang X. More total electron content climatology from TOPEX/Poseidon measurements // Radio Sci. 2001. V.36, No. 2. P. 325-333.
  6. Hocke K. Oscillations of global mean TEC // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. A04302. Doi: 10.1029/2007JA012798.

32.    Imel D.A. Evaluation of the TOPEX/POSEIDON dual-frequency ionosphere

correction // J. Geophys. Res. 1994. V.99, No. C12. P. 24,895-24,906.

  1. Robinson T.R., Beard R. A comparison between electron content deduced from the IRI and that measured by the TOPEX dual frequency altimeter // Adv. Space Res. 1995. V.16, No. 1, P. (1)155-(1)158.
  2. Gulyaeva T.L. Ionospheric electron density profiles at sunrise-sunset // Adv. Space Res. 1985. V. 5, No. 7. P. 13-20.
  3. Afraimovich E.L., Yasukevich Yu.V. Using GPS-GLONASS-GALILEO data and IRI modeling for ionospheric calibration of radio telescopes and radio interferometers // J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2008. V. 70, No. 15. P. 1949-1962.

36.    Orus R., Hernandez-Pajares M., Juan J.M., Sanz J., Garcia-Fernandez M.

Performance of different TEC models to provide GPS ionospheric corrections // J. Atmos. Terr.

Phys.2002. V. 64. P. 2055-2062.

37.  Но СМ., Wilson B.D., Mannucci A.J., Lindqwister U.J., Yuan D.N. A comparative

study of ionospheric total electron content measurements using global ionospheric maps of GPS,

TOPEX radar, and the Bent model // Radio Sci. 1997. V.32, No. 4. P.1499-1512.

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.