TU Berlin

GNSS-Fernerkundung, Navigation und PositionierungGlobal study of Equatorial plasma bubbles using GPS-RO

Inhalt des Dokuments

zur Navigation

Global study of Equatorial Plasma Bubbles based on GPS Radio Occultation from FormoSat-3/COSMIC

GPS Radio Okkultationstechnologie, die den Verlauf des Tangentialpunkts zum Ableiten vertikaler Profile aus einer Reihe von Okkultationen zeigt.
Lupe

Ankur Kepkar (Erfolgreiche Fertigstellung September 2018)

In der vorliegenden Arbeit wird eine Klimatologie von äquatorialen ionosphärischen Störungen so genannter Plasmablasen, präsentiert. Sie treten für gewöhnlich in den niederen Breiten auf. Für die vorliegende Arbeit wurde ca. eine Dekade (2007-2016) an GPS Radiookkultationsdaten verwendet, die von den Satelliten der Mission FormoSat-3/COSMIC aufgezeichnet wurden. Die aus insgesamt sechs Satelliten bestehende Konstellation stellte im Untersuchungszeitraum durchschnittlich etwa 2000 vertikale Elektronendichteprofile pro Tag zur Verfügung. Insgesamt wurden für die Studie etwa fünf Millionen Datensätze prozessiert, von denen etwa 0,2% eine Störung in der F-Schicht der Ionosphäre enthalten.

Um diese Störungen zu untersuchen, werden Messungen verwendet, die mit der GPS- Radiookkultationsmethode (GPS-RO) aufgezeichnet wurden. Diese Beobachtungstechnik nutzt Messungen von GPS-Satelliten im L-Band, die an Bord niedrigf-liegender Satelliten aufgezeichnet werden, nachdem sie die Erdatmosphäre durchlaufen haben. Diese Methode ist wetterunabhängig und ermöglicht eine globale Datenabdeckung mit hoher Genauigkeit und hoher vertikaler Auflösung. Die GPS-Signale enthalten Informationen über den Zustand der Ionosphäre. Das Durchlaufen von vertikale Gradienten in der ionosphärischen Elektronendichte führt dazu, dass die elektromagnetischen Wellen gebrochen werden.

Die vertikalen Elektronendichtegradienten sind in der F-Schicht am größten. Daher werden die GNSS-Signale dort am stärksten gebrochen. Die Brechung der Signale führt zu einer Reduzierung der Signalstärke beim Empfänger, was am Verhalten des Signal-zu-Rausch Verhältnisses (SNR) zu erkennen ist. Ungewöhnliche Veränderungen (Störungen) der SNR werden genutzt um Irregularitäten in der Erdionosphäre zu erkennen und zu untersuchen.

Die GPS Radiookkultationsmethode ist eine relativ neue Möglichkeit zur Erforsch- ung der Ionosphäre. Daher werden die detektierten Störungen in der F-Schicht aus den Radiookkultationsprofilen mit den Ergebnissen anderer Messmethoden validiert. Es wurde eine Vergleichsstudie mit magnetosphärischen Daten der Swarm Satellitenmission der ESA und Ionosonden durchgeführt um die Integrität der Daten zu gewährleisten. Dazu wurden ausgewählte gestörte GPS-RO Profile mit Swarm Daten und Ionosondenmessungen verglichen.

Aus den Untersuchungen geht hervor, dass die Störungen in der F-Schicht, die Plasma bubbles, hauptsächlich in den Nachtstunden in der Nähe des magnetischen Äquators auftreten. Nach der Analyse der langjährigen Datenreihe konnte gezeigt werden, dass es starke saisonale Variationen der Auftretenshäufigkeit dieses Phänomens gibt. Ebenso wurde eine Abhängigkeit vom Solarzyklus beobachtet. Als Grund für die Entstehung der Plasma bubbles werden Instabilitäten an der Unterkante der F-Schicht angenommen. Im Gegensatz zu vielen anderen Messmethoden haben Daten der GPS Radiookkultationsmethode den Vorteil, dass sie genaue Informationen über die Höhenverteilung der Plasma bubbles liefert.

 

 

Navigation

Direktzugang

Schnellnavigation zur Seite über Nummerneingabe