Multi-Satelliten basierte Rekonstruktion der Elektronendichte in der Ionosphäre und Plasmasphäre

MuSE

Das gemeinsame DLR/GFZ Projekt wird von der DFG im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1788 „DynamicEarth” gefördert http://www.spp-dynamicearth.de.

Ziel des Projektes ist es, das Verständnis bezüglich der Struktur und Dynamik des Systems Ionosphäre/Plasmasphäre zu verbessern. Dabei sollen auch Interaktionen mit anderen Geosphären wie der Magnetosphäre oder der Thermosphäre berücksichtigt werden. Der Fokus liegt auf der Entwicklung eines ausgereiften Verfahrens zur Rekonstruktion der räumlichen und zeitlichen Charakteristik der Plasma-Umgebung der Erde, wobei hauptsächlich geneigte GNSS-TEC-Beobachtungen von LEO-Satelliten und andere ergänzende Daten Anwendung finden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Nutzung von Beobachtungen der SWARM-Satellitenkonstellation. Von den Ergebnissen dieser Studie ist ein signifikanter Beitrag zur Verbesserung der Plasmasphärenmodellierung zu erwarten.

Die Hauptthemen des Projektes lassen sich in den folgenden 5 Punkten zusammenfassen:

  1. Entwicklung einer mathematisch ausgereiften Methode zur Rekonstruktion der Elektronendichteverteilung in der Topside-Ionosphäre und Plasmasphäre, hauptsächlich basierend auf LEO-GPS und In-situ-Daten.
  2. Weiterentwicklung eines bereits vorhandenen auf CHAMP-Daten basierenden Plasmapausenmodells für SWARM-Anwendungen.
  3. Validierung und Kreuz-Vergleiche der Ergebnisse aus den Punkten 1 und 2 und wenn möglich/erforderlich die Nutzung dieser Ergebnisse zur Verbesserung der für die Punkte 1 und 2 verwendeten Strategien.
  4. Erarbeitung von Ansätzen zur Einbindung ergänzender Informationen und Daten zur Verbesserung der Genauigkeit und räumlichen Auflösung der Ionosphären/Plasmasphären-Rekonstruktionen, insbesondere zur Integration des neuen Plasmapausenmodells in die Rekonstruktionsprozedur.
  5. Evaluierung und Demonstration des Potentials der Ionosphären/Plasma­sphären-Rekonstruktionen für Studien des Weltraumwetters und die Verbesserung der Plasmasphärenmodellierung unter Nutzung der Ergebnisse anderer Projekte aus dem Schwerpunktprogramm „DynamicEarth”.

Gerzen, T., N. Jakowski, V. Wilken, and M. M. Hoque, (2013): Reconstruction of F2 layer peak electron density based on op-erational vertical total electron content maps, Ann. Geophys., 31, 1241-1249, doi:10.5194/angeo-31-1241-2013.

Gerzen, T., J. Feltens, N. Jakowski, I. Galkin, R. Denton, B. Reinisch and R. Zandbergen (2014): “Validation of plasmasphere electron density reconstructions derived from data on board CHAMP by IMAGE/RPI data”, Adv. Space Res., http://dx.doi.org/10.1016/j.asr.2014.08.005

Heilig, B. and Lühr, H (2013): New plasmapause model derived from CHAMP field-aligned current signatures, Ann. Geophys., 31, 529–539, 2013.

Heise, S., N. Jakowski, A. Wehrenpfennig, Ch. Reigber, H. Lühr, (2002): Sounding of the topside ionosphere/plasmasphere based on GPS measurements from CHAMP: Initial results. Geophys. Res. Lett., 29(14), DOI: 10.1029/2002GL014738

Park J., H. Lühr, N. Jakowski, T. Gerzen, H. Kil, G. Jee, C. Xiong, K.W. Min, M. Noja (2012): A long-lived band of plasma density enhancement at mid-latitudes during the 2003 Halloween magnetic storm, J. Atmos. Sol.-Terr. Phys., 80, pp.100-110, http://dx.doi.org/10.1016/j.jastp.2012.03.009

Jens Wickert
Wissenschaftler
Prof. Dr. Jens Wickert
Geodätische Weltraumverfahren
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