Data assimilation into the NeQuick ionospheric electron density model

Die Ionosphäre ist der Teil der oberen Erdatmosphäre, in dem freie Elektronen und Ionen in ausreichender Menge vorhanden sind, um die Ausbreitung von Radiowellen zu beeinflussen. Die Ionosphäre ist ein hochdynamisches Medium, das erhebliche Schwankungen in Abhängigkeit von Höhe, Breitengrad, Längengrad, Ortszeit, Sonnenzyklus, Jahreszeit und geomagnetischer Aktivität aufweist. Diese Variabilität ergibt sich aus den Kopplungen, Zeitverzögerungen und Rückkopplungsmechanismen, die dem System Ionosphäre-Thermosphäre eigen sind, sowie aus den Auswirkungen der solaren, interplanetaren, magnetosphärischen und mesosphärischen Prozesse. Ionosphärische Störungen können viele Infrastruktur- und Technologiesysteme beeinträchtigen, darunter Globale Navigations-satellitensysteme (GNSS), weltraumgestützte Radarsysteme zur Erdbeobachtung und zur „Space Situational Awareness“ (zur Erkennung von Gefahren aus dem Weltall), sowie Hochfrequenz-(HF)-Kommunikationsnetze und Überhorizontradar-Geräte. Ein globales Wissen über das erdnahe ionisierte Medium wird daher für wissenschaftliche Zwecke und praktische Anwendungen benötigt. In der Tat wurden zahlreiche empirische und physikalisch basierte theoretische Modelle als praktikable Methoden zur Rekonstruktion und möglichen Vorhersage der Ionosphärenvariationen entwickelt, aber es ist immer noch ausgesprochen schwierig, das „Ionosphärenwetter“ mit beiden Modelltypen genau zu spezifizieren. Mit der bemerkenswerten Verbesserung der ionosphärischen Beobachtungstechniken und der Zunahme der Datenverfügbarkeit wurden verschiedene Assimilationsschemata implementiert, die in der Lage sind, individuelle Messungen und ionosphärische Hintergrundmodelle optimal zu kombinieren, um die Elektronenkonzentration der Ionosphäre auf bequeme Weise darzustellen und vorherzusagen. Diese ionosphärischen Datenassimilationsverfahren basieren auf mathematischen Techniken wie Variationsmethoden und Kalman-Filtern. Um experimentelle Daten in ionosphärische Modelle einzubeziehen, wurden jedoch auch Methoden implementiert, die auf der Verwendung von effektiven Parametern beruhen. In diesem Zusammenhang wird die vorliegende Arbeit beschrieben, die durchgeführt wurde, um das ionosphärische Elektronendichtemodell NeQuick an GNSS-abgeleitete (weltraum- und bodengestützte) Gesamtelektroneninhaltsdaten und von Ionosonden abgeleitete Spitzenparameterwerte anzupassen. The ionosphere is the part of the Earth’s upper atmosphere where free electrons and ions are present