Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tình trạng bản đồ điện ký toàn cầu của CAS sau cực đại của chu kỳ mặt trời lần thứ 24
Tóm tắt
Là một Trung tâm Phân tích Điện ký Liên kết (IAAC) mới của Dịch vụ GNSS Quốc tế (IGS), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) đã bắt đầu tính toán định kỳ bản đồ điện ký toàn cầu (GIMs) thời gian thực, nhanh chóng và cuối cùng từ năm 2015. Phương pháp tạo ra các GIM nhanh và cuối cùng của CAS cùng với các cập nhật gần đây được trình bày trong bài báo này. Chất lượng GIMs xử lý hậu kỳ của CAS được đánh giá trong thời gian 2015–2018 sau cực đại của chu kỳ Mặt Trời thứ 24. Để thực hiện một đánh giá độc lập và công bằng, nội dung điện tử tổng dạng đứng (VTEC) từ vệ tinh Jason-2/3 được sử dụng làm tài liệu tham khảo trên đại dương. Các nội dung điện tử nghiêng khác biệt GPS (dSTEC) được tạo ra từ 55 trạm thử nghiệm Multi-GNSS (MGEX) của IGS cũng được sử dụng, cung cấp cách bổ sung để đánh giá khả năng của các mô hình nội dung điện tử trong việc tái tạo các gradient không gian và thời gian trong điện ký. Trong thời gian thử nghiệm, các GIM của Jet Propulsion Laboratory (JPL) cho thấy độ lệch tích cực đáng kể so với VTEC của Jason và dSTEC GPS. GIM nhanh UQRG của Đại học Kỹ thuật Catalonia (UPC) thể hiện hiệu suất tốt nhất trong cả phân tích VTEC của Jason và dSTEC GPS. Các GIM của CAS thể hiện hiệu suất tương đương với kết quả từ bốn IAAC đầu tiên của IGS. Như mong đợi, hiệu suất kém của tất cả các GIM nằm ở các khu vực xích đạo và các vĩ độ cao của bán cầu nam. Việc xem xét việc tạo ra các bản đồ điện ký đa lớp hoặc ba chiều được nhấn mạnh để giảm thiểu những thiếu sót của giả định một lớp trong điện ký khi có sự xuất hiện rõ rệt của các gradient vĩ độ. Việc sử dụng các quan sát điện ký từ các chòm sao GNSS mới và các kỹ thuật quan sát khác trên không gian hoặc mặt đất cũng được gợi ý trong việc tạo ra các GIM tương lai, khi xem xét số lượng trạm GPS/GLONASS thưa thớt ở bán cầu nam.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Azpilicueta, F., & Brunini, C. (2008). Analysis of the bias between TOPEX and GPS vTEC determinations. Journal of Geodesy, 83(2), 121–127.
Afraimovich, E. L., Astafyeva, E. I., Demyanov, V. V., Edemskiy, I. K., Gavrilyuk, N. S., Ishin, A. B., Kosogorov, E. A., Leonovich, L. A., Lesyuta, O. S., & Palamartchouk, K. S. (2013). A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena. Journal of Space Weather and Space Climate, 3, A27.
Berdermann, J., Kriegel, M., Banyś, D., Heymann, F., Hoque, M., Wilken, V., Borries, C., Heßelbarth, A., & Jakowski, N. (2018). Ionospheric response to the X9. 3 flare on 6 September 2017 and its implication for navigation services over Europe. Space Weather, 16(10), 1604–1615.
Bergeot, N., Chevalier, J.-M., Bruyninx, C., Pottiaux, E., Aerts, W., Baire, Q., Legrand, J., Defraigne, P., & Huang. (2014). Near real-time ionospheric monitoring over Europe at the Royal Observatory of Belgium using GNSS data. J Space Weather Space Clim, 4, A31.
Ciraolo, L., Azpilicueta, F., Brunini, C., Meza, A., & Radicella, S. (2007). Calibration errors on experimental slant total electron content (TEC) determined with GPS. Journal of Geodesy, 81(2), 111–120.
Dach, R., Brockmann, E., Schaer, S., Beutler, G., Meindl, M., Prange, L., Bock, H., Jäggi, A., & Ostini, L. (2009). GNSS processing at CODE: Status report. Journal of Geodesy, 83(3–4), 353–365.
Dow, J. M., Neilan, R. E., & Rizos, C. (2009). The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems. Journal of Geodesy, 83(3–4), 191–198.
Erdogan, E., Schmidt, M., Seitz, F., & Durmaz, M. (2017). Near real-time estimation of ionosphere vertical total electron content from GNSS satellites using B-splines in a Kalman filter. Annales Geophysicae, 35(2), 263–277.
Feltens, J. (2003). The international GPS service (IGS) ionosphere working group. Advances in Space Research, 31(3), 635–644.
Feltens, J. (2007). Development of a new three-dimensional mathematical ionosphere model at European Space Agency/European Space Operations Centre. Space Weather, 5(12), 1–17.
Feltens, J., Angling, M., Jackson-Booth, N., Jakowski, N., Hoque, M., Hernández-Pajares, M., Aragón-Àngel, A., Orús, R., & Zandbergen, R. (2011). Comparative testing of four ionospheric models driven with GPS measurements. Radio Science, 46(6), 1–11.
Fu, L.-L., & Haines, B. J. (2013). The challenges in long-term altimetry calibration for addressing the problem of global sea level change. Advances in Space Research, 51(8), 1284–1300.
García-Rigo, A., Monte, E., Hernández-Pajares, M., Juan, J. M., Sanz, J., Aragón-Angel, A., & Salazar, D. (2011). Global prediction of the vertical total electron content of the ionosphere based on GPS data. Radio Science, 46(6), 1–3.
Ghoddousi-Fard, R., Héroux, P., Danskin, D., & Boteler, D. (2011). Developing a GPS TEC mapping service over Canada. Space Weather, 9(6), S06D11.
Haines, G. V. (1988). Computer programs for spherical cap harmonic analysis of potential and general fields. Computers & Geosciences, 14(4), 413–447.
Hernández-Pajares, M., Juan, J., & Sanz, J. (1999). New approaches in global ionospheric determination using ground gps data. Journal of Atmospheric and Solar Terrestrial Physics, 61(16), 1237–1247.
Hernández-Pajares, M., Juan, J. M., Sanz, J., Orus, R., Garcia-Rigo, A., Feltens, J., Komjathy, A., Schaer, S. C., & Krankowski, A. (2009). The IGS VTEC maps: A reliable source of ionospheric information since 1998. Journal of Geodesy, 83(3–4), 263–275.
Hernández-Pajares, M., Juan, J. M., Sanz, J., Aragón-Àngel, À., García-Rigo, A., Salazar, D., & Escudero, M. (2011). The ionosphere: Effects, GPS modeling and the benefits for space geodetic techniques. Journal of Geodesy, 85(12), 887–907.
Hernández-Pajares, M., Roma-Dollase, D., Krankowski, A., Ghoddousi-Fard, R., Yuan, Y., Li, Z., Zhang, H., Shi, C., Feltens, J., Komjathy, A., Vergados, P., Schaer, S., Garcia-Rigo, A., & Gmez-Cama, J. M. (2016). Comparing performances of seven different global VTEC ionospheric models in the IGS context. In: IGS workshop 2016, 8–12 Feb, Sydney, Australia.
Hernández-Pajares, M., Roma-Dollase, D., Krankowski, A., García-Rigo, A., & Orús-Pérez, R. (2017). Methodology and consistency of slant and vertical assessments for ionospheric electron content models. Journal of Geodesy, 91(12), 1405–1414.
Jakowski, N., Hoque, M. M., & Mayer, C. (2011). A new global TEC model for estimating transionospheric radio wave propagation errors. Journal of Geodesy, 85(12), 965–974.
Jee, G., Lee, H. B., & Solomon, S. C. (2014). Global ionospheric total electron contents (TECs) during the last two solar minimum periods. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 119(3), 2090–2100.
Juan, J. M., Rius, A., Hernandez-Pajares, M., & Sanz, J. (1997). A two-layer model of the ionosphere using global positioning system data. Geophysical Research Letters, 24(4), 393–396.
Lee, H. B., Jee, G., Kim, Y. H., & Shim, J. S. (2013). Characteristics of global plasmaspheric TEC in comparison with the ionosphere simultaneously observed by Jason-1 satellite. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 118(2), 935–946.
Li, Z., Yuan, Y., Li, H., Ou, J., & Huo, X. (2012). Two-step method for the determination of the differential code biases of COMPASS satellites. Journal of Geodesy, 86(11), 1059–1076.
Li, Z., Yuan, Y., Wang, N., Hernandez-Pajares, M., & Huo, X. (2015). SHPTS: Towards a new method for generating precise global ionospheric TEC map based on spherical harmonic and generalized trigonometric series functions. Journal of Geodesy, 89(4), 331–345.
Li, Z., Wang, N., Hernández-Pajares, M., Yuan, Y., Krankowski, A., Liu, A., Zha, J., García-Rigo, A., Roma-Dollase, D., Yang, H., Laurichesse, D., & Blot, A. (2020). IGS real-time service for global ionospheric total electron content modeling. Journal of Geodesy. https://doi.org/10.1007/s00190-020-01360-0
Li, M., Yuan, Y., Wang, N., Li, Z., & Huo, X. (2018). Performance of various predicted GNSS global ionospheric maps relative to GPS and JASON TEC data. GPS Solution, 22(2), 55.
Komjathy, A., Sparks, L., Wilson, B. D., & Mannucci, A. J. (2005). Automated daily processing of more than 1000 ground-based GPS receivers for studying intense ionospheric stoRMS. Radio Science, 40(6), RS6006.
Krankowski, A., Hernandez-Pajares, M., Cherniak, I., Roma-Dollase, D., Zakharenkova, I., Ghoddousi-Fard, R., Yuan, Y., Li, Z., Zhang, H., Shi, C., Feltens, J., Komjathy, A., Vergados, P., Schaer, S., Garcia-Rigo, A., & Gómez-Cama, J. M. (2017). Ionosphere Working Group Technical Report 2016. In: A. Villiger and R. Dach (Eds.) IGS Technical Report 2016. Astronomical Institute University of Bern (pp. 155–162).
Mannucci, A., Wilson, B., Yuan, D., Ho, C., Lindqwister, U., & Runge, T. (1998). A global mapping technique for GPS-derived ionospheric total electron content measurements. Radio Science, 33(3), 565–582.
Montenbruck, O., Steigenberger, P., Prange, L., Deng, Z., Zhao, Q., Perosanz, F., Romero, I., Noll, C., Sturze, A., & Weber, G. (2017). The multi-GNSS experiment (MGEX) of the International GNSS Service (IGS)—Achievements, prospects and challenges. Advances in Space Research, 59(7), 1671–1697.
Noll, C. E. (2010). The crustal dynamics data information system: A resource to support scientific analysis using space geodesy. Advances in Space Research, 45(12), 1421–1440.
Orús, R., Hernández-Pajares, M., Juan, J., & Sanz, J. (2005). Improvement of global ionospheric VTEC maps by using kriging interpolation technique. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 67(16), 1598–1609.
Rideout, W., & Coster, A. (2006). Automated GPS processing for global total electron content data. GPS Solution, 10(3), 219–228.
Roma-Dollase, D., Hernández-Pajares, M., Krankowski, A., Kotulak, K., Ghoddousi-Fard, R., Yuan, Y., Li, Z., Zhang, H., Shi, C., & Wang, C. (2018). Consistency of seven different GNSS global ionospheric mapping techniques during one solar cycle. Journal of Geodesy, 92(6), 691–706.
Rovira-Garcia, A., Juan, J., Sanz, J., González-Casado, G., & Ibáñez, D. (2016). Accuracy of ionospheric models used in GNSS and SBAS: Methodology and analysis. Journal of Geodesy, 90(3), 229–240.
Schaer, S., Gurtner, W., & Feltens, J. (1998). IONEX: The ionosphere map exchange format version 1. In Proceedings of the IGS AC workshop, Darmstadt, Germany. ftp://igs.org/pub/data/format/ionex1.pdf.
Schaer, S. (1999). Mapping and predicting the earths ionosphere using the Global Positioning System, 1999. Ph.D. dissertation, University of Bern, Bern, Switzerland.
Schaer, S. (2016). SINEX BIAS—Solution (Software/technique) INdependent EXchange Format for GNSS Biases Version 1.00. Dec 2016. ftp://ftp.aiub.unibe.ch/bcwg/format/draft/sinex_bias_100.pdf
Schmidt, M. (2018). High-precision and high-resolution VTEC maps based on B-spline expansions and GNSS data. In IGS Workshop 2018, 29 Oct–2 Nov, Wuhan, China.
Vergados, P., Komjathy, A., Runge, T. F., Butala, M. D., & Mannucci, A. J. (2016). Characterization of the impact of GLONASS observables on receiver bias estimation for ionospheric studies. Radio Science, 51(7), 1010–1021.
Wang, N., Yuan, Y., Li, Z., Montenbruck, O., & Tan, B. (2016a). Determination of differential code biases with multi-GNSS observations. Journal of Geodesy, 90(3), 209–228.
Wang, N., Yuan, Y., Li, Z., & Huo, X. (2016b). Improvement of Klobuchar model for GNSS single-frequency ionospheric delay corrections. Advances in Space Research, 57(7), 1555–1569.
Wang, N., Yuan, Y., Li, Z., Li, Y., Huo, X., & Li, M. (2017). An examination of the Galileo NeQuick model: Comparison with GPS and JASON TEC. GPS Solution, 21(2), 605–615.
Wang, N., Li, Z., Montenbruck, O., & Tang, C. (2019a). Quality assessment of GPS, Galileo and BeiDou-2/3 satellite broadcast group delays. Advances in Space Research, 64(9), 1764–1779.
Wang, N., Li, Z., Huo, X., Li, M., Yuan, Y., & Yuan, C. (2019b). Refinement of global ionospheric coefficients for GNSS applications: Methodology and results. Advances in Space Research, 63(1), 343–358.
Wang, N., Li, Z., Duan, B., Hugentobler, U., & Wang, L. (2020). GPS and GLONASS observable-specific code bias estimation: Comparison of solutions from the IGS and MGEX networks. Journal of Geodesy. https://doi.org/10.1007/s00190-020-01404-5
Yasyukevich, Y., Mylnikova, A., & Vesnin, A. (2020). GNSS-based non-negative absolute ionosphere total electron content, its spatial gradients, time derivatives and differential code biases: Bounded-variable least-squares and Taylor series. Sensors, 20(19), 5702.
Yuan, Y., & Ou, J. (2002). Differential areas for differential stations (dads): A new method of establishing grid ionospheric model. Chinese Science Bulletin, 47(12), 1033–1036.
Yuan, Y., & Ou, J. (2004). A generalized trigonometric series function model for determining ionospheric delay. Progress in Natural Science, 14(11), 1010–1014.
Yuan, Y., Li, Z., Wang, N., & Li, M. (2016). The recent activities of CAS ionosphere analysis center on GNSS ionospheric modeling within IGS. In IGS workshop 2017, 3–7 Jul, Paris, France. http://www.igs.org/assets/pdf/W2017-PY04-02%20-%20Li.pdf.
Yuan, Y., Wang, N., Li, Z., & Huo, X. (2019). The BeiDou global broadcast ionospheric delay correction model (BDGIM) and its preliminary performance evaluation results. Navigation. https://doi.org/10.1002/navi.292
Zhang, Q., & Zhao, Q. (2018). Global ionosphere mapping and differential code bias estimation during low and high solar activity periods with GIMAS software. Remote Sensing, 10(5), 705.