Monitorování ionosféry využitím dat GPS systémů. Josef Boška, J.Laštovička, D.Kouba. Ústav fyziky atmosféry AVČR

Globální družicové polohové systémy: GPS (USA) GLONASS (Rusko) GALILEO (EU civilní) COMPASS Regionální (BEIDOU,IRNSS,QZSS). Signály ze satelitů se šíří různými vrstvami atmosféry. Rychlost šíření se mění se změnami indexu lomu atmosféry. Ionosféra n 1. To má zásadní vliv na přesnost systémů.

Zdroje nepřesnosti satelitní navigace: Příčina Velikost Efemeridy družic ± 2,1m Družicové hodiny ± 2,1m Ionosférická refrakce ± 4,0m Troposférické refrakce ± 0,7m Vícecestné šíření signálu ± 1,4m Přijímač ± 0,5m

V důsledku existence volných elektronů je klíčovým parametrem pro navigaci TEC, což je obsah elektronů ve sloupci o ploše 1m 2 z místa pozorování k satelitu: Excesivní dráha pro grupové zpoždění, relevantní pro kódová měření Excesivní dráha pro fázové zpoždění, relevantní pro měření fáze nosné vlny

Závislost ionosférického zpoždění na TEC a frekvenci signálu. L2 L1

TEC - horizont á l ní gradient y TEC za klidných podmínek, E v rop ský region, real-time map a a jednohodinová předpověď from E vr. TEC SWACI server (DLR, Neustrelitz, Germany) – colour scale v TEC a ionos fé ric ka chyba (L1 GPS). Klidná situa ce – mal ý TEC gradient. Monitoring – mapy obnoveny každých 5 minut.

TEC horizont á l ní gradient za porušených podmínek. TEC map y nad severním pólem v průběhu silné geomagnetické bouře (Kp = 9), map y SWACI Web DLR Neustrelitz. Účinek částicové ioniza ce.

TEC - horizontal ní gradient. V aria ce VTEC měřené GPS PRN6 mezi 22:00 a 24:00 UT v průběhu silné geomagnetické bouře na Antar k tic kých sta nicích SBA, CAS1 and DAV1. (Momani et al., 2010). TEC in Antarctica during a strong geomagnetic storm – effect of TID/TAD

Změny TEC v průběhu slunečního zatmění. TEC měřený na stanicích (a)Thiruvananthapura, (b) Bengaluru, (c) Hyderabad, (d) Viskhapatnam v průběhu slunečního zatmění ( fialová ). Průměr TEC pro klidné dny ( modrá ) se standar tní odchylkou. Šedý úsek – čas zatmění pro každou stanici (Vyas et al, 2012).

Největší poruchy v TEC jsou způsobeny silnými, ovšem naštěstí nepříliš častými, geomagnetickými bouřemi. Ovšem akusticko gravitační vlny šířící se termosférou a ionosférou jsou příčinou menších poruch (TID). Ovšem tyto AGW existují a působí prakticky po naprostou většinu času. TIDs a akusticko gravit ační vlny. P oruchy TEC nad E v rop ou 23 May 2002; 12:02 UT (nahoře), 12:12 UT (střed), 12:22 UT (dole). Hřebeny vln – plná čára crests M inima vln – čárkovaná linie Borries et al. (2009). ě

TIDs a akusticko gravitační vlny. Odchylky TEC určené z GPS pozorování v průběhu zemětřesení v Tohoku 11. březen K oncentric ké vlny vzniklé působením AGW mají epicentrum vzdálené ~170 km od seismického epicentra. (Tsugawa et al., 2011).

TIDs a akusticko gravitační vlny. A k ustic ko gravit ační vlny, detekované z GPS dat, excit ované vlnou tsunami, vyvolanou zemětřesením Samoa Září Vertikákální linie fialová – čas zemětřesení Černá čárkovaná – čas příchodu tsunami (Galvan et al., 2011). AGW byly pozorovány ~15 minut před příchodem tsunami. Možnost varování a predikce?

Variace TEC: 11 letý cyklus sluneční aktivity Roční variace (zimní anomálie) 27 denní variace sluneční rotace Silná denní variace Regionální variace Scintilace ionosféry:max. 20° okolo magnetického rovníku,aurorální oblast Krátkodobé změny: Geomagnetické bouře TID events a pod. Detekce AGW excitovaných řadou různých zdrojů