Analyse von ionosphärischen-plasmasphärischen Variationen und Mechanismen über satellitenbasierende GNSS Messungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Mohammed-Mainul Hoque, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392206641

Die Ionosphäre bezeichnet den ionisierten Teil der Erdatmosphäre ab etwa 60 km Höhe. Ab etwa 1000 km Höhe geht sie in die Plasmasphäre über die sich in der Äquatorebene bis zur Plasmapause in ca. 3-5 Erdradien erstreckt. Die Untersuchung der komplexen Wechselwirkungsprozesse trägt wesentlich dazu bei, reguläre und gestörte Prozesse in der Ionosphäre und Plasmasphäre im Systemzusammenhang zu verstehen. In den letzten Jahren haben eine Reihe von Satellitenmissionen zur Messung der Radiookkultation von Signalen Globaler Navigations-Satelliten Systeme (GNSS) wie z.B. CHAMP, COSMIC und Fengyun-3C einzigartige Möglichkeiten der Bestimmung der Gesamtelektronenzahl (TEC) und der Elektronendichte zur Untersuchung ionosphärisch-plasmasphärischer Kopplungsprozesse und des Weltraumwetters aufgezeigt. Um dieses hohe wissenschaftliche Potential angesichts angekündigter neuer Missionen zukünftig adäquat nutzen zu können, schlagen wir die Erarbeitung und Implementierung zeitlich und räumlich hoch auflösender innovativer Auswerteverfahren für satellitenbasierte GNSS-Messungen vor, die neueste wissenschaftliche Erkenntnisse der trans-ionosphärischen Ausbreitung von GNSS Signalen und Ionosphären-Modellierung berücksichtigen. Hierzu gehören instrumentell bedingte Laufzeiteffekte der Signale, Effekte höherer Ordnung im Brechungsindex der Ionosphäre, Variationen des Phasenzentrums an der Antenne sowie eine neue Mapping-Funktion zur geeigneten geometrischen Transformation der Messungen. Mit der so erarbeiteten, international gegenwärtig nicht verfügbaren innovativen Auswertetechnik zur Bestimmung der Gesamtelektronenzahl und der Elektronendichte sollen klimatologische Langzeit-Variationen sowie ausgewählte Phänomene der Ionosphären- und Plasmasphären- Physik intensiv untersucht werden. Hierzu gehören insbesondere die E-Schicht dominierte Ionosphäre in hohen Breiten (ELDI), ionosphärische Irregularitäten und ionosphärische Anomalien wie die Weddell- und Okhotsk- Sea Anomaly, sowie die Midsummer Nighttime Anomaly (MSNA) und die Nighttime Winter Anomaly (NMA) deren physikalische Erklärung eine starke Ionosphären-Plasmasphärenkopplung vermuten lässt. Die Untersuchungen schließen damit neben der Betrachtung wichtiger thermosphärischer Kompositionsverhältnisse wie z.B. [O]/[N2] auch Transportprozesse wie die vertikale Plasmadrift und die verursachenden dynamischen Kräfte wie Neutralgaswinde und elektrische Felder ein. Das gemeinsam von SHAO und DLR vorgeschlagene Projekt kann somit essentiell zum International space weather Meridian Circle Program (IMCP) beitragen und wird mit der hochgradig verbesserten Datenbasis eine wichtige Grundlage für neue Erkenntnisse der Ionosphären-Plasmasphären-Physik liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Shuanggen Jin