To better understand how high-latitude electric fields influence thermospheric dynamics, we study winds in the high-latitude lower thermosphere using the Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model of the National Center for Atmospheric Research (NCAR/TIEGCM). In order to compare with Wind Imaging Interferometer (WINDII) observations the model is run for the conditions of 1992-1993 southern summer. The association of the model results with the interplanetary magnetic field (IMF) is also examined to determine the influences of the IMF-dependent ionospheric convection on the winds. The wind patterns show good agreement with the WINDII observations, although the model wind speeds are generally weaker than the observations. It is confirmed that the influences of high-latitude ionospheric convection on summertime thermospheric winds are seen down to 105 km. For negative and positive IMF By the difference winds, with respect to the wind during null IMF conditions, show significantly strong anticyclonic and cyclonic vortices, respectively, down to 105 km. For positive IMF Bz the difference winds are largely confined to the polar cap, while for negative IMF Bz they extend to subauroral latitudes. The IMF Bz-dependent diurnal wind component is strongly correlated with the corresponding component of ionospheric convection velocity down to 108 km and is largely rotational. The influence of IMF By on the lower thermospheric summertime zonal-mean zonal wind is substantial at high latitudes, with maximum wind speeds being 60 m/s at 130 km around 77 magnetic latitude.
The Chinese BeiDou Satellite Navigation System consists of three kinds of constellations: the geostationary Earth orbit (GEO), the inclined geosynchronous satellite orbit (IGSO), and the medium Earth orbit (MEO). The BeiDou has expanded its service coverage from regional to global. Recently, the BeiDou has been widely used in ionospheric total electron content (TEC) research. In this study, we analyzed the BeiDou signals for ionospheric TEC monitoring over Jeju Island in South Korea. The BeiDou GEO TEC showed a clear pattern of diurnal variations. In addition, we compared the TEC values from the BeiDou GEO, the BeiDou IGSO, GPS, and International GNSS Service (IGS) Global Ionosphere Maps (GIM). There was a difference of about 5 TEC units between the BeiDou GEO and the IGS GIM. This may be due to the altitude difference between the different navigation satellites.
Since the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal received from the low Earth orbit (LEO) satellite is only affected by the upper ionosphere, the magnitude of the ionospheric delay of Global Positioning System (GPS) signal received from ground user is different. Therefore, the ground-based two-dimensional ionospheric model cannot be applied to LEO satellites. The NeQuick model used in Galileo provides the ionospheric delay according to the user's altitude, so it can be used in the ionospheric model of the LEO satellites. However, the NeQuick model is not suitable for space receivers because of the high computational cost. A simplified NeQuick model with reduced computing time was recently presented. In this study, the computing time of the NeQuick model and the simplified NeQuick model was analyzed based on the GPS Klobuchar model. The NeQuick and simplified NeQuick model were applied to the GNSS data from GRACE-B, Swarm-C, and GOCE satellites to analyze the performance of the ionospheric correction and positioning. The difference in computing time between the NeQuick and simplified NeQuick model was up to 90%, but the difference in ionospheric accuracy was not as large as within 4.5%.
To better understand the physical processes that control the high-latitude lower thermospheric dynamics, we analyze the divergence and vorticity of the high-latitude neutral wind field in the lower thermosphere during the southern summertime for different IMF conditions. For this study the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEG CM) is used. The analysis of the large-scale vorticity and divergence provides basic understanding flow configurations to help elucidate the momentum sources that ulti-mately determine the total wind field in the lower polar thermosphere and provides insight into the relative strengths of the different sources of momentum responsible for driving winds. The mean neutral wind pattern in the high-latitude lower thermosphere is dominated by rotational flow, imparted primarily through the ion drag force, rather than by divergent flow, imparted primarily through Joule and solar heating. The difference vorticity, obtained by subtracting values with zero IMF from those with non-zero IMF, in the high-latitude lower thermosphere is much larger than the difference divergence for all IMF conditions, indicating that a larger response of the thermospheric wind system to enhancement in the momentum input generating the rotational motion with elevated IMF than the corresponding energy input generating the divergent motion. the difference vorticity in the high-latitude lower thermosphere depends on the direction of the IMF. The difference vorticity for negative and positive $B_y$ shows positive and negative, respectively, at higher magnetic latitudes than $-70^{\circ}$. For negative $B_z$, the difference vorticities have positive in the dusk sector and negative in the dawn sector. The difference vorticities for positive $B_z$ have opposite sign. Negative IMF $B_z$ has a stronger effect on the vorticity than does positive $B_z$.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.17
no.1
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pp.37-42
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2009
The accuracy of RTK GPS is limited by the distance dependent errors from orbit, ionosphere and troposphere, as the distance between the rover and the base station increases in the Real Time Kinematic surveying. To solve this problem, VRS system has installed. This study would estimated the accuracy of cadastral detail surveying, which is used on the VRS RTK instead of Total Station and RTK GPS demand for various equipments and time. As a result of study, the positioning accuracy of the VRS RTK and RTK GPS surveying make no greate difference, as RMSE of VRS RTK surveying is 0.144m and that of RTK GPS surveying is 0.146m and the new method would be more efficient.
The total electron content (TEC) using global positioning system (GPS) is analyzed to see the characteristics of ionosphere over King Sejong station (KSJ, geographic latitude $62^{\circ}13'S$, longitude $58^{\circ}47'W$, corrected geomagnetic latitude $48^{\circ}S$) in Antarctic. The GPS operational ratio during the observational period between 2005 and 2009 is 90.1%. The annual variation of the daily mean TEC decreases from January 2005 to February 2009, but increase from the June 2009. In summer (December-February), the seasonal mean TEC values have the maximum of 26.2 ${\pm}$ 2.4 TEC unit (TECU) in 2005 and the minimum of 16.5 ${\pm}$ 2.8 TECU in 2009, and the annual differences decrease from 3.0 TECU (2005-2006) to 1.4 TECU (2008-2009). However, on November 2010, it significantly increases to 22.3 ${\pm}$ 2.8 TECU which is up to 5.8 TECU compared with 2009 in summer. In winter (June-August), the seasonal mean TEC slightly decreases from 13.7 ${\pm}$ 4.5 TECU in 2005 to 8.9 ${\pm}$ 0.6 TECU in 2008, and the annual difference is constantly about 1.6 TECU, and increases to 10.3 ${\pm}$ 1.8 TECU in 2009. The annual variations of diurnal amplitude show the seasonal features that are scattered in summer and the enhancements near equinoxes are apparent in the whole years. In contrast, the semidiurnal amplitudes show the disturbed annual peaks in winter and its enhancements near equinoxes are unapparent. The diurnal phases are not constant in winter and show near 12 local time (LT). The semidiurnal phases have a seasonal pattern between 00 LT and 06 LT. Consequently, the KSJ GPS TEC variations show the significant semidiurnal variation in summer from December to February under the solar minimum between 2005 and 2009. The feature is considered as the Weddell Sea anomaly of larger nighttime electron density than a daytime electron density that has been observed around the Antarctica peninsula.
Kwak, Young-Sil;Richmond, Arthur D.;Ahn, Byung-Ho;Won, Young-In
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.22
no.2
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pp.147-174
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2005
To understand the physical processes that control the high-latitude lower thermospheric dynamics, we quantify the forces that are mainly responsible for maintaining the high-latitude lower thermospheric wind system with the aid of the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEGCM). Momentum forcing is statistically analyzed in magnetic coordinates, and its behavior with respect to the magnitude and orientation of the interplanetary magnetic field (IMF) is further examined. By subtracting the values with zero IMF from those with non-zero IMF, we obtained the difference winds and forces in the high-latitude 1ower thermosphere(<180 km). They show a simple structure over the polar cap and auroral regions for positive($B_y$ > 0.8|$\overline{B}_z$ |) or negative($B_y$ < -0.8|$\overline{B}_z$|) IMF-$\overline{B}_y$ conditions, with maximum values appearing around -80$^{\circ}$ magnetic latitude. Difference winds and difference forces for negative and positive $\overline{B}_y$ have an opposite sign and similar strength each other. For positive($B_z$ > 0.3125|$\overline{B}_y$|) or negative($B_z$ < -0.3125|$\overline{B}_y$|) IMF-$\overline{B}_z$ conditions the difference winds and difference forces are noted to subauroral latitudes. Difference winds and difference forces for negative $\overline{B}_z$ have an opposite sign to positive $\overline{B}_z$ condition. Those for negative $\overline{B}_z$ are stronger than those for positive indicating that negative $\overline{B}_z$ has a stronger effect on the winds and momentum forces than does positive $\overline{B}_z$ At higher altitudes(>125 km) the primary forces that determine the variations of tile neutral winds are the pressure gradient, Coriolis and rotational Pedersen ion drag forces; however, at various locations and times significant contributions can be made by the horizontal advection force. On the other hand, at lower altitudes(108-125 km) the pressure gradient, Coriolis and non-rotational Hall ion drag forces determine the variations of the neutral winds. At lower altitudes(<108 km) it tends to generate a geostrophic motion with the balance between the pressure gradient and Coriolis forces. The northward component of IMF By-dependent average momentum forces act more significantly on the neutral motion except for the ion drag. At lower altitudes(108-425 km) for negative IMF-$\overline{B}_y$ condition the ion drag force tends to generate a warm clockwise circulation with downward vertical motion associated with the adiabatic compress heating in the polar cap region. For positive IMF-$\overline{B}_y$ condition it tends to generate a cold anticlockwise circulation with upward vertical motion associated with the adiabatic expansion cooling in the polar cap region. For negative IMF-$\overline{B}_z$ the ion drag force tends to generate a cold anticlockwise circulation with upward vertical motion in the dawn sector. For positive IMF-$\overline{B}_z$ it tends to generate a warm clockwise circulation with downward vertical motion in the dawn sector.
It is crucial to predict the variabilities of the near-earth space environment associated with the solar activity, which cause enormous socio-economic impacts on mankind. The geomagnetic storm prediction scheme adopted in this study is designed to predict such variabilities in terms of the geomagnetic indices, AE and Dst, the cross-polar cap potential difference, the energy dissipation rate over the polar ionosphere and associated temperature increase in the thermosphere. The prediction code consists of two parts; prediction of the solar wind and interplanetary magnetic field based upon actual flare observations and estimation of various electrodynamic quantities mentioned above from the solar wind-magnetosphere coupling function 'epsilon' which is derivable through the predicted solar wind parameters. As a test run, the magnetic storm that occurred in early November, 1993, is simulated and the results are compared with the solar wind and the interplanetary magnetic field measured by the Japanese satellite, Geotail, and the geomagnetic indices obtained from ground magnetic observatories. Although numerous aspects of the code are to be further improved, the comparison between the simulated results and the actual measurements encourages us to use this prediction scheme as the first appoximation in forecasting the disturbances of the near-earth space environment associated with solar flares.
In solstices during the solar minimum, the hemispheric difference of the equatorial ionization anomaly (EIA) intensity (hereafter hemispheric asymmetry) is understood as being opposite in the morning and afternoon. This phenomenon is explained by the temporal variation of the combined effects of the fountain process and interhemispheric wind. However, the mechanism applied to the observations during the solar minimum has not yet been validated with observations made during other periods of the solar cycle. We investigate the variability of the hemispheric asymmetry with local time (LT), altitude, season, and solar cycle using the electron density taken by the CHAllenging Minisatellite Payload satellite and the global total electron content (TEC) maps acquired during 2001-2008. The electron density profiles provided by the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellites during 2007-2008 are also used to investigate the variation of the hemispheric asymmetry with altitude during the solar minimum. During the solar minimum, the location of a stronger EIA moves from the winter hemisphere to the summer hemisphere around 1200-1400 LT. The reversal of the hemispheric asymmetry is more clearly visible in the F-peak density than in TEC or in topside plasma density. During the solar maximum, the EIA in the winter hemisphere is stronger than that in the summer hemisphere in both the morning and afternoon. When the location of a stronger EIA in the afternoon is viewed as a function of the year, the transition from the winter hemisphere to the summer hemisphere occurs near 2004 (yearly average F10.7 index = 106). We discuss the mechanisms that cause the variation of the hemispheric asymmetry with LT and solar cycle.
Serim Bak;Beomsoo Kim;Su-Kyung Kim;Sung Chun Bu;Chul Soo Lee
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.12
no.2
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pp.113-119
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2023
Satellite navigation systems, with the exception of the GLObal NAvigation Satellite System (GLONASS), adopt ionosphere models and provide ionospheric coefficients to single-frequency users via navigation messages to correct ionospheric delay, the main source of positioning errors. A Global Navigation Satellite System (GNSS) mostly has its own ionospheric models: the Klobuchar model for Global Positioning System (GPS), the NeQuick-G model for Galileo, and the BeiDou Global Ionospheric delay correction Model (BDGIM) for BeiDou satellite navigation System (BDS)-3. On the other hand, a Regional Navigation Satellite System (RNSS) such as the Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) and BDS-2 uses the Klobuchar Model rather than developing a new model. QZSS provides its own coefficients that are customized for its service area while BDS-2 slightly modifies the Klobuchar model to improve accuracy in the Asia-Pacific region. In addition, BDS broadcasts multiple ionospheric parameters depending on the satellites, unlike other systems. In this paper, we analyzed the different ionospheric models of GPS, QZSS, and BDS in Korea. The ionospheric models of QZSS and BDS-2, which are based in Asia, reduced error by at least 25.6% compared to GPS. However, QZSS was less accurate than GPS during geomagnetic storms or at low latitude. The accuracy of the models according to the BDS satellite orbit was also analyzed. The BDS-2 ionospheric model showed an error reduction of more than 5.9% when using GEO coefficients, while in BDS-3, the difference between satellites was within 0.01 m.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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