Kim, Bu-Gyeom;Kang, Seonho;Han, Deokhwa;Song, Junesol;So, Hyoungmin;Kim, Kap Jin;Kee, Changdon
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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제8권2호
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pp.69-77
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2019
This study introduces MATLAB Graphical User Interface (GUI)-based software to monitor ionospheric disturbances. This software detects ionospheric disturbances using Global Positioning System (GPS) and Global Navigation Satellite System (GLONASS) measurements, and estimates a location of the disturbance source through the detected disturbance. In addition, this software includes a sky plot making function and frequency analysis function through wavelet transform. To evaluate the performance of the developed software, data of 2011 Tohoku earthquake in Japan were analyzed by using the software. The analysis results verified that the ionospheric disturbances were detected through GPS and GLONASS measurements, and the location of the disturbance source was estimated through the detected disturbance.
The Nuri rocket developed by South Korea was launched at approximately 07:00 UT on June 21, 2022. We use GPS observations obtained from the Korean GNSS network to analyze ionospheric total electron content (TEC) disturbances induced by the 2022 Nuri rocket launch. TEC disturbances are observed south over South Korea 4-5 min after the rocket launch. In addition, the maximum depletion in the vertical TEC shows approximately 8 TEC units (TECU). We also compute a horizontal velocity from initial ionospheric disturbances triggered by the 2022 Nuri rocket launch. Its velocity is about 1.4 km/s. It may be related to the rocket's flight trajectory at the observation time of the ionospheric TEC disturbance.
규모가 큰 지진에 의해 발생한 에너지는 전리층까지 도달하여 교란을 발생시킨다. GNSS (global navigation satellite system) 위성의 신호의 전리층 지연을 분석하면 해당 교란을 검출할 수 있다. 지진에 의한 교란 검출에는 주로 band-pass filter가 사용되는데, 교란의 주파수에 맞는 주파수 대역 설정이 중요하다. 따라서 본 논문에선 GNSS 신호를 통해 지진에 의한 전리층 교란의 주파수를 분석하였다. 전리층 교란의 주파수 분석은 반송파의 geometry free combination으로 산출한 전리층 지연을 1 mHz high-pass filter로 처리한 후, fast Fourier transform을 통해 수행했다. 교란의 주파수 분석결과 초기 교란의 주파수는 4.5 mHz~11 mHz의 범위를 가지며, 5.7 mHz가 대표 주파수이다. 후속 교란의 경우 6 mHz~10 mHz의 주파수 대역을 가지며, 7.3 mHz가 대표 주파수로 관찰되었다.
GPS 관측방정식에서 전리층 지연값과 모호정수는 상관관계가 높기 때문에 충분한 시간동안 취득된 자료가 있어야 모호정수의 결정이 가능하다. 특히, 짧은 시간 동안 취득된 자료를 이용하여 정밀측위를 수행하는 신속정지측위의 경우 모호정수의 결정 여부는 측위정확도에 영향을 주는 핵심 요소라 할 수 있다. 본 연구에서는 전리층 교란이 상대적으로 심했던 2011년 2월 19일 서산, 수원, 원주 상시관측소에서 수신된 GPS 관측자료를 이용하여 신속정지측위를 수행한 후 모호정수가 결정되는 데 필요한 시간을 계산하였다. 총 141개의 세션에 대해 신속정지 측위를 수행하였으며 동일한 시간대에 해당되는 이중차분 전리층 지연 평균값과의 상관관계를 분석함으로써 전리층 교란이 신속정지측위 정확도에 미치는 영향을 분석하였다. 모호정수를 결정하는데 필요한 시간과 이중차분 전리층 지연 평균값과의 상관계수는 0.31로 나타났으며 이로부터 전리층의 교란이 신속정지측위 정확도에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 따라서 태양폭풍 발생 시 불가피하게 GPS 측량을 수행하는 경우 충분한 시간 동안 취득된 자료를 사용하여야 정밀측위가 가능하다.
대한원격탐사학회 2008년도 International Symposium on Remote Sensing
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pp.348-357
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2008
The classification of the effect of ionospheric disturbances on the radio occultation signal amplitude has been introduced based on an analysis of more than 2000 seances of radio occultation measurements per formed with the help of the CHAMP German satellite. The dependence of the histograms of variations in the radio occultation signal amplitude on the IMF variation index has been revealed. It has been indicated that it is possible to introduce the radio occultation index characterizing the relation between ionospheric disturbances and solar activity. An amplitude radio occultation (RO) method is proposed to study connection between the ionospheric and solar activity on a global scale. Sporadic amplitude scintillation observed in RO experiments contain important information concerning the seasonal, geographical, and temporal distributions of the ionospheric disturbances and depend on solar activity. The probability of strong RO amplitude variations (RO $S_4$ index greater than 0.2) in the CHAMP RO signals diminishes sharply with the weakening of solar activity from 2001 to 2008. The general number of RO events with strong amplitude variations can be used as an indicator of the ionospheric activity. We found that during 2001-2008 the daily globally averaged RO $S_{4a}$ index depends essentially on solar activity. The maximum occurred in January 2002, minimum has been observed in summer 2008. Different temporal behavoir of $S_{4a}$ index has been detected for polar (with latitude greater than $60^{\circ}$) and low latitude (moderate and equatorial) regions. For polar regions $S_{4a}$ index is slowly decreasing with solar activity. In the low latitude areas $S_{4a}$ index is sharply oscillating, depending on the solar ultraviolet emission variations. The different geographical behavoir of $S_{4a}$ index indicates different origin of ionospheric plasma disturbances in polar and low latitude areas. Origin of the plasma disturbances in the polar areas may be connected with influence of solar wind, the ultraviolet emission of the Sun may be the main cause of the ionospheric irregularities in the low latitude zone. Therefore, the $S_{4a}$ index of RO signal is important radio physical indicator of solar activity.
Through the coupling between the near-earth space environment and the polar ionosphere via geomagnetic field lines, the variations occurred in the magnetosphere are transferred to the polar region. According to recent studies, however, the polar ionosphere reacts not only passively to such variations, but also plays active roles in modifying the near-earth space environment. So the study of the polar ionosphere in terms of geomagnetic disturbance becomes one of the major elements in space weather research. Although it is an indirect method, ground magnetic disturbance data can be used in estimating the ionospheric current distribution. By employing a realistic ionospheric conductivity model, it is further possible to obtain the distributions of electric potential, field-aligned current, Joule heating rate and energy injection rate associated with precipitating auroral particles and their energy spectra in a global scale with a high time resolution. Considering that the ground magnetic disturbances are recorded simultaneously over the entire polar region wherever magnetic station is located, we are able to separate temporal disturbances from spatial ones. On the other hand, satellite measurements are indispensible in the space weather research, since they provide us with in situ measurements. Unfortunately it is not easy to separate temporal variations from spatial ones specifically measured by a single satellite. To demonstrate the usefulness of ground magnetic disturbance data in space weather research, various ionospheric quantities are calculated through the KRM method, one of the magneto gram inversion methods. In particular, we attempt to show how these quantities depend on the ionospheric conductivity model employed.
Recent studies have suggested that detectable ionospheric disturbances precede earthquakes. In the present study, variations in the vertical total electron content (TEC) for eight earthquakes with magnitudes of M ≥ 5.5 in the western United States were investigated during the solar maximum of 2013-2015 using United States total electron content (US-TEC) data provided by the National Oceanic and Atmospheric Administration. Analyses of 12 earthquakes with magnitudes of 5.0 ≤ M < 5.5 in the same region were also performed. The TEC variations were examined for 40 days, including the times when the earthquakes occurred. The results indicated a correlation between earthquakes with magnitudes of M ≥ 5.0 and ionospheric TEC anomalies. TEC anomalies occurred before 60% of the earthquakes. Additionally, they were more frequently observed for large earthquakes (75%, M ≥ 5.5) than for small earthquakes (50%, 5.5 > M ≥ 5.0). Anomalous increases in the TEC occurred 2-18 days before the earthquakes as an ionospheric precursor, whereas solar and geomagnetic activities were low or moderate.
지진, 쓰나미 등에 의해 지상에서 생성된 에너지는 대기를 통해 전파되어 전리층 전자밀도를 교란시키므로, 위성신호의 전리층 지연을 이용하면 충격파에 의한 교란을 관측할 수 있다. 전리층의 전자밀도는 지상의 교란원인 이외에도 태양활동, 위도, 계절, 지방시 등 다양한 요인들에 의해 영향을 받는데, 지진 및 쓰나미와 같은 이상상황을 구분하기 위해서는 정상상황에서의 전리층 경향분석이 필요하다. 또한 전리층 교란은 지상의 교란원인으로부터 거리가 멀어질수록 크기가 감소하므로, 원거리 전리층 교란을 효과적으로 검출하기 위한 적절한 기법이 필요하다. 본 논문에서는, 정상상황에서의 전리층 경향분석을 위해 ionosphere exchange(IONEX) 데이터를 이용하여 태양극대기 및 극소기, 위도, 계절 등에 의한 전리층 경향을 분석해보았다. 분석한 정상상황 전리층을 바탕으로 경향성이 제거된 감시값을 설정하고, 전리층 교란의 지속성을 이용한 원거리 교란검출 기법을 설계해 이에 대한 오경보율을 분석하였다. 결과적으로 전리층 지연의 2차 미분 값이 감시값으로 선정되었으며, 오경보율은 1.4e-6수준으로 나타났다. 설계한 기법을 2011 도호쿠 대지진 발생 시 수집된 데이터에 적용하여 교란 검출을 확인하였다.
In this study, we documented the midlatitude F2-layer response to five strong geomagnetic storms with minimum Dst < -150 nT that occurred in solar minimum years using hourly values of the F2-layer critical frequency (foF2) from four ionosondes located in different hemispheres. The results were very limited, but they illustrated some peculiarities in the behavior of the F2-layer storm. During equinox, the characteristic ionospheric disturbance patterns over the Japanese station Wakkanai in the Northern Hemisphere and the Australian station Mundaring in the Southern Hemisphere were consistent with the well-known scenario by $Pr{\ddot{o}}lss$ (1993); however, during a December solstice magnetic storm, both stations did not observe any noticeable positive ionospheric disturbances. Over the "near-pole" European ionosonde, clear positive ionospheric storms were not observed during the events, but the "far-from-pole" Southern Hemisphere station Port Stanley showed prominent enhancements in F2-layer peak electron density in all magnetic storms except one. No event produced noticeable nighttime enhancements in foF2 over all four ionosondes.
Park, Sa-Rah;Kim, Khan-Hyuk;Kil, Hyo-Sub;Jee, Geon-Hwa;Lee, Dong-Hun;Goldstein, J.
한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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한국우주과학회 2011년도 한국우주과학회보 제20권1호
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pp.26.3-27
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2011
Formation of a steep plasma density gradient in the middle-latitude ionosphere during geomagnetic storms and the latitudinal migration of its location depending on the storm phase are suggested to be associated with the ionospheric signature of the plasmapause. We test this idea by using the satellite and ground observation data during the 11 April 2001 storm. The locations of the steep plasma density gradient identified by TOPEX/Poseidon (2001 LT) and DMSP (1800 and 2130 LT) satellites coincide with the ionospheric footprints of the plasmapause identified by the IMAGE satellite. This observation may support the dependence of the middle-latitude plasma density gradient location on the plasmapause motion, but does not explain why the steep density gradient whose morphology is largely different from the morphology of the middle-latitude ionization trough during quiet period is formed in association with the plasmapause. The ionospheric disturbances in the total electron content (TEC) maps shows that the steep TEC gradient is formed at the boundary of the positive ionospheric storm in low-middle latitudes and the negative ionospheric storm in middle-high latitudes. We interpret that the thermospheric neutral composition disturbance in the dayside is confined within the middle-high latitude ionospheric convection zone. The neutral composition latitudes and, therefore, the locations of the steep plasma density gradient coincide with the footprints of the plasmapause. The TEC maps show that the appearance of the steep plasma density gradient in the pre-midnight sector during the recovery phase is related to the co-rotation of the gradient that is created during the main phase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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