[صفحه اصلی ]   [Archive] [ English ]  
:: صفحه اصلي :: درباره نشريه :: آخرين شماره :: تمام شماره‌ها :: جستجو :: ثبت نام :: ارسال مقاله :: تماس با ما ::
بخش‌های اصلی
صفحه اصلی::
اطلاعات نشریه::
آرشیو مجله و مقالات::
برای نویسندگان::
داوران::
ثبت نام و اشتراک::
تماس با ما::
تسهیلات پایگاه::
بایگانی مقالات زیر چاپ::
آمار نشریه::
::
جستجو در پایگاه

جستجوی پیشرفته
..
دریافت اطلاعات پایگاه
نشانی پست الکترونیک خود را برای دریافت اطلاعات و اخبار پایگاه، در کادر زیر وارد کنید.
..
آمار سایت
مقالات منتشر شده: 352
نرخ پذیرش: 63.4
نرخ رد: 36.6
میانگین داوری: 207 روز
میانگین انتشار: 335 روز
..
:: دوره 13، شماره 3 - ( 9-1404 ) ::
جلد 13 شماره 3 صفحات 74-47 برگشت به فهرست نسخه ها
همگون سازی و مدلسازی چگالی خنثی ترموسفر با استفاده از مشاهدات ماهواره‌ های LEO
غزاله قضوی ، سعید فرزانه* ، محمدعلی شریفی
دانشگاه تهران
چکیده:   (397 مشاهده)
تخمین جهانی و چند سطحی چگالی خنثی ترموسفر(TND )  در مطالعه اتمسفر فوقانی و برای محاسبه نیروی درگ و نیروهایی که بر روی ماهواره ها و مدار پایین زمین ( LEO) عمل می کنند و برای کاربرد‌های تعیین مدار مهم است. مدل‌ها برای پیش‌بینی تغییرات  TND برای آزمایش های تعیین مدار دقیق استفاده می‌شوند، با این حال، عملکرد آنها را می‌توان با در نظر گرفتن سادگی ساختار مدل و محدودیت‌های نمونه‌گیری ورودی‌های مدل بهبود بخشید. در این مطالعه، یک الگوریتم کالیبراسیون برای ادغام اندازه‌گیری‌های TND مشتق شده از CHAMP  و GRACE به صورت آزاد در مدل NRLMSISE-2.0 استفاده می‌شود. جهت شناخت بهترسیستم ترموسفر، معمولا تمرکز بر روی پارامتر های مختلف این سیستم مانند چگالی خنثی ترموسفر می باشد. این پارامتر از طریق مدل های تجربی یا فیزیکی قابل برآورد و مدلسازی می باشد(که در این مطالعه تمرکز ما برروی مدل های تجربی می‌باشد) اما دقت لازم و کافی جهت استفاده در کاربردهای فضایی را ندارند. از این رو بهبود مدل های موجود همیشه چالش بزرگی در شناخت و مدلسازی ترموسفر به حساب می آید. حرکت ماهواره به شدت وابسته به شتاب کشش اتمسفری (تابعی از چگالی ترموسفر) است. به منظور محاسبه دقیق از چگالی ترموسفر می توان داده های ماهواره های مختلف را به مدل تجربی ترموسفری تزریق نمود تا با کالیبره نمودن تعدادی از پارامترها بتوان برای بازه ای که داده وجود ندارد، با دقت بالا مقدار چگالی ترموسفر را شبیه سازی کرد. بنابراین، با توجه به پایین بودن دقت مدل های تجربی در محاسبه میزان چگالی عناصر خنثی در ترموسفر، هدف از انجام این مطالعه کالیبره نمودن پارامترهای کلیدی و بهبود مدل های مختلف تجربی ترموسفر با استفاده از مشاهدات ژئودتیکی مختلف از جمله چگالی ترموسفر حاصل از مشاهدات ماهواره ارتفاع پایین می باشد. جهت تحقق این هدف، یافتن روش مناسب جهت استخراج پارامترهای کلیدی در مدل و کالیبره نمودن آنها امری ضروری به حساب می آید. در این مطالعه، بهبود مدل های موجود در سطح مدل تجربی ترموسفر، انجام شد. در زمینه بهبود مدل تجربی ترموسفری، چگالی جرمی حاصل از مشاهدات شتاب‌سنج در راستای حرکت دو ماهوراه   CHAMPو GRACE  جهت کالیبره نمودن مدل تجربی NRLMSIS2.0  استفاده شد. تصحیح تجربی و مدلسازی با استفاده از بسط هارمونیک کروی در عرض جغرافیایی و زمان محلی خورشیدی انجام می‌پذیرد. پس از بهبود مدل تجربی، خروجی آن در تعیین مدار بررسی می‌شود و مشاهده می‌شود که مدل بهبودیافته باعث تغییر در مدار شده و سپس با استفاده از 3 شاخص ارزیابی ARD، R و LD به بررسی مدل و مدل بهبودیافته پرداخته و متوجه شده که عملکرد مدل، با استفاده از 10 درصد داده‌ها برای اعتبار سنجی برای دو ماهواره  CHAMP و GRACE به ترتیب 40.23% و 45.80% با استفاده از پارامتر ارزیابی RMSE  بهبودیافته است.
 
واژه‌های کلیدی: چگالی خنثی ترموسفر، مدل تجربی، کالیبراسیون، مشاهدات ژئودتیکی.
متن کامل [PDF 2079 kb]   (40 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: ژئودزی (عمومی)
دریافت: 1404/2/4 | پذیرش: 1404/9/22 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1404/11/11 | انتشار: 1405/1/22
فهرست منابع
1. [1] H. Lühr, et al., "Thermospheric up‐welling in the cusp region: Evidence from CHAMP observations," Geophysical Research Letters, Vol. 31, No. 6, 2004. [DOI:10.1029/2003GL019314]
2. [2] J. T. Emmert, "Thermospheric mass density: A review," Advances in Space Research, Vol. 56, No. 5, pp. 773-824, 2015. [DOI:10.1016/j.asr.2015.05.038]
3. [3] H. Liu, T. Hirano, and S. Watanabe, "Empirical model of the thermospheric mass density based on CHAMP satellite observations," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 118, No. 2, pp. 843-848, 2013. [DOI:10.1002/jgra.50144]
4. [4] K. Champion and F. Marcos, "The triaxial‐accelerometer system on Atmosphere Explorer," Radio Science, Vol. 8, No. 4, pp. 297-303, 1973. [DOI:10.1029/RS008i004p00297]
5. [5] E. Doornbos, et al., "Neutral density and crosswind determination from arbitrarily oriented multiaxis accelerometers on satellites," Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 47, No. 4, pp. 580-589, 2010. [DOI:10.2514/1.48114]
6. [6] J. Emmert, et al., "Global change in the thermosphere: Compelling evidence of a secular decrease in density," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 109, No. A2, 2004. [DOI:10.1029/2003JA010176]
7. [7] D. King-Hele, Satellite Orbits in an Atmosphere. Glasgow, London: Blackie & Son Ltd., 1987.
8. [8] A. Hedin, "A revised thermospheric model based on mass spectrometer and incoherent scatter data: MSIS‐83," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 88, No. A12, pp. 10170-10188, 1983. [DOI:10.1029/JA088iA12p10170]
9. [9] U. Von Zahn, "Neutral air density and composition at 150 kilometers," Journal of Geophysical Research, Vol. 75, No. 28, pp. 5517-5527, 1970. [DOI:10.1029/JA075i028p05517]
10. [10] A. Christensen, et al., "Initial observations with the Global Ultraviolet Imager (GUVI) in the NASA TIMED satellite mission," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 108, No. A12, 2003. [DOI:10.1029/2003JA009918]
11. [11] R. Meier and J. Picone, "Retrieval of absolute thermospheric concentrations from the far UV dayglow: An application of discrete inverse theory," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 99, No. A4, pp. 6307-6320, 1994. [DOI:10.1029/93JA02775]
12. [12] J. Clemmons, et al., "Thermospheric density in the Earth's magnetic cusp as observed by the Streak mission," Geophysical Research Letters, Vol. 35, No. 24, 2008. [DOI:10.1029/2008GL035972]
13. [13] A. C. Aibar, Thermospheric neutral density variations from Low EarthOrbit accelerometers and precise orbits. 2017.
14. [14] J. Guo, et al., "Interannual and latitudinal variability of the thermosphere density annual harmonics," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 113, No. A8, 2008. [DOI:10.1029/2008JA013056]
15. [15] J. Lei, et al., "Annual and semiannual variations of thermospheric density: EOF analysis of CHAMP and GRACE data," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 117, No. A1, 2012. [DOI:10.1029/2011JA017324]
16. [16] H. Liu, et al., "Global distribution of the thermospheric total mass density derived from CHAMP," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 110, No. A4, 2005. [DOI:10.1029/2004JA010741]
17. [17] X. Liu, The effects of composition on thermosphere mass density response to geomagnetic activity. University of Colorado at Boulder, 2013.
18. [18] F. Marcos, et al., "Towards next level satellite drag modeling," in Proc. of AIAA Atmospheric and Space Environments Conference, 2010. [DOI:10.2514/6.2010-7840]
19. [19] E. Forootan, et al., "A simultaneous calibration and data assimilation (C/DA) to improve NRLMSISE00 using thermospheric neutral density (TND) from space-borne accelerometer measurements," Geophysical Journal International, Vol. 224, No. 2, pp. 1096-1115, 2021. [DOI:10.1093/gji/ggaa507]
20. [20] R. J. Licata, et al., "Calibrated and Enhanced NRLMSIS 2.0 Model with Uncertainty Quantification," arXiv preprint arXiv:2208.11619, 2022. [DOI:10.1029/2022SW003267]
21. [21] C. Reigber, H. Lühr, and P. Schwintzer, "CHAMP mission status," Advances in space research, Vol. 30, No. 2, pp. 129-134, 2002. [DOI:10.1016/S0273-1177(02)00276-4]
22. [22] B. D. Tapley, et al., "GRACE measurements of mass variability in the Earth system," Science, Vol. 305, No. 5683, pp. 503-505, 2004. [DOI:10.1126/science.1099192]
23. [23] F. Flechtner, et al., "Status of the GRACE follow-on mission," in Gravity, Geoid and Height Systems: Proceedings of the IAG Symposium GGHS2012, 2014, pp. Springer. [DOI:10.1007/978-3-319-10837-7_15]
24. [24] E. K. Sutton, R. S. Nerem, and J. M. Forbes, "Density and winds in the thermosphere deduced from accelerometer data," Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 44, No. 6, pp. 1210-1219, 2007. [DOI:10.2514/1.28641]
25. [25] E. K. Sutton, Effects of solar disturbances on the thermosphere densities and winds from CHAMP and GRACE satellite accelerometer data. University of Colorado at Boulder, 2008.
26. [26] E. Sutton, Accelerometer-derived atmospheric density from the CHAMP and GRACE satellites. Air Force Research Laboratory (AFRL/RVBX), 2011. [DOI:10.21236/ADA537198]
27. [27] P. M. Mehta, R. Linares, and E. K. Sutton, "Data‐driven inference of thermosphere composition during solar minimum conditions," Space Weather, Vol. 17, No. 9, pp. 1364-1379, 2019. [DOI:10.1029/2019SW002264]
28. [28] G. March, E. Doornbos, and P. Visser, "High-fidelity geometry models for improving the consistency of CHAMP, GRACE, GOCE and Swarm thermospheric density data sets," Advances in Space Research, Vol. 63, No. 1, pp. 213-238, 2019. [DOI:10.1016/j.asr.2018.07.009]
29. [29] C. A. McLaughlin, et al., Thermosphere density variability, drag coefficients, and precision satellite orbits. DTIC Document, 2013. [DOI:10.21236/ADA582025]
30. [30] D. Pérez, et al., "Orbit-centered atmospheric density prediction using artificial neural networks," Acta Astronautica, Vol. 98, pp. 9-23, 2014. [DOI:10.1016/j.actaastro.2014.01.007]
31. [31] E. Sutton, J. Forbes, and R. Nerem, "Global thermospheric neutral density and wind response to the severe 2003 geomagnetic storms from CHAMP accelerometer data," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 110, No. A9, 2005. [DOI:10.1029/2004JA010985]
32. [32] E. Sutton, et al., "Neutral density response to the solar flares of October and November, 2003," Geophysical Research Letters, Vol. 33, No. 22, 2006. [DOI:10.1029/2006GL027737]
33. [33] E. Sutton, J. Forbes, and D. Knipp, "Rapid response of the thermosphere to variations in Joule heating," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 114, No. A4, 2009. [DOI:10.1029/2008JA013667]
34. [34] E. Doornbos, et al., "Air density models derived from multi-satellite drag observations," in Proc. of ESA's Second Swarm International Science Meeting, 2009.
35. [35] A. Albertella, F. Migliaccio, and F. Sansó, "GOCE: The Earth gravity field by space gradiometry," in Modern Celestial Mechanics: From Theory to Applications, 2002, pp. Springer. [DOI:10.1007/978-94-017-2304-6_1]
36. [36] R. Floberghagen, et al., "Mission design, operation and exploitation of the gravity field and steady-state ocean circulation explorer mission," Journal of Geodesy, Vol. 85, pp. 749-758, 2011. [DOI:10.1007/s00190-011-0498-3]
37. [37] A. Calabia and S. Jin, "New modes and mechanisms of thermospheric mass density variations from GRACE accelerometers," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 121, No. 11, pp. 11,191-11,212, 2016. [DOI:10.1002/2016JA022594]
38. [38] M. D. Pilinski, et al., "Improved orbit determination and forecasts with an assimilative tool for satellite drag specification," in Advanced Maui optical and space surveillance technologies conference, 2016.
39. [39] E. K. Sutton, "A new method of physics‐based data assimilation for the quiet and disturbed thermosphere," Space Weather, Vol. 16, No. 6, pp. 736-753, 2018. [DOI:10.1002/2017SW001785]
40. [40] E. Doornbos, H. Klinkrad, and P. Visser, "Atmospheric density calibration using satellite drag observations," Advances in Space Research, Vol. 36, No. 3, pp. 515-521, 2005. [DOI:10.1016/j.asr.2005.02.009]
41. [41] E. Doornbos, H. Klinkrad, and P. Visser, "Use of two-line element data for thermosphere neutral density model calibration," Advances in Space Research, Vol. 41, No. 7, pp. 1115-1122, 2008. [DOI:10.1016/j.asr.2006.12.025]
42. [42] C. Shi, et al., "Calibrating the scale of the NRLMSISE00 model during solar maximum using the two line elements dataset," Advances in Space Research, Vol. 56, No. 1, pp. 1-9, 2015. [DOI:10.1016/j.asr.2015.03.024]
43. [43] E. Forootan, et al., "Estimating and predicting corrections for empirical thermospheric models," Geophysical Journal International, Vol. 218, No. 1, pp. 479-493, 2019. [DOI:10.1093/gji/ggz163]
44. [44] T. Matsuo, A. D. Richmond, and D. W. Nychka, "Modes of high‐latitude electric field variability derived from DE‐2 measurements: Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis," Geophysical Research Letters, Vol. 29, No. 7, pp. 11-1-11-4, 2002. [DOI:10.1029/2001GL014077]
45. [45] T. Matsuo, A. D. Richmond, and G. Lu, "Optimal interpolation analysis of high‐latitude ionospheric electrodynamics using empirical orthogonal functions: Estimation of dominant modes of variability and temporal scales of large‐scale electric fields," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 110, No. A6, 2005. [DOI:10.1029/2004JA010531]
46. [46] T. Matsuo and J. M. Forbes, "Principal modes of thermospheric density variability: Empirical orthogonal function analysis of CHAMP 2001-2008 data," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 115, No. A7, 2010. [DOI:10.1029/2009JA015109]
47. [47] A. V. Morozov, et al., "Data assimilation and driver estimation for the global ionosphere-thermosphere model using the ensemble adjustment Kalman filter," Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, Vol. 104, pp. 126-136, 2013. [DOI:10.1016/j.jastp.2013.08.016]
48. [48] T. Matsuo, "Upper atmosphere data assimilation with an ensemble Kalman filter," in Modeling the Ionosphere-Thermosphere System, 2014, pp. 273-282. [DOI:10.1002/9781118704417.ch22]
49. [49] H. C. Godinez, et al., "Specification of the ionosphere-thermosphere using the ensemble Kalman filter," in Dynamic Data-Driven Environmental Systems Science: First International Conference, DyDESS 2014, 2015, pp. Springer. [DOI:10.1007/978-3-319-25138-7_25]
50. [50] S. Codrescu, M. Codrescu, and M. Fedrizzi, "An ensemble Kalman filter for the thermosphere‐ionosphere," Space Weather, Vol. 16, No. 1, pp. 57-68, 2018. [DOI:10.1002/2017SW001752]
51. [51] I. Kim, et al., "Localized data assimilation in the ionosphere-thermosphere using a sampled-data unscented Kalman filter," in 2008 American Control Conference, 2008, IEEE. [DOI:10.1109/ACC.2008.4586761]
52. [52] T. Matsuo, et al., "Data assimilation of thermospheric mass density," Space Weather, Vol. 10, No. 5, 2012. [DOI:10.1029/2012SW000773]
53. [53] M. Codrescu, et al., "Validation of the coupled thermosphere ionosphere plasmasphere electrodynamics model: CTIPE‐mass spectrometer incoherent scatter temperature comparison," Space Weather, Vol. 6, No. 9, 2008. [DOI:10.1029/2007SW000364]
54. [54] Mona Kosary, Modelling Thermosphere-Ionosphere using space-geodetic observations. 2023.
55. [55] E. Doornbos, Thermospheric density and wind determination from satellite dynamics. Springer Science & Business Media, 2012. [DOI:10.1007/978-3-642-25129-0]
56. [56] K. Vielberg, et al., "Comparison of accelerometer data calibration methods used in thermospheric neutral density estimation," in Annales Geophysicae, 2018. [DOI:10.5194/angeo-36-761-2018]
57. [57] J. Picone, et al., "NRLMSISE‐00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues," Journal of Geophysical Research: Space Physics, Vol. 107, No. A12, pp. SIA 15-1-SIA 15-16, 2002. [DOI:10.1029/2002JA009430]
58. [58] E. Doornbos and H. Klinkrad, "Modelling of space weather effects on satellite drag," Advances in Space Research, Vol. 37, No. 6, pp. 1229-1239, 2006. [DOI:10.1016/j.asr.2005.04.097]
59. [59] D. A. Vallado and D. Finkleman, "A critical assessment of satellite drag and atmospheric density modeling," Acta Astronautica, Vol. 95, pp. 141-165, 2014. [DOI:10.1016/j.actaastro.2013.10.005]
60. [60] P. M. Mehta, "On deriving self-consistent, high-accuracy mass density measurements," Adv. Astron. Sci., pp. 19-439, 2019.
61. [61] L. F. Shampine and M. W. Reichelt, "The matlab ode suite," SIAM journal on scientific computing, Vol. 18, No. 1, pp. 1-22, 1997. [DOI:10.1137/S1064827594276424]
62. [62] M. Chapront-Touzé and J. Chapront, "The lunar ephemeris ELP 2000," Astronomy and Astrophysics, Vol. 124, No. 1, pp. 50-62, 1983.
63. [63] Y. Guo, et al., "Performance Analysis of NRLMSIS 2.1 Thermospheric Mass Density Model using GRACE-A and SWARM-C Observations," Advances in Space Research, 2024. [DOI:10.1016/j.asr.2024.05.063]
64. [64] J. T. Emmert, et al., "NRLMSIS 2.0: A whole‐atmosphere empirical model of temperature and neutral species densities," Earth and Space Science, Vol. 8, No. 3, p. e2020EA001321, 2021. [DOI:10.1029/2020EA001321]
65. [65] C. Xiong, et al., "An empirical model of the thermospheric mass density derived from CHAMP satellite," in Annales geophysicae, 2018. [DOI:10.5194/angeo-2018-25]
66. [66] T. E. Sarris, "Understanding the ionosphere thermosphere response to solar and magnetospheric drivers: status, challenges and open issues," Philosophical Transactions of the Royal Society A, Vol. 377, No. 2148, p. 20180101, 2019. [DOI:10.1098/rsta.2018.0101]
67. [67] T. Gao, H. Peng, and X. Bai, "Calibration of atmospheric density model based on Gaussian Processes," Acta astronautica, Vol. 168, pp. 273-281, 2020. [DOI:10.1016/j.actaastro.2019.12.014]
68. [68] M. Hapgood, H. Liu, and N. Lugaz, "SpaceX-Sailing Close to the Space Weather?," Wiley Online Library, p. e2022SW003074, 2022. [DOI:10.1002/essoar.10510636.1]
69. [69] D. M. Oliveira, et al., "The current state and future directions of modeling thermosphere density enhancements during extreme magnetic storms," arXiv preprint arXiv:2110.04360, 2021. [DOI:10.3389/fspas.2021.764144]
70. [70] R. Licata, et al., "Calibrated and Enhanced NRLMSIS 2.0 Model with Uncertainty Quantification," in 103rd AMS Annual Meeting, 2023, AMS. [DOI:10.1029/2022SW003267]
ارسال پیام به نویسنده مسئول


XML   English Abstract   Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Ghazavi G, farzaneh S, sharifi M A. Assimilation and Modeling of Thermospheric Neutral Density Using Observations from LEO Satellites. jgit 2025; 13 (3) :47-74
URL: http://jgit.kntu.ac.ir/article-1-982-fa.html

قضوی غزاله، فرزانه سعید، شریفی محمدعلی. همگون سازی و مدلسازی چگالی خنثی ترموسفر با استفاده از مشاهدات ماهواره‌ های LEO. مهندسی فناوری اطلاعات مکانی. 1404; 13 (3) :47-74

URL: http://jgit.kntu.ac.ir/article-1-982-fa.html



بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.
دوره 13، شماره 3 - ( 9-1404 ) برگشت به فهرست نسخه ها
نشریه علمی-پژوهشی مهندسی فناوری اطلاعات مکانی Engineering Journal of Geospatial Information Technology
Persian site map - English site map - Created in 0.14 seconds with 36 queries by YEKTAWEB 4741