利用Sentinel-3高度计数据结合地面GNSS数据进行北极电离层建模

《Advances in Space Research》：Using Sentinel-3 altimetry data for Arctic ionospheric modeling with ground GNSS data

　　

杨森|李光云|陈明健|王莉|史星宇|李林阳|李万里|李学清|郝卫峰

摘要

由于卫星轨道倾角较低，以往多源融合电离层建模研究中使用的空间电离层观测数据无法覆盖高纬度地区。本研究将Sentinel-3高度计电离层数据应用于北极电离层建模，因为Sentinel-3高度计数据在北极高纬度区域的覆盖范围更广。为了解决Sentinel-3高度计数据在高纬度区域的高噪声问题，对数据进行了严格的质量控制和预处理，并验证了所得Sentinel-3 VTEC（电离层总电子含量）的准确性。本研究通过将Sentinel-3高度计数据与地面GNSS（全球导航卫星系统）电离层数据融合，完成了对北极地区（地理纬度大于60度）电离层TEC（总电子含量）的建模。结果表明，以未参与建模的Sentinel-3 VTEC数据为参考，与GNSS建模结果相比，电离层建模的MAE（平均绝对误差）、RMS（均方根误差）和STD（标准差）分别降低了0.21 TECU、0.31 TECU和0.24 TECU。以风云-3（FY-3）掩星VTEC数据为参考，评估结果显示，在GNSS数据缺失区域加入Sentinel-3高度计数据的效果更为显著：在GNSS数据缺失区域，加入Sentinel-3数据后，MAE从7.06 TECU降至6.60 TECU，减少了0.46 TECU；RMS从8.87 TECU降至8.34 TECU，减少了0.53 TECU；STD从5.37 TECU降至5.11 TECU，减少了0.26 TECU。然而，由于卫星轨道倾角的限制，Sentinel-3无法为纬度高于78度的地区提供电离层观测数据，这限制了结合地面和空间电离层数据建模的准确性。