This work aims to contribute to the understanding of the influence of the ionospheric layer height (ILH) on the thin layer ionospheric model (TLIM) used to retrieve ionospheric information from the GNSS observations. Particular attention is paid to the errors caused on the estimation of the vertical total electron content (vTEC) and the GNSS satellites and receivers inter-frequency biases (IFB), by the use of an inappropriate ILH. The work relies upon numerical simulations performed with an empirical model of the Earth's ionosphere: the model is used to create realistic but controlled ionospheric scenarios and the errors are evaluated after recovering those scenarios with the TLIM. The error assessment is performed in the Central and the northern part of the South American continents, a region where large errors are expected due to the combined actions of the Appleton Anomaly of the ionosphere and the South-Atlantic anomaly of the geomagnetic field. According to this study, there does not exist a unique ILH that cancels the vTEC error for the whole region under consideration. The ILH that cancels the regional mean vTEC error varies with the solar activity and season. The latitude-dependent conversion error propagates to the parameters of the model used to represent the latitudinal variation on the vTEC on the ionospheric layer, and to the IFB, when these values are simultaneously estimated from the observed sTEC. Besides, the ILH that cancels the regional mean vTEC error is different from the one that
The IAG Sub-Commission 1.3b, SIRGAS (Sistema de Referencia Geocéntrico para las Américas), operates a service for computing regional ionospheric maps based on GNSS observations from its Continuously Operating Network (SIRGAS-CON). The ionospheric model used by SIRGAS (named La Plata Ionopsheric Model, LPIM), has continuously evolved from a "thin layer" simplification for computing the vTEC distribution to a formulation that approximates the electron density (ED) distributions of the E, F1, F2 and top-side ionospheric layers.This contribution presents the newest improvements in the model formulation and validates the obtained results by comparing the computed vTEC to experimental values provided by the ocean altimetry Jason 1 mission. Comparisons showed a small underestimation of the Jason 1 vTEC by about 1.3 TECu on average and rather small differences ranging from À0.5 to À3.4 TECu (at 95 % probability level). The results are encouraging given that comparisons were made in the open ocean regions (far away from the SIRGAS-CON stations).
[1] The semiannual anomaly (also known as semiannual variation) on the magnetic activity is a phenomenon that produces clear minima during March and September and maxima in June and December on the horizontal components of the geomagnetic field. This phenomenon has been known since the middle of the nineteenth century, but in spite of the accumulation of measurements and the development of three theoretical models, a conclusive physical explanation for it has not been developed. The usual approach to study the semiannual anomaly is by means of geomagnetic indices like the disturbance storm time, Dst, which is based on combining measurements registered on four magnetic observatories. This work follows a different approach based on the raw horizontal components registered at the four observatories. The analyses performed aimed to study and assess the impact of several external parameters, characteristics of the Sun-Earth environment, on the semiannual anomaly. The influence of the global geomagnetic activity level, the solar activity level, the solar magnetic polarity, and the rising/declining phase of the solar radiation cycle is analyzed in detail. The most important finding is that the semiannual anomaly is always present and that none of the previously mentioned parameters significantly favor the development of it. A second result is the presence of a 27 day signal superposed to the semiannual anomaly which is significantly affected by the solar activity level.
El trabajo realizado en esta tesis doctoral se basa en caracterizar la variabilidad espacial y temporal que presenta el plasma que se encuentra en la alta atmósfera, región conocida como la ionosfera, mediante el modelado de las leyes físicas que rigen su comportamiento. El parámetro más relevante a la hora de estudiar a la ionosfera es la densidad de electrones, cuya presencia se debe a la ionización de varias de las componentes neutras de la atmósfera al absorber la radiación solar ultravioleta, dando como resultado pares de electrón-ion libre. Luego, como por cada electrón existente en la ionosfera se encuentra un ion, la densidad de electrones libre es simplemente igual a la suma sobre las densidades de las distintas especies ionizadas. Dado que la distribución de los iones es inhomogénea respecto de la altura, la densidad de los electrones está controlada por distintas especies en función de la altura. Por esta razón, en lugar de tratar de modelar de manera directa la densidad de electrones, se la modela de manera indirecta, al calcular la densidad de las especies ionizadas. Este procedimiento permite un mejor entendimiento de los distintos procesos físicos y químicos que suceden en las distintas regiones de la ionosfera. Para este trabajo se eligío modelar 7 especies ionizadas que abarcan las diferentes regiones de la ionosfera: NO+, N2 + y O2 + para modelar la región E y la parte baja de la región F, el O+ y el N+ para modelar la región F y el He+ y el H+ para modelar la región por encima de la capa F. La ecuación que regula el comportamiento de la densidad es la llamada “ecuación de continuidad”, en la que se tiene en cuenta varios procesos: i) la producción de iones por fotoionización y reacciones de intercambio, ii) la pérdida de iones debido a interacciones químicas con los electrones y con los elementos neutros de la atmósfera, iii) efectos de transporte por movimientos convectivos originados en la interacción entre el campo magnético terrestre, los campos eléctricos presentes en la ionosfera y la acción de los vientos neutros. Se elige un sistema coordenado asociado con el campo magnético de la Tierra lo que permite llevar el problema de 3 dimensiones a 2 dimensiones y presenta la ventaja de desacoplar los movimientos en las direcciones paralela y perpendicular a las líneas de campo magnético. Como las especies ionizadas interactúan entre si a través de reacciones químicas y de colisiones, las ecuaciones para cada especie están acopladas y es necesario resolver el sistema en forma simultánea. De este manera, el sistema a resolver queda conformado por ecuaciones diferenciales parciales en su forma conservativa. Se utiliza el Método de Volúmenes Finitos con un esquema de <i>upwind</i> para su resolución. El resultado final es un modelo que permite estimar el comportamiento que presenta la ionosfera a latitudes bajas y medias a través de la evolución temporal y espacial de las densidades para 7 especies ionizadas y para los electrones sin la necesidad de alimentarlas con mediciones.
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