Talk about features of global electron content (GEC) representation in BDGIM and NeQuickG models
Date:
🇷🇺 Особенности представления GEC в операционных моделях BDGIM и NeQuickG
Знание параметров ионосферы играет важную роль в различных практических задачах, связанных с распространением радиоволн, спутниковой навигацией, локацией и связью. При этом в для ускорения рассчетов во многих прикладных задачах оказывается достаточно использовать простые операционные модели. К такому классу относятся модели BDGIM и NeQuickG, хорошо зарекомендовавшие себя при решении задач PPP с использованием навигационных систем Compass/Beidou и Galileo, соответственно. В данной работе представлено исследование возможности описания ионосферы, как целого, с помощью данных моделей. Для этого проанализированы и сопоставлены с данными реальных наблюдений (глобальными ионосферными картами CODG) оценки глобального электронного содержания (GEC) — полного числа электронов в ионосфере, полученные в рамках этих моделей на фазе спада солнечной активности 24го цикла (2015-2020гг). Показано, что основной вклад в ошибки обоих моделей вносят приэкваториальные широты (область экваториальной аномалии). В среднем отклонение TEC по модели от карт CODG для BDGIM обладает меньшим смещением, по сравнению с NeQuickG, но большей дисперсией. Обе модели достаточно хорошо описывают изменчивость GEC в 11-летнем цикле солнечной активности, при этом для обеих моделей наблюдается недооценка GEC по сравнению с CODG. По сравнению с NeQuickG, модель BDGIM недооценивает амплитуду 27-дневных вариаций GEC, особенно в период максимальной солнечной активности. Недооценка GEC в модели BDGIM по сравнению с CODG больше в северном полушарии, чем в южном, при этом распределение отклонений в северном полушарии более симметричное, чем в южном, где доминируют отрицательные отклонения. Результаты работы указывают на потенциальные направления для уточнения модели BDGIM, в частности, необходимость разделения горбов экваториальной аномалии и улучшения представления 27-дневных вариаций, вызванных солнечной активностью, что может быть реализовано за счёт увеличения числа вещаемых коэффициентов модели.
🇺🇸 Features of GEC Representation in Operational BDGIM and NeQuickG Models
Knowledge of ionospheric parameters plays an important role in various practical tasks related to radio wave propagation, satellite navigation, positioning, and communication. In many applications, to speed up computations, it is sufficient to use simple operational models. Models such as BDGIM and NeQuickG belong to this class and have demonstrated good performance in Precise Point Positioning (PPP) tasks using the Compass/BeiDou and Galileo navigation systems, respectively.
This study investigates the possibility of describing the ionosphere as a whole using these models. To this end, estimates of the Global Electron Content (GEC)—the total number of electrons in the ionosphere—obtained from these models during the declining phase of the 24th solar activity cycle (2015–2020) were analyzed and compared with real observations from CODG global ionospheric maps. The results show that the main contribution to the errors of both models comes from the near-equatorial latitudes (the equatorial anomaly region).
On average, the TEC deviation of BDGIM relative to CODG maps shows smaller bias compared to NeQuickG, but larger dispersion. Both models adequately describe GEC variability over the 11-year solar cycle, though both tend to underestimate GEC compared to CODG. Compared with NeQuickG, BDGIM underestimates the amplitude of 27-day GEC variations, particularly during the solar maximum period. The underestimation of GEC by BDGIM is greater in the Northern Hemisphere than in the Southern Hemisphere, with a more symmetric distribution of deviations in the Northern Hemisphere, while negative deviations dominate in the Southern Hemisphere.
The results point to potential directions for refining the BDGIM model, in particular the need to separate the peaks of the equatorial anomaly and improve the representation of 27-day variations caused by solar activity, which could be achieved by increasing the number of broadcast model coefficients.
🇨🇳 BDGIM 与 NeQuickG 操作模型中 GEC 表征的特点
了解电离层参数在各种与无线电波传播、卫星导航、定位和通信相关的实际任务中起着重要作用。在许多应用中，为了加快计算速度，使用简单的操作模型就已足够。BDGIM 和 NeQuickG 就属于这一类模型，在使用北斗（Compass/BeiDou）和伽利略（Galileo）导航系统进行精密单点定位（PPP）任务中表现良好。
本研究旨在探讨利用这些模型描述整体电离层的可行性。为此，我们分析了并与实际观测数据（CODG 全球电离层图）进行了比较，研究了在第 24 个太阳活动周期衰减阶段（2015–2020 年）模型对全球电子含量（GEC，即电离层中电子总数）的估计。结果表明，两种模型的主要误差来源为赤道附近的纬度区域（赤道异常区）。
平均来看，BDGIM 模型的 TEC 相对于 CODG 图的偏差较 NeQuickG 模型更小，但其离散度更大。两种模型都能较好地描述 GEC 在 11 年太阳活动周期中的变化，但均存在对 GEC 的低估。与 NeQuickG 相比，BDGIM 模型低估了 GEC 的 27 天周期变化幅度，尤其在太阳活动极大期更为明显。在北半球，BDGIM 对 GEC 的低估比南半球更显著，同时北半球偏差分布更对称，而南半球以负偏差为主。
研究结果指出了对 BDGIM 模型进一步改进的潜在方向，特别是需要对赤道异常峰值进行区分，并改善由太阳活动引起的 27 天周期变化的表征，这可以通过增加模型广播系数的数量来实现。