Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 23, 2026
Номер 1 Номер 2
Том 22, 2025
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 20, 2023
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 19, 2022
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 18, 2021
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 17, 2020
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 16, 2019 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 15, 2018 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 14, 2017 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 13, 2016 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 12, 2015 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 11, 2014 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 10, 2013 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 9, 2012 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 8, 2011 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 7, 2010 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Выпуск 6, 2009 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 5, 2008 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 4, 2007 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 3, 2006 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 2, 2005 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 1, 2004 г.
Том 1
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
подписаться отписаться
English version
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 2. С. 9-26

Использование данных радиозатменного зондирования при изучении отклика ионосферы на магнитные бури: обзор

А.В. Шмаков 1 
1 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 10.10.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-2-9-26
Радиозатменное зондирование атмосферы Земли при помощи сигналов глобальных навигационных спутниковых систем позволяет восстанавливать вертикальные профили показателя преломления и получать интегральные характеристики атмосферы. Для нейтральной атмосферы это даёт возможность определять высотные профили температуры, давления и водяного пара. Для ионосферы это позволяет получать полное электронное содержание вдоль линии зондирования и восстанавливать профили электронной концентрации. Многочисленные работы, посвящённые сравнению данных наземных приёмников GPS (англ. Global Positioning System), ионозондов и радиозатменного зондирования, показали их хорошее согласие как для спокойной ионосферы, так и во время возмущений, связанных с солнечной активностью. В обзоре рассматривается применение радиозатменных наблюдений для изучения отклика ионосферы во время девяти геомагнитных бурь. Радиозатменные наблюдения возмущённой ионосферы могут использоваться: 1) для восстановления профилей концентрации и 2) для усвоения в динамические модели ионосферы. Восстановленное с помощью моделей глобальное трёхмерное поле электронной плотности позволяет не только изучать отклик ионосферы на солнечное воздействие, но и прийти к пониманию происходящих в ней физических процессов. Широкое применение данных радиозондирования для изучения ионосферы ограничивается в настоящее время недостаточным количеством (около 6000) доступных профилей в день. Запуск новых миссий и использование данных коммерческих спутников способно решить эту проблему.
Ключевые слова: радиозатменное зондирование, ионосфера, солнечная активность, GPS
Полный текст

Список литературы:

  1. Горбунов М. Е., Шмаков А. В. Вариации ионосферных флуктуаций фазовой задержки в зависимости от солнечной активности по данным COSMICh // Космич. исслед. 2014. Т. 52. № 4. С. 267–276. DOI: 10.7868/S0023420614040050.
  2. Гурвич А. С., Красильникова Т. Г. Навигационные спутники для радиозондирования атмосферы Земли // Исслед. Земли из космоса. 1987. Т. 7. № 6. С. 89–93.
  3. Шмаков А. В., Горбунов М. Е. Спектральный анализ ионосферных возмущений фазовой задержки и амплитуды радиосигнала на лимбовых трассах по данным COSMIC в периоды солнечной активности // Космич. исслед. 2016. Т. 54. № 4. С. 308–314. DOI: 10.7868/S0023420616040051.
  4. Anthes R. A., Bernhardt P. A., Chen Y. et al. The COSMIC/FORMOSAT-3 mission: Early results // Bull. American Meteorological Soc. 2008. V. 89. Iss. 3. P. 313–333. DOI: 10.1175/BAMS-89-3-313.
  5. Aragon-Angel A., Hernández-Pajares M., Juan J. M. et al. Obtaining more accurate electron density profiles from bending angle with GPS occultation data: FORMOSAT-3/COSMIC constellation // Advances in Space Research. 2009. V. 43. Iss. 11. P. 1694–1701. DOI: 10.1016/j.asr.2008.10.034.
  6. Arras C., Wickert J., Beyerle G. et al. A global climatology of ionospheric irregularities derived from GPS radio occultation // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. Iss. 14. Article L14809. DOI: 10.1029/2008gl034158.
  7. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V. et al. International reference ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions // Space Weather. 2017. V. 15. Iss. 2. P. 418–429. DOI: 10.1002/2016SW001593.
  8. Buonsanto M. J. Ionospheric storms—A review // Space Science Reviews. 1999. V. 88. Iss. 3–4. P. 563–601. DOI: 10.1023/A:1005107532631.
  9. Buresova D., Lastovicka J., Altadill D. et al. Daytime electron density at the F1йregion in Europe during geomagnetic storms // Annales Geophysicae. 2002. V. 20. Iss. 7. P. 1007–1021. DOI: 10.5194/ angeo-20-1007-2002.
  10. Burns A. G., Solomon S. C., Wang W. et al. The ionospheric and thermospheric response to CMEs: Challenges and successes // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2007. V. 69. Iss. 1–2. P. 77–85. DOI: 10.1016/j.jastp.2006.06.010.
  11. Emmert J. T., Mannucci A. J., McDonald S. E. et al. Attribution of interminimum changes in global and hemispheric total electron content // J. Geophysical Research: Space Physics. 2017. V. 122. P. 2424–2439. DOI: 10.1002/2016JA023680.
  12. Garcia-Fernandez M., Hernandez-Pajares M., Juan M. et al. Improvement of ionospheric electron density estimation with GPSMET occultations using Abel inversion and VTEC information // J. Geophysical Research. 2003. V. 108. Iss. A9. P. 1338–1344. DOI: 10.1029/2003JA009952.
  13. Guo P., Wu M., Xu T., Sanz J. An Abel inversion method assisted by background model for GPS ionospheric radio occultation data // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 123. P. 71–81. DOI: 10.1016/j.jastp.2014.12.008.
  14. Hajj G., Lee L., Pi X. et al. COSMIC GPS ionospheric sensing and space weather // Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences. 2000. V. 11. P. 235–272. DOI: 10.3319/TAO.2000.11.1.235.
  15. Hajj G., Ao O., Iijima B. et al. CHAMP and SACC atmospheric occultation results and intercomparisons // J. Geophysical Research. 2004. V. 109. P. 6109–6134. DOI: 10.1029/2003JD003909.
  16. Healy S. B., Wickert J., Michalak G. et al. Combined forecast impact of GRACE-A and CHAMP GPS radio occultation bending angle profiles // Atmospheric Science Letters. 2007. V. 8. P. 43–50. DOI: 10.1002/asl.149.
  17. Hernandez-Pajares M., Juan J. M., Sanz J. Improving the Abel inversion by adding ground GPS data to LEO radio occultations in ionospheric sounding // Geophysical Research Letters. 2000. V. 27. P. 2473–2476. DOI: 10.1029/2000GL000032.
  18. Jakowski N., Wehrenpfennig A., Heise S. et al. GPS radio occultation measurements of the ionosphere from CHAMP: Early results // Geophysical Research Letters. 2002. V. 29. Iss. 10. P. 95-1–95-4. DOI: 10.1029/2001GL014364.
  19. Kursinski E. R., Hajj G., Bertiger W. et al. Initial results of radio occultation observations of Earth’s atmosphere using the Global Positioning System // Science. 1996. V. 271. P. 1107–1110. DOI: 10.1126/ science.271.5252.1107.
  20. Lei J., Syndergaard S., Burns A. et al. Comparison of COSMIC ionospheric measurements with ground-based observations and model predictions: Preliminary results // J. Geophysical Research. 2007. V. 112. Article A07308. DOI: 10.1029/2006JA012240.
  21. Lei J., Wang W., Burns A. G. et al. Observations and simulations of the ionospheric and thermospheric response to the December 2006 geomagnetic storm: Initial phase // J. Geophysical Research. 2008. V. 113. Article A01314. DOI: 10.1029/2007JA012807.
  22. Liao M., Zhang P., Yang G. L. et al. Preliminary validation of the refractivity from the new radio occultation sounder GNOS/FY-3C // Atmospheric Measurement Techniques. 2016. V. 9. P. 781–792. DOI: 10.5194/ amt-9-781-2016.
  23. Lin C. Y., Matsuo T., Liu J. Y. et al. Ionospheric assimilation of radio occultation and ground-based GPS data using non-stationary background model error covariance // Atmospheric Measurement Techniques. 2015. V. 8. P. 171–182. DOI: 10.5194/amt-8-171-2015.
  24. Lin C. Y., Matsuo T., Liu J. Y. et al. Data assimilation of ground-based GPS and radio occultation total electron content for global ionospheric specification // J. Geophysical Research: Space Physics. 2017. V. 122. P. 10,876–10,886. DOI: 10.1002/2017JA024185.
  25. Liu J., Wang W., Burns A. et al. Profiles of ionospheric storm-enhanced density during the 17 March 2015 great storm // J. Geophysical Research: Space Physics. 2016. V. 121. P. 727–744. DOI: 10.1002/2015JA021832.
  26. Liu H., Xu X., Luo J., Hu T. Using radio occultation-based electron density profiles for studying sporadic E layer spatial and temporal characteristics // Earth, Planets and Space. 2024. V. 76. Article 93. 18 p.. DOI: 10.1186/ s40623-024-02038-z.
  27. Mannucci A. J., Tsurutani B. T., Verkhoglyadova O. et al. Use of radio occultation to probe the high-latitude ionosphere // Atmospheric Measurement Techniques. 2015. V. 8. P. 2789–2800. DOI: 10.5194/ amt-8-2789-2015.
  28. McNamara L. F., Thompson D. C. Validation of COSMIC values of foF2 and M(3000)F2 using ground-based ionosondes // Advances in Space Research. 2014. V. 55. P. 163–169. DOI: 10.1016/j.asr.2014.07.015.
  29. Melbourne W. G., Yunck T. P., Young L. E. et al. GPS geoscience instrument for EOS and Space Station // JPL Proposal. NASA A O OSSA-1-88. 1988. V. 81.
  30. Mendillo M. Storms in the ionosphere: Patterns and processes for total electron content // Reviews of Geophysics. 2006. V. 44. Article RG4001. DOI: 10.1029/2005RG000193.
  31. Nicolls M. J., Rodrigues F. S., Bust G. S., Chau J. L. Estimating E region density profiles from radio occultation measurements assisted by IDA4D // J. Geophysical Research. 2009. V. 114. Iss. A10. Article A10316. DOI: 10.1029/2009JA014399.
  32. Pedatella N. M., Lei J., Larson K. M., Forbes J. M. Observations of the ionospheric response to the 15 December 2006 geomagnetic storm: Long-duration positive storm effect // J. Geophysical Research. 2009. V. 114. Article A12313. DOI: 10.1029/2009JA014568.
  33. Pedatella N. M., Yue X., Schreiner W. S. An improved inversion for FORMOSAT-3/COSMIC ionosphere electron density profiles // J. Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. Iss. 10. P. 8942–8953. DOI: 10.1002/2015JA021704.
  34. Prol F. S., Kodikara T., Hoque M. M. et al. Global-scale ionospheric tomography during the March 17, 2015 geomagnetic storm // Space Weather. 2021. V. 19. Article e2021SW002889. DOI: 10.1029/2021SW002889.
  35. Rajesh P. K., Lin C. H., Lin C. Y. et al. Extreme positive ionosphere storm triggered by a minor magnetic storm in deep solar minimum revealed by FORMOSAT-7/COSMIC 2 and GNSS observations // J. Geophysical Research: Space Physics. 2021. V. 126. Article e2020JA028261. DOI: 10.1029/2020JA028261.
  36. Rideout W., Coster A. Automated GPS processing for global total electron content data // GPS Solutions. 2006. V. 10. Iss. 3. P. 219–228. DOI: 10.1007/s10291-006-0029-5.
  37. Ries J. C., Tapley B. D., Bettadpur S. The GRACE mission: Status and plans // Bull. American Astronomical Soc. 2002. V. 34. P. 942–949.
  38. Rocken C., Kuo Y.-H., Schreiner W. S. et al. COSMIC system description // Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences. 2000. V. 11. No. 1. P. 21–52. DOI: 10.3319/TAO.2000.11.1.21(COSMIC).
  39. Sakib M. N., Soto E., Yiǧit E. et al. Validation of E-region model electron density profiles with AURIC utilizing high-resolution cross sections // J. Geophysical Research: Space Physics. 2023. V. 128. Iss. 10. Article e2023JA031512. DOI: 10.1029/2023JA031512.
  40. Schmetz J., Klae D., Ratier A. et al. The Meteosat and EPS/MetOp Satellite Series // Advances in Global Change Research. 2007. V. 28. Iss. 1. P. 571–586. DOI: 10.1007/978-1-4020-5835-6_45.
  41. Schreiner W. S., Sokolovskiy S., Rocken C. et al. Analysis and validation of GPS/MET radio occultation data in the ionosphere // Radio Science. 1999. V. 34. P. 949–966. DOI: 10.1029/1999RS900034.
  42. Schreiner W. S., Weiss J. P., Anthes R. A. et al. COSMIC 2 radio occultation constellation: First results // Geophysical Research Letters. 2020. V. 47. Iss. 4. Article e2019GL086841. DOI: 10.1029/2019GL086841.
  43. Ware R. H., Rocken C., Solheim F. et al. GPS sounding of the atmosphere from low earth orbit: Preliminary results // Bull. American Meteorological Society. 1996. V. 77. P. 19–40. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0019:GSOTAF>2.0.CO;2.
  44. Wickert J., Schmidt T., Marquardt C. et al. GPS radio occultation with CHAMP: First results and status of the experiment // Proc. IAG 2001 Scientific Assembly. 2002. V. 125. P. 273–278. DOI: 10.1007/978-3-662-04709-5_45.
  45. Wickert J., Pavelyev A. G., Liou Y. A. et al. Amplitude variations in GPS signals as a possible indicator of ionospheric structures // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31. Iss. 24. Article L24801. 4 p. DOI: 10.1029/2004GL020607.
  46. Wu D. L., Ao C. O., Hajj G. A. et al. Sporadic E morphology from GPS-CHAMP radio occultation // J. Geophysical Research. 2005. V. 110. Article A01306. DOI: 10.1029/2004JA010701.
  47. Wu K., Su C., Chu Y. Improvement of GPS radio occultation retrieval error of E region electron density: COSMIC measurement and IRI model simulation // J. Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. P. 229–231. DOI: 10.1002/2014JA020622.
  48. Yang G. L., Bai W. H., Wang J. S. et al. FY3E GNOS II GNSS reflectometry: Mission review and first results // Remote Sensing. 2022. V. 14. P. 988–998. DOI: 10.3390/rs14040988.
  49. Yue X., Schreiner W. S., Lei J. et al. Error analysis of Abel retrieved electron density profiles from radio occultation measurements // Annales Geophysicae. 2010. V. 28. P. 217–222. DOI: 10.5194/ angeo-28-217-2010.
  50. Yue X., Schreiner W. S., Lin Y.-C. et al. Data assimilation retrieval of electron density profiles from radio occultation measurements // J. Geophysical Research. 2011. V. 116. Article A03317. DOI: 10.1029/2010JA015980.
  51. Yue X., Schreiner W. S., Kuo Y.-H. Evaluating the effect of the global ionospheric map on aiding retrieval of radio occultation electron density profiles // GPS Solutions. 2012. V. 17. P. 327–335. DOI: 10.1007/ s10291-012-0281-9.
  52. Yue X., Schreiner W. S., Kuo Y.-H. et al. Observing system simulation experiment study on imaging the ionosphere by assimilating ground GNSS, LEO based radio occultation and ocean reflection, and cross link // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2014. V. 52. No. 7. P. 3759–3771. DOI: 10.1109/ TGRS.2013.2275753.
  53. Yue X., Wan W., Liu L. et al. Mapping the conjugate and corotating storm-enhanced density during 17 March 2013 storm through data assimilation // J. Geophysical Research: Space Physics. 2016. V. 121. Iss. 12. P. 12,202–12,210. DOI: 10.1002/2016JA023038.
  54. Zakharenkova I. E., Krankowski A., Shagimuratov I. I. et al. Observation of the ionospheric storm of October 11, 2008 using FORMOSAT-3/COSMIC data // Earth, Planets and Space. 2012. V. 64. P. 505–512. DOI: 10.5047/eps.2011.06.046.