Die dynamische Entwicklung der Strahlungsgürtel wurde seit ihrer Entdeckung im Jahr 1959 ausgiebig untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Elektronenumgebung des Strahlungsgürtels durch ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Beschleunigung und Verlust entsteht. Daher kann ein genaues Verständnis dieser Mechanismen ein Schlüssel zur Vorhersage der Reaktion der Gürtel auf geomagnetische Störungen sein. Allerdings stellt die Analyse von Strahlungsgürtelbeobachtungen eine große Herausforderung dar. Satellitenmessungen sind oft unvollständig und ungenau und haben nur eine begrenzte räumliche Abdeckung. Dennoch können sie durch Daten-Assimilation mit Informationen aus physikalischen Modellen zusammengeführt werden, um Lücken zu füllen und zu einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden dynamischen Prozesse zu führen. Daten-Aassimilationsmethoden wurden bereits ausgiebig zur Analyse und Vorhersage von meteorologischen, ozeanographischen und klimatischen Ereignissen eingesetzt. Mit dem Aufkommen weltraumgestützter Beobachtungsdaten und der Entwicklung anspruchsvollerer weltraumphysikalischer Modelle können dynamische Prozesse in den Strahlungsgürteln der Erde mit Hilfe von Daten-Assimilationsmethoden analysiert und bewertet werden. Wir haben ein Verfahren entwickelt, das eine effiziente Daten-Assimilation von mehreren Satellitenmissionen (z.B. den Van-Allen-Sonden der NASA und den GOES-Satelliten der NOAA) in das hochmoderne, auf partiellen Differentialgleichungen basierende Modell des inneren Magnetosphärenstrahlungsgürtels (VERB-3D) ermöglicht. Somit können wir die Dynamik der inneren Magnetosphäre rekonstruieren und ein umfassendes Bild des Elektronenstrahlungsgürtel liefern.

Zugehörige Produkte:

• Datengestützte Echzeit-Vorhersage des Strahlungsgürtels

Referenzen:

• Kellerman, A. C., Y. Y. Shprits, D. Kondrashov, D. Subbotin, R. A. Makarevich, E. Donovan, and T. Nagai (2014), Three-dimensional data assimilation and reanalysis of radiation belt electrons: Observations of a four-zone structure using five spacecraft and the VERB code, J. Geophys. Res. Space Physics, 119, 8764–8783, doi:10.1002/2014JA020171.
• Ni, B., Y. Y. Shprits, R. H. W. Friedel, R. M. Thorne, M. Daae, and Y. Chen (2013), Responses of Earth's radiation belts to solar wind dynamic pressure variations in 2002 analyzed using multisatellite data and Kalman filtering, J. Geophys. Res. Space Physics, 118, 4400–4414, doi:10.1002/jgra.50437.
• Shprits, Y. Y., M. Daae, and B. Ni (2012), Statistical analysis of phase space density buildups and dropouts, J. Geophys. Res., 117, A01219, doi:10.1029/2011JA016939.