Ionospheric gradient estimation using ground-based GEO observations for monitoring multi-scale ionospheric dynamics
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Abstract High-resolution and real-time monitoring of ionospheric dynamics is important for space weather research and satellite-based communication and navigation. However, the existing observational frameworks often face trade-offs between spatial coverage, temporal continuity, and resolution. This study presents a novel fixed-geometry observation framework, which utilizes the ionospheric gradients derived from a network of Geostationary Earth Orbit (GEO) satellites and ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. The stationary geometry between GEO satellites and ground receivers enables the formation of dense, fixed Ionospheric Pierce Points (IPPs), and geometry-invariant inter-IPP baselines, which serve as fundamental sensing units. Leveraging this configuration, the proposed framework produces high-resolution ionospheric Total Electron Content (TEC) gradient fields (spatially < 0.25°, temporally 30 s), without requiring satellite motion corrections. This enables multi-scale analysis of ionospheric disturbances in real time. Case studies demonstrate the framework can resolve sub-minute electron density variations during the diurnal development of Equatorial Ionization Anomalies (EIA), track the evolution of plasma irregularities associated with Equatorial Plasma Bubbles (EPBs), and characterize the propagation of Large-scale Traveling Ionospheric Disturbances (LSTIDs). The GEO-based framework provides a geometry-consistent and scalable tool that bridges the gap between sparse satellite observations and high-resolution ionospheric diagnostics, which is significant for both scientific investigation and operational space weather monitoring.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- Ionospheric gradient estimation using ground-based GEO observations for monitoring multi-scale ionospheric dynamics
- Date Crossref
- 01/12/2025
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Sun Yat-sen University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Chinese Academy of Sciences pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Aerospace Information Research Institute pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Ministry of Education of the People's Republic of China pays non établi dans la noticeOrganisme public
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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School of Atmospheric Sciences Planetary Environmental and Astrobiological Research Laboratory (PEARL) pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Key Laboratory of Tropical Atmosphere-Ocean System pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Institute for Solar-Terrestrial Physics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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