Ambiente Ionosferico > Introduzione all’Atmosfera Terrestre [Capitolo 1.1]

L’atmosfera terrestre è uno strato di gas che circonda il pianeta Terra. L’atmosfera è un sistema aperto lontano dall’equilibrio termico. E’ irradiata dalla radiazione ad onde corte proveniente dal sole, emette radiazione nell’infrarosso e scambia continuamente materia, energia e momento con la criosfera, l’idrosfera, la biosfera, e la litosfera. Presenta caratteristiche molto differenti a seconda dell’altezza al di sopra della superficie, della posizione geografica, della stagione e del livello di attività solare.

Attività solare

TEC Verticale > Introduzione > Indice

Nel capitolo 1 vengono descritte le caratteristiche principali dell’atmosfera terrestre e della ionosfera e dei metodi utilizzati per misurarne la densità elettronica, tra i quali l’uso di osservabili GPS. Viene anche illustrato l’impatto della ionosfera sulle trasmissioni
radio trans-ionosferiche dei sistemi satellitari.

Il capitolo 2 descrive i sistemi satellitari di navigazione attualmente operanti, ovvero il sistema GPS sviluppato dagli americani ed il russo GLONASS, e loro caratteristiche. Inoltre si descrivono le caratteristiche del sistema europeo GALILEO che diverrà operativo nel 2008 (attivo da 4anni, quindi, ndr), ed i sistemi SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) per il miglioramento delle prestazioni nell’ambito del posizionamento.

TEC Verticale > Introduzione 2

Dal 1992 opera il servizio internazionale GPS (IGS), il quale fornisce serie temporali di VTEC e altri numerosi parametri di interesse geofisico per mezzo della sua rete di Centri di Analisi (ACs).

Tra tali centri vi è il CODE (Center for Orbit Determination in Europe), il quale, oltre a numerosi parametri di interesse geofisico, produce mappe globali di VTEC (Global Ionosphere Maps o GIMs), le quali fungono da riferimento per il monitoraggio del VTEC su scala globale e da termine di confronto per mappe globali o regionali prodotte da altre istituti.

TEC Verticale > Introduzione 1

Generalmente, dal momento che l’informazione che si ottiene dal GPS sulla ionosfera è il TEC e non la distribuzione verticale della densità elettronica, si assume un modello bi-dimensionale di densità, ovvero il modello a strato singolo (single layer o anche thin shell), nel quale si ipotizza che tutti gli elettroni liberi siano concentrati in uno strato di spessore infinitesimale.

L’altezza di questo strato viene posto di solito ad una quota tra i 350 km ed i 450 km rispetto alla superficie terrestre, che corrisponde approssimativamente all’altezza del massimo della densità elettronica. Con questa approssimazione, ai fini della caratterizzazione semplice e compatta del TEC, si proietta lo STEC lungo la verticale per mezzo di una funzione di proiezione e ci si riferisce a questo TEC calcolato lungo un percorso zenitale come TEC verticale (VTEC).

Si ha di conseguenza una modellizzazione semplice del TEC che permette una rapida correzione delle misure di posizione con ricevitori monofrequenza.

TEC verticale > Introduzione

La propagazione delle onde elettromagnetiche attraverso i vari strati dell’atmosfera è una materia complessa e tutt’ora costituisce il soggetto di ricerca in svariati ambiti di applicazione.

Da un lato il posizionamento preciso per mezzo del Global Positioning System (GPS) richiede grande considerazione dell’impatto del mezzo di propagazione, dall’altro il GPS usato per scopi di ricerca è diventato uno strumento unico per lo studio dell’atmosfera terrestre, la troposfera (o atmosfera neutra) e, in particolare, la ionosfera.

La ionosfera copre una regione situata all’incirca tra i 600 ed i 2000 km approssimativamente sopra la superficie terrestre ed è caratterizzata dalla presenza di un significativo numero di elettroni liberi e ioni positivi (atomi e molecole).