R.Pacione(1), C.Sciarretta(1), F.Vespe(2)
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Telespazio s.p.a. - Centro di Geodesia Spaziale Italiana, Matera
Agenzia Spaziale Italiana - Centro di Geodesia Spaziale Italiana, Matera
LA RIFRAZIONE ATMOSFERICA ED IL SEGNALE GPS:
PRODOTTI ED APPLICAZIONI AL CENTRO DI GEODESIA SPAZIALE
(CGS) DI MATERA.
La propagazione del segnale GPS attraverso l'atmosfera terrestre è influenzata dai
ritardi ionosferici e troposferici.
La ionosfera è il primo strato dell'atmosfera che il segnale incontra nel suo cammino dal
satellite al ricevitore posto sulla crosta terrestre ed è un mezzo dispersivo per l'onda
radio GPS; a generare il ritardo ionosferico sono gli elettroni liberi in essa presenti. Gli
anni 2000-2003 costituiscono un periodo di massima attività solare e questo rende
particolarmente critico il monitoraggio del comportamento della ionosfera sia per usi
applicativi, quali lo studio del degrado del segnale per la navigazione satellitare, che per
studi di tipo geofisico.
L'analisi della combinazione delle due frequenze GPS L1-L2, modellata da un ritardo
strumentale, dipendente dalla coppia ricevitore/satellite, e da un ritardo ionosferico,
proporzionale al contenuto totale di elettroni (TEC) nella direzione ricevitore/satellite,
consente di costruire mappe di TEC e quindi di valutare l'entità del ritardo indotto
sull'osservabile GPS, [Fermi et al., 1998].
Dopo aver attraversato la ionosfera, il segnale GPS attraversa la troposfera, lo strato
più basso dell'atmosfera terrestre. La troposfera è un mezzo non dispersivo per le onde
radio GPS, pertanto il ritardo è indipendente dalla frequenza. e non può essere
eliminato direttamente, così come viene fatto per la ionosfera. Il ritardo troposferico è
quindi un parametro di cui tener conto durante l'elaborazione dei dati e può essere
scomposto in una parte 'idrostatica', funzione della pressione atmosferica, ed in una
parte 'umida', legata al vapore d'acqua. (PWV). Il ritardo troposferico se rappresenta un
parametro di disturbo per applicazioni geodetiche diventa un parametro di particolare
importanza per applicazioni meteorologiche e climatologiche, [Bevis et al, 1992].
In questa nota verranno illustrati i 'prodotti atmosferici':
- mappe locali giornaliere di TEC,
- stime giornaliere di zenith total delay (ZTD),
realizzati ed archiviati presso il Centro di Geodesia Spaziale (CGS) di Matera su base
giornaliera adoperando i dati delle stazioni permanenti della rete GPS fiduciale italiana
(IGFN) della Agenzia Spaziale Italiana.
Esempi sono mostrati in figura 1 e 2, rispettivamente.
Verranno inoltre presentati i confronti fatti tra le stime GPS di PWV con valori ottenuti da
tecniche indipendenti [Pacione et al., 2000(a)], quali i radiometri, e verrà infine discussa
l'influenza che le informazioni ottenute dal GPS hanno nei modelli di previsione
meteorologica illustrando esempi e confronti [Pacione et al., 2000(b)].
(mm)
Fig. 1 Mappa del TEC, 11 ottobre 2000.
Fig. 2 serie storica ZTD per Matera maggio-agosto 2000.
Bibliografia
Bevis M., Businger S., Herring T.A., Rocken C., Anthes R.A., Ware R.H.:GPS
Meteorology: Remote sensing of Atmospheric Water Vapor Using the Global Positioning
System, In J.G.R. , Vol 97, NO. D14, pp 15787-15801, October 20, 1992.
Fermi M., Pacione R., Sciarretta C., Vespe F.:Monitoraggio del TEC su scala locale dai
dati della rete GPS fiduciale italiana, In Riassunti estesi delle comunicazioni del 170
Convegno nazionale GNGTS, pag. 74.
Pacione R., Sciarretta C., Vespe F., Faccani C., Ferretti R., Fionda E.,. Ferraro C.,
Nardi A.:GPS Meteorology: validation and comparisons with ground-based microwave
rediometer and mesoscale model for the Italian permanent stations, In Physics and
Chemistry of the Earth, 2000(a), sottomesso.
Pacione R., Sciarretta, Vespe F., Faccani C., Ferretti R.:GPS PW assimilation into MM5
with the Nudging technique, In Physics and Chemistry of the Earth, 2000(b),
sottomesso.
