SWACI is a research project of DLR supported by the State Government of Mecklenburg-Vorpommern. Radio signals, transmitted by modern communication and navigation systems may be heavily disturbed by space weather hazards. Thus, severe temporal and spatial changes of the electron density in the ionosphere may significantly degrade the signal quality of various radio systems which even may lead to a complete loss of the signal. By providing specific space weather information, in particular now- and forecast of the ionospheric state, the accuracy and reliability of impacted communication and navigation systems shall be improved. According to the pioneer work of Sir E. Appleton the vertical structure of the terrestrial ionosphere may be divided into different layers (D, E, F1, F2) with different physical characteristics. The layers are primarily characterized by its height and peak electron density. The spatial plasma distribution is generated from actual TEC maps by applying a first version of the empirical electron density model NEDM-v1. In correspondence with the update rate of TEC maps the time resolution of the 3 D images is 5 minutes. For details see http://swaciweb.dlr.de/index.php?id=303&L=1 and http://presentations.copernicus.org/EGU2011-7324_presentation.pdf.
Abstract
Was sind elektromagnetische Felder? Elektrische und magnetische Felder beschreiben die räumliche Verteilung einer Kraftwirkung, die auf elektrische Ladungen und Ströme ausgeübt werden kann. Elektromagnetische Felder können künstlich erzeugt werden, kommen aber auch natürlich in der Umwelt vor. Sie gehören zur "nichtionisierenden Strahlung ". Bei statischen und niederfrequenten Feldern betrachtet man die elektrische und die magnetische Komponente getrennt voneinander. Bei hochfrequenten Feldern sind die beiden Komponenten eng miteinander gekoppelt, so dass man hier von elektromagnetischen Feldern spricht. Niederfrequente elektrische und magnetische Felder können elektrische Felder und Ströme im Körper erzeugen. Durch hochfrequente elektromagnetische Felder kann biologisches Gewebe erwärmt werden. Aufgabe des Strahlenschutzes ist es, dafür zu sorgen, dass die Stärke der Felder so gering ist, dass keine Gesundheitsschäden auftreten. Elektromagnetische Felder sind ein Teil des elektromagnetischen Spektrums. Dieses erstreckt sich über den gesamten Bereich von den statischen elektrischen und magnetischen Feldern über die optische Strahlung bis zur sehr energiereichen Gammastrahlung (siehe Abbildung). Den Teil des Spektrums zwischen den statischen elektrischen und magnetischen Feldern und der Infrarot- Strahlung bezeichnet man üblicherweise mit dem Oberbegriff "elektromagnetische Felder". Elektromagnetisches Spektrum Wann spricht man von Feldern, wann von Wellen oder Strahlung ? Statt des Begriffes "elektromagnetische Felder" werden auch die Begriffe "elektromagnetische Wellen" oder "elektromagnetische Strahlung " verwendet. Die verschiedenen Begriffe beschreiben unterschiedliche physikalische Eigenschaften: " Feld " beschreibt die räumliche Verteilung einer Kraftwirkung, die auf elektrische Ladungen und Ströme ausgeübt werden kann "Welle" beschreibt die Ausbreitung eines zeitlich veränderlichen Feldes im Raum. " Strahlung " beschreibt den Energietransport. Wie werden die elektromagnetischen Felder eingeteilt? Die elektromagnetischen Felder werden wie das gesamte elektromagnetische Spektrum anhand der physikalischen Eigenschaften in unterschiedliche Bereiche eingeteilt. Dies geschieht entweder anhand der Frequenz oder anhand der Wellenlänge . Die Frequenz hat die Maßeinheit Hertz ( Hz ; 1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde). Die Wellenlänge wird in Meter ( m ) angegeben. Frequenz und Wellenlänge sind über die Ausbreitungsgeschwindigkeit fest miteinander verbunden. Bei hohen Frequenzen sind die Wellenlängen klein, während niedrige Frequenzen mit großen Wellenlängen einhergehen. Elektromagnetische Felder Feld Frequenz Wellenlänge Statische elektrische und magnetische Felder 0 Hertz -- Niederfrequente elektrische und magnetische Felder oberhalb von 0 Hertz bis zu 100 Kilohertz ( kHz ) mehr als 300.000 Kilometer bis 3 Kilometer Hochfrequente elektromagnetische Felder 100 Kilohertz bis 300 Gigahertz ( GHz ) 3 Kilometer bis 1 Millimeter Oberhalb von 300 Gigahertz verwendet man üblicherweise den Begriff " Strahlung ". Der Begriff " Feld " ist für diesen Bereich des Spektrums nicht mehr gebräuchlich. Warum unterscheidet man zwischen statischen und niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern und hochfrequenten elektromagnetischen Feldern? Bei den statischen und niederfrequenten Feldern betrachtet man die elektrische und die magnetische Komponente getrennt voneinander. Bei den hochfrequenten Feldern sind die beiden Komponenten eng miteinander gekoppelt, so dass man hier von elektromagnetischen Feldern spricht. Da die unterschiedlichen Bereiche der elektromagnetischen Felder unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, ist auch ihre Wirkung auf biologische Organismen verschieden. Wo findet man statische, niederfrequente und hochfrequente Felder? Ein statisches Magnetfeld natürlichen Ursprungs ist das Erdmagnetfeld. In der Atmosphäre zwischen Erde und Ionosphäre besteht ein permanentes elektrisches Feld : das Schönwetterfeld. Künstliche niederfrequente elektrische Felder bestehen an allen elektrischen Leitungen und Elektrogeräten, an denen eine Spannung anliegt. Niederfrequente magnetische Felder treten an allen elektrischen Geräten und Leitungen auf, in denen Wechselstrom fließt. Hochfrequente elektromagnetische Felder werden zum Beispiel beim Mobilfunk, für WLAN oder bei schnurlosen Telefonen verwendet. Wie wirken elektromagnetische Felder? Aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften üben die verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums unterschiedliche Wirkungen auf biologische Organismen aus. Besonders bedeutsam ist dabei die Energie der einzelnen Photonen . Sie nimmt mit zunehmender Frequenz kontinuierlich zu. Elektromagnetische Felder gehören zur "nichtionisierenden Strahlung ". Die Photonen der nichtionisierenden Strahlung besitzen im Gegensatz zur ionisierenden Strahlung nicht genügend Energie, um Atome und Moleküle zu ionisieren, das heißt aus der Hülle Elektronen "herauszuschlagen" und damit positiv geladene Teilchen (Ionen) zu erzeugen. Dies bedeutet unter anderem, dass im Gegensatz zum Beispiel zur Röntgenstrahlung ihre Energie zu gering ist, um das Erbmaterial direkt zu schädigen und damit unmittelbar an der Entstehung von Krebs beteiligt zu sein. Elektromagnetische Felder können aber auf anderem Wege gesundheitliche Schäden auslösen: Niederfrequente elektrische und magnetische Felder können elektrische Felder und Ströme im Körper erzeugen. Durch hochfrequente elektromagnetische Felder kann biologisches Gewebe erwärmt werden. Aufgabe des Strahlenschutzes ist es, dafür zu sorgen, dass die Stärke der Felder so gering ist, dass keine Gesundheitsschäden auftreten. Stand: 06.09.2022
Abstract
Abstract
SWACI is a research project of DLR supported by the State Government of Mecklenburg-Vorpommern. Radio signals, transmitted by modern communication and navigation systems may be heavily disturbed by space weather hazards. Thus, severe temporal and spatial changes of the electron density in the ionosphere may significantly degrade the signal quality of various radio systems which even may lead to a complete loss of the signal. By providing specific space weather information, in particular now- and forecast of the ionospheric state, the accuracy and reliability of impacted communication and navigation systems shall be improved. GPS radio occultation measurements onboard geo research satellites such as CHAMP and GRACE are used for retrieving vertical electron density profiles of the ionosphere. At present, only GPS measurements from GRACE are available. These data are routinely provided by GFZ Potsdam. Thus, the derived electron density profiles retrieved in SWACI are a common data product of DLR and GFZ Potsdam. Users are asked to acknowledge this in a proper way.
SWACI is a research project of DLR supported by the State Government of Mecklenburg-Vorpommern. Radio signals, transmitted by modern communication and navigation systems may be heavily disturbed by space weather hazards. Thus, severe temporal and spatial changes of the electron density in the ionosphere may significantly degrade the signal quality of various radio systems which even may lead to a complete loss of the signal. By providing specific space weather information, in particular now- and forecast of the ionospheric state, the accuracy and reliability of impacted communication and navigation systems shall be improved. GPS radio occultation measurements onboard geo research satellites such as CHAMP and GRACE are used for retrieving vertical electron density profiles of the ionosphere. At present, only GPS measurements from GRACE are available. These data are routinely provided by GFZ Potsdam. Thus, the derived electron density profiles retrieved in SWACI are a common data product of DLR and GFZ Potsdam. Users are asked to acknowledge this in a proper way.
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