The nighttime reflection height of low-frequency (LF) radio waves at oblique incidence is measured at Collm Observatory using 1.8 kHz sideband phase comparisons between the sky wave and the ground wave of a commercial 177 kHz LF transmitter. The measurements have been carried out continuously since September 1982, now allowing the analysis of trends and regular variations of the reflection height. In the time series is found a) a long-term negative trend and b) a solar cycle dependence, both confirming earlier measurements and theoretical estimations. Moreover, a significant oscillation of quasi-biennial period is visible in LF reflection heights, indicating a reaction of the midlatitude mesosphere/lower thermosphere region on the equatorial quasi biennial oscillation. / Am Observatorium Collm der Universität Leipzig werden die nächtlichen Reflexionshöhen von Langwellen auf 177 kHz unter Verwendung von Seitenbandinformationen in einem kleinen Bereich um 1.8 kHz gemessen. Die Messungen werden seit September 1982 durchgeführt und erlauben nunmehr Analysen von Langzeittrends und regulären Variationen der unteren Ionosphäre. Bei der Untersuchung der Zeitreihen fallen die folgenden Zusammenhänge auf: a)es existiert ein negativer Trend, welcher mit der Abkühlung der Stratosphäre in Zusammenhang steht, b) die Reflexionshöhe weist eine Modulation mit dem 11-Jährigen Sonnenfleckenzyklus auf und c) es ist eine deutliche quasi-zweijährige Schwingung sichtbar, die auf eine Kopplung der Mesosphäre und unteren Thermosphäre mit der äquatorialen Stratosphäre hinweist.

GPS integrated Total Electron Content measurements received at the ground or in space are used for tomographic reconstruction of the ionospheric electron density distribution. The IRI/GCPM model is used as initialisation of the tomographic MART algorithm. During the procedure GPS TEC data are iteratively assimilated to the model. To test the potential of the reconstruction, electron density profiles from IRI/GCPM and the assimilation are compared with ionosonde measurements and CHAMP radio occultation profiles for dates during the HIRAC campaign in April 2001. All profiling methods show electron density values of similar magnitude. It is shown that including TEC GPS data corrects the model towards the ionosonde measurements. / Integrale Messungen der Elektronendichte aus GPS-Boden- sowie Radio-Okkultations-Messungen bilden die Datenbasis der hier vorgestellten 3-dimensionalen Tomographie der ionosphärischen Elektronendichteverteilung. Zur Initialisierung des verwendeten iterativen MART Algorithmus wird das IRI/GCPM Modell verwendet, wobei das Modell während der Iteration sukzessiv an die Messdaten angepasst wird. Um das Potential des Verfahrens abzuschätzen, werden Elektronendichteprofile des IRI/GCPM Modells und der Rekonstruktion mit Ionosondenmessungen und CHAMP Okkultationsprofilen verglichen. Dafür wurden Messungen während der HIRAC Kampagne im April 2001 genutzt. Alle hier gezeigten Profilableitungen geben Elektronendichtewerte der selben Größe wieder. Eine Annäherung des IRI/GCPM Modells an die Messwerte der Ionosonde durch die Assimilation der TEC GPS Daten wird gezeigt.

The ionospheric variability and its complexity is strongly dependent on continuous varying intense solar extreme ultraviolet (EUV) and UV radiations. We investigate the ionospheric response to the solar activity variations during the solar cycle (SC) 23 (1999-2008) and 24 (2009-2017) by using the F10.7 index, and Total Electron Content (TEC) maps provided by the international GNSS service (IGS). Wavelet cross-correlation method is used to evaluate the correlation between F10.7 and the global mean TEC. The maximum correlation is observed at the solar rotation time scale (16-32 days). There is a significant difference in the correlation at the time scale of 32-64 days. During SC 23, the correlation is stronger than during SC 24. This is probably due to the longer lifetime of active regions during SC 23. The wavelet variance estimation method suggests that the variance during SC 23 is more significant than during SC 24. Furthermore, the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics (CTIPe) model was used to reproduce the ionospheric delay of about 1-2 days observed in the IGS TEC observations. A strong correlation was modelled as well as observed during a high solar activity year (2013) as compared to low a solar activity year (2008). / Die ionosphärische Variabilität ist stark abhängig von der kontinuierlich variierenden intensiven solaren extrem ultravioletten (EUV) und UV-Strahlung. Wir untersuchen die ionosphärische Reaktion auf Variationen der Sonnenaktivität während der Sonnenzyklen (SC) 23 (1999-2008) und 24 (2009-2017) mit Hilfe des F10.7-Radioflussindexes und TEC (Gesamtelektronengehalt, Total Electron Content) -Karten, die vom internationalen GNSS-Dienst (IGS) bereitgestellt werden. Wavelet-Kreuzkorrelation wird verwendet, um die Korrelation zwischen F10.7 und global gemitteltem TEC zu bestimmen. Die maximale Korrelation wird auf der Zeitskala der Sonnenrotation (16-32 Tage) beobachtet. Es gibt einen signifikanten Unterschied in der Korrelation auf der Zeitskala von 32 bis 64 Tagen. Während des SC 23 ist die Korrelation stärker als während SC 24. Dies ist auf die längere Lebensdauer der aktiven Regionen zurückzuführen. Das Wavelet-Varianz-Schätzverfahren legt nahe, dass die Varianz beim SC 23 mehr von Bedeutung ist, als während SC 24. Des Weiteren wurde das gekoppelte Thermosphäre-Ionosphäre-Plasmasphäre-Elektrodynamik (CTIPe) Modell verwendet, um die ionosphärische Verzögerung von 1-2 Tagen zu reproduzieren. Eine starke Korrelation wurde bei hoher Sonnenaktivität (2013) im Gegensatz zu geringer Sonnenaktivität (2008) simuliert und auch beobachtet.

The thermosphere-ionosphere regions are mainly controlled by the solar, but also by geomagnetic activity. In this case study, the Earth’s ionospheric response to the 25-26 August 2018 intense geomagnetic storm is investigated using the International GNSS System (IGS) Total Electron Content (TEC) observations. During this major storm, the minimum disturbance storm time (Dst) index reached -174 nT. We use observations and model simulations to analyse the ionospheric response during the initial phase and the main phase of the magnetic storm. A significant difference between storm day and quiet day TEC is observed. The O/N2 ratio observed from the GUVI instrument onboard the TIMED satellite is used to analyse the storm effect. The result shows a clear depletion of the O/N2 ratio in the high latitude region, and an enhancement in the low latitude region during the main phase of the storm. Furthermore, the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics (CTIPe) model simulations were used. The results suggest that the CTIPe model can capture the ionospheric variations during storms. / Die Regionen der Ionosphären und Thermosphäre werden hauptsächlich von der Sonne sowie auch von geomagnetische Aktivität beeinflusst. In dieser Fallstudie wurde die ionosphärische Reaktion der Erde auf den starken geomagnetischen Sturm vom 25./26. August 2018 unter Verwendung der Gesamtelektronengehaltsdaten (Total Electron Content, TEC) vom Internationalen GNSS Service untersucht. Während dieses großen Sturms wurde ein ”Disturbance Storm Time Index” Dst von -174 nT erreicht. Beobachtungen und Modellsimulationen wurden verwendet, um die ionosphärische Reaktion während der Anfangsphase und der Hauptphase des magnetischen Sturms zu untersuchen. Ein signifikanter Unterschied zwischen TEC während eines Sturmtages und eines ruhigen Tages wurde beobachtet. Das vom GUVI-Instrument an Bord des TIMED-Satelliten beobachtete O/N2 -Verhältnis wurde verwendet, um den Sturmeffekt weiter zu untersuchen. Das Ergebnis zeigt eine deutliche Abnahme/Zunahme des O/N2 Verhältnis in hohen/niedrigen Breiten während der Hauptphase des Sturms. Darüber hinaus wurde das Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere ectrodynamics (CTIPe) Modell verwendet. Die Ergebnisse legen nahe, dass das CTIPe-Modell die ionosphärischen Schwankungen während eines Sturms erfassen kann.