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Diagnosing thermospheric density uncertainty from LEO satellites using data assimilation

Fernandez-Gomez, Isabel und Codrescu, Stefan und Heymann, Frank und Codrescu, M. V. und Borries, Claudia (2026) Diagnosing thermospheric density uncertainty from LEO satellites using data assimilation. EGU 206, 2026-05-04 - 2026-05-08, Vienna, Austria.

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Kurzfassung

The growing constellation of low-Earth-orbit satellites allows us to characterize the thermosphere-ionosphere system (TI). One of the most valuable LEO measurements are accelerometer derived neutral density estimates, which play a central role in satellite drag estimations, TI modeling, and space weather operations. Despite their importance, the measurement uncertainty of satellite-derived neutral density for most LEO missions remains unknown. In this study, we use a data assimilation (DA) based framework to diagnose the observation uncertainty directly from neutral density measurements.

Using the Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere electrodynamics model (CTIPe) and TIDA, the TI Ensemble Kalman filter data assimilation scheme, we perform controlled experiments with varied assumed uncertainties. Two complementary diagnostics are applied: the Desroziers method, which estimates the effective observation uncertainty required for a self-consistent DA system, and an ensemble-spread method, which isolates the true measurement error by removing model-projected variability from the innovation variance.

We apply both diagnostics to CHAMP, Swarm A/B/C, and GRACE-A/B across low and high solar-activity periods. Results confirm the expected 10–15% uncertainty for CHAMP during quiet conditions, while GRACE (15–35%) and Swarm (25–50%) exhibit larger values, reflecting differences in altitude, solar activity, instrument characteristics, and thermospheric variability. The two methods provide complementary perspectives and the limit of the estimated uncertainty range: Desroziers quantifies the upper bound, and the ensemble-spread method provides the lower bound uncertainty. The framework provides a pathway to systematically quantify uncertainty in current and upcoming LEO missions, supporting improved density models, drag prediction, and space weather services.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/224662/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vorlesung)
Titel:Diagnosing thermospheric density uncertainty from LEO satellites using data assimilation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fernandez-Gomez, IsabelIsabel.FernandezGomez (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7623-9219NICHT SPEZIFIZIERT
Codrescu, Stefanssmmcc1 (at) gmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heymann, FrankFrank.Heymann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3245-4272NICHT SPEZIFIZIERT
Codrescu, M. V.SWPC, NOAA, BoulderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Borries, Claudiaclaudia.borries (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9948-3353NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Mai 2026
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Uncertainty, Neutral density, LEO satellites, Thermosphere - Ionosphere
Veranstaltungstitel:EGU 206
Veranstaltungsort:Vienna, Austria
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:4 Mai 2026
Veranstaltungsende:8 Mai 2026
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Weltraumwetterbeobachtung
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Solar-Terrestrische Kopplungsprozesse
Hinterlegt von: Fernandez Gomez, PhD. Isabel
Hinterlegt am:29 Sep 2026 14:19
Letzte Änderung:29 Sep 2026 14:19

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