Globale Validierung des datenassimilativen VERB‐3D-Codes für die Strahlungsgürtel

Zusammenfassung Elektronen innerhalb der Strahlungsgürtel der Erde zeigen während geomagnetischer Stürme eine große Variabilität in Raum und Zeit, was Satelliten potenziell beschädigen und Astronauten im All schädigen könnte. Physikbasierte Modelle beschreiben die Entwicklung energetischer Elektronen in den Strahlungsgürteln, könnten jedoch unter Unsicherheiten und Fehlern leiden, insbesondere in den initialen und Randbedingungen. Die Datenassimilation kann diese Einschränkungen überwinden, indem sie Modelle mit Satellitenbeobachtungen kombiniert und alle verfügbaren Informationen integriert, um eine zuverlässigere Rekonstruktion zu erstellen. Diese Studie validiert das datenassimilative dreidimensionale Versatile Electron Radiation Belt-Modell (VERB‐3D) unter Verwendung von Daten aus drei unabhängigen Satellitenmissionen: Arase und GOES für die Assimilation und Van Allen Probes zur Validierung. Die Datensätze wurden bereinigt und normalisiert, um ihre Kompatibilität sicherzustellen. Die Validierung zeigt, dass das Modell die Dynamik der Strahlungsgürtel effektiv reproduziert, wobei die Reanalyse in 88,3 % der Zeit innerhalb eines Faktors von 2 bleibt, in 98,4 % innerhalb eines Faktors von 5 und in 99,4 % innerhalb einer Größenordnung für 1 MeV Elektronen. Die Ergebnisse heben das Potenzial der Datenassimilation für die Vorhersage des Weltraumwetters und als Eingabe für Spezifikationsmodelle hervor.