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全球電離層說明
全球電離層資料同化模型(GIS assimilation model)的發展提供三維電子密度廓線，作為 FORMOSAT-7和 COSMIC2任務的近即時資料產品，全球電離層(GIS)透過使用高斯-馬可夫卡爾曼濾波器，將從地面全球導航衛星系統(GNSS)接收站觀測到的傾斜總電子含量(TEC)和F7 / C2進行的太空無線電掩星(RO)量測同化，作為國際參考電離層(IRI)模型提供連續的三維電離層電子密度分布(Lin et al., doi:10.1002/2017JA024185, 2017)，而太陽黑子數量與IG指標作為計算背景誤差協方差值。
在第一個時間步驟運行中，將背景IRI密度和誤差協方差值當作初始預測值，然後使用測量值對初始值進行更新，透過使同化系統藉由地球自轉速率縱向移動電離層電子密度，讓同化系統從當前的時間步驟發展到下一個時間步驟，進而在預測步驟中實現卡爾曼濾波，為了考量氣候變化，使用IRI預測的背景電子密度可以使時間密度放寬10%，預測與測量更新週期為每小時重複一次，提供每小時的全球電離層密度剖面，緯度/經度分辨為5乘以2.5度，垂直分辨率為20公里，其水平區域覆蓋北緯90度至南緯90度，東經175度至西經175度，海拔範圍從100公里到F7/C2的軌道。 圖一指示GIS資料同化系統的執行，在第一步中將加載一小時內累積的RO和GNSS全電子含量數據以及背景誤差協方差值，並運行IRI模型用以提供初始背景，系統每小時累積的GNSS全電子含量，透過減去經驗模型計算的電漿層電子含量，可以校正GNSS全電子含量的離子貢獻量，其經驗模式基於該年的一天、經緯度、小時和F10.7太陽通量計算得出；由於F2/C2衛星尚未完全分離成最終任務的配置，因此一小時可用的RO全電子含量點數量從15000～25000不等；目前同化系統使用約1300個GPS接收器，在一小時內約有25000個地面全電子含量值用於同化，由於所有站點的GNSS全電子含量都需要24個小時以上才能使用，因此GIS當前的運行時間大約延遲兩天。
第二步包括實行高斯-馬可夫卡爾曼濾波器模型，將測量值用於更新密度和誤差協方差的預測值，更新的密度值會用於第三步，將此值作為當前時間步存成netCDF格式的三維電子密度，同時更新的密度和誤差協方差用於預測下一時間步的值，更新和預測的週期為每小時重複一次，同化系統由運用MPI庫的Fortran建構，一旦啟動將完成24小時的運行，可以藉由名稱列表文件(name-list file)紀錄輸入數據的位置與輸出路徑，並傳遞給程序。
圖一 執行中的GIS資料同化系統，此系統每小時累積RO和TEC資料。
利用從地面和太空測量獲得的水平與垂直電離層資訊，該數據產品可以研究大規模電離層電子密度的變化，圖二顯示2019年7月19日當地時間13點在GIS密度中揭示的WAVE-4調幅；注意通過使用傳統的Abel反演密度分布圖，它需要結合幾天的數據來產生類似圖二的全球電子密度圖，但是GIS可以每天每小時提供此種全球密度變化，它提供研究日常電離層變化的優勢，特別是在F7/C2測量集中的低緯度地區。
