基于因果卷积与LSTM网络的电离层总电子含量预报

电离层总电子含量（TEC）不仅是分析电离层形态的关键参数之一,同时为导航及定位等空间应用系统消除电离层附加时延提供重要支撑。由于电离层TEC的时空变化特征,本文融合因果卷积和长短时记忆网络,以太阳活动指数F_10.7、地磁活动指数Dst和电离层TEC历史数据作为特征输入,构建深度学习模型,实现提前24 h预报电离层TEC。进一步利用2005－2013年连续9年的CODE TEC数据,全面评估了模型在北京站（40°N,115°E）、武汉站（30.53°N,114.36°E）和海口站（20.02°N,110.38°E）的预报性能。结果显示不同太阳活动条件下三个站的TEC值与真实测量值的相关系数都大于0.87,均方根误差大都集中在0～1 TECU以内,且模型预报精度与纬度、太阳、地磁活动程度、季节变化相关。与仅由长短时记忆网络构成的预报模型相比,本实验模型均方根误差降低了15%,为电离层TEC预报模型的实际应用提供了参考。      

磁赤道异常区电离层F区不均匀体发展过程中的闪烁谱研究

本文对我国磁赤道异常区海口站的夜间电离层不均匀体引起的闪烁进行了谱分析，并进行了理论模拟。大部分闪烁出现在午夜前后且持续时间较长。分析结果发现：这种持续时间较长的闪烁的末期和初期的闪烁谱结构有显著差异，末期闪烁谱高频段较初期要明显陆峭，即谱指数显著增大。由此推测出不均匀体发展末期费涅耳尺度以下的不均匀体首先衰减消失，这与国外某些轨道卫星就地测量结果大致相符。同时还从闪烁谱推测出不均匀体发展末期的漂     

华南地区电离层闪烁的时空分布特征研究

利用位于赤道异常区的广州(23.17°N, 113.34°E)和茂名(21.45°N, 111.31°E)两台站2011年7月至2012年6月观测到的GPS电离层闪烁数据, 分析比较了这两地电离层闪烁出现的逐月变化及地方时变化和空间分布特征. 结果表明, 中等强度闪烁(S₄ > 0.4)和强闪烁(S₄ > 0.6)的出现均呈现明显季节分布规律, 两站的闪烁活动均表现出春秋强, 冬夏弱的特点, 在时间上主要发生在20:00LT-24:00LT; 从空间分布来看, 两站的闪烁活动在2011年秋季, 闪烁出现的区域比较分散, 而在2012年春季, 主要在两站上空区域出现的闪烁最为频繁.      

第24太阳活动周中国地区电离层闪烁统计特性研究

利用第24太阳活动周中国多个地区GNSS电离层闪烁监测站数据,统计分析中国中低纬地区电离层闪烁特性.结果显示:电离层闪烁主要发生在春秋分及夜间20:00—02:00LT时段;在28°N以南地区,纬度越低电离层闪烁强度和发生概率越高;电离层闪烁发生概率与太阳活动呈正相关,太阳活动上升年电离层闪烁发生概率高于下降年;不同强度地磁活动条件下,电离层闪烁均可能发生,且与地磁活动强度整体呈负相关.通过研究电离层闪烁统计特性,可以为电离层闪烁机理的深入研究、预报及工程应用提供参考.      

基于GPS的广州地区电离层闪烁谱分析

利用广州站GPS电离层闪烁监测仪2014和2015年的观测数据,从150例典型闪烁事件中提取出4820例闪烁谱和闪烁谱指数,分析发现广州地区闪烁对应单幂律谱和双幂律谱两大典型闪烁谱.这些闪烁谱可以细分为5类,初步分析了这5类闪烁谱的特征和产生原因.通过统计分析发现,谱指数分布在0.63~9.57,平均谱指数为3.86,78.5%以上的谱指数分布在0~6,83.4%中弱闪烁强度的谱指数值分布在0~7,89.27%的强闪烁强度的谱指数分布在5~10,谱指数随闪烁强度的增强有上升趋势.      

宇宙噪声的电离层闪烁与电离层不规则结构的结构参数

利用宇宙噪声是均匀的。各向同性的背景电磁辐射的假设,对电子密度涨落空间分布波数谱为负幂律函数的电离层不规则结构,用射线光学方法导出了闪烁功率谱的表示式。与射电星和轨道人造卫星信标的电离层闪烁相比,减少了因相对运动弓队的变量。用数值计算方法研究了电离层不规则结构的结构参量L_y、l_y、p、η对功率谱的影响。与实测资料比较,发现电离层吸收事件期间且Riometer记录的闪烁资料中,60%以上相应的不规则结构有L_y>103,η>η₀(0.2<η₀<0.5).      

利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC

提出了一种利用人工神经网络提前1h预报电离层TEC的简便方法. 考虑到实际工程应用要求, 没有使用其他空间天气参数, 而是选择电离层TEC观测数据本身作为输入参数. 输入参数为当前时刻TEC、一阶差分、相对差分和时间, 输出参数为预报时刻TEC. 利用文中介绍的GPS/TEC处理方法解算厦门站2004年电离层TEC观测数据, 对预报方法进行评估, 全年平均相对误差为9.3744%, 预报结果与观测值相关性达到了0.96678. 结果表明, 利用人工神经网络方法提前1h预报电离层TEC有很好的应用前景.      

电离层暴时经验模型STORM在中国区域的适应性研究

利用中国区域内9个垂测站1976---1987年一个太阳活动周期的电离层暴时f0F2数据, 统计分析了电离层暴事件的等级, 以及不同等级的电离层暴随季节和地磁纬度的分布特征. 研究发现, 中小型电离层暴在春秋季发生的概率较大, 不同季节的发生次数与地磁纬度具有明显的关系. 利用STORM模型对电离层暴时f0F2和大型及特大型电离层暴时f0F2的预测值与月中值进行了比较. 结果表明, 除了冬季误差增大外, 发生电离层暴时STORM模型能够有效地改善月中值模型. 增加中国的暴时数据, 并提高对冬季的暴时参数f0F2的预测是改善STORM模型的重要因素. 建立合适的暴时指数来预测f0F2是未来研究的重点.      

太阳活动低年低纬地区VTEC 变化特性分析

利用福州台站(26.1°N, 119.3°E, 磁纬14.4°N)电离层闪烁与TEC监测仪2006-2010年的观测数据, 对该地区垂直总电子含量(VTEC)进行时间变化特性分析. 结果表明, 春秋冬三季的VTEC平均最高值出现在06:00UT, 夏季出现在08:00UT, 所有季节的平均最低值均出现在21:00UT; VTEC变化存在季节异常和弱冬季异常, 春秋季节高, 冬夏季节低, 夏季VTEC比冬季低且最大值出现时间延迟; VTEC在2006-2009年呈现下降的变化趋势, 2010年开始增强, 年际变化与太阳活动及地磁活动变化趋势具有较好的对应关系; VTEC变化与太阳活动存在很好的相关性, 相关系数达到0.5以上, 地磁活动则显示了弱相关的特性; F_10.7与VTEC的相关性随着每天Kp指数总值Σ_kp的增大而减小.      

基于GPS的广州地区电离层不规则体纬向漂移速度计算分析

利用广州站组建的两台短间距GPS电离层闪烁监测仪的观测数据, 分别对GPS卫星信号强度用功率谱和短间距台链互相关性两种方法计算了3次闪烁事件电离层不规则体的漂移速度. 分析结果表明, 同一不规则体会引起两台站闪烁事件的同时发生, 两种方法测量不规则体漂移速度通常在50～160m/s之间, 平均大小均在120m/s左右, 且纬向漂移速度在闪烁初期起伏较明显, 速度随闪烁时间有下降的趋势, 夜间纬向漂移方向由西向东, 广州地区漂移速度特性符合低纬其他地区不规则体漂移速度特征, 两种计算方法合理有效.      

太阳活动低年广州地区地磁扰动与电离层闪烁的统计特征分析

基于肇庆地磁台的地磁监测数据和广州气象卫星地面站建立的华南地区GPS电离层闪烁监测网的监测数据, 统计分析了2008年7月至2010年7月太阳活动低年期间广州地区地磁扰动与电离层闪烁的关系. 用肇庆台地磁水平分量H的变化量换算出肇庆地磁指数K, 以此来代表广州地区地磁扰动情况.分析结果表明, 磁暴/强地磁扰动对广州地区电离层闪烁的发生总体表现为抑制作用, 电离层闪烁主要发生在低K值期间, 而在K ≥ 4时电离层闪烁的发生呈下降趋势. 电离层闪烁发生率随季节和地磁活动的变化规律表现在, 春季的弱闪烁发生率、夜间中等以上闪烁发生率和夏季中等以上闪烁的发生率明显与地磁活动指数K相关, 即随$K$指数的增大而减小; 在秋季和冬季闪烁发生率与K指数变化无明显关系. 同时还综合分析了地磁与太阳活动的变化对电离层活动的影响, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间.      

Ionospheric scintillations at Guilin detected by GPS ground-based and radio occultation observations

The occurrence of ionospheric scintillations with S4 ? 0.2 was studied using GPS measurements at Guilin, China (25.29°N, 110.33°E; geomagnetic: 15.04°N, 181.98°E), a station located near the northern crest of the equatorial anomaly. The results are presented for data collected from January 2009 to March 2010. The results show that nighttime amplitude scintillations only took place in February and March of the considered years, while daytime amplitude scintillations occurred in August and December of 2009. Nighttime amplitude scintillations, observed in the south of Guilin, always occurred with phase scintillations, TEC (Total Electron Content) depletions, and ROT (Rate Of change of TEC) fluctuations. However, TEC depletions and ROT fluctuations were weak during daytime amplitude scintillations, and daytime amplitude scintillations always took place simultaneously for most of the GPS satellites which appeared over Guilin in different azimuth directions. Ground-based GPS scintillation/TEC observations recorded at Guilin and signal-to-noise-ratio (SNR) measurements obtained from GPS-COSMIC radio occultation indicate that nighttime and daytime scintillations are very likely caused by ionospheric F region irregularities and sporadic E, respectively. Moreover, strong daytime amplitude scintillations may be associated with the plasma density enhancements in ionospheric E region caused by the Perseid and Geminid meteor shower activities.     

GISM模型在中国低纬地区的适用性分析

为检验全球电离层闪烁模型（GISM）在中国低纬地区预测的准确性,根据2011年7月至2012年6月期间中国低纬地区三个观测站记录的GPSL1频点的电离层闪烁数据,对GISM模型的预测结果进行了分析.研究表明,在太阳活动高年,该模型能够反映出中国低纬地区闪烁的主要特征.模型预测的闪烁开始时间与观测结果较为一致,而结束时间滞后观测值约1h;模型预测的低纬地区闪烁强度峰值与观测结果基本一致,而在相同累积概率条件下,模型预测的闪烁强度则高于观测值;模型显示闪烁发生概率和闪烁强度随纬度的增加而减小,这一结果与观测结果一致.      

Characterization of ionospheric amplitude scintillations using wavelet entropy detrended GNSS data

The extensive monitoring networks of Global Navigation Satellite System (GNSS) ionospheric scintillation have been established to continuously log observation data. Further, the amplitude scintillation index and the phase scintillation index, which are derived from scintillation observations, are anticipated to accommodate the accuracy requirement of both the user level and the monitoring station level. However, raw scintillation observations essentially measure superposed waveform impairments of GNSS signals propagating through ionosphere and troposphere. It implies that fluctuations of raw scintillation observations are caused by multiple factors from the entire radio propagation environment. Hence, it is crucial to characterize ionospheric scintillations from GNSS observation data. And the characterization is implemented through extracting fluctuations of raw observations merely induced by ionospheric scintillations. Designed to address this problem by means of Fourier filtering detrending, the present work investigates the influence of varying detrending cutoff frequencies on wavelet statistical energy and wavelet entropy distributions of scintillation data. It consequently derives criteria on the optimum detrending cutoff frequency for three types of raw amplitude scintillation data, which are classified by their wavelet energy distributions. Results of the present work verify that detrending with specific optimum cutoff frequencies rather than the fixed and universally applicable one renders the validity and credibility of characterizing ionospheric scintillations as the part of GNSS observation fluctuations purely induced by ionosphere electron density irregularities whose scale sizes are comparable with or smaller than the Fresnel scale.     

中国广州地区电离层闪烁观测结果的初步统计分析

利用在广州站(23o8' N, 113o17' E)建立的GPS电离层闪烁监测系统, 开展了对电离层闪烁的连续观测. 利用这些观测数据, 对广州地区2007年4月至9月及2008年1月至9月电离层闪烁变化特性进行了初步统计分析研究. 分析结果表明, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间. 季节变化表现为弱闪烁(0.2相似文献   

同步卫星讯号显示的电离层闪烁特性

本文利用1983年5—8月,1984年5—12月在武昌(114.4°E,30.6°N)对日本ETS-Ⅱ卫星(130.0°E)发出的136.1124MHz讯号的观测资料进行了统计分析。结果表明:(1)武昌电离层闪烁不但有日变化,而且有季变化。每年5—7月为闪烁最大活动期,在这些月份的夜间常出现法拉弟旋转角类波扰动伴随有强闪烁现象。武昌电离层闪烁是属于中纬闪烁型;(2)闪烁指数与法拉弟旋转角起伏密切相关,它们出现率之间的相关系数为0.8以上;夜间闪烁与扩展F层,白天闪烁与突发E层出现率之间的相关系数分别为0.6和0.55。      

中国南京地区L波段电离层闪烁初步统计分析

利用南京地区2008年11月至2009年10月电离层闪烁监测数据, 统计分析了该地区一年间L波段电离层幅度闪烁发生率的逐日变化、逐月变化、地方时变化和空间分布等特征. 统计结果表明, 在此期间, 南京地区L波段电离层幅度闪烁活动比较平静, 主要以0.14<0.2的闪烁为主, S₄>0.2的闪烁很少发生.不同强度幅度闪烁表现出一致的时间变化和空间分布特征, 2008年11月为最小,2009年6月、8至10月闪烁发生率都有明显的增强, 在10月达到最大, 在8月和10月的S₄>0.2的闪烁主要出现于正午到日落前这段时间; 对于闪烁的空间分布, 单站一年数据统计显示, 测站北向闪烁的发生频率高于南向, 但该统计结果需要更多的数据样本进行进一步的验证.      

2010年海口上空突发钠层事件观测

使用钠荧光激光雷达观测2010年低纬度地区海口(20.0°N, 110.3°E)上空突发钠层事件. 2010年总计观测时间为458h, 观测到突发钠层事件38次, 即每观测12h有1次突发钠层事件发生. 结合武汉上空突发钠层数据, 对比巴西低纬度地区数据, 揭示低纬度地区突发钠层频发现象. 观测到2010年12月30日突发钠层峰值时刻钠层密度廓线具有很好的空间对称性. 分析了距海口激光雷达西南约160km中国海南澹州(19.5°N, 109.1°E)的测高仪数据, 检测了13对突发钠层和电离层偶发事件, 结果表明突发钠层与Es有很强的相关性. 通过 分析低纬度地区上空突发钠层峰值径迹平均速度发现, 大多数突发钠层峰值向 下运动.