风云三号C星GNOS北斗掩星电离层探测初步结果

利用风云三号卫星C星GNOS掩星探测仪电离层数据,分析了2013年10月FY-3C GNOS探测的北斗掩星电离层廓线分布,将2013年10月1日至2015年10月10日期间FY-3C GNOS观测的F₂层峰值电子密度（N_mF₂）与地面电离层测高仪观测结果进行对比,验证了FY-3C GNOS北斗电离层掩星的探测精度.结果表明,FY3-C GNOS北斗电离层掩星与电离层测高仪探测的N_mF₂数据相关系数为0.96,平均偏差为10.21%,标准差为19.61%.在不同情况下其数据精度有如下特征:白天精度高于夜晚;夏季精度高于分季,分季精度高于冬季;中纬地区精度高于低纬地区,低纬地区精度高于高纬地区; BDS倾斜同步轨道（IGSO）卫星精度高于同步轨道（GEO）卫星和中轨道（MEO）卫星.FY-3C GNOS北斗电离层掩星与国际上其他掩星电离层数据精度的一致性对GNSS掩星探测资料的综合利用具有重大意义.      

FY-3D卫星的北斗掩星分布特征与误差特性

利用2018年1－3月FY-3D卫星的掩星折射率数据,研究了北斗导航卫星系统的掩星分布特点、数据精度以及误差统计特征。北斗导航卫星系统同步静止轨道掩星沿卫星轨道呈弧状分布在南北两极地区,倾斜轨道掩星在东西半球低纬度地区分别形成一小一大两个空洞,中地球轨道掩星则全球均匀分布。北斗掩星折射率数据精度在探测核心区域,即12~32 km范围内,与ERA5再分析资料计算的折射率相比,平均偏差的标准差约为1.5%,在核心区外,标准差从1.5%逐渐增大到6%。静止轨道掩星的平均偏差在高层略大于倾斜轨道和中地球轨道掩星。下降掩星在20 km以上区域的标准差大于上升掩星,20 km以下区域小于上升掩星。高纬地区北斗掩星标准差最小,低纬地区最大,对流层中下层尤其明显。分析结果表明,北斗掩星的数据精度和误差特征与GPS掩星数据相似。      

AIRS观测资料研究全球平流层重力波特性

利用2012—2014年1月和7月AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）第79通道的观测数据，分析了平流层重力波活动强弱的全球分布以及重力波发生频率的全球分布；分析了重力波活动随纬度和经度的变化特征，给出了重力波活动在全球范围内的热点区域及其活动强度；对比了白天与夜间的重力波活动强度及发生频率.研究表明重力波活动强度呈现出随纬度变化的特征，在低纬度地区（0°—30°），冬季半球重力波活动强度低，夏季半球重力波活动高；在中高纬度地区，冬季半球重力波活动强度高而夏季半球重力波活动强度低.在1月，全球重力波活动有4个突出的热点区域，分别为50°N附近欧洲大陆与大西洋交接地带、北美洲与大西洋交接地，20°S附近南美洲与大西洋交接地区、非洲与印度洋交接地区.在7月，重力波活动突出的地方为巴塔哥尼亚至南极半岛地区，以及50°S和75°E附近的印度洋区域.重力波活动强度在夜间大于白天，但是夜间的强重力波活动区域小于白天.      

Aura/MLS与TIMED/SABER观测全球重力波特性

大气重力波是临近空间环境主要大气波动之一,对全球环流具有重要影响。卫星上搭载的临边探测器能够探测临近空间大气温度,可用于临近空间大气重力波研究。利用2012－2014年Aura的微波临边探测器（MLS）和TIMED的红外临边探测器（SABER）的探测数据,对20~50 km高度的大气重力波扰动分布特征开展了分析研究,两种观测重力波活动基本一致,重力波随季节、纬度及高度的变化显著。冬季半球高纬度重力波扰动较强,赤道和夏季半球近赤道地区上空也存在明显重力波活动区域,夏季半球高纬度重力波扰动最弱。重力波扰动强度随高度增加。TIMED/SABER重力波扰动强度数值比 Aura/MLS略强。      

临近空间大气密度扰动对高超声速飞行器气动热环境的影响

基于TIMED/SABER 2002—2018年大气密度观测数据，统计分析了20~80 km大气密度扰动对高超声速飞行器飞行热环境的影响。根据驻点热流估算方法给出的大气密度变化量与热流变化量之间的关系，定性和定量分析了不同月份大气密度相对变化量引起的热流变化量在垂直和水平方向的分布特征。研究表明:SABER大气密度月年均值计算的热流相对USSA76在夏季半球中高纬度地区偏高，在冬季半球偏低。在夏季半球高纬度地区约80 km附近存在热流增量的极大值，南半球夏季的极大值高于北半球夏季，尤其在南半球1月份，热流偏高可达32.2%。在经度方向，热流分布在夏季半球差异较小，冬季半球差异较大；考虑真实大气中存在的扰动时，在南半球和北半球夏季80 km附近，SABER大气密度预测的热流分别比USSA76偏高可达40.7%和36.6%。在经度方向，大气扰动引起的热流经向分布差异显著。在飞行器设计时，大气扰动的影响不能忽略；高超声速飞行器飞行应避免在夏季穿越南半球和北半球，规避热流增加带来的风险。      

海南地区电离层Es特性研究

利用中国科学院空间科学与应用研究中心海南电离层观测站DPS-4电离层测高仪2002年3月至2005年2月的观测数据,对太阳活动下降期间海南地区上空发生的偶发E层(Es)的逐年变化和季节变化进行了统计分析.主要结果表明,在这3年中海南地区Es事件出现次数逐年增加;Esr,Esq出现最频繁,其次是Esr,而Esc和Esf出现次数较少,出现次数最少的是Esh;Es事件在夏季出现最为频繁,秋季和冬季次之,春季最为稀少;各季节不同类型Es事件的出现率也不同,其中Esl和Esq一般在各季节占主导地位,Esr其次,Esc,Esf和Esh出现次数较少,尤其是Esf在秋季几乎没有出现.这些结果对于进一步研究Es产生的物理机制提供了探测基础,同时对于电离层空间天气预报模型的建立也具有重要的意义.      

东亚地区Es特性研究

Es是发生在电离层E层高度上的偶发不规则结构,其电子密度最高可达E层背景电子密度的100倍以上. 远东地区是全球Es的高发区,其相关研究具有独特性和典型性,该地区Es形态学特性的深入研究对于探索Es成因及揭示其本质具有重要意义. 本文利用中国电离层垂测网50余年的垂测数据,结合日本垂测网数据对东亚地区Es的强度特性、空间分布特性、日变化、季节变化以及长期变化趋势进行了深入分析,得到一些有意义的结论.      

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.      

基于IRI-2012模型广州地区f_0F_2实测与预测的对比分析

利用广州台站(23.2°N,113.3°E)的实测数据和IRI-2012模型提供的预测数据,对比分析了2013年广州地区f_0F2的变化特征.结果表明,IRI-2012模型能够较好预测该地区f_0F_2的变化趋势,并且CCIR参数得到的预测值比URSI参数更接近实测值;预测值与实测值存在系统偏差,在11:00 LT-06:00 LT时段,观测值均比预测值大,其他时段则相反.在日落后至午夜前时段,预测值与实测值有较大差距.绝对偏差的极值点通常出现在20:00 LT左右,最大超过4 MHz.相对偏差变化比较明显的时段是午夜后至凌晨;在02:00 LT或04:00 LT及06:00 LT附近,可能会出现双误差峰值点,最大超过0.4;但在σ变化很大的20:00 LT附近,相对偏差却变化不大.夜间增强现象会使得偏差增大,导致预测值不能很好反映实测f_0F2的变化.     

Puerto Rico地区偶发E层临界频率特性统计分析

利用Puerto Rico站(18.5°N, 67.2°W) 1997—2013 年的Es临界频率数据, 对该地区Es特性进行了分析. 结果表明: 临界频率 f₀E_s 日均值具有一定的16天周期性变化特征, 其可能是大气行星 波引起的; f₀E_s 随地方时的变化基本上呈一个波峰波谷结构, 波谷 位于06:00LT左右, 波峰位于14:00LT左右, 同时存在午夜和日落后异常高 值现象, 其分别与午夜南向风场减弱和夜间电场变化有关; 通过分析不同强 度Es, 发现潮汐风造成较低强度Es发生率的地方时分布与中等和高强度Es 明 显不同. 这些现象的相关物理机制尚需进一步研究论证.      

低纬(海南)地区电离层偶发E层的潮汐类周期研究

基于低纬(海南)台站(19.5°N,109.1°E)电离层测高仪在2004年观测到的偶发E层(Es)临界频率(f₀E_s)和虚高(h'E_s)数据,利用谱分析方法,给出了中国低纬地区Es层在全年和不同季节内的短周期变化特性.对全年数据谱分析表明,Es层除具有非常强的24h周期外,还具有显著的12h和8h周期.对不同季节内两个参数的谱分析进一步表明,8h周期主要出现在f₀E_s参数的春秋分季和夏末及在h'E_s参数的几乎所有季节;6h周期主要出现在f₀E_s参数的11-12月.海南低纬Es层中具有显著的6h和8h周期特性,特别是这两个周期还能同时出现在冬季,这是以往研究中不曾发现的新结果.初步分析认为,Es层的6h和8h周期极可能是分别由1/4日和1/3日潮汐所造成的.      

太阳极紫外辐射对热层大气密度的影响

对2001-2021年SOHO卫星的极紫外辐射测量数据,以及CHAMP,GRACE-A和SWARM-C卫星资料推导出的高分辨率大气密度数据进行统计分析,发现大气密度与极紫外测量值的相关系数大于密度与F10.7指数的相关系数,证实极紫外辐射在不同地方时的影响程度存在显著差异,从而驱动大气密度的周日变化。利用三颗卫星的高度差异揭示极紫外辐射对大气密度的加热效应在350～500 km范围随着高度增加而减弱。统计得到极紫外辐射影响在地方时和纬度上的空间差异：对夏季半球的影响大于冬季半球;在白天,对中纬度地区的影响高于赤道和高纬度地区;在夜间,密度对辐射的斜率在夏季半球高纬度地区存在峰值,在冬季半球中纬度存在谷值,模型DTM2000和NRLMSISE00未能准确刻画。为了改进经验模型,提出基于球谐函数的拟合方法,优于主流模型周日效应采用的表达式,对周日效应建模和修正提供有益借鉴。利用昼夜间能量传输和热层大气经向环流机制探讨了统计结果的物理机制。     

A comparative sporadic-E layer study between two mid-latitude ionospheric stations

Hourly systematic measurements of the highest frequency reflected by the sporadic-E layer (foEs) recorded from January 1976 to June 2009 at the ionospheric stations of Rome (Italy, 41.8°N, 12.5°E) and Gibilmanna (Italy, 37.9°N, 14.0°E) were considered to carry out a comparative study between the sporadic E layer (Es) over Rome and Gibilmanna. Different statistical analysis were performed taking into account foEs observations near the periods of minimum and maximum solar activity. The results reveal that: (1) independently from the solar activity, Es develops concurrently over extended regions in space, instead of being a spatially limited layer which is transported horizontally by neutral winds over a larger area; especially during summer months, when an Es layer is present at Rome, there is a high probability that an Es layer is also present over Gibilmanna, and vice versa; (2) Es layer lifetimes of 1–5 h were found; in particular, Es layers with lifetimes of 5 h both over Gibilmanna and Rome are observed with highest percentages of occurrence in summer ranging between 80% and 90%, independently from the solar activity; (3) latitudinal effects on Es layer occurrence emerge mostly for low solar activity during winter, equinoctial, and summer months, when Es layers are detected more frequently over Gibilmanna rather than Rome; (4) when the presence of an Es layer over Rome and Gibilmanna is not simultaneous, Es layer appearance both over Rome and Gibilmanna confirms to be a locally confined event, because drifting phenomena from Rome to Gibilmanna or vice versa have not been emphasized.     

不同强度磁暴期间热层大气密度响应特征分析

利用CHAMP卫星数据，对2002-2008年12个不同强度磁暴事件期间的热层大气密度变化特征进行分析，并研究对应磁暴期间大气模式NRLMSISE-00分布特征.结果表明，大磁暴期间日侧大气密度峰值从高纬到低纬的时间延迟为2h，中小磁暴期间的延迟时间为3～4h；春秋季暴时大气密度分布基本呈南北对称分布，而夏冬季大气密度的分布是夏半球大于冬半球，春秋季暴时大气密度大于夏冬季；NRLMSISE-00大气模式得到的热层大气密度很好的体现了半球分布以及季节分布的特征，但模式模拟结果偏小；Dst指数峰值比ap指数峰值更能反应大气密度的变化情况.      

Daytime VHF amplitude scintillations recorded at an Indian low-latitude station,Waltair (17.7°N, 83.3°E) during 1997–2003

In this research, it is presented the daytime amplitude scintillations recorded at VHF frequency (244 MHz) at an Indian low-latitude station, Waltair (17.7°N, 83.3°E) during seven continuous years (1997–2003). Contrary to the nighttime scintillation seasonal trends, the occurrence of daytime scintillations maximizes during summer followed by winter and the equinox seasons. The fade depths, scintillation indices and the patch durations of daytime scintillations are meager when compared with their nighttime counterparts. A co-located digital high frequency (HF) ionosonde radar confirms the presence of sporadic (Es) layers when daytime scintillations are observed. The presence of daytime scintillations is evident when the critical frequency of the Es-layer (foEs) is ≥4 MHz and Es-layers are characterized by a highly diffuse range spread Es echoes as can be seen on ionograms. It is surmised that the gradient drift instability (GDI) seems to be the possible mechanism for the generation of these daytime scintillations. It is quite likely that the spread Es-F-layer coupling is done through polarization electric fields (Ep) that develop inside the destabilized patches of sporadic E layers, which are mapped up to the F region along the field lines as to initiate the daytime scintillations through the GDI mechanism. Further, the presence of additional stratification of ionosphere F-layer, popularly known as the F3-layer, is observed on ionograms once the Es-layers and daytime scintillations are ceased.     

武汉地区电离层TEC和NmF2及板厚的季节变化

通过利用武汉电离层观测站(114.4°E,30.6°N)1980-1990年对E8T-Ⅱ卫星信标的法拉第旋转测量的TEC(电子浓度总含量)数据,以及由测高仪测量的1980-1990年间的f0F2(F2层临界频率)数据,研究了武汉地区TEC,NmF2(最大电子浓度)和板厚的季节变化,同时比较了IRI和武汉单站模式在预测NmF2季节性方面的有效性.武汉单站模式在预测NmF2季节性变化方面优于IRI模式.      

Studies of electron and ion temperatures at 500 km altitude during sunrise using Indian SROSS C2 satellite

Solar dependence of electron and ion temperatures (T_e and T_i) in the ionosphere is studied using RPA data onboard SROSS C2 at an altitude of ∼500 km and 77°E longitude during early morning hours (04:00–07:00 LT) for three solar activities: solar minimum, moderate and maximum during winter, summer and equinox months in 10°S–20°N geomagnetic latitude. In winter the morning overshoot phenomenon is observed around 06:00 LT (T_e enhances to ∼4000 K) during low-solar activity and to T_e ∼ 3800 K, during higher solar activity. In summer, it is observed around 05:30 LT, but the rate of T_e enhancement is higher during moderate solar activity (∼2700 K/hr) than the low-solar activity (∼1700 K/hr). During equinox, this phenomenon is delayed and is observed around 06:00 LT (∼4200 K) during all three activities.     

IRI-2007预测TEC在广州地区的适用性分析

利用广州站(23.2°N, 113.3°E) GPS双频接收机监测的电离层TEC数据和IRI-2007模型不同电离层输入参数计算得到的TEC预测值, 对比分析了太阳活动低年(2008年)广州地区TEC的变化特征. 结果表明, TEC观测值周日变化在16:00LT左右达到最大值, 而IRI-TEC最大值出现时间较GPS-TEC提前1h左右. TEC季节变化在春秋分较高, 两至季节较低, 表现出明显的半年特性和季节依赖性, 并出现冬季异常现象. IRI-TEC与GPS-TEC在白天具有较好的一致性, 夜间偏差较大. 不同电离层输入参数得到的TEC预测值也相差较大, 选用顶部电子密度参数NeQuick、底部厚度参数B0 Table并用URSI系数计算F₂层峰值参数时, 能较好地反映TEC观测值的变化特征. 在对磁暴的响应上, 预测值无明显变化, 观测值则有比较明显的表现. 通过对比, 初步分析了利用IRI-2007模型预测TEC在广州地区的适用性, 并给出了合理的参数选择方案.