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.      

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。      

磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析

2017年9月8日发生了一次强磁暴，Kp指数最大值达到8.利用区域电离层格网模型（Regional Ionosphere Map，RIM）和区域ROTI（Rate of TEC Index）地图，分析了磁暴期间中国及其周边地区电离层TEC扰动特征和低纬地区电离层不规则体的产生与发展情况，同时利用不同纬度IGS（International GNSS Service）测站BJFS（39.6°N，115.9°E），JFNG（30.5°N，114.5°E）和HKWS（22.4°N，114.3°E）的GPS双频观测值，获取各测站的ROTI和DROT（Standard Deviation of Differential ROT）指数变化趋势.结果表明:此次磁暴发生期间电离层扰动先以正相扰动为主，主要发生在中低纬区域，dTEC（differential TEC）最大值达到14.9TECU，随后电离层正相扰动逐渐衰减，在低纬区域发生电离层负相扰动，dTEC最小值达到-7.2TECU；在12:30UT-13:30UT时段，中国南部低纬地区发生明显的电离层不规则体事件；相比BJFS和JFNG两个测站，位于低纬的HKWS测站的ROTI和DROT指数变化更为剧烈，这表明电离层不规则体结构存在纬度差异.      

地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响

基于加拿大地区高纬度电离层观测网的电离层闪烁观测数据,分析了2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球高纬度地区电离层总电子含量（TEC）异常变化、TEC变化率指数（ROTI）及电离层相位闪烁的变化特征.结果表明:加拿大地区最大异常值约6 TECU,磁暴引发全球电离层TEC异常峰值高达20 TECU;加拿大地区电离层相位闪烁发生率最大增至12.6%,而磁静日期间约为1%;强电离层闪烁期间,电离层相位闪烁指数与ROTI之间具有较强的一致性.对GPS双频精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）结果进行分析发现:无闪烁期间定位误差随测站纬度的增高呈现出增大趋势,但均方根误差小于0.4m;闪烁发生期间各测站的定位误差均显著增大,水平和垂直方向定位误差分别增至约0.9m及1.7m.      

国际参考电离层模型输出参数峰值高度性能

电离层峰值高度H_mF₂是描述电离层形态的重要参数之一,国际参考电离层模型IRI-2016中融入了大量电离层测高仪和无线电掩星探测数据,用以提升H_mF₂的预测精度.本文利用太阳活动低年（2007—2010年）气象、电离层和气候卫星联合观测系统COSMIC探测数据描述全球范围内COSMIC H_mF₂的三维形态变化,对比分析了IRI-2016与IRI-2012模型的预测结果,同时分析了IRI-2016模型输出H_mF₂的性能.结果表明,IRI模型在中高纬度地区的输出结果高于COSMIC反演结果,而赤道及低纬地区则大都偏低.与IRI-2012模型相比,IRI-2016模型的输出结果在夜间至凌晨时段呈现较为明显的纬向梯度变化且大部分区域输出值偏高,但在白天时段赤道附近区域的输出值大都偏低.上述结果为电离层IRI模型的完善提供了一定参考.      

武汉地区电离层电子浓度总含量的统计经验模式研究

由武汉电离层观象台一个太阳黑子周期（1980-1990年）的实测电离层电子浓度总含量（TEC）资料，统计分析得出了武汉地区的一个TEC经验模式，模式很好地再现了武汉地区的TEC观测值，其预测误差在太阳活动高年稍太，低年较小；在春秋两季稍大，冬夏两季较小；在当地时间白天和傍晚稍大，夜间和早晨较小。此外，与国际参考电离层模式IRI的计算结果比较，本模式预测的TEC值更接近于实际观测结果，同时，本文也初步探讨了TEC的半年变化特征和冬季异常现象。     

利用IGS-TEC数据分析中国华南地区电离层赤道异常北驼峰的变化特征

利用2010年11月至2011年10月IGS提供的全球电子浓度总含量(TEC)数据, 分析太阳活动上升期华南地区(经度110°E, 纬度5°—35°N) 上空电离层赤道异常(EIA)北驼峰的变化特征. 结果显示, 电离层赤道异常北驼峰区TEC峰值I具有明显的季节和半年变化特征; 北驼峰峰值出现的时间T和纬度L的日变化有一个相对较大的变化区间, 其季节和半年变化特征并不明显; 太阳活动对北驼峰变化影响比较明显, 而地磁活动对北驼峰变化影响不明显.      

第23太阳活动周武汉站电离层TEC特征分析

利用武汉站(30.5°N, 114.4°E)1997年1月1日至2007年12月31日电离层TEC、太阳黑子数及地磁指数等资料, 分析了第23周武汉站TEC的周日变化、季节变化、半年变化以及与太阳活动的相关性等特征; 以2006年4月13-17日发生的磁暴为例, 讨论了武汉站TEC对磁暴的响应以及可能的机理. 结果表明,武汉站电离层TEC在太阳活动高、低年均呈典型的周日变化特征; 冬季异常和半年异常特征明显, 且受太阳活动强弱影响; TEC和太阳黑子数年均值相关系数为0.9611; TEC对磁暴的响应可能是由磁层穿透电场和中性风共同作用导致的, 具体影响机制有待深入研究.      

基于陆态网的区域电离层TEC空间变化特性分析

为研究中国陆态网区域电离层TEC在空间小尺度、高分辨率情况下的变化特性及适用精度范围，利用陆态网260个GNSS连续运行观测站数据，解算并生成2016-2017年731天陆态网区域电离层RIM格网，并进行精度验证.在同一RIM格网中，分别在经度和纬度方向上对间隔不同经纬度的TEC格网点作差分析.结果表明:陆态网区域内经度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为0.30TECU·（°）-1和0.11TECU·（°）-1；经度间隔1°时，TEC差值小于2TECU，且随着经度间隔的增大，其TEC差值也随之增大，并表现出一定的半年和周年变化规律；纬度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为1.7TECU·（°）-1和0.46TECU·（°）-1；陆态网区域内电离层TEC随纬度减小而增大，纬度间隔1°时，99.4%的TEC差值小于4TECU，且随着纬度间隔的增大，其TEC差值也随之增大，并表现出一定的半年和周年变化规律；间隔相同情况下，纬度方向上TEC的变化比经度方向上大.      

基于极大验后推估理论的全球电离层地图预报

提出了一种基于极大验后估计理论的全球电离层预报方法，基于中国科学院电离层分析中心（CAS）提供的快速全球电离层地图（GIM），实现了1天、2天和5天GIM的预报。以国际GNSS服务组织（IGS）最终GIM、Jason测高卫星提供的电离层观测信息及全球GNSS基准站实测电离层总电子含量（TEC）为基准，评估了2008－2017年CAS电离层预报GIM在全球大陆及海洋区域的精度，并与欧洲定轨中心（CODE）、欧洲空间局（ESA）和西班牙加泰罗尼亚理工大学（UPC）的预报GIM进行对比。在评估时段内，与IGS-GIM相比，CAS预报GIM精度为2.4~3.1 TECU；与测高卫星TEC相比，CAS预报GIM的精度为5.1~6.6 TECU；与全球基准站实测TEC相比，CAS预报GIM的电离层延迟修正精度优于80%。总体来看，CAS预报GIM与CODE预报GIM精度相当，显著优于ESA和UPC预报GIM。      

太阳活动对电离层TEC变化影响分析ormalsize

为研究太阳活动对电离层TEC变化的影响,从整体到局部分析了2000—2016年的太阳黑子数、太阳射电流量F_10.7指数日均值与电离层TEC的关系,并重点分析了2017年9月6日太阳爆发X9.3级特大耀斑前后15天太阳活动与电离层TEC变化的相关性.结果表明:由2000—2016年的数据整体看来,太阳黑子数、太阳F_10.7指数、TEC两两之间具有很强的整体相关性,但局部相关性强弱不均;此次耀斑爆发前后太阳黑子数、太阳F_10.7指数和TEC具有很强的正相关特性,太阳活动对TEC的影响时延约为2天;太阳活动对全球电离层TEC的影响不同步,从高纬至低纬约有1天的延迟,且对低纬度的影响远大于中高纬度.太阳活动是影响电离层TEC变化的主要原因,但局部也可能存在其他重要影响因素.      

基于深度学习递归神经网络的电离层总电子含量经验预报模型

利用行星际太阳风参数与太阳活动指数、地磁活动指数、电离层总电子含量格点化地图数据,首次基于一种能处理时间序列的深度学习递归神经网络（Recurrent Neural Network,RNN）,建立提前24h的单站电离层TEC预报模型.对北京站（40°N,115°E）的预测结果显示,RNN对扰动电离层的预测误差低于反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）0.49～1.46TECU,将太阳风参数加入预报因子模型后对电离层正暴预测准确率的提升可达16.8%.RNN对2001和2015年31个强电离层暴预报的均方根误差比BPNN低0.2TECU,将太阳风参数加入RNN模型可使31个事件的平均预报误差降低0.36～0.47TECU.研究结果表明深度递归神经网络比BPNN更适用于电离层TEC的短期预报,且在预报因子中加入太阳风数据对电离层正暴的预报效果有明显改善.      

磁静日电离层电势分布的形态学研究

利用理论模式GCITEM，在国际地磁参考场（IGRF）下，模拟了地磁平静条件下的电离层发电机主导的中低纬电离层电势分布，研究了太阳活动、季节、世界时和低层大气潮汐对电离层电势的调节作用。结果表明，各种条件下中低纬电势全局分布基本一致，都具有两个正电势峰值（源）和一个负电荷峰值（汇）；电势分布存在明显的季节和世界时差异；中低纬电离层电势峰值差随着太阳活动的增强明显增加，并在一定太阳活动高值后趋于饱和；周日迁移潮主要影响赤道地区，导致电势峰值差增加，而半周日迁移潮主要影响中纬度地区，导致电势峰值差减小。     

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.      

2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量变化研究

利用中国区域内五个GPS台站(一个台站处于日全食区域、四个台站处于日偏食区域)观测数据, 研究2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量(TEC)的变化, 结果表明, 日全食期间, 电离层TEC值经历了下降和恢复的过程, 最小TEC相对于最大食偏的时间延迟约为1～10min; 台站测得最小TEC的星下点(IPP)越靠近日全食带TEC下降量越大, 在日食期间武汉站(114.35°E, 30.53°N) TEC相对于各参考日期的TEC, 其平均下降量最大, 达到4.58TECU.      

华南地区电离层闪烁与TEC耗空的时间和空间分布统计分析

利用位于赤道异常区的深圳站（22.59°N，113.97°E）2011年1月至2012年12月及2015年1月至2015年12月监测到的GPS-TEC数据，统计分析华南地区电离层闪烁与TEC耗空同时出现、电离层闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性.结果表明:这3种现象均主要发生在春秋季节；闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现分别主要发生在纬度为19°-23°N，21°-24°N和24°-26°N的空间区域.探测到闪烁和TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现的时间分别主要分布在20:00LT-22:00LT，21:00LT-23:00LT和22:30LT-23:30LT.闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性对应了华南地区不规则体和赤道等离子体泡（EPBs）从产生到消失的演变过程.      

大耀斑期间向日面电离层总电子含量的响应个例分析

利用2001年4月15日1336UT耀斑爆发期间向日面GPS观测数据提取的总电子含量的时间变化曲线。分析了向日面电离层对这次耀斑的响应特点．结果表明，耀斑期间向日面电离层出现了总电子含量突增事件．最大总电子含量增加量约为2．6TECU，在0600LT和1800LT都观测到了总电子含量突增，世增加幅度仅为0．5-1TECU．在高纬地区，由于电离层闪烁，从TEC时间变化曲线提取不出来总电子含量增加值．从各卫星星下点处的TEC增加量和各星下点处的太阳天顶角的关系可以看到，TEC增加量与太阳天顶角有关，太阳天顶角越大，TEC增幅越小。另外，从总电子含量时间变化率曲线上还观测到了时间同步的小尺度扰动，通过与耀斑期间硬X射线辐射通量的比较，发现两者有明显的相关性，电离层中的这种扰动与耀斑期间的硬X射线或远紫外辐射有关．     

45°(N)纬度带的Klobuchar like电离层延迟季节修正模型与评估

电离层延迟是全球卫星导航系统（GNSS）的主要误差源之一。对于装配GNSS单频接收机的航空器,选择简单有效的Klobuchar广播电离层模型来改正电离层延迟误差,其修正率为50%～60%。针对45°（N）纬度带,提出了更高电离层修正需求。考虑到季节因素对中高纬度地区电离层的显著影响,利用GIMs（Global Ionospheric Maps）分析了昼夜中TEC（Total Electron Content）的峰值和谷值随季节（年积日）的变化,建立了一种适用于45°（N）纬度带的Klobuchar like电离层模型。该模型不增加广播模型系数,新模型的夜间和VTEC高峰时电离层修正率分别达到了82%和80%,表明在穿刺点集中的45°(N)纬度地区使用该模型可以更精确地描述该地区的电离层,帮助航空器实现更高精度的定位。     

基于IRI背景场的单站电离层TEC地图重构技术

为了有效解决电离层TEC观测数据稀疏时重构问题, 引入IRI-2007作为背景场, 利用反距离加权法和克里格方法重构了电离层TEC地图, 使用交叉检验方法检验了引入背景场前后的重构精度. 结果表明, 引入背景场后, 一方面有效地控制了边缘地区的发散现象, 另一方面重构网格点上绝对误差在 -0.25~0.25 TECU之间的比例分别提高了约70 %和100 %, 误差统计基本呈正态分布. 可以通过引入更加精确的背景场或使用逐步订正方法进一步提高重构精度.      

北驼峰区电离层GPS卫星闪烁事件时空特征及对通信的影响

基于子午工程北大深圳站（22.59°N,113.97°E）电离层GPS双频接收机在2011年1月1日至2017年12月31日连续7年的长时间序列闪烁和TEC观测数据,分析不同太阳活条件下华南赤道异常北驼峰区观测到的GPS卫星L波段电离层闪烁事件时空分布特征及其对通信的影响.结果表明:GPS闪烁事件几乎都发生在夜间,且主要发生在春秋分月份;在不同太阳活动条件下,夜间GPS闪烁事件都主要发生在北驼峰区域靠近磁赤道的一侧,且GPS闪烁事件存在明显的东-西侧天区不对称性,即在台站西侧天区发生的闪烁事件明显偏多;在不同太阳活动条件下,弱闪烁事件伴随的TEC耗尽和卫星失锁事件比例相对较低,强闪烁事件则大部分都伴随着TEC耗尽和卫星失锁事件的发生.