海南地区电离层闪烁观测与GISM模式预测的比较分析

为了获得全球电离层闪烁模式GISM在中国低纬地区预测的精度和可靠性,利用海南三亚GPS电离层闪烁监测系统一年的观测数据与模式预测结果进行对比分析.结果表明,在太阳活动低年,GISM能较好地反映海南地区电离层闪烁的季节变化、日变化和空间分布特性;对于季节变化,模式与观测结果在中等强度闪烁条件下较为相符,而在强闪烁和弱闪烁条件下有不同程度的偏差;模式预测的闪烁日变化与实际观测基本一致,但在闪烁发生率出现最大值的时间上模式预测要滞后约1 h左右;在电离层闪烁发生率的空间分布上,模式预测与实际观测较为相符,即海南地区南面电离层闪烁发生率高于北面.      

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.      

海口站电离层闪烁强度功率谱分析与建模应用

基于中国海口站(20.00°N, 110.33°E)获取的2013全年UHF 频段电离层闪烁信号强度数据, 利用Welch算法, 分析给出了四类典型电离层闪 烁强度功率谱. 利用功率谱时序图分析方法, 发现电离层不均匀体存在东西向水 平周期性变化结构. 提取全年功率谱指数p, 通过统计分析发现谱指数p存在规律变化, 据此建立一个谱指数经验模型, 该谱指数模型已用于中国低纬 区域电离层闪烁发生预报概率模型(CMSOP), 进而对海口站UHF频段电离层闪烁发生 概率观测数据和预报结果进行了对比分析.      

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.      

海南地区电离层不规则体纬向漂移速度的观测和研究

根据中国海南富克(19.3°N,109.1°E)三点GPS观测系统2007年3月至11月的观测数据,利用互相关方法分析了三站闪烁信号的时间延迟,得出了不规则体纬向漂移的基本特征.在中国海南地区,闪烁主要发生在春秋季节,夜间不规则体的纬向漂移速度以东向为主,大小在50～150 m/s之间;平均东向漂移速度随时间呈下降趋势.另外,在闪烁刚发生时,不规则体纬向速度起伏较大,这可能与不规则体的随机起伏以及等离子体泡产生时垂直速度较大有关.中国海南地区不规则体纬向漂移速度的这些基本特征与低纬其他地区的测量结果较为一致.     

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.      

基于IGS电离层TEC格网的扰动特征统计分析

电离层总电子含量（TEC）是研究空间天气特性的重要参量,通过分析电离层TEC,可以了解空间环境的变化特征.利用IGS提供的1999—2016年全球电离层TEC格网数据,按照地磁纬度将全球划分为高、中、中低、低磁纬四个区域,计算不同区域的电离层扰动;利用大量统计数据选取电离层扰动事件的判定阈值,分析电离层扰动与太阳活动、时空之间的关系;计算电离层扰动指数与地磁活动之间的相关系数.结果显示:电离层扰动与太阳活动变化具有较强的正相关特性.在太阳活动低年,电离层扰动事件发生的概率约为1.79%,在太阳活动高年发生扰动的概率约为10.18%.在空间分布上,无论是太阳活动高年还是低年,高磁纬地区发生扰动事件的概率均大于其他磁纬出现扰动事件的概率.计算得到的中磁纬和中低磁纬地区电离层扰动指数与全球地磁指数Ap的相关系数分别为0.57和0.56,说明电离层扰动指数与Ap具有较好的相关关系;高磁纬电离层扰动指数与Ap的相关系数为0.44;低磁纬扰动指数与Ap的相关系数为0.39.以上结果表明,不同区域电离层扰动与全球地磁指数Ap的相关性不同,测定区域地磁指数可能会提高与电离层扰动的相关性.      

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.      

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.      

昆明上空电离层D区电子密度季节变化的首次观测分析

通过分析2008年8月至2009年7月昆明站(25.6°N, 103.8°E) 中频(MF)雷达观测数据, 研究了太阳活动低年电离层D区电子密度的季节变化特性,发现D区电子密度主要呈现半年变化特征, 即在春秋季电子密度较大, 而在夏冬季则较小, 这与国际参考电离层(IRI)预测的年变化趋势不一致, 但与昆明站电离层测高仪的最低回波频率f_min的观测结果相符. 同时比较了D区电子密度半年变化与纬向风半年变化的关系, 发现二者之间保持了非常一致的变化趋势并对这种一致性的内在原因进行了分析.      

Comparison of standard TEC models with a Neural Network based TEC model using multistation GPS TEC around the northern crest of Equatorial Ionization Anomaly in the Indian longitude sector during the low and moderate solar activity levels of the 24th solar cycle

The highest Total Electron Content (TEC) values in the world normally occur at Equatorial Ionization Anomaly (EIA) region resulting in largest ionospheric range delay values observed for any potential Space Based Augmentation System (SBAS). Reliable forecasting of TEC is crucial for satellite based navigation systems. The day to day variability of the location of the anomaly peak and its intensity is very large. This imposes severe limitations on the applicability of commonly used ionospheric models to the low latitude regions. It is necessary to generate a mathematical ionospheric forecasting and mapping model for TEC based on physical ionospheric influencing parameters. A model, IRPE-TEC, has been developed based on real time low latitude total electron content data using GPS measurements from a number of stations situated around the northern crest of the EIA during 2007 through 2011 to predict the vertical TEC values during the low and moderate solar activity levels of the 24th solar cycle. This model is compared with standard ionospheric models like International Reference Ionosphere (IRI) and Parameterized Ionospheric Model (PIM) to establish its applicability in the equatorial region for accurate predictions.     

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。      

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.      

集合卡尔曼滤波在电离层短期预报中的应用

提出了一种利用集合卡尔曼滤波对电离层f0F2短期预报结果进行优化的方法. 利用训练好的神经网络对f0F2进行提前1~24 h的预报, 考虑前一天预报误差的反馈信息, 动态跟踪 f0F2的变化趋势, 引入集合卡尔曼滤波对神经网络的预报结果实行进一步修正和优化. 实验结果表明, 此方法的预报效果优于单纯的神经网络模型和IRI模型. 此方法还可以应用于其他电离层参量的短期预报.      

基于电子密度同化的热层大气密度预报方法

采用热层电离层耦合模式TIEGCM和集合卡尔曼滤波同化方法,利用同化COSMIC电离层掩星电子密度数据优化热层电离层参量,并将模式预报的大气密度与CHAMP卫星大气密度数据进行对比,分别开展模拟和实测数据的同化预报实验.在模拟数据同化实验中,状态向量包含温度、风场和离子成分的实验结果表明,仅优化温度即可达到最优的热层大气密度预报效果.在实测数据同化实验中,将温度作为状态向量参数,优化结果表明,循环同化过程中模式预报的大气密度相对偏差的均方根误差在48h内从38%减小到27%,同化稳定时间至少需要30h.预报过程中大气密度预报效果的改善持续时间为34h.这表明电子密度同化能够改善热层大气密度的预报精度,设计的实验方案合理可行,可获得较长的预报时效.      

Predicting indices of the ionosphere response to solar activity for the ascending phase of the 25th solar cycle

The international reference ionosphere, IRI, and its extension to plasmasphere, IRI-Plas, models require reliable prediction of solar and ionospheric proxy indices of solar activity for nowcasting and forecasting of the ionosphere parameters. It is shown that IRI prediction errors could increase for the F2 layer critical frequency foF2 and the peak height hmF2 due to erroneous predictions of the ionospheric global IG index and the international sunspot number SSN1 index on which IRI and IRI-Plas models are built. Regression relation is introduced to produce daily SSN1 proxy index from new time series SSN2 index provided from June 2015, after recalibration of sunspots data. To avoid extra errors of the ionosphere model a new solar activity prediction (SAP) model for the ascending part of the solar cycle SC25 is proposed which expresses analytically the SSN1 proxy index and the 10.7-cm radio flux F10.7 index in terms of the phase of the solar cycle, Φ. SAP model is based on monthly indices observed during the descending part of SC24 complemented with forecast of time and amplitude for SC25 peak. The strength of SC25 is predicted to be less than that of SC24 as shown with their amplitudes for eight types of indices driving IRI-Plas model.