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．     

利用MF雷达对耀斑期间电离层D区电子密度的观测研究

利用MF雷达观测资料对X级别耀斑爆发期间在66-80km高度之间的电子密度进行了研究，观测到了耀斑爆发期间电子密度的突然增加，在较低高度上的电子密度的时间变化趋势与耀斑的软X射线辐射通量相关．电子密度的变化强度依赖于具体的耀斑参数，有些耀斑引起的电子密度增加高达400cm^-3，有些仅为100cm^-3左右．但耀斑期间在这一高度区间增加的总电子含量增量仅占耀斑辐射引起的整个电离层总电子含量增量的千分之一左右．最后，利用恢复阶段电子密度的时间变化过程估算了1997年11月4日耀斑期间部分高度上的有效复合系数．     

太阳耀斑对电离层总电子含量的影响

本文分析了1978—1979年1级以上的太阳耀斑对电离层总电子含量的影响. 给出了不同持续时间、不同亮度、不同季节、发生在日面不同位置上的太阳耀斑对电离层总电子含量的影响.分析结果表明,持续时间大于等于1.5小时的耀斑对电子含量有明显的扰动,耀斑出现后电子含量随之增加,在第4—5天增加到最大值,扰动持续数日;持续时间小于1.5小时的耀斑对电子含量影响甚微;非亮耀斑对电子含量的扰动小于亮耀斑;夏季出现的耀斑对电子含量无明显扰动,只有冬季出现的亮耀斑对电子含量有明显的扰动;太阳耀斑扰动电子含量有明显的日面位置东西不对称性,只有出现在日面东边、特别是E₃区的太阳耀斑对电子含量才有明显的扰动.      

应用高频多普勒方法对耀斑期间电离层TEC变化的估算

通过分析前人对耀斑期间电离层各区域电子密度的变化情况,总结了一个应用耀斑期间的高频多普勒扰动记录估算出层总电子含量变化的方法,并应用这一方法计算了１９９０年３－６月几次耀斑引起的低电离层总电子含量的变化,同时还与各耀斑对应的最大流量密度进行了比较,并对两者之间的相关情况进行了分析。     

日照边缘区域电离层对耀斑的响应特点研究

利用MSIS模型和背景太阳辐射谱模型,在一定大耀斑辐射谱假设的前提下,计算了耀斑期间日照边缘区域的电子产生率,分析了这一区域电离层电子密度的变化特点.结果表明,大耀斑期间在日照边缘区域,甚至大于太阳天顶角90°的区域都有明显的电子产生率的增加.从不同太阳天顶角处的电子产生率剖面的形态来看,随着天顶角的增加最大电离率减少,但高度增加.计算还显示了在太阳天顶角小于90°的区域内电子产生率的垂直分布有明显的双峰结构,这种结构对应着电离层的E区和F区,但在天顶角大于90°区域,F区的电子产生率要大得多.考虑到离子和电子的复合过程,这一区域的总电子含量的增加主要产生在高F区.      

1996-2003年大耀斑事件引起的TEC突然增强的统计分析

利用1996—2003年期间GOES卫星耀斑观测资料和国际GPS观测网的GPS—TEC资料分析X级大耀斑事件引起的电离层电子浓度总含量(TEC)的突然增强(SITEC)现象．对X射线耀斑等级、耀斑日面位置与SITEC的关系进行了分析．结果表明,两者都与SITEC现象的强弱有着一定的正相关性．在消除X射线耀斑等级、耀斑日面位置对电离层SITEC现象的影响后,进而分析了日地距离以及耀斑持续时间对电离层SITEC现象的影响．结果表明,日地距离和耀斑持续时间都是影响SITEC现象的重要参数,日地距离较近时发生的耀斑事件引起的SITEC现象较为强烈．另外,耀斑持续时间越长,SITEC现象越微弱,但是当耀斑持续时间继续延长时,SITEC现象的强弱逐渐趋于不再改变,最后在某值附近达到平衡．还对某些没有在电离层中引起明显SITEC现象的耀斑事件进行了讨论,发现了这类耀斑的一些特征．     

一种短波SID监测记录及其在太阳X射线耀斑观测中的应用

本文介绍了北京大学目前进行的电离层观测中的一种SID地面连续监测设备;着重讨论它在太阳耀斑观测方面的应用.通过对1982-1983年资料的分析表明,此方法对太阳耀斑活动十分敏感.所记录到的SID现象与世界上其他主要台站的报告基本上一致.文中介绍的几个实例说明有可能利用SID形态研究耀斑时的X射线强度的时间演变.统计结果还表明1-8A谱段的X射线峰值流量与SID扰动强度之间满足一个较简单的关系式,可据此对较大的太阳X射线耀斑的峰值流量做出估计.      

地基单站GNSS的电离层VTEC高精度解算方法

利用IGS提供的双频GNSS观测数据，分析了Kalman方法解算电离层垂直总电子含量（Vertical Total Electron Content，VTEC）存在的问题，提出了Kriging-Kalman改进解算方法，并对两种方法解算的电离层VTEC进行分析和比较.结果表明:在低纬地区，当观测卫星数量发生改变时，Kalman方法解算的VTEC存在跳变异常，Kriging-Kalman方法解算的VTEC变化较为平稳，不存在跳变现象.对比分析耀斑期间两种方法解算VTEC的变化，发现Kalman方法解算的VTEC变化明显小于耀斑引起VTEC的增量；Kriging-Kalman方法解算结果与实际变化相一致.表明Kriging-Kalman方法计算精度更高，能够更精确计算耀斑等剧烈异常空间天气活动期间的VTEC及其变化，有利于电离层VTEC日常精确监测、研究和工程应用.      

第21～24太阳周4类空间天气事件爆发特征统计分析

对第21～24太阳周不同等级的太阳X射线耀斑事件、太阳质子事件、地磁暴事件及高能电子增强事件的爆发频次特征进行统计,结果表明:太阳周耀斑爆发的总数量与该太阳周的黑子数峰值呈正比,耀斑总数、X级耀斑事件数与峰值的相关系数分别为0.974,0.997;太阳质子事件主要发生在峰年前后1～2年,约占总发生次数的80%,峰值通量大于10pfu （1 pfu=1 cm-2·sr-1·s-1）的质子事件中,84%伴有耀斑爆发,并且主要伴随M或X级耀斑,少量伴随C级耀斑,峰值通量大于1000pfu的质子事件中,98%伴随M或X级耀斑,并且以X级耀斑为主;第21,22,23和24太阳周发生地磁暴最频繁的时间分别在1982,1991,2003年和2015年,分别滞后黑子数峰值时间3年、2年、2年和1年;72%的高能电子增强事件发生在太阳周下降期,24%的高能电子增强事件发生在太阳周上升期.      

电离层总电子含量的日变化

从1981年4-6月的五百七十余次卫星观测的有用记录中,得到了电离层总电子含量的日变化曲线。资料还显示出4-6月的明显月变化特性。文章还列出了由电离图资料所得到的相应月份的F_2层最大电子密度,以及计算得到的平板厚度的日变曲线。结果表明,总电子含量N_T与F_2层最大电子密度N_m变化的一致性很好,它们与平板厚度ι日变化特性均符合一般的中纬站电离层特性的变化规律。     

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。      

负相电离层骚扰及其日地相关关系

本文对1965—1982年, 我国境内的满州里(49°35′N, 117°27′E), 北京(40°00′N, 116°18′E), 重庆(29°30′N, 106°25′E), 广州(23°09′N, 113°21′E)和海口(20°00′N, 110°20′E)等五个电离层观测站的负相电离层骚扰形态, 用世界资料中心A出版的太阳地球物理资料中的太阳耀斑、射电、地磁和北京地磁台的地磁观测报告等资料与电离层骚扰的相关关系进行了分析研究.所得到的电离层骚扰形态变化规律和日地相关规律的结果对预报电离层骚扰是有益的.      

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.      

中纬电离层暴负相的开始时间与磁暴主相开始时间的对应关系及其理论模式

本文分析了满洲里、Freiburg、Billerica三个站的电离层暴负相开始时间与磁暴主相开始时间的相关关系,并且提出了一个电离层暴负相开始时间的计算模式。假定在磁暴主相开始时,在极光椭圆上空出现了含有较多分子的气体。气体被热层风携带,同时向外膨胀。当富含分子的气体到达台站上空时,负相电离层暴就开始了。计算结果与满洲里。Freiburg和Billerica三个站的统计结果相符合。      

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.      

Changes in total electron content (TEC) during the annular solar eclipse of 15 January 2010

The solar eclipse of 15 January 2010 was an annular eclipse of the Sun with a maximum magnitude of 0.96 at 1.62°N, 69.29°E. To study the effect of this solar eclipse on the ionosphere the GPS data recorded at three different Indian stations Varanasi (Geographic latitude 25°, 16′N, longitude 82°, 59′E), Hyderabad (Geographic latitude 17°, 20′N, longitude 78°, 30′E) and Bengaluru (Geographic latitude 12°, 58′N, longitude 77°, 33′E) have been used to retrieve ionospheric total electron content (TEC). The ionospheric response to this rare event has been studied in terms of GPS-derived TEC observed at all the three Indian stations. A significant reduction in TEC reflected by all PRNs at all the three stations has been observed. The magnitude of the reduction in VTEC compared to quiet mean VTEC depends on latitude as well as longitude. The amount of reduction observed from different satellites (PRN) is different and depends on the location of the satellite from the solar eclipse path.     

Ionospheric disturbances on 8 September, 2010: Was it connected with the incoming moderate Chongqing earthquake?

Earthquake prediction stimulates the searches for a correlation between seismic activity and ionospheric anomalies. Contrary to common focuses on strong earthquakes, we report the ionospheric disturbances, 2 days before a moderate Ms = 4.7 Chongqing earthquake (29.4°N, 105.5°E, depth = 7.0 km, occurred at 21:21 LT, 10 September, 2010) with the data of ground-based ionosondes and IGS receivers. The data covering the period under the quiet geomagnetic conditions and a geomagnetic storm was analyzed with upper and lower bounds. It is found that there were significant enhancements of foF2 and total electron content (TEC) on the afternoon of 8 September, 2010, with a limited area close to the epicentre, which was different from the feature of ionospheric perturbations triggered by the geomagnetic storm on 15 September. Taking into account the heliogeomagnetical condition, we conclude that the observed ionospheric enhancements were very likely associated with the forthcoming moderate Chongqing earthquake, which implies that the relationship between the amplitudes of ionospheric disturbances and earthquakes is very complicated.     

Ionospheric responses to the 21 August 2017 great American solar eclipse – A multi-instrument study

Herein, we report on the ionospheric responses to a total solar eclipse that occurred on 21 August 2017 over the US region. Ground-based GPS total electron content (TEC) data along with ground-based measurements (Millstone Hill Observatory (MHO) and digital ionosondes) and space-based measurements (COSMIC radio occultation (RO) technique) allowed us to identify eclipse-associated ionospheric responses. TEC data at ~20°, ~30°, and ~40°N latitudes from the west to east longitudes show not only considerable depression but also wave-like characteristics in TEC both in the path of totality and away from it, exclusively on the day of eclipse. Interestingly, the observed depressions are associated with lesser (higher) magnitudes at stations over which the solar obscuration percentage was meager (significant), a clear indication of bow-wave-like features. The MHO observes a 30% reduction in F₂-layer electron densities between 180 and 220 km on eclipse day. Ionosonde-scaled parameters over Boulder (40.4°N, 100°E) and Austin (30.4°N, 94.4°E) show a significant decrease in critical frequencies while an altitude elevation is seen in the virtual heights of the F-layer only during the eclipse day and that decreases are associated with wave-like signatures, which could be attributed to eclipse-generated waves. The estimated vertical electron density profile from the COSMIC RO-based technique shows a maximum depletion of 40%. Relatively intense and moderate depths of TEC depression, considerable reductions in the F₂-layer electron densities measured by the MHO and COSMIC RO-measured densities at the F₂-layer peak, and elevations in virtual heights and reduction in the critical frequencies measured by ionosondes during the eclipse day could be due to the eclipse-induced dynamical effects such as gravity waves (GWs) and their associated electro-dynamical effects (modification of ionospheric electric fields due to GWs).     

TEC variability near northern EIA crest and comparison with IRI model

Monthly median values of hourly total electron content (TEC) is obtained with GPS at a station near northern anomaly crest, Rajkot (geog. 22.29°N, 70.74°E; geomag. 14.21°N, 144.9°E) to study the variability of low latitude ionospheric behavior during low solar activity period (April 2005 to March 2006). The TEC exhibit characteristic features like day-to-day variability, semiannual anomaly and noon bite out. The observed TEC is compared with latest International Reference Ionosphere (IRI) – 2007 model using options of topside electron density, NeQuick, IRI01-corr and IRI-2001 by using both URSI and CCIR coefficients. A good agreement of observed and predicted TEC is found during the daytime with underestimation at other times. The predicted TEC by NeQuick and IRI01-corr is closer to the observed TEC during the daytime whereas during nighttime and morning hours, IRI-2001 shows lesser discrepancy in all seasons by both URSI and CCIR coefficients.