利用F_(10.7)短期预报电离层F_0F_2

通过对电离层历史数据和太阳射电流量F10.7的回归分析,提出了一种单站电离层f0F2的短期预报方法,以F10.7的流动平均值fc为输入,以未米3天的f0F2为输出,分别利用中国地区8个台站的数据进行检验,分析不同太阳活动水平、季节以及地方时预报误差的分布特征.结果表明,该方法能有效地预测未来1～3天的f0F2.该方法还可应用于其他电离层参量的短期预报.     

利用神经网络预报电离层f0F2

由中国武汉电离层台站和澳大利亚Hobart台站的电离层F2层临界频率(f0F2)的资料,利用三层前向反馈神经网络(BP网络),提出一种提前24h预测f0F2的方法,该方法以前5天观测的f0F2数据拟合的5个系数以及太阳活动参数作为输入,以当天24 h的f0F2作为输出对网络进行训练,训练好的网络可以实现对f0F2提前24 h的预报.预测结果显示,利用神经网络预测的f0F2与实际观测结果变化趋势较一致,并且比IRI的计算结果更加准确.误差分析表明,在南半球Hobart(-42.9°,147.3°)台站比中国武汉站(30.4°,114.3°)的结果要好,在低年比高年要好,在冬夏季节比春秋季节稍好.本文说明利用神经网络对电离层参量进行预报是一种切实可行的方法.     

利用神经网络预报中国地区电离层f0F2

利用神经网络技术并考虑太阳和地磁活动对电离层的影响,提出了一种提前5 h预报中国地区电离层临界频率f0F2的方法.网络输入包括时间、季节、地理纬度、太阳天顶角、最近一天的12个观测值(F-23,F-22,F-21,F-20,F-19,F-18,F-5,F-4,F-3,F-2,F-1,F0)和前30天滑动平均值(A-24,A-23,A-22,A-4,A-3A-2,A-1,A0),网络输出分别为未来5 h的f0F2值F+1,F+2,F+3,F+4,F+5.选取乌鲁木齐、长春、重庆和广州站1958-1968年间的数据训练网络,利用中国9个电离层站的历史数据检验网络,根据均方根误差衡量网络性能的好坏.结果表明,神经网络的预报结果能较好地符合实测数据.这说明利用神经网络实现中国地区电离层f0F2的时空预报是可行的.     

卡尔曼滤波和自相关分析方法短期预报电离层f0F2的比较

电离层参数f₀F₂的预报是电离层研究的一个重要方向.本文选取2011年北京、长春、青岛和苏州四个常规观测站的f₀F₂数据,分别采用卡尔曼滤波、自相关分析法和国际参考电离层模型（IRI）对f₀F₂实施短期预报（提前1h预报）,并通过与实际观测数据的对比,对三种方法预报f₀F₂的性能进行了比较.研究结果表明,在磁平静时期,采用卡尔曼滤波方法进行f₀F₂预报的均方误差为0.532MHz,相对误差8.11%,比国际电离层参考模型的均方误差和相对误差分别降低1.47MHz和14.58%;采用自相关分析方法进行f₀F₂预报的均方根误差为0.967MHz,相对误差11.46%,比国际电离层参考模型的均方误差和相对误差分别降低1.035MHz和11.23%.比较结果说明二者对f₀F₂短期预报的精度相对于国际电离层参考模型均有大幅提升.对磁暴期间三种方法的预测性能做了进一步比较,试验结果表明卡尔曼滤波短期预报性能总体上优于自相关分析法,这为f₀F₂短期预报的方法选择提供了一定指导.      

基于电离层暴时f_0F_2经验模型Kalman滤波短期预报

利用时间累积地磁指数印ap(T),建立了强地磁扰动条件下电离层f0F2与月中值相对偏差经验模型.该经验模型只在春秋季节和夏季特强地磁扰动条件ap(T)>100,即时间累积地磁指数大于100时达到理想精度.尝试利用气象预报中常用的Kalman滤波方法对模型的系数进行实时修正,以提高预报精度,并对长春站1986-1995年近一个太阳周f0F2数据进行提前一小时预报试验.冬季预报均方根误差为0.76MHz,春秋季节为0.68MHz,夏季为0.61MHz.在特强地磁扰动条件下,预测误差在0.87～1.43MHz之间.该预报方法同时与包含暴时修正模型STORM的国际参考电离层IRI2001进行了比较,展示了Kalman滤波方法实时修正模型系数的能力和良好的应用前景.     

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.      

NeQuick模式在亚太地区扇区电离层参数f0F2的预测能力

利用亚洲、澳大利亚地区8个电离层观测台站的F2层临界频率f0F2的历史观测数据,考察了NeQuick模式预报电离层基本参数f0F2在亚太扇区的适应性.对比分析表明,此模式能比较好地预测各地的F2层临界频率,其绝对误差在南半球各站相对北半球各站较大,太阳活动高年相对太阳活动低年较大,春秋季相对夏冬季较大.其误差均方根在太阳活动高年相对太阳活动低年较大.      

南极长城站电离层变化的数值模拟

南极长城站夏季电离层日变化具有Weddell海异常现象．本文利用一个一维时变理论模式，对长城站夏季电离层f0F2和hm日变化进行了数值模拟.我们讨论了中性风和顶部输运通量对f0F2和hm的影响，认为模拟计算得到的f0F2值比实测值要大的一个主要原因是国际参考电离层给出的上边界值偏大.文章最后介绍了一个获得实际的f0F2和hm的方法.     

电离层f_0F_2参数提前24小时预测

利用中国9个垂测站(海口、广州、重庆、拉萨、兰州、北京、乌鲁木齐、长春、满洲里)一个太阳周(1976-1986年)的数据资料,采用三层前向反馈神经网络(BP网络)实现了电离层F2层临界频率(f0F2)参数提前24h预测.通过对f0F2参数的时间序列及其与日地活动之间进行相关分析,确定f(t)(当前时刻f0F2)、经过变换的F10.7指数等5个参数作为神经网络的输入参数,并通过同时段训练法获得不同时刻的预测值,本文与自相关分析法进行了预测性能比较.结果表明,上述方法构建的神经网络可以达到较高的预测精度.针对暴时数据,对神经网络算法进行了改进,提高了神经网络法对暴时数据的适用性.     

电离层数字测高仪被动接收观测模式研究

利用CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪平台,实现了新的电离层数字测高仪被动接收观测模式.利用新开发的观测模式,在观测台站开展了一系列实验观测研究,经过信号处理和信息提取,获得了电离层特征参量f0F2回归方程,高频信道背景噪声分布,电离层D层对电波的吸收等电离层探测信息.实验观测结果表明,所获取的f0F2与主动探测结果相关性在0.84以上,高频信道背景噪声分布以及电离层D层吸收状况与电离层实际分析结果相吻合.     

Comparing ionospheric models with mid-latitude ionosonde observations

The purpose of this research work is to validate the ionospheric models (IRI and CHIU) to assess its suitability and usefulness as an operational tool. The ionospheric model is a computer model designed to predict the state of the global ionosphere for 24 h. The scope was limited to conduct comparisons between the predicted F₂ layer critical frequencies (f₀F₂) against observed ionosonde data. The ionospheric prediction model (IPM) was designed to predict by using monthly median sunspot number, while the observation data are taken from two digital ionospheric sounding stations (Okinawa, 26.28N, 127.8E and Wakkanai, 45.38N, 141.66E) which lies within the mid-latitude region of the globe. Analysis of the f₀F₂ data from stations for year (2001) with high solar activity and year (2004) with low solar activity, four months (March, June, September and December) chosen based primarily on data availability. From results it seen that the ratio between monthly median predicted and observed f₀F₂ values for each model used in this research work and for the chosen months was nonlinear with local time, so the empirical formula for applying correction factors were determined, these formula can be used to correct the error occurred in predicted f₀F₂ value.     

地磁场与电离层异常现象及其与地震的关系

利用中国地磁台网与电离层台站资料,总结了大地震前出现的地磁低点位移、地磁日变异常及电离层f0F2(F2层临界频率)异常现象.对比研究了1997年11月8日玛尼7.5级与2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震前磁场与电离层异常分布及特征.结果显示,两次巨大地震前磁场与电离层短临异常时空分布特征有较好的一致性,震中周围出现日变异常、拉萨台出现电离层f0F2明显异常;震前约1个月出现地磁低点位移,其突变分界线通过震中地区.      

2009年7月22日日全食期间电离层参量的变化

利用多个电离层垂测站的数据和IGS-TEC数据资料, 结合日地空间环境指数, 分析了2009年7月22日日全食期间中国地区电离层参量(反射回波最低频率fmin及f0F2和TEC)的变化特征. 结果表明, 日食发生后fmin迅速降低, 日食结束后fmin迅速恢复到正常水平; 在食甚时刻附近, f0F2和TEC出现明显的降低, 显示了明显的光食效应. 日食结束后5~6 h, f0F2和TEC出现不同程度的正扰动, 在驼峰区更明显; 日食结束后9~10 h, f0F2和TEC出现较显著的负扰动. 由于此次日食发生时伴随着中等强度的磁暴和低纬电场穿透等空间天气事件, 给此次日食电离层效应的深入分析带来很大困难.      

The importance of conductivity gradients in ground-based field-aligned current studies

Magnetosphere-ionosphere coupling is achieved primarily through magnetic field-aligned currents. Such currents are difficult to measure directly and are usually inferred from satellite magnetometer recordings or from ground-based measurements of the divergence of ionospheric electric fields. The latter technique requires a knowledge of the ionospheric conductance distribution. Although it is possible to obtain the ionospheric electric field distribution over large spatial areas with good temporal resolution from coherent backscatter radars, these instruments cannot measure conductivity. Since the equation for computing field-aligned currents explicitly requires the gradient in conductance to be known, the use of statistically averaged models is excluded for case studies. If a dense enough array of magnetometers is available, these data may be used in combination with radar data to produce a measured conductance distribution within the overlapping fields of view. This has been done for data obtained in northern Scandinavia. Comparing field-aligned currents, computed with and without knowing the ionospheric conductance distribution, shows that gradients in conductance can not be ignored, even for quiet geomagnetic conditions.     

电离层周日变化对解算GPS硬件延迟稳定性的影响

针对电离层周日变化特征分析了其可能对SCORE方法估算的硬件延迟稳定性的影响. 利用BJFS以及XIAM台站的GPS观测数据, 解算了位于太阳活动高年(2001年)和太阳活动低年(2009年)的卫星硬件延迟并分析了估算的硬件延迟的稳定性. 研究发现, 电离层周日变化对估算的硬件延迟稳定性具有一定影响, 但是利用不同台站所得到的卫星硬件延迟稳定性在昼夜不同时间上的解算结果存在一定差异. 电离层周日变化对利用 BJFS台站数据解算的硬件延迟稳定性日夜差异较为明显, 在太阳活动高年利用XIAM 台站数据解算的硬件延迟日夜稳定性差异不很明显, 由于XIAM台站处于电离层赤道异常峰附近, 夜间电离层变化很大, 因此对比中纬度地区, 电离层周日变化对赤道异常峰附近地区硬件延迟稳定性解算结果的影响相对较小, 但在太阳活动低年, 其影响仍较为显著.