135.6nm夜气辉峰值电子密度反演算法及误差

根据夜间135.6nm大气辉光光强与F₂层峰值电子密度N_mF₂平方成正比的物理机制,在前期夜间135.6nm气辉辐射激发模型研究的基础上建立了峰值电子密度的反演算法,把全球经纬度分成若干格点,每个格点的电离层及中性成分信息分别由IRI2000和MSISE90提供,将电离层及中性成分廓线输入夜气辉辐射激发模型,计算每个格点135.6nm气辉的辐射强度,然后将各个格点的135.6nm气辉辐射强度与电离层廓线输入的N_mF₂平方拟合得到气辉强度与N_mF₂的转换因子.利用此方法可获得不同地方时、季节和太阳活动周期的转换因子组成查算表,进而根据实际探测的135.6nm气辉辐射强度反演相应时空的N_mF₂.最后对该算法的反演误差进行了综合分析,为该算法适用的时空特性提供重要理论支撑.      

夜间135.6 nm气辉反演的电离层f0F2与测高仪观测比较研究

在夜间电离层，气辉135.6 nm谱线主要由F层的O⁺和电子的辐射复合过程以及O⁺和O^–的中性复合过程激发，该谱线强度和电离层峰值电子密度Nm F₂存在很强的相关性。利用夜气辉135.6 nm辐射强度与F₂层峰值电子密度Nm F₂的平方成正比的物理模型，建立了在不同经纬度、地方时、季节和太阳活动下均适用的反演算法。通过DMSP卫星上搭载的紫外光谱成像仪(SSUSI)实际观测的135.6 nm气辉辐射强度来反演相应时空的电离层F₂层临界频率f₀F₂，并将其与地基测高仪探测结果做了综合对比。结果表明，在太阳活动高年(2013年)，相对误差小于等于20%的数据占比93.0%，平均相对误差约为7.08%；在太阳活动低年(2017年)，相对误差小于等于20%的数据占比80.8%，平均相对误差约为12.64%。最后，对该算法在太阳活动高低年的反演精度差异进行了分析。     

TIEGCM集合卡尔曼滤波同化模型设计及初步试验

选择参数化的电离层热层理论模型TIEGCM作为背景模型,基于COSMIC掩星观测的电子密度廓线数据,应用集合卡尔曼滤波方法建立全球电离层电子密度同化模型,实现了全球电离层的电子密度同化.同化结果表明,该同化模型能将观测资料有效同化到背景模式中,获得全球三维电离层电子密度.与背景模式相比,同化得到的电子密度相对于观测值的偏差显著下降.对于有同化和无同化参与的试验,N_mF₂的标准偏差分别降低约60%和20%.此外,分组同化与同时同化的结果对比显示,平均偏差改善基本一致,同时同化后的标准偏差在峰值高度以上略有减小.      

释放SF6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF₆气体能够显著扰动电离层.根据SF₆分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF₆气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF₆气体在电离层高度释放后,电子和O⁺的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF₅^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF₆实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.     

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.      

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.      

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.      

氧气A(0,0)波段气辉体发射率和临边辐射强度模拟与分析

临近空间大气参数如温度、密度、风场等对预报模型精度及航天器运行安全等有较大的影响，而气辉的辐射模拟是大气参数反演的重要过程.本文基于光化学模型计算了氧气A（0，0）波段气辉的体发射率和临边辐射强度.基于氧气A（0，0）波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论，建立产生O₂（b1Σ_g+）的光化学模型.计算气辉体发射率，基于临边探测几何路径进行气辉辐射强度模拟.体发射率计算结果与AURIC模型结果的辐射值及辐射高度均一致.基于计算和模拟结果，对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了分析.      

曲靖地区电离层多参数变化特征

利用电波环境观测网曲靖站电离层垂直探测仪数据（2008－2018）,分析了该站电离层多参数（包括f_min,f₀E_s,h'E_s,f₀E,f₀F₁,f₀F₂,h'F,MUF(3000)F₂等）随太阳活动、季节、地方时的变化特征。结果表明,f_min,f₀E_s,h'E_s随太阳活动变化不明显,f₀E,f₀F₁,f₀F₂,h'F,MUF(3000)F₂与太阳活动变化具有相关性,f₀F₂经常发生日落增强现象,同时各自具有独立性;与拉萨、乌鲁木齐地区f₀F₂,h'F,f₀E_s变化特征对比,发现地方时与月份变化趋势相同,但是极值出现的位置有所不同,这可能与各地区的地理纬度和地形等因素有关;h'F夜间大于白天,在日出日落时段有突然上升现象,冬季的h'F一般都小于其他季节;MUF(3000)F₂与f₀F₂的变化特征相似,白天值高于夜晚值,春秋分季高于夏冬季,太阳活动高年日落后MUF(3000)F₂一直维持较高值并持续到03:00－04:00 LT。      

Galileo卫星导航系统广播Nequick模型及其参数拟合

提出了基于IGRF模型的Galileo广播Nequick模型及其参数拟合算法, 解决了Galileo信号仿真中地理场景映射与地磁坐标下的电离层延时修正参数拟合问题. 应用IGRF模型, 可计算出任意给定位置和时间点的地磁参数以及E层、 F₁层、F₂层的电子密度, 从而计算出Galileo电离层修正参数. 仿真结果表明, 该算法拟合的全球电离层延时与IGS提供的实际观测值基本一致, 仿真精度高于一般的经验电离层模型, 实现了Galileo卫星信号的电离层延时修正参数的精确仿真.      

Nightside 135.6 nm emission enhancements of mid/low latitudes during geomagnetic storms as observed by the ionosphere PhotoMeter (IPM) on the Chinese meteorological satellite FY-3D

IPM has detected nightside 135.6 nm emission enhancements over a wide latitude range, from the sub-auroral latitudes to the equatorial regions during geomagnetic storms. Our work, presented in this paper, uses the data of IPM to understand these 135.6 nm emission enhancements during of geomagnetic storms and studies the variations of total electron content (TEC) and the F₂ layer peak electron density (NmF2) in the region of enhanced emissions. Middle and low latitude emission enhancements are presented during several medium storms in 2018. The variations of both the integrated electron content (IEC) derived from the nighttime OI 135.6 nm emission by IPM and TEC from the International GNSS Service (IGS) relative to the daily mean of magnetically quiet days of per each latitude bin (30°≦geographic latitude < 40°, 15°≦geographic latitude < 30°, 0°≦geographic latitude < 15°, ?15°≦geographic latitude < 0°, ?30°≦geographic latitude < -15°, ?40°≦geographic latitude < -30°) are investigated and show that on magnetically storm day, IEC by IPM always increases, while TEC from IGC may increase or decrease. Even if both increase, the increase of IEC is greater than that of TEC. From the comparison of IEC and TEC during magnetic storms, it can be seen that the enhancement of the nighttime 135.6 nm emissions is not entirely due to the ionospheric change. The time of IEC enhancements at each latitude bin is in good agreement, which mainly corresponds to the main phase time of the geomagnetic storm event and lasts until the recovery phase. The available ground-based ionosonde stations provide the values of NmF2 which match the 135.6 nm emissions measured by IPM in space and time. The variations of NmF2 squared can characterize the variations of the OI 135.6 nm emissions caused by O⁺ ions and electrons radiative recombination. The study results show that the OI 135.6 nm emission enhancements caused by O⁺ ions and electrons radiative recombination (where NmF2 squared increases) are obviously a contribution to the measured 135.6 nm emission enhancements by IPM. The contribution accounts for at least one of all contributions to the measured 135.6 nm emission enhancements by IPM. However, where the NmF2 squared provided by ionosonde decrease or change little (where the OI 135.6 nm emissions cause by O⁺ ions and electrons radiative recombination also decrease or change little), the emission enhancements measured by IPM at storm-time appear to come from the contributions of other mechanisms, such as energetic neutral atoms precipitation, or the mutual neutralization emission (O+ + O-→2O + h? (135.6 nm)) which also occupies a certain proportion in 135.6 nm airglow emission at night.     

Ionospheric plasma bubble zonal drift: a methodology using OI 630 nm all-sky imaging systems

With the recent advances in all-sky imaging technology for nightglow emission studies, the F-region OI 630 nm emission has become an important tool for ionospheric/thermospheric coupling studies. At equatorial and low latitude regions, the all-sky imaging observations of the OI 630 nm emission show quasi north-south aligned intensity depletion bands, which are the optical signatures of large scale F-region plasma irregularities. By observing the motion of the intensity depleted bands it is possible to infer the ionospheric plasma zonal velocity of the depletion. The north-south aligned structures seen in the field of view of the all-sky imaging system corotate with the ionospheric plasma, so that by calculating the spatial displacements occurring during successive OI 630 nm emission images we can infer the ionospheric plasma drift velocity. However, the plasma bubbles have their own internal space-time dynamics leading to changes in their shape and dimensions and this may induce some errors in the calculated drift velocities. In this paper we take into account the space-time changes in the plasma bubbles in order to calculate the ionospheric plasma zonal drift velocities using the OI 630 nm nightglow emission.     

A Prediction Method for△f0F2min of a Single Station From Interplanetary Parameters Based on Statistical Study

Using 86 CME-interplanetary shock events,the correlation between the peak values of （a） the solar wind parameters(B_z,E_y,P_dyn) and the geomagnetic indices（SYM-H,ASY-H,Kp）, （b） the coupling functions（Borovsky,Akasofu,Newell） and the geomagnetic indices,（c） the solar wind parameters/coupling functions/geomagnetic indices and the ionospheric parameter(Δf₀F_2min), are investigated.The statistical results show that in group（a）,B_{z min} and SYM-H_min have the best correlation,that in group（b）,the best correlation is between the peak values of Akasofu function (A_min) and SYM-H_min,and that in group（c）,the best correlation is between K_pmax andΔf₀F_2min. Based on the statistical results,a method for predicting f₀F₂ of a single station is attempted to be set up.The input is modified B_{z min} and the outputs are SYM-H_min andΔf₀F_2min.Then 25 CME-IPS events that caused geomagnetic storms in 1998 and 2009 are used to check the prediction method. The results show that our method can be used to predict SYM-H_min andΔf₀F_2min.