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.      

从多站观测研究电离层主槽特性

本文利用位于不变纬度∧=46°—70°S之间的四个电离层站的观测数据,分析了电离层主糟的基本特性.分析结果表明,电离层主槽有如下特征:(1)槽在冬季夜间出现较为明显,春秋季夜间较弱,夏季夜间和所有季节的白天均观测不到;(2)槽的特点有二,一是其电子密度异常地低,二是层的虚高有较大的增加;(3)槽的极向壁较稳定,且有较陡峭的电子密度梯度,而槽的赤道向壁较多变,电子密度梯度较平缓;(4)槽出现的主要时段是在20:00—03:00(LT),在此期间,槽处于不断的变化和运动之中.      

电离层Es离子分布数值建模

从离子连续性方程和动量方程出发,比较全面地考虑了太阳光电离、星光电离、地冕电离、星际背景电离和流星离子流等电离源,综合分析Es层的主要动力学过程和光化学过程,以风剪切理论为基础,研究中性成分碰撞、电场作用、金属离子作用和分子离子作用等机制对离子分布的影响,建立了一维时变电离层Es物理模型.对离子产生率、垂直方向的离子速度在高度和时间上的变化进行仿真和计算,得到了在电场及风剪切作用下的离子密度剖面24h内的变化规律.根据建立的模型,以昆明相干散射雷达观测的径向风结果作为模型输入参考,仿真并得到了电离层Es电子密度的时空分布,据此反演出电离层Es临界频率f₀E_s.与昆明站电离层测高仪同时间观测的情况进行对比,结果比较一致,验证了建立的Es层物理模型正确性.      

地磁暴期间中国中低纬电离层的CIT研究

利用电离层层析成像技术(Computerized Ionospheric Tomography, CIT)处理115°E子午圈附近6个台站的GPS观测数据, 分析了2004年11月地磁暴期间中国中低纬电离层的响应情况. 结果表明, 电离层呈正相扰动, 且不同高度上的响应不同, 800 km以下电子密度有不同程度的增加, 且在峰值高度附近增幅最大, 800 km以上地磁暴的影响并不显著; 伴随地磁能量的注入, 赤道异常峰极向扩展; 随磁扰强度的降低, 电子密度也逐渐恢复至平静水平. 这些结果与以往的理论和观测结果一致, 初步估计扰动是由热层暴环流引起的, 并受到赤道异常峰移动的影响.      

不同太阳活动条件下电离层形态对估算GPS系统硬件延迟的影响

利用两个中纬度台站GPS观测数据提取的GPS卫星硬件延迟,分析了不同太阳活动情况下估算的硬件延迟稳定性和统计特征,结合同期电离层观测数据,研究了电离层状态对硬件延迟估算结果的影响.研究结果表明,基于太阳活动高年(2001年)GPS观测数据估算的硬件延迟稳定性要低于太阳活动低年GPS观测数据的估算结果,利用2001年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差(RMS)平均值约为1TECU,而2009年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差平均值约为0.8TECU.通过对2001年和2009年北京地区电离层F₂层最大电子密度(N_mF₂)变化性分析,结合GPS硬件延迟估算方法对电离层时空变化条件的要求,认为硬件延迟稳定性与太阳活动强度的联系是由不同太阳活动条件下电离层变化的强度差异引起的.      

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.      

中纬E层临界频率和低电离层的电子密度剖面计算

本文给出了计算中纬E层临界频率(f_0E)和低电离层的电子密度分布与太阳天顶角、太阳黑子数、地方时之间关系的经验公式.由它对不同年、月、日以及午前、午后情况进行计算的结果与实验探测数据符合得较好;将该公式用于长波传播和吸收计算也得到了与实验一致的结果.此外, 它还能由实测的f_0E值算出D区电子密度分布.      

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.      

玉树地震前的电离层异常现象分析

分析了玉树地震前地基电离层探测临界频率、GPS TEC和卫星探测原位等离子体参量等多个参数的扰动变化信息, 研究了不同高度异常变化的时空关联性. 分析发现, 在地震前一天的4月13日, 多个电离层参量出现同步扰动异常, 电离层临界频率f₀F₂异常相对滑动中值增大40%, 异常空间上存在从震中东南向西南漂移的特性; GPS TEC异常增强15TECU (1TECU=1016m-2)左右, 分布于震中南部经度15°范围内, 且有明显的磁共轭效应; DEMETER观测的原位氧离子密度N_i(O+) 4月13日为1-4月中最强的一天, 异常分布偏向赤道区, 但仅局限在30°-50°左右的经度范围内. 综合三个参量的异常特征发现, 无论是空间的局地性还是时间上的密切关联均反映这次电离层扰动可能与玉树地震孕育有关. 结合其他观测信息, 进一步探讨了这次地震孕育过程的地震电离层耦合机理.      

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.      

磁纬10°以下哨声路径纬度和所需抬升因子积分中值的估算方法

本文采用国际地磁参考场(1980IGRF,n=8)磁力线经验公式和三层模式电离层,结合哨声波沿磁力线传播所需电子浓度的横向梯度,给出了磁纬10°以下哨声路径纬度和所需抬升因子积分中值的估算方法;从而得出:(1)哨声色散值D不仅与电离层N_mF2正相关,而且与h_mF2也有明显相关性.当路径纬度ф₉₀≤10.5°(IGRF,n=8,下同)时,D与h_mF2负相关;>12时,正相关;在10.5°—12°之间时,正或负相关取决于路径顶点高度与h_m之差值.估算表明,三亚(磁纬7.04°N)收到的哨声中路径纬度ф₉₀≤10.5。的占94.5%,D与h_mF2负相关,这与观测结果一致.(2)所需抬升因子积分中值一般在7—31%之间.      

非相干雷达探测低电离层的结果分析

位于波多黎各的Arecibo非相干雷达可以获得低电离层电子和离子密度, 利用此非相干雷达数据对中纬度低电离层的运动特征进行研究. 得到了电子密度随时间和高度的变化 情况, 结果显著呈现出周日变化特征, 并分析了电子密度随高度的变化规律. 进一步对数据进行频谱分析, 深入研究低电离层电子密度的周日变化效应. 得到电子密度的高度剖面, 发现从F层底部到E层有明显的等离子体沉降. 低电离层的层结构特征及电子密度变化表明, 在该区域还存在不同程度的等离子体扰动, 由此对低电离层的作用因素 进行分析, 认为大气潮汐或声重波可能对低电离层产生扰动, 即低电离层与大气存在一定程度的耦合作用.      

武昌低电离层LF观测的季节变化

通过分析武昌低电离层LF观测数据,得到了中低纬度低电离层电子密度剖面的季节变化特征及其与太阳天顶角周年变化的关系,给出LF相位周年振荡幅度的年际变化曲线．     

1984年4月24日大太阳耀斑爆发对电离层电子总含量的影响

本文给出1984年4月24日2356UT太阳耀斑爆发期间在新乡和重庆两地利用法拉第技术接收日本同步卫星ETS-Ⅱ的甚高频信号所得到的电离层电子总含量的异常变化。两站在耀斑爆发期间的三分半钟内同时观测到电离层电子总含量的突然急剧增加。它们的增量分别为9.4×1016和14.3×1016ele/m2.本文还将偏振仪所观测到的现象与电离层垂测记录及甚低频锁相接收机所观测到的记录作了比较。分析的结果表明,大太阳耀斑期间不仅D层的电子浓度大大增加,而且F层的电子浓度也显着增加,后者是这次总含量剧增的主要部分。      

Study of ionospheric D region changes during solar flares using MF radar measurements

During solar flares, the X-ray radiation suddenly increases, resulting in an increase in the electron density of the atmospheric D region and a strong absorption of short-wave radio waves. Based on Langfang medium frequency (MF) radar, this paper analyzed the variation characteristics of D region in the lower ionosphere from 62 km to 82 km. The analysis focused on multiple C-level and M-level solar flare events before and after the large-scale flare event at 11:53 (UT) on September 6, 2017. The results show that it is difficult to detect the electron density over 70 km in Langfang during solar flares, but the electron density value can be obtained as low as 62 km, and the stronger the flare intensity, the lower the detectable electron density height. Besides, the equal electron density height, the received power of X and O waves will also be significantly reduced during the flares, and the reduction of equal electron density height has a weak linear relationship with flare intensity.     

Puerto Rico地区偶发E层临界频率特性统计分析

利用Puerto Rico站(18.5°N, 67.2°W) 1997—2013 年的Es临界频率数据, 对该地区Es特性进行了分析. 结果表明: 临界频率 f₀E_s 日均值具有一定的16天周期性变化特征, 其可能是大气行星 波引起的; f₀E_s 随地方时的变化基本上呈一个波峰波谷结构, 波谷 位于06:00LT左右, 波峰位于14:00LT左右, 同时存在午夜和日落后异常高 值现象, 其分别与午夜南向风场减弱和夜间电场变化有关; 通过分析不同强 度Es, 发现潮汐风造成较低强度Es发生率的地方时分布与中等和高强度Es 明 显不同. 这些现象的相关物理机制尚需进一步研究论证.      

Using GPS-SCINDA observations to study the correlation between scintillation,total electron content enhancement and depletions over the Kenyan region

This paper presents the first results of total electron content (TEC) depletions and enhancement associated with ionospheric irregularities in the low latitude region over Kenya. At the low latitude ionosphere the diurnal behavior of scintillation is driven by the formation of large scale equatorial depletions which are formed by post-sunset plasma instabilities via the Rayleigh–Taylor instability near the magnetic equator. Data from the GPS scintillation receiver (GPS-SCINDA) located at the University of Nairobi (36.8°E, 1.27°S) for March 2011 was used in this study. The TEC depletions have been detected from satellite passes along the line of sight of the signal and the detected depletions have good correspondence with the occurrence of scintillation patches. TEC enhancement has been observed and is not correlated with increases in S₄ index and consecutive enhancements and depletions in TEC have also been observed which results into scintillation patches related to TEC depletions. The TEC depletions have been interpreted as plasma irregularities and inhomogeneities in the F region caused by plasma instabilities, while TEC enhancement have been interpreted as the manifestation of plasma density enhancements mainly associated with the equatorial ionization anomaly crest over this region. Occurrence of scintillation does happen at and around the ionization anomaly crest over Kenyan region. The presence of high ambient electron densities and large electron density gradients associated with small scale irregularities in the ionization anomaly regions have been linked to the occurrence of scintillation.     

2010年5月4日夜间海口上空钠层密度的激光雷达观测研究

使用Nd:YAG激光器和泵浦染料激光器产生的589nm激光, 与中高层大气中钠原子产生共振, 利用直径为1000mm的望远镜接收钠层的光子回波. 研究中国海口市2010年5月4日夜间的中高层大气中钠层密度分布, 计算钠层的相对密度和绝对密度, 研究钠层密度峰值变化. 观测到突发钠层出现在23:52LT, 持续12min.      

1981年7月31日漠河地区日食的外电离层效应

本文利用漠河(磁径190°17′E, 磁纬42°18′N)地区接收的哨声和同时观测的电离层资料, 采用南北半球电子浓度不一定对称的假设, 以电离层垂测资料和哨声联合换算的模式法, 得到了1981年7月31日哨声色散常数的日食效应;并粗略地测定了日食期间, 漠河上空沿磁力线分布的电子浓度剖面, 磁通量管电子含量和等效标高的部分结果;此外, 还初步讨论了日食的外电离层效应.      

A global survey of COSMIC ionospheric peak electron density and its height: A comparison with ground-based ionosonde measurements

With a network of ground-based ionosondes distributed around the world, the ionospheric peak electron density and its height measured by FORMOSAT-3/COSMIC satellites in terms of GPS radio occultation technique are extensively examined in this article. It is found that, in spite of the latitude, the mean values of the peak electron density measured by COSMIC satellites are systematically smaller than those observed by ground-based ionosondes. The discrepancy between them is dependent on the latitude, namely, it is small in low and mid-latitudes and large in high-latitude region. Moreover, statistical analysis shows that the slopes of the regression line that is best fitted to the scatter diagram of occultation-retrieved peak electron density (ordinate axis) versus ionosonde-observed peak density (abscissa axis) are universally less than one. This feature is believed to be the result of path average effect of non-uniform distribution of the electron density along the GSP ray during the occultation. A comparison between COSMIC-measured peak height and ionosonde-derived peak height hmF2 indicates that the former is systematically higher than the latter. The difference in the two can be as large as 20% or more in equatorial and low-latitude regions. This result implies that the peak height hmF2 derived from the virtual height through true height analysis based on Titheridge method seems to underestimate the true peak height. The correlation between COSMIC and ionosonde peak electron densities is analyzed and the result reveals that correlation coefficient seems to be dependent on the fluctuation of the occultation-retrieved electron density profile. The correlation will be higher (lower) for the electron density profiles with smaller (larger) fluctuations. This feature suggests that the inhomogeneous distribution of the electron density along the GPS ray path during the occultation plays an important role affecting the correlation between COSMIC and ionosonde measurements.