北驼峰区电离层GPS卫星闪烁事件时空特征及对通信的影响

基于子午工程北大深圳站（22.59°N,113.97°E）电离层GPS双频接收机在2011年1月1日至2017年12月31日连续7年的长时间序列闪烁和TEC观测数据,分析不同太阳活条件下华南赤道异常北驼峰区观测到的GPS卫星L波段电离层闪烁事件时空分布特征及其对通信的影响.结果表明:GPS闪烁事件几乎都发生在夜间,且主要发生在春秋分月份;在不同太阳活动条件下,夜间GPS闪烁事件都主要发生在北驼峰区域靠近磁赤道的一侧,且GPS闪烁事件存在明显的东-西侧天区不对称性,即在台站西侧天区发生的闪烁事件明显偏多;在不同太阳活动条件下,弱闪烁事件伴随的TEC耗尽和卫星失锁事件比例相对较低,强闪烁事件则大部分都伴随着TEC耗尽和卫星失锁事件的发生.      

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.      

利用聚类算法区分小尺度电离层行扰事件与赤道等离子体泡事件

利用Swarm卫星2015年1月1日至2019年12月31日的50Hz高频磁场数据，根据阈值判断垂直于主磁场方向的扰动，对磁纬45°N-45°S之间的小尺度电离层行扰事件进行探测.为避免混淆而产生的干扰，可以根据阈值判断平行于主磁场方向是否发生扰动，从而排除典型的赤道等离子体泡事件.但对于较弱的赤道等离子体泡事件，扰动阈值判断无效.为避免弱赤道等离子体泡事件的污染，根据小尺度电离层行扰事件和赤道等离子体泡事件在不同参数空间中的密度分布差异，利用基于密度的聚类算法将赤道等离子体泡事件进一步甄别提取.结果表明，聚类算法能够有效地将赤道等离子体泡事件从小尺度电离层行扰事件中甄选出来，并使小尺度电离层行扰事件聚类与赤道等离子体泡事件聚类形成清晰的边界.由聚类算法导出的弱赤道等离子体泡事件主要分布在磁纬15°N-15°S，地理经度20°-60°W，月份10至3月之间，并且在20:00MLT-24:00MLT存在高发生率，同时依赖于太阳活动，这也验证了前人的相关研究结果.      

HXMT卫星空间环境监测器及初步观测结果

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首个专门进行天文探测的空间科学实验卫星,运行于高度约550km、倾角约43°的低地球轨道.星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料.该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计,可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像.初步探测结果显示,卫星运行轨道遭遇的带电粒子辐射集中分布在经度80°W-20°E,纬度0°-40°S的南大西洋异常区,粒子辐射在该区域表现出不同程度的方向差异分布,高能电子方向差异分布显著强于高能质子.2017年9月空间环境扰动期间,爆发的太阳质子事件并未对该轨道粒子辐射产生影响,而地磁活动导致该轨道穿越经度120°W-60°E,纬度40°-43°N的北美上空和经度60°-120°E,纬度43°-40°S的澳大利亚西南区域时遭遇增强粒子辐射影响,增强的粒子辐射表现出极强的方向分布.      

华南地区电离层闪烁与TEC耗空的时间和空间分布统计分析

利用位于赤道异常区的深圳站（22.59°N，113.97°E）2011年1月至2012年12月及2015年1月至2015年12月监测到的GPS-TEC数据，统计分析华南地区电离层闪烁与TEC耗空同时出现、电离层闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性.结果表明:这3种现象均主要发生在春秋季节；闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现分别主要发生在纬度为19°-23°N，21°-24°N和24°-26°N的空间区域.探测到闪烁和TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现的时间分别主要分布在20:00LT-22:00LT，21:00LT-23:00LT和22:30LT-23:30LT.闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性对应了华南地区不规则体和赤道等离子体泡（EPBs）从产生到消失的演变过程.      

GRO和LRO掩星事件模拟研究

GRO（Global Navigation Satellite System Radio Occultation）和LRO（Low Earth Orbit Radio Occultation）联合组网探测地球大气是无线电掩星探测技术的主要发展方向.本文根据掩星事件的数学判据,仿真分析了LEO卫星主要轨道参数对GRO和LRO掩星事件数量和全球分布情况的影响.研究表明:卫星轨道越低GRO掩星事件越多;轨道倾角在30°和75°之间时,GRO掩星事件较多,全球覆盖率也较大;利用极轨卫星进行LRO掩星探测时,LRO掩星事件较均匀地分布在各纬度带.研究成果对GRO和LRO联合星座设计具有参考价值.      

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.      

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.      

1997-2003年太阳质子事件源区的卡林顿经度分布

分析了1997-2003年期间的59个太阳质子事件,太阳质子事件源区的卡林顿经度带.分析结果表明,质子事件源区主要集中在10°-45°,135°-155°,180°-215°,230°-260°,265°-310°,345°-360°,还有4个质子耀斑分散在72°,74°,93°和107°上.其中最强的活动卡林顿经度带的经度范围是265°-310°,次之为卡林顿经度带135°-155°,最弱的是卡林顿经度带180°-215°最强的活动经度是卡林顿经度272°.1997-2003年期间峰值通量大于100 pfu,质子耀斑南半球发生次数为18,北半球发生次数为10;同一活动经度上的质子事件具有重现的规律,重复出现的时间间隔短的为27天,长的超过4年.     

AIRS观测资料研究全球平流层重力波特性

利用2012—2014年1月和7月AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）第79通道的观测数据，分析了平流层重力波活动强弱的全球分布以及重力波发生频率的全球分布；分析了重力波活动随纬度和经度的变化特征，给出了重力波活动在全球范围内的热点区域及其活动强度；对比了白天与夜间的重力波活动强度及发生频率.研究表明重力波活动强度呈现出随纬度变化的特征，在低纬度地区（0°—30°），冬季半球重力波活动强度低，夏季半球重力波活动高；在中高纬度地区，冬季半球重力波活动强度高而夏季半球重力波活动强度低.在1月，全球重力波活动有4个突出的热点区域，分别为50°N附近欧洲大陆与大西洋交接地带、北美洲与大西洋交接地，20°S附近南美洲与大西洋交接地区、非洲与印度洋交接地区.在7月，重力波活动突出的地方为巴塔哥尼亚至南极半岛地区，以及50°S和75°E附近的印度洋区域.重力波活动强度在夜间大于白天，但是夜间的强重力波活动区域小于白天.      

2006年12月13日太阳射电暴对GPS观测的影响

日地空间环境不仅影响航天器运行和安全, 也是导航、定位和通信等无线 电应用系统主要的误差源. 其中来自太阳L波段的射电暴被认为是全球导航卫星 系统(GNSS)稳定和性能的潜在威胁因素, 当L波段射电爆发达到一定阈值时, 将给用户带来不同程度的射电噪声干扰, 严重时会引起接收机失锁和定位服务 中断. 本文对2006年12月13日太阳射电暴对GPS造成的影响进行了研究, 利用太阳射电 观测数据、L波段闪烁观测数据和向阳面不同区域的GPS观测网数据, 分析 GPS观测对射电暴的响应. 结果表明, 此次事件对GPS观测产生了明显的影响, 射 电暴期间GPS发生幅度闪烁事件和明显失锁现象, 多个台站上空的多颗GPS 卫星 信号完全中断长达6min左右, 且多个台站上空锁定的卫星数目小于4颗, 使 得GPS定位完全失效. 相对而言, 射电暴期间日下点附近的GPS台站受到的影响 比远离日下点的大.      

太阳质子事件对太阳同步轨道空间辐射环境影响分析

介绍了南大西洋异常区的辐射环境及其特点，重点研究了发生于2000年7月14日的太阳质子事件对太阳同步轨道空间环境造成的影响，太阳质子事件期间，抵达近地空间的高能电子、质子及重离子对太阳同步轨道空间环境造成剧烈地扰动，并且不同种类不同能量的粒子扰动特征不尽相同。     

基于COSMIC掩星精密定轨数据的等离子体层电子含量研究

等离子体层是日地环境重要的组成部分.本文利用COSMIC掩星精密定轨数据经处理后得到的podTec文件获取等离子体层电子含量（PEC）对等离子体层进行研究.将podTec数据进行处理后获得的PEC（pod-PEC）和IRI-Plas经验模型提供的PEC （IRI-PEC）进行对比，发现pod-PEC与IRI-PEC符合得较好.在低（0°—20°）、中（20°—50°）、高（50°—90°）修正地磁纬度带下，分析了COSMIC在太阳活动极大年（2014年）3，6，9和12月的pod-PEC，得到如下结论:PEC随着纬度升高而逐渐减少，且3，9月PEC在中低纬关于磁赤道的南北对称性较好，6月北半球各纬度带的PEC明显高于南半球同一纬度带的值，而12月情况则完全相反，南半球中纬的PEC甚至会等于北半球低纬的PEC值；PEC在白天高而晚上低，高纬地区的PEC昼夜变化不明显；PEC具有明显的季节性.对于北半球，一年中PEC最大值出现在春季，冬秋季次之，夏季最低，具有明显的年度异常现象.      

极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性研究

利用第23太阳活动周DMSP F12,F13和F15卫星数据,分别对南北半球极区顶部电离层离子上行的太阳活动依赖性进行了研究.结果表明,南北半球上行事件对太阳活动的响应特征基本一致,即高（低）太阳活动时,离子上行通量以及上行数密度较大（小）,但是上行速度及上行发生率较低（高）.以南半球高纬为例,计算得到离子上行通量、数密度、速度及发生率在高低太阳活动条件下的比值分别约为2.26,3.35,0.71,0.51.对离子上行太阳活动依赖性的可能原因进行了分析.不同太阳活动水平下,光致电离及高能粒子沉降的差异会导致电离层离子密度的不同,而电离层离子密度的变化会改变离子elax-elax中性大气之间的碰撞频率,这是影响离子上行发生率的一个重要原因.      

1996-2002年太阳耀斑的统计分析

分析了1996-2002年南北半球的太阳黑子相对数和南北半球太阳X射线耀斑级别(简称Imp)≥M1．0的太阳X射线耀斑的特征和不对称性．分析结果表明，南北半球的太阳耀斑活动的程度交替上升，在2001年7月以前北半球的太阳耀斑活动强于南半球，2001年7月开始耀斑活动逐渐以南半球为主．本文还逐月分析了1996—2001年南北半球的耀斑指数．2000年7月为第23周太阳指数最大的一个月，与第23周太阳黑子相对数最大月均值吻合．     

Propagation of upstream protons in the near-earth solar wind

The propagation of energetic protons (35–1600 keV) from the Earth's magnetosphere to the ISEE-3 spacecraft located about 240 earth radii (R_E) upstream in the solar wind is used as a tool to study the interaction between these protons and the solar wind. In this preliminary study we present proton pitch angle distributions seen at different times during the development of upstream events that occur in relatively quiet interplanetary conditions. In general a highly anisotropic sunward flow is seen at the beginning of the events. During the course of the events pitch angle distributions may vary between streaming along the field lines (peaked around 0° pitch angle), a uniform intensity between 0° and 90°, and a peaked distribution around a preferred pitch angle that is often near 90°.     

Satellite monitoring of surface temperatures in semi-desert: Differences between anthropogenically impacted terrain and protected natural vegetation

The northern Sinai is a sandy semi-desert. Severe overgrazing and other anthropogenic pressures contribute to an extremely sparse vegetative cover. A 6×6 km area was fenced off in the summer of 1974, constituting an exclosure from the grazing herds and from harvesting of plants for firewood. The vegetation in this exclosure recovered rapidly. In this study, radiances and surface temperatures of the vegetated exclosure and of the surrounding anthropogenically impacted terrain were monitored for the period March–September 1981, using NOAA-6 satellite. This satellite carries the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) that measures visible and solar infrared radiances and also radiation temperatures at 11 μm band. In the digital images, the exclosure forms an easily recognized square, darker in the visible and solar infrared AVHRR channels than the surroundings. We concentrated on the corner in which there was no anthropogenic activity. Based on the ratio of the radiance over the exclosure to that over the surrounding terrain, the protrusions parameter s (vertical projection of the protrusions per unit area) has been estimated. The average value of s for the various satellite passes is 0.20 as measured in the visible channel and 0.18 as measured in the solar infrared. The radiation temperatures of the exclosure and of the surrounding terrain were analyzed. The radiation temperatures of the vegetated exclosure (sand with protruding bushes) are higher (by up to 2.5°K) than those of the surrounding terrain (that can be approximately regarded as bare sand). It is concluded that in an arid climate, under the semi-dormant conditions of vegetation (which prevail at all times except for the desert-bloom period, after a rain) the evapotranspiration is low, so that its effect on the surface temperatures is very small. Under these conditions, the surface temperatures are controlled by the surface albedo and the air flow at the surface.     

Solar-interplanetary circumstances associated with the major events in March and June 1991 and comparison with similar events of previous solar cycles.

The solar activity and geomagnetic storm events of March and June 1991 were associated with the appearance of an enhanced particle flux in the trapped radiation belts as discovered by the CRRES satellite observations and later measured by shuttle radiation detectors. The solar-interplanetary conditions associated with these events appear to be a major sequence of activity near the sun's central meridian generating powerful fast interplanetary shocks resulting in major perturbations to the magnetosphere. The solar-interplanetary events in 1991 are discussed and compared to similar activity in the past such as the events in February 1986, August 1972, July 1961, November 1960, and July 1959.     

Longitudinal variations of the ionospheric trough position

For the first time a comprehensive pattern of the longitudinal effect of the ionospheric trough position was obtained. We present new results with longitudinal variations of the winter trough position as a function of geomagnetic latitude for both hemispheres and conditions of high and low solar activity and all local time hours. We used a large observational data set obtained onboard the Kosmos-900, Interkosmos-19 and CHAMP satellites for quiet geomagnetic conditions. We found that a magnitude of the trough position longitudinal effect averaged for a fixed local time is greater in the daytime (6–8°) than in the nighttime (3–5°). The longitudinal effect magnitude reaches its maximum (16°) in the morning (at 08 LT) in the Southern hemisphere at high solar activity. But on certain days at any solar activity the longitudinal effect magnitude can reach 9–10° even at night. The shape of the longitudinal effect was found to differ significantly in two hemispheres. In the Northern hemisphere the trough is usually closest to the pole in the eastern (American) longitudinal sector, and in the Southern hemisphere the trough is closest in the western (Eurasian) longitudinal sector. The magnitude and shape of the longitudinal effect is also different during low and high solar activity. The Global Self-consistent Model of the Thermosphere, Ionosphere, and Protonosphere (GSM TIP) simulations demonstrate that during low solar activity, the longitudinal variations of the daytime trough position is mainly determined by longitudinal variations of the ionization function, formed due to the longitudinal variations in the solar zenith angle and the atomic oxygen density distribution. The longitudinal variations of the nighttime trough position is formed by the longitudinal variations in ionization of precipitating auroral particles, neutral atmosphere composition, and electric field.     

Statistical characteristics of low latitude Pc4s: Influence of solar wind and IMF parameters

Pc4 signatures for the year 2013, extracted from geomagnetic north–south and east–west components of induction coil magnetometer (LEMI 30) from low latitude station Desalpar (DSP), operated by Institute of Seismological Research (ISR), India have been investigated vis-à-vis the prevalent interplanetary parameters (IMF) as well as the geomagnetic activity indices. A clear dominance of Pc4-5 (467 events) over Pc3 (17 events) is observed. Local time variation of Pc4 shows a peak in the noon sector in both X and Y components. Our investigations show that the dominant peak frequency is 10 mHz at low latitude region. Correlations with solar wind and IMF parameters illustrate highest occurrence of Pc4 for a solar wind speed of 300–400 km/s and average IMF B field of 3–6 nT. The amplitude of Pc4s at DSP shows an increase with increasing solar wind speed, plasma density, solar wind dynamic pressure and average B field which is also reflected in the trend of frequency variation of these pulsations. We report that IMF clock angle at low latitude does not have influence on Pc4 occurrence. Based on the characteristics of these events, detected in latitudinally distributed stations from low and mid-latitudes from northern and southern hemisphere, we infer that modes were compressional, which could be driven by K-H instability or solar wind dynamic pressure, as compressional modes can propagate to low latitude with little attenuation.