东亚地区Es特性研究

Es是发生在电离层E层高度上的偶发不规则结构,其电子密度最高可达E层背景电子密度的100倍以上. 远东地区是全球Es的高发区,其相关研究具有独特性和典型性,该地区Es形态学特性的深入研究对于探索Es成因及揭示其本质具有重要意义. 本文利用中国电离层垂测网50余年的垂测数据,结合日本垂测网数据对东亚地区Es的强度特性、空间分布特性、日变化、季节变化以及长期变化趋势进行了深入分析,得到一些有意义的结论.      

乌鲁木齐地区电离层环境长期变化特性研究

电离层环境变化对电子信息系统具有重要影响,其可能引起短波通信质量下降甚至中断,导致导航信号闪烁和误差增加等. 研究电离层环境特性对于评估空间环境对通信、雷达及导航装备的影响具有重要意义. 本文根据乌鲁木齐电波环境观测站50余年数据,研究了乌鲁木齐地区电离层F层临界频率、F层底高、Es层临界频率的日变化、季节变化和长期变化情况,同时根据HWM07高空风场模型研究了乌鲁木齐地区高空风场的昼夜和季节变化特性.      

海南地区电离层闪烁观测与GISM模式预测的比较分析

为了获得全球电离层闪烁模式GISM在中国低纬地区预测的精度和可靠性,利用海南三亚GPS电离层闪烁监测系统一年的观测数据与模式预测结果进行对比分析.结果表明,在太阳活动低年,GISM能较好地反映海南地区电离层闪烁的季节变化、日变化和空间分布特性;对于季节变化,模式与观测结果在中等强度闪烁条件下较为相符,而在强闪烁和弱闪烁条件下有不同程度的偏差;模式预测的闪烁日变化与实际观测基本一致,但在闪烁发生率出现最大值的时间上模式预测要滞后约1 h左右;在电离层闪烁发生率的空间分布上,模式预测与实际观测较为相符,即海南地区南面电离层闪烁发生率高于北面.      

低纬(海南)地区电离层偶发E层的潮汐类周期研究

基于低纬(海南)台站(19.5°N,109.1°E)电离层测高仪在2004年观测到的偶发E层(Es)临界频率(f₀E_s)和虚高(h'E_s)数据,利用谱分析方法,给出了中国低纬地区Es层在全年和不同季节内的短周期变化特性.对全年数据谱分析表明,Es层除具有非常强的24h周期外,还具有显著的12h和8h周期.对不同季节内两个参数的谱分析进一步表明,8h周期主要出现在f₀E_s参数的春秋分季和夏末及在h'E_s参数的几乎所有季节;6h周期主要出现在f₀E_s参数的11-12月.海南低纬Es层中具有显著的6h和8h周期特性,特别是这两个周期还能同时出现在冬季,这是以往研究中不曾发现的新结果.初步分析认为,Es层的6h和8h周期极可能是分别由1/4日和1/3日潮汐所造成的.      

中国典型区域Es特性研究

利用中国海口、长春和拉萨三个站1976-1986年一个太阳周的观测数据, 对中国典型区域的Es特性进行了研究. 分析了不同强度Es (f₀E_s > 3, 5, 7, 9MHz)出现概率随本地时、季节以及太阳活动的变化规律, 并对电离层Es遮蔽情况(包括全遮蔽和半遮蔽)进行了系统分析. 研究结果表明, 各种强度的Es出现概率均是白天大于夜间, 夏季高于其他季节, 随太阳活动性变化规律不明显, 地区差异较大, 大部分情况拉萨站Es出现概率最高; 对于全遮蔽和半遮蔽特性, 不同站也表现出不同的分布规律.      

东亚地区电离层Es出现率峰值的时空演变

通过对东亚地区20多个台的电离层垂测资料,进行逐年、逐月与逐台的比较研究,发现Es出现率峰(Es出现率最大处)具有时空演变.冬季的白天,峰位于低纬;夏季的白天,峰的位置随太阳活动的不同而变动;春秋两季的峰不明显,隐约可见其振荡在类似于海口与国分寺的纬度之间;夜晚,兰州、新乡与国分寺,几乎既是夜晚各季节的主峰所在,又是白天冬夏季节的亚峰地点.可见Es出现率峰,有着十分规则的变化,这一点与以往结论有别.      

中低纬电离层不同季节地磁暴响应的事例分析

利用中国中低纬台站漠河（53.5°N，122.3°E）、北京（40.3°N，116.2°E）、武汉（30.5°N，114.2°E）和三亚（18.3°N，109.6°E）的电离层观测数据，对比分析了4个台站电离层参数在2015年不同季节4个地磁扰动事件期间的变化特征.结果表明，4个磁暴事件期间电离层的响应特征并不完全一致，有着明显的季节特征，春季、夏季和秋季电离层以负相扰动为主，冬季以正相扰动为主.分析发现，中性成分O/N₂的降低与电离层负相扰动有关，但三亚地区的负相扰动还与扰动发电机电场相关.正相扰动的机制在不同事件中并不相同，穿透电场可能是引起春季磁暴事件期间电离层短时正暴效应的原因，而冬季长时间的正暴效应则是扰动电场和中性风共同作用的结果.      

远东地区电离层Es的增强及其相关因素

本文考察了远东地区电离层Es的增强与地磁活动的关系.因采用了时间迭加法和地方磁情指数K,且着重于夜间和变化幅度较大的Es,所以所得结果特征显著.以本文所用的1213次Es增强事件,70%左右的夜间Es在增强前11小时内有K≥4或△K≥2;另外30%左右的夜间Es增加,或出现于磁静日,且与邻近的印度海德拉巴地磁台所记录到的缓始磁暴有关;或发生在全球性大磁暴前.      

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.      

电离层Es电波传播模型研究

考虑大气折射的影响,对不同高度Es层条件下大圆路径传播距离与仰角的关系进行计算.基于电离层Es电子密度时空分布特点,建立高阶Es反射模型;运用高阶修正贝塞尔函数表示电离层Es电子密度扰动的自相关函数,综合考虑电离层Es各向异性结构的尺度关系,建立高阶Es散射模型.仿真计算Es层VHF斜入射传播衰减与频率、距离的关系.对于反射模型,Es层厚度越厚,电波衰减越大.对于散射模型,Es层不规则体水平尺度相同,垂直水平漂移的尺度越大,衰减越大;而垂直水平漂移的尺度相同,水平尺度越大,衰减越小.无论反射模型还是散射模型,f₀E_s越高,衰减越小;电波工作频率越高,衰减越大.对比建立的模型与VHF链路的测量结果,明确不同强度的电离层Es反射/散射机制,证明了建立模型的正确性.      

夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析

利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段,对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明,海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体,不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强,在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道,且处于较低高度上,几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生,与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构,且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。      

Responses of ionospheric foF2 to geomagnetic activities in Hainan

Responses of low-latitude ionospheric critical frequency of F2 layer to geomagnetic activities in different seasons and under different levels of solar activity are investigated by analyzing the ionospheric foF2 data from DPS-4 Digisonde in Hainan Observatory during 2002–2005. The results are as follows: (1) the response of foF2 to geomagnetic activity in Hainan shows obvious diurnal variation except for the summer in low solar activity period. Generally, geomagnetic activity will cause foF2 to increase at daytime and decrease at nighttime. The intensity of response of foF2 is stronger at nighttime than that at daytime; (2) seasonal dependence of the response of foF2 to geomagnetic activity is very obvious. The negative ionospheric storm effect is the strongest in summer and the positive ionospheric storm effect is the strongest in winter; (3) the solar cycle has important effect on the response of foF2 to geomagnetic activity in Hainan. In high solar activity period, the diurnal variation of the response of foF2 is very pronounced in each season, and the strong ionospheric response can last several days. In low solar activity period, ionospheric response has very pronounced diurnal variation in winter only; (4) the local time of geomagnetic activities occurring also has important effect on the responses of foF2 in Hainan. Generally, geomagnetic activities occurred at nighttime can cause stronger and longer responses of foF2 in Hainan.     

电离层Es对HF和VHF传播信号的影响

Es层是存在于电离层中的电子密度非常高的偶发E层（Sporadic E）,其电子密度可达常规E层的100倍.电离层Es能够反射原本穿透F层的VHF低频段（30~150MHz）无线电波,而且对HF高频段（10~30MHz）无线电波传播具有显著影响.运用垂测和斜测观测数据,研究HF频段Es层电波传播特征,得到了不同类型及不同高度Es层的衰减系数.根据f₀E_s的日变化规律,可得HF频段衰减系数的日变化规律,进而分析并得到Es层对短波传播的影响.不存在电离层Es时,通常无法通过电离层实现VHF超远距离通信.为了对VHF链路通过电离层Es的传播衰减进行定量分析,根据EBU多条链路的观测结果,拟合并建立了电离层Es衰减模型.将该模型、ITU模型和观测数据进行对比,发现本文建立的模型准确度更高.利用建立的模型,对电离层Es不同临频f₀E_s条件下接收信号场强和电压随传播距离的变化进行了计算,结果可为VHF链路设计及建立提供参考.      

海南VHF雷达观测到的低纬F区电离层场向不规则体事件分析

中国海南VHF雷达具有快速扫描观测及对电离层不规则体进行二维成像的能力.采用时间序列上的连续观测,可以获得场向不规则体发展变化的一系列二维空间图像.本文对海南VHF雷达2011年10月27日夜间观测到的电离层不规则体事件进行分析,主要结果表明,本次观测到的不规则体可分为三个阶段.在初步形成阶段,不规则体开始出现时非常微弱,发展变化很慢,主要表现为向上可扩展,持续时间约14min.在扩大增强阶段,不规则体快速向上并向两侧扩展,持续时间约14min;不规则体强度前期迅速增大,后期略有减弱,空间尺度达200km以上.在东漂离开阶段,不规则体强度进一步减弱,扩展面积达到最大,主要表现为东向漂移,持续时间近30min.这次观测首次给出了海南地区上空电离层不规则体的形成和发展过程.结合其他台站的观测进行对比分析发现,海南观测到的雷达羽与其他地区的雷达羽具有明显不同,海南地区的雷达羽特性及其对应的物理过程有待进一步观测研究.      

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.      

Analysis and improvement of ionospheric thin shell model used in SBAS for China region

The most frequently used mapping function for converting slant total electron content (STEC) to vertical total electron content (VTEC) uses a simplified ionospheric single layer model in satellite based augmentation system (SBAS). Aiming at ionospheric single layer model altitude variation, we analyzed the statistical characteristic of mapping function in systemic approach particular for the region of China, and then experimental mapping function was proposed. The experimental mapping function is used in SBAS ionospheric correction and the precision of vertical correction is compared with standard mapping function. The results show that conversion factor errors depend on latitude, time and elevation, experimental mapping function is helpful to the vertical TEC estimation and may improve the precision of SBAS ionospheric refraction correction especially for the low latitude region of China.     

西藏高原 广州地区f0E,f0Es,fbEs的某些变化特征

本文利用西藏、广州地区1985—1988年夏季的7、8月份的实测资料,对电离层特征参数,f_oE,f_oE_s,f_bE_s,进行了统计分析,得到它们的变化规律与特点。 从图1中看出,西藏高原地区的f_oE值,其变化规律,受太阳黑子的影响较大且为正     

基于海南VHF雷达观测的低纬E区场向不规则体研究

利用海南VHF雷达（19.5°N,109.1°E;磁纬8.1°N）在2011年7月15—22日期间的连续观测数据,对东亚低纬3m尺度电离层场向不规则体（FAI）特性进行了分析. 主要结果表明,在整个观测期间,E区场向不规则体几乎每天发生,既可发生于夜间,也可发生于白天,且存在各种不同结构. 根据E区场向不规则体发生的时间及形态,可将其分为三种结构类型:低部连续型结构、上部下降型结构以及白天连续型结构. 这些低纬E区场向不规则体的回波谱特性与赤道电集流（EEJ）和中纬区E区场向不规则体中的2型回波相类似,但其随时间的变化与后两者存在明显差异,且与其他低纬区E区场向不规则体回波存在不同程度的差异.