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.     

磁暴期间电离层扰动的GPS台网观测分析

给出了一种利用GPS台网观测获取TEC快速变化的计算方法,并将该方法用于东亚-澳大利亚扇区的GPS台网观测数据,分析了2000年7月14-18日大磁暴期间的电离层响应,揭示出电离层暴期间赤道异常峰的压缩和移动等特性.计算结果表明,在站点分布不均匀、原始观测数据不足且随时间跳变等多种不利因素的影响下,这种新的算法仍能保持很好的计算稳定性,并能快速地提取给定时空范围内的三维TEC短时变化的特征,适用于研究电离层暴等情况下引起的TEC扰动.     

2000年4月6-8日磁暴期间电离层TEC观测研究

利用北京、乌鲁木齐、武汉GPS观测数据计算的垂直总电子含量,分析了发生于2000年4月6-8日磁暴期间观测区域的电离层状态.结果表明,在4月7日北京时间0200-0700之间,在中、低纬地区出现了较弱的电离层负相暴,与前一日相比,最大TEC之差在-8TECU左右;在北京时间0700之后,在较高纬度地区开始出现强烈的电离层负相暴,并且该负相暴随着时间逐渐增强;但在北京时间0700-0900之间,在低纬地区出现了电离层正相暴.在一定时间内较高纬度地区的负相暴逐渐增强并向南移动而低纬地区的正相暴经历了增强到减弱的过程.     

磁暴期间中低纬电离层暴形态和物理机制分析

本文利用东亚地区１２个低纬电离层台站的测高仪观测数据，对１９７８年８月２７日发生的一次曲型磁暴期间电离层峰值高度和密度的变化进行了分析。采用滑动平均区分开电离层中不同时间尺度的扰动，分析了影响中低纬度电离层暴的几种扰动形态特征，并对其物理机制进行了讨论。结果表明：伴随磁暴急始的磁层压缩，电离层中表现出峰值密度增加和峰值高度下降；磁暴主相期间热层大气暴环流及其所引起的中性大气成分变化控制着电离层的大     

2004年11月一次磁暴期间全球电离层TEC扰动分析

利用全球分布的GPS原始观测数据提取的电离层总电子含量(TEC)分析了2004年11月6日至12日期间全球电离层暴的形态特点与发展过程.结果表明,11月8日磁暴主相期间电离层暴以大范围的强烈正暴为主,在11月10日的恢复相,Dst又一次降到最低值前后期间,电离层再次受到很强的扰动,大范围的正暴和负暴交替出现.这次磁暴期间夏季半球的负暴更加强烈,反映出负暴偏向于在夏季半球发生的季节变化特点.另外,磁暴期间,夜晚TEC值普遍比磁暴前的平静期要低,具体是什么机制导致还需要进一步收集数据和分析.     

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.     

用GPS观测研究电离层TEC水平梯度

双频GPS 用户能自动修正电离层总电子含量(TEC) 引起的延时误差, 但是对于电离层中的不规则体造成的信号闪烁而引起的误差则不能消除. 即使是差分GPS 系统, 电离层误差仍然是其主要的误差源, 其中电离层TEC 梯度将会影响到系统的定位精度和性能. 本文用GPS 方法研究了电离层TEC 的水平梯度问题, 用处于赤道异常区NTUS 台站的GPS 观测数据作了具体计算. 结果表明, 在日落以后到子夜前后电离层垂直TEC 出现了大的涨落, 电离层中的不规则体导致L 波段信号强的闪烁, 同时还伴随着大而快速变化的电离层~TEC 水平梯度. 对比发现, ROTI指数、电离层TEC 水平梯度和电离层垂直TEC 三者之间有很好的对应关系, 它们的变化特征均由电离层中的不规则体引起. 我们认为研究电离层闪烁, 特别是在缺乏S4指数时, 电离层TEC 梯度也可以作为一个重要的可选参数.      

武昌地区急始型磁暴期间电离层电子总含量的变化

利用１９８０年４月至１９９０年１２月共１３６次急始型磁暴资料统计研究了武昌地区ＴＥＣ的变化。结果表明，ＴＥＣ的暴时变化出现正相，相对变化值ΔＴＥＣ的暴时变化形态与中高纬地区一些台站所观测到的结果差别较大；如果磁暴急始出现在白天，则急始后３６小时，会出现ΔＴＥＣ的极大值，如果急始出现在夜间，则不会出现极大值，这一现象与太阳黑子数，季节无关。     

全球电离层对2000年4月6-7日磁暴事件的响应

利用分布于全球的电离层台站的测高仪观测数据,对扰动期间,foF2值与其宁静期间参考值进行比较,研究了2000年4月6—7日磁暴期间全球不同区域电离层的响应形态,并通过对比磁扰期间NmF2的变化与由MSISR90经验模式估算的中性大气浓度比(no／nN2)的变化,探讨了本次事件期间的电离层暴扰动机制．结果表明,在磁暴主相和恢复相早期,出现了全球性的电离层F2层负相暴效应．最大负相暴效应出现在磁暴恢复相早期,即电离层暴恢复相开始时间滞后于磁暴恢复相开始时间．在磁暴恢复相后期,一些台站出现正相扰动．研究结果表明,本次事件期间的电离层暴主要是由磁暴活动而诱发的热层暴环流引起的．     

基于双频GPS观测的电离层TEC与硬件延迟反演方法

利用全球定位系统（Global Positioning System,GPS）的双频观测数据反演得到电离层的总电子含量（Total Electron Content,TEC）,使得广域甚至全球范围高时空分辨率的电离层观测研究成为可能,但由于GPS卫星和接收机对信号的硬件延迟可导致TEC测量系统偏差,因此,需要探索反演TEC并估测GPS卫星与接收机硬件延迟的有效算法.本文根据电离层电波传播理论,阐述了基于双频GPS观测提取电离层TEC的方法,给出TEC与硬件延迟的基本关系.综合研究了TEC与硬件延迟的反演方法,进行分析与归纳分类,在此基础上提出了有待深入研究的问题.     

电离层TEC日落阶段涨落异常增强现象研究

重点报道了一种TEC伪距观测量的夜间抖动异常现象,分析了这种现象的观测特征,指出了夜间GPS伪距观测量的异常抖动,特别足日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的现象不是个别的偶然现象.在考察了周围环境之后初步排除了这种现象是由周围地物引起的可能性,而进一步与电离层不均匀体(spread-F)的特征,特别是它发生率最大的地方时进行比较,认为这是一种电离层效应,由大尺度的电离层不规则结构造成的散射很可能是这种夜间散开的主要原因.木文仪就单站GPS观测资料认证了这种夜间强烈抖动的存在,分析了北京上空电离层中发生的不均匀体或各种扰动对GPS信号的可能影响及其观测特征,指出了夜间GPS伪距观测量的异常抖动,特别是日落后时段GPS伪距观测量的散开十分严重的现象,可以用于电离层不规则结构的研究.由于GPS没备比较简便、数据量大、精度高、适用于各种环境等特点,我们发展的单站GPS数据分析方法可能会对研究电离层TEC夜问涨落异常增加现象,包括地域、时间上的统计特性比较有利.     

Investigation into impact of tropical cyclones on the ionosphere using GPS sounding and NCEP/NCAR Reanalysis data

Ionospheric response to tropical cyclones (TCs) was estimated experimentally on the example of three powerful cyclones – KATRINA (23–31 August 2005), RITA (18–26 September 2005), and WILMA (15–25 October 2005). These TCs were active near the USA Atlantic coast. Investigation was based on Total Electron Content (TEC) data from the international network of two-frequency ground-based GPS receivers and the NCEP/NCAR Reanalysis data. We studied the spatial–temporal dynamics of wave TEC disturbances over two periods of ranges (02–20 min and 20–60 min). To select the ionospheric disturbances which were most likely to be associated with the cyclones, maps of TEC disturbances were compared with those of meteorological parameters.     

通过GPS测量数据研究电离层电子总含量的逐日变化

提出了一种直接通过双频GPS伪距测量数据导出接收站附近垂直TEC的方法,这种方法不需要事先知道卫星和接收机电路时延的精确值,前者可在换算过程中自洽地加以修正,而接收机时钟误差则利用IRI模式的夜晚平均值作为参考来订正,这一订正存在一定的绝对误差,但不会影响逐日相对变化,却使数据处理过程大为简化.得到的垂直TEC为天顶周围60锥角内的平均值,能够相当好地反映电离层电子总含量的周日变化.一个计算实例显示了连续三天北京地区TEC的日变化情况,证实了这一方法的实用性.文中还提出一个新概念或问题,即GPS卫星仰角很小时,通常认为多径效应造成大的误差,本文的一些实例似乎表明,这种多径效应的概念应当包括电离层不规则结构的贡献.     

Comparative analysis of TEC disturbances over tropical cyclone zones in the North–West Pacific Ocean

In this paper, we study ionospheric total electron content (TEC) disturbances associated with tropical cyclones (TCs). The study relies on the statistical analysis of six cyclones of different intensity which occurred in the North–West Pacific Ocean in September–November 2005. We have used TEC data from the international network of two-frequency ground-based GPS receivers and NCEP/NCAR meteorological archive. TEC variations of different period ranges (02–20 and 20–60 min) are shown to be more intense during TC peaks under quiet geomagnetic conditions. The highest TEC variation amplitudes are registered when the wind speed in the cyclone and the TC area are maximum. The intensification of TEC disturbances is more pronounced when several cyclones occur simultaneously. We have revealed that the ionospheric response to TC can be observed only after the cyclone has reached typhoon intensity. The ionospheric response is more pronounced at low satellite elevation angles.     

A morphological study of GPS-TEC data at Agra and their comparison with the IRI model

The temporal and seasonal variations of Total Electron Content (TEC) are studied at Agra (Geographic Lat. 27.17°N, Long. 78.89°E, Dip: 41.4°), India, which is in the equatorial anomaly region, for a period of 12 months from 01 January to 31 December, 2007 using a Global Positioning System (GPS) receiver. The mean TEC values show a minimum at 0500 h LT (LT = UT + 5.5 h) and a peak value at about 1400 h LT. The lowest TEC values are observed in winter whereas largest values are observed in equinox and summer. Anomalous variations are found during the period of magnetic disturbances. These results are compared with the TEC derived from IRI-2007 using three different options of topside electron density, NeQuick, IRI01-corr, and IRI-2001. A good agreement is found between the TEC obtained at Agra and those derived from IRI models.     

Response of the ionosphere to super geomagnetic storms: Observations and modeling

The relative importance of the main drivers of positive ionospheric storms at low-mid latitudes is studied using observations and modeling for the first time. In response to a rare super double geomagnetic storm during 07–11 November 2004, the low-mid latitude (17°–48°N geomag. lat.) ionosphere produced positive ionospheric storms in peak electron density (NmF2) in Japan longitudes (≈125°–145°E) on the day of main phase (MP1) onset (06:30 LT) and negative ionospheric storms in American longitudes (≈65°–120°W) on the following day of MP1 onset (13:00–16:00 LT). The relative effects of the main drivers of the positive ionospheric storms (penetrating daytime eastward electric field, and direct and indirect effects of equatorward neutral wind) are studied using the Sheffield University Plasmasphere Ionosphere Model (SUPIM). The model results show that the penetrating daytime (morning–noon) eastward electric field shifts the equatorial ionisation anomaly crests in NmF2 and TEC (total electron content) to higher than normal latitudes and reduces their values at latitudes at and within the anomaly crests while the direct effects of the equatorward wind (that reduce poleward plasma flow and raise the ionosphere to high altitudes of reduced chemical loss) combined with daytime production of ionisation increase NmF2 and TEC at latitudes poleward of the equatorial region; the later effects can be major causes of positive ionospheric storms at mid latitudes. The downwelling (indirect) effect of the wind increases NmF2 and TEC at low latitudes while its upwelling (indirect) effect reduces NmF2 and TEC at mid latitudes. The net effect of all main drivers is positive ionospheric storms at low-mid latitudes in Japan longitude, which qualitatively agrees with the observations.