月球电离层掩星探测研究

日本SELENE/KAGUYA探测任务提供了研究月球电离层的机会。采用无线电掩星探测技术和趋势外推算法,消除地球电离层和行星际等离子体的干扰影响,残余的信号相位信息的变化反映了月球电离层的信息,估算出月球周围附近近似对称分布的稀薄电离层中电子总含量(TEC)约为每立方米10-14个。     

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 (In...     

磁赤道异常区电离层F区不均匀体发展过程中的闪烁谱研究

本文对我国磁赤道异常区海口站的夜间电离层不均匀体引起的闪烁进行了谱分析，并进行了理论模拟。大部分闪烁出现在午夜前后且持续时间较长。分析结果发现：这种持续时间较长的闪烁的末期和初期的闪烁谱结构有显著差异，末期闪烁谱高频段较初期要明显陆峭，即谱指数显著增大。由此推测出不均匀体发展末期费涅耳尺度以下的不均匀体首先衰减消失，这与国外某些轨道卫星就地测量结果大致相符。同时还从闪烁谱推测出不均匀体发展末期的漂     

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.     

赤道电离层F区底部准正弦型不均匀体引起闪烁的数值模拟

本文采用多重相屏模型, 考虑不均匀体特征尺度随高度的变化, 模拟了赤道电离层F区底部准正弦型(BSS)不均匀体引起的闪烁。模拟计算结果表明:BSS不均匀体的特征尺度随高度变化可以导致闪烁谱和不均匀体谱之间谱指数的显著差异。     

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.     

利用RDSS系统测量数据提取电离层TEC参数的研究

提出了一种基于无线测定卫星业务(RDSS)系统观测数据提取电离层TEC参数的方法,利用此方法计算分析了2006年5月地面中心地区电离层垂向TEC的日变化趋势.研究结果表明,利用RDSS系统观测数据提取的电离层垂向TEC,在北京时间每日凌晨0400时左右达到最小值,在午后1400时左右达到最大值,符合电离层TEC参数受太阳活动影响较大的物理规律.结果说明研究方法是可行且有效的,文章还对可能存在的误差进行了探讨.     

2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量变化研究

利用中国区域内五个GPS台站(一个台站处于日全食区域、四个台站处于日偏食区域)观测数据, 研究2009年7月22日日全食期间电离层总电子含量(TEC)的变化, 结果表明, 日全食期间, 电离层TEC值经历了下降和恢复的过程, 最小TEC相对于最大食偏的时间延迟约为1～10min; 台站测得最小TEC的星下点(IPP)越靠近日全食带TEC下降量越大, 在日食期间武汉站(114.35°E, 30.53°N) TEC相对于各参考日期的TEC, 其平均下降量最大, 达到4.58TECU.     

1996-2003年大耀斑事件引起的TEC突然增强的统计分析

利用1996—2003年期间GOES卫星耀斑观测资料和国际GPS观测网的GPS—TEC资料分析X级大耀斑事件引起的电离层电子浓度总含量(TEC)的突然增强(SITEC)现象．对X射线耀斑等级、耀斑日面位置与SITEC的关系进行了分析．结果表明,两者都与SITEC现象的强弱有着一定的正相关性．在消除X射线耀斑等级、耀斑日面位置对电离层SITEC现象的影响后,进而分析了日地距离以及耀斑持续时间对电离层SITEC现象的影响．结果表明,日地距离和耀斑持续时间都是影响SITEC现象的重要参数,日地距离较近时发生的耀斑事件引起的SITEC现象较为强烈．另外,耀斑持续时间越长,SITEC现象越微弱,但是当耀斑持续时间继续延长时,SITEC现象的强弱逐渐趋于不再改变,最后在某值附近达到平衡．还对某些没有在电离层中引起明显SITEC现象的耀斑事件进行了讨论,发现了这类耀斑的一些特征．     

电离层效应的测时误差及其修正

电磁波经过电离层传播时会受到电离层折射的影响而产生延迟, 星载接收机探测到的时间是信号延迟之后的到达时间. 某次实验数据显示, 一些波段的瞬态电测辐射信号的群时延之差可达10⁵ns数量级, 这在对信号源进行时差定位时是不能直接运用的. 为有效消除电离层延迟的影响, 将双频修正法应用于某项工程中, 利用接收到的实验数据求解出电离层的TEC(电离层总电子含量), 并在此基础上对信号到达星载接收机的时间进行修正. 最后,对修正结果进行了验证, 给出了误差来源.     

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.     

地基单站GNSS的电离层VTEC高精度解算方法

利用IGS提供的双频GNSS观测数据,分析了Kalman方法解算电离层垂直总电子含量（Vertical Total Electron Content,VTEC）存在的问题,提出了Kriging-Kalman改进解算方法,并对两种方法解算的电离层VTEC进行分析和比较.结果表明：在低纬地区,当观测卫星数量发生改变时,Kalman方法解算的VTEC存在跳变异常,Kriging-Kalman方法解算的VTEC变化较为平稳,不存在跳变现象.对比分析耀斑期间两种方法解算VTEC的变化,发现Kalman方法解算的VTEC变化明显小于耀斑引起VTEC的增量;Kriging-Kalman方法解算结果与实际变化相一致.表明Kriging-Kalman方法计算精度更高,能够更精确计算耀斑等剧烈异常空间天气活动期间的VTEC及其变化,有利于电离层VTEC日常精确监测、研究和工程应用.     

Study of TEC changes during geomagnetic storms occurred near the crest of the equatorial ionospheric ionization anomaly in the Indian sector

GPS satellites data obtained at Bhopal (23.16° N, 77.36° E, geomagnetic latitude 14.23° N) India were analyzed to study the TEC changes during several geomagnetic storms (−300 nT < Dst < −50 nT) occurred in 2005–2007. We had segregated the storms according to the Dst value, i.e. moderate storms (−100 nT < Dst ? −50 nT), strong storms (−150 nT < Dst < −100 nT), and severe storms (Dst less than −150 nT). Total of 21 geomagnetic storms (10 moderate, 9 strong, 2 severe) are considered for the present study. Deviation in vertical total electron content (VTEC) during the main phase of the storm was found to be associated with the prompt penetration of electric field originated due to the under-shielding and over-shielding conditions for almost all geomagnetic storms discussed in this paper. For most of the storms VTEC shows the positive percentage deviation during the main phase while it shows positive as well as the negative deviation during the recovery phase of the storms. The −80% deviation in VTEC was found for geomagnetic storm occurred on July 17, 2005 and the negative trend continued for recovery phase of the storm. This was mainly due to the thermospheric composition changes by Joule heating effect at auroral latitudes that generate electric field disturbance at low latitudes. Traveling ionospheric disturbances (TIDs) were responsible for the formation of wave like nature in VTEC for the storms occurred on May 15, 2005, whereas it was not observed for storm occurred on August 24, 2005.     

一种基于GNSS数据的全球电离层不规则结构活动表征方法

针对如何利用GNSS（Global Navigation Satellite System）数据进行电离层扰动监测的问题,提出了一种基于GNSS数据表征全球电离层扰动的方法。利用大约400个GNSS地面站点的观测数据,计算总电子含量（Total Electron Content,TEC）变化率的标准差——ROTI（Rate of TEC Index）。将该计算结果作为扰动观测量,在纬度与经度的网格上投影形成1 h分辨率的ROTI地图。ROTI地图能够体现几千米到几十千米的电离层不规则体,分析2015年3月期间电离层平静和扰动剧烈时ROTI地图发现,这种大尺度的不规则体主要分布在高纬和低纬区域,磁暴期间ROTI地图会出现数值和扰动面积上的变化,ROTI地图在一定程度上能够表现全球电离层不规则结构的扰动。在此基础上提出了新的全球ROTI扰动指数(Global ROTI index, GROTI),分析结果表明高纬区域的GROTI与地磁指数Kp及AE指数存在良好的相关性。

     

Temporal evolution analysis of storm-enhanced density during an intense magnetic storm on March 2015

An intense Storm Enhancement Density (SED) event with the magnetic storm occurred on 17–24 March 2015 has been investigated. The morphological character of the SED during different phase of the magnetic storm is examined and compared with the non-storm time. Three intensity indexes, i.e., “general” SED index, “heavy” SED index and “severe” SED index, are defined to represent the intensity of SED respectively represented by the numbers of the ionospheric total electron content (TEC) grids with TEC > 60 TECu, TEC > 80 TECu and TEC > 100 TECu. The temporal evolution of the SED intensity indexes during a time span covering the non-storm time and the magnetic storm time have also been investigated. The SED exhibits a shape with two parallel slender troughs in the middle and low latitudes during the non-storm time and then gradually develops into an ellipse structure as the development of magnetic storm. The intensity of SED and the fluctuation of the TEC evolution are generally corresponding to the fluctuation of Dst index. The analyzing results enrich our understanding of the temporal and spatial evolution of the ionospheric SED.     

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.