磁静日期间中国大陆地区地磁外源场研究

利用第4代地磁场综合模型CM4, 研究了中国大陆地区1960--2000年磁静日期间地磁外源场的变化情况, 并进一步计算分析了外源场中的电离层场及磁层场的分布与变化.结果显示, 北向分量X的外源场强度在40年间呈先增加后减小的趋势, 共减少了约32 nT, 其磁层场强度呈先增大, 然后逐年减小的趋势, 共减少了约23.7 nT; 东向分量Y的外源场强度呈先减少后增加再减少的趋势, 共增加了约3.8 nT, 其磁层场强度呈先减小, 再逐年增加的趋势, 共增加了约2.3 nT; 垂直分量Z的外源场强度呈先减少后增加的趋势, 共增加了约4.6 nT, 其磁层场强度呈先减小后增加的趋势, 共增加了约9.3 nT. 三分量的电离层场强度变化均小于1 nT, 其分布在1960--1970和1970--1980年, 1980--1990和1990--2000年呈现正负互相变换的现象, 该现象可能与太阳11年活动周期有关.     

磁静日电离层电势分布的形态学研究

利用理论模式GCITEM,在国际地磁参考场（IGRF）下,模拟了地磁平静条件下的电离层发电机主导的中低纬电离层电势分布,研究了太阳活动、季节、世界时和低层大气潮汐对电离层电势的调节作用。结果表明,各种条件下中低纬电势全局分布基本一致,都具有两个正电势峰值（源）和一个负电荷峰值（汇）;电势分布存在明显的季节和世界时差异;中低纬电离层电势峰值差随着太阳活动的增强明显增加,并在一定太阳活动高值后趋于饱和;周日迁移潮主要影响赤道地区,导致电势峰值差增加,而半周日迁移潮主要影响中纬度地区,导致电势峰值差减小。     

磁扰和磁静期间海南扩展F起始时间出现率研究

利用2002年2月至2007年12月(第23太阳活动周的下降段)近6年的海南DPS-4型电离层测高仪探测数据, 对磁扰和磁静夜晚期间扩展F起始时间出现率进行统计研究. 结合海南电离层观测站所观测到的扩展F类型, 将扩展F区分为频率型、区域型、混合型和强区域型, 分别进行统计分析. 结果表明, 无论磁扰还是磁静夜晚, 混合型扩展F起始时间总出现率最高, 最为活跃, 其次为频率型和强区域型扩展F, 最不活跃的是区域型扩展F; 无论在磁扰还是在磁静夜晚条件下, 混合扩展F起始时间主要围绕在午夜前后, 且磁静时更多地起始于午夜前, 而磁扰时则倾向于延至午夜后, 频率型扩展F在午夜后较高, 而强区域型扩展F则在午夜前较高. 在本次太阳活动下降阶段, 强区域型与区域型扩展F的起始时间出现率逐年与太阳活动呈现一定的相关性. 所得结果有助于分析不同类型扩展F在形态和机制方面的差异.     

1993年9月12—14日磁暴期间磁层—电离层耦合分析

采用具有明确物理意义的多个地磁指数，以及地面台站链观测的地磁和电离层参数，对一次典型磁暴期内从极光区到赤道附近电离层电流、电场演化发展的耦合过程作了具体分析．结果表明，地磁指数和观测参数能较好地说明磁层－电离层耦合理论结果的主要特征．     

GISM模型在中国低纬地区的适用性分析

为检验全球电离层闪烁模型（GISM）在中国低纬地区预测的准确性,根据2011年7月至2012年6月期间中国低纬地区三个观测站记录的GPSL1频点的电离层闪烁数据,对GISM模型的预测结果进行了分析.研究表明,在太阳活动高年,该模型能够反映出中国低纬地区闪烁的主要特征.模型预测的闪烁开始时间与观测结果较为一致,而结束时间滞后观测值约1h;模型预测的低纬地区闪烁强度峰值与观测结果基本一致,而在相同累积概率条件下,模型预测的闪烁强度则高于观测值;模型显示闪烁发生概率和闪烁强度随纬度的增加而减小,这一结果与观测结果一致.     

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.     

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.     

中国南京地区L波段电离层闪烁初步统计分析

利用南京地区2008年11月至2009年10月电离层闪烁监测数据, 统计分析了该地区一年间L波段电离层幅度闪烁发生率的逐日变化、逐月变化、地方时变化和空间分布等特征. 统计结果表明, 在此期间, 南京地区L波段电离层幅度闪烁活动比较平静, 主要以0.1<S₄<0.2的闪烁为主, S₄>0.2的闪烁很少发生.不同强度幅度闪烁表现出一致的时间变化和空间分布特征, 2008年11月为最小,2009年6月、8至10月闪烁发生率都有明显的增强, 在10月达到最大, 在8月和10月的S₄>0.2的闪烁主要出现于正午到日落前这段时间; 对于闪烁的空间分布, 单站一年数据统计显示, 测站北向闪烁的发生频率高于南向, 但该统计结果需要更多的数据样本进行进一步的验证.     

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.     

多点磁场协同探测反演电离层电流密度

相对于传统的单点磁场探测,多点磁场协同探测可以同时获得各测点磁场,消除探测磁场随时间的变化,能更好地计算空间电流密度.根据由多点磁场反演计算空间电流密度的计算方法,开展数值仿真,分析卫星编队数量、卫星编队构型、卫星定位偏差、卫星姿态测量误差、磁场测量误差、外部磁场强度及外部电流密度等对电流反演误差的影响.仿真结果表明,5星编队优于4星编队.在5星编队条件下,卫星姿态测量误差、卫星编队构型和外部磁场强度是反演误差的主要来源.根据仿真结果,当卫星姿态误差为0.001°,卫星编队尺度约为100km时,赤道区域电流密度的反演相对误差约为24%.     

Study of the ionosphere during a magnetospheric storm using data on the ground and in space

For the magnetospheric storm of May 14–16, 1997 geophysical data of satellites DMSP and IMP-8 are compared with data of radio propagation on the high-latitude HF radio path of Heiss Island – St. Petersburg and data from European ionosondes. Peculiarities of variations of the operational frequencies range MOF–LOF (maximum and lowest observed frequencies) on the path were considered. The range has been determined by the method of oblique ionospheric sounding (OIS). The latter is more informative for observations during a magnetic storm compared to the vertical sounding method. Nevertheless, an analysis of variations of the critical frequency of the ionospheric F2 layer from the chain of European ionosondes was carried out. For interpretation of results, data of magnetospheric parameters, AE-indexes and riometer data were used. The variations of both frequency range on the path and critical frequencies of the F2 layer through the ionosondes chain during the disturbed period had certain regularities of behaviour. These regularities are being explained from the physical point of view. The analysis of the satellite DMSP data has showed that a magnetospheric disturbance causes displacement equatorward of precipitation and some growth of its width and energy.     

电离层水平电场与风场的耦合模拟研究

设计了一个将电离层水平电场与风场耦合的模拟方案,研究了电流函数和风场在耦合前后的变化与差异. 研究发现,水平电场与风场相互反馈后,风场的变化比电流函数小. 经向风在白天有较明显的差异,夜晚的差异比白天小,主要出现在中高纬地区,并随高度的增加而增大,300km左右达到最大值,其后几乎保持不变. 纬向风有与经向风相似的变化,但纬向风耦合前后的差异比经向风小. 电流函数在耦合后有较大改变,两个涡旋强度都有较强增加,并且北半球的增强大于南半球,而夜晚差异较小. 结果表明,在研究的高度范围内,风场对电场的控制作用大于电场对风场的影响.     

基于GPS信号的电离层S4指数计算方法研究

电波穿越电离层时,由于受到电离层不均匀结构的影响,电波的幅度、相位、时延等有时会发生快速抖动,这就是所谓的电磁波电离层闪烁现象.电离层闪烁会影响卫星通信系统的质量和导航系统的精度.本文分析了GPS信号研究电离层闪烁的基本原理,讨论了电离层闪烁监测中S4指数的计算方法及其修正方法.通过数据模拟,评估了原始S4指数计算方法及其修正方法的性能特点.针对原始S4指数计算方法及修正方法的不足,提出了一种新的修正方法,并采用实测GPS数据对上述方法进行了检验.结果表明,上述方法是有效的和可靠的.     

反馈磁场均匀性对磁通门磁强计的影响分析

针对磁通门传感器的特点, 研究了反馈线圈对磁通门传感器探测数据的影响, 并对比了几种典型结构的传感器. 磁通门传感器要求激励线圈工作在均匀磁场环境下, 非均匀场会引入误差信号. 根据磁通门原理进行了理论推导, 非均匀性会导致反馈原理工作的磁通门传感器线性系数发生变化. 针对应用于空间磁场探测的几种磁通门传感器常见结构, 即分立结构型、亥姆霍兹型和紧凑球面型等, 分析了传感器内部磁场的均匀性及对磁场探测的影响. 经仿真计算分析发现, 紧凑球型传感器的内部均匀性和稳定性优于分立结构传感器, 更有利于空间磁场探测.     

基于Rb-Xe体系核磁共振陀螺仪的Xe极化场测量方法

核磁共振陀螺仪具有小体积、高精度、低功耗等优点,是未来高精度微小型陀螺的主要发展方向之一。原子气室内 Xe 核自旋的极化是衡量原子气室性能的一个重要参数,直接影响陀螺的角随机游走, 因此准确快速地测量极化场有利于研制性能更优的原子气室。为了实现Rb-Xe体系的核磁共振陀螺仪快速、原位测量Xe的极化场,提出了利用Rb电子顺磁共振频移测量Xe极化场的方法。通过激励磁场翻转Xe极化场,推导了估算Xe极化场的简单公式。实验测量了在典型核磁共振陀螺仪装置中,10nT 量级的Xe极化场,结果与理论计算相符。表明这种方法能够快速有效的在核磁共振陀螺仪原位测量Xe的极化场。     

基于矢量磁强计的磁场梯度张量仪误差校正方法

卫星在轨运行时,本体会产生一定的磁干扰,一般通过伸杆将传感器远离卫星本体安装,或者通过多个磁场传感器测量磁场梯度的方法来消除卫星本体的磁干扰.使用磁场梯度张量仪测量磁场梯度时,张量仪本身的构型会给测量带来误差.通过对5种主要的张量仪构型进行误差仿真,对比5种构型的张量测量误差,发现十字形构型张量仪的测量误差最小.除了构型带来的误差,张量仪的主要测量误差还包括组成张量仪的三轴磁强计本身的误差和非对准误差.本文使用椭球拟合算法对磁强计本身的误差进行校正,校正后磁强计测量总场的均方根误差为0.864nT.针对张量仪的非对准误差,提出了正交系间非对准误差的校正方法.仿真结果表明,校正后的非对准角度误差≤3.2×10^-5 rad,能够很好地降低张量仪的非对准误差.     

行星际磁场对磁尾场向电流发生率的影响

利用Cluster卫星的磁场和等离子体探测数据, 研究了行星际磁场(IMF)时钟角(clock angle) Φ和锥角(cone angle) θ对磁尾等离子体片边界层(PSBL)区场向电流发生率的影响. 当时钟角Φ >0时, 磁尾场向电流 的发生率较高, 这表明磁尾场向电流的发生与昏向太阳风条件更为密切; 当 90°<|Φ|<180°时, 场向电流的发生率较高, 这表明 场向电流的发生与南向IMF更为密切. 当锥角θ <30°时(即IMF与 日地连线夹角较小时)场向电流的发生率较低. 而当θ> 30°时, 场向电流在90°<|Φ|<180°的情况下发生率明显增大, 这说明南向IMF情况下, 场向电流发生率明显增大. 但是当|Φ|<90°时 (北向IMF情况下), 尽管θ很大, 场向电流的发生率并未明显增大. 当θ>70°时, 且在140°< < i>Φ<160°的行星 际磁场条件下, 磁尾等离子体片边界层区场向电流的发生率最大.