电离层电场半年变化的模拟研究

利用一个中低纬电离层电场理论模式，模拟太阳活动低年、地磁活动平静情况下，中低纬地区电离层电场全年的变化情况．结果显示，单独计算南、北半球(去耦合)得到电离层电场具有明显的周年变化特征，且两个半球电场的相位相差半年左右．而同时计算南、北半球(计及耦合)时，电场则是以半年变化为主，且这种半年变化的幅度和相位随地方时和地磁纬度有变化．提出一个南、北半球耦合电路的简单物理模型给予解释．电路模型初步计算发现，即使两个半球电离层电场分别具有周年变化，只要它们变化的幅度相当，相位相差半年左右，由于跨越南北半球磁力线的耦合效果，耦合的电离层电场会产生明显的半年变化分量．由于缺少连续的电离层电场观测资料，将模拟结果与Richmond基于非相干散射雷达数据建立的经验模式(ISR Model)相比较，结果符合较好．     

非相干雷达探测低电离层的结果分析

位于波多黎各的Arecibo非相干雷达可以获得低电离层电子和离子密度, 利用此非相干雷达数据对中纬度低电离层的运动特征进行研究. 得到了电子密度随时间和高度的变化 情况, 结果显著呈现出周日变化特征, 并分析了电子密度随高度的变化规律. 进一步对数据进行频谱分析, 深入研究低电离层电子密度的周日变化效应. 得到电子密度的高度剖面, 发现从F层底部到E层有明显的等离子体沉降. 低电离层的层结构特征及电子密度变化表明, 在该区域还存在不同程度的等离子体扰动, 由此对低电离层的作用因素 进行分析, 认为大气潮汐或声重波可能对低电离层产生扰动, 即低电离层与大气存在一定程度的耦合作用.      

甚低频电磁波变态低电离层的数值模拟

利用由波对电离层加热的模型和适合于夜间低电离层的离子化学模型构成的综合模型，对甚低频波射入低电离层时变态电离层的程度受中性成分参数变化及低电离层离子化学反应参数的影响进行了模拟计算．计算结果表明，中性成分的浓度与温度及电离层离子化学反应参数密切地影响着加热的效果．     

利用人工神经网络预测电离层f_0F_2月中值

提出了利用人工神经网络技术预测电离层临界频率月中值的方案．在利用人工神经网络技术研究电离层月中值隔月变化规律的基础上,考虑足够的周年和黑子周期变化的数据训练网络,使 ｆ０Ｆ２月中值预测值与实测数据比较平均误差为 ０．３４ＭＨｚ,预测精度有了较大改进．最后采用分形学的基本理论得到电离层 ｆ０Ｆ２月中值的分数维为 ３,选用 ３个输入量,分别预测高、低年 ｆ０Ｆ２月中值,与实测数据比较平均误差为 ０．３ＭＨｚ．     

利用人工神经网络预测电离层f0F2月中值

提出了利用人工神经网络技术预测电离层临界频率月中值的方案。在利用人工神经网络技术研究电离层月中值隔月变化规律的基础上,考虑足够的周年和黑子周期变化的数据训练网络,使ｆ０Ｆ２月中值预测值与实测数据比较平均误差为０．３４ＭＨｚ预测精度有了较大改进,最后采用分形学的基本理论得到电离层ｆ０Ｆ２月中值的分数维为３,选用３个输入量,分别预测高,低年ｆ０Ｆ２月中值,与实测数据比较平均误差为０．３ＭＨｚ。     

大功率无线电波与低电离层的相互作用

地面入射的大功率无线电波能加热电离层等离子体，引起电离层电子温度和密度的扰动，实现电离层的地面人工变态．本文中，着重考虑电波和电离层相互作用过程中的自吸收，构造一个自治的相互作用模型，在一定功率和频率的加热电波作用下，利用该模型计算了白天低电离层电子温度和由温度的变化而引起的电子密度的变化．计算结果表明，在白天低电离层，电波的自吸收在90km以下比较显著，而最大温度变化在70km高度上，大约增加了2倍．在α复合的假设下，电子密度变化幅度随高度的增加而减少，在70km处，大约增加55％、120km处则为4％左右．     

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.      

VLF电波渗透到卫星高度电离层传播的全波计算

考虑斜向地磁场的影响将电离层设为多层水平分层各向异性有耗介质, 利用传播矩阵法求解全波方程, 进而研究分析VLF频段电离层反射系数随电波频率的变化, 电离层中两种特征极化波的折射和极化特性, 两特征波的电磁场水平分量以及坡印廷能流密度随传播高度的变化. 数值计算结果表明, 地—电离层波导中的垂直极化波比平行极化波易渗透进入电离层; 电离层中两种特征极化波可分为左旋和右旋圆极化波, 左旋分支由于D层强吸收作用表现为速衰减模, 而右旋分支表现为可传播模, 在传播过程中电磁波的能量主要存储在磁场中; 电波频率越低, 其在电离层中的传播损耗越小. 由数值模拟结果发现, 卫星监测VLF频段的低频部分及更低频段的水平磁场变化对于发现地震电离层电磁前兆异常可能更为有效.      

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.      

中性风和垂直漂移对低纬F区电离层影响初析

利用二维低纬电离层－等离子体层时变理论模式,模拟太阳活动高年春分条件下垂直漂移和中性风强度改变对低纬F区电离层参量的影响.模式在所考察的磁子午面内求解等离子体输运方程,给出离子浓度和速度随纬度、高度、地方时的变化.模式计算结果显示,调整垂直漂移和中性风强度对低纬F区电离层电子浓度的影响与电离层所处磁纬、垂直漂移和中性风作用时段等有关,呈现出一些新特点.结果对分析不同条件下垂直漂移和中性风对低纬F区电离层影响具有一定的指导意义.      

Annual,seasonal and diurnal variations of integrated water vapor using GPS observations over Hyderabad,a tropical station

This paper presents annual, seasonal and diurnal variations of integrated water vapor (IWV) derived from Global Positioning System (GPS) measurements for a tropical site, Hyderabad (17.4° N, 78.46° E). The zenith wet delay (ZWD) due to the troposphere has been computed using GPS observations and collocated meteorological data. ZWD is converted to IWV with very little added uncertainty. Mean monthly IWV values show maximum in July (~50 kg m⁻²) and minimum in December (~15 kg m⁻²). Fast Fourier Transform (FFT) and Harmonic analyses methods have been adopted to extract amplitudes and phases of diurnal (24 h), semi-diurnal (12 h) and ter-diurnal (8 h) oscillations which yielded comparable results. Amplitude of the 24 h component is observed to be maximum in spring whereas 12 h and 8 h components maximize in summer. A cross-correlation study between available daily IWV values and corresponding surface temperatures over one year produced a good correlation coefficient (0.44). The correlation obtained for different seasons got reduced to 0.25, 0.02, −0.39 and 0.21 for winter, spring, summer and autumn seasons respectively. The correlation between IWV and rainfall is poor. The coefficients obtained for the whole year is 0.05 and −0.13 for the rainy season.     

基于钠激光雷达观测数据的中间层顶大气温度分布特性研究

作为中间层和热层的边界层,中间层顶存在多种能量交换方式,是大气能量耦合的重要区域。本文利用部署于中国科学院廊坊临近空间大气探测站的钠荧光多普勒激光雷达2013年的观测数据,研究了廊坊上空中间层顶区域大气温度的年度和季节分布特性,并分析了影响温度分布的多种因素。年平均温度廓线图显示,中间层顶位于约97.5 km高度处,温度约191.2 K。受放热化学反应的影响,年平均温度廓线91 km高度处出现了一个198 K的相对温度高点。中间层顶区域大气温度的季节分布受太阳辐射和大气动力学因素综合影响,夏季在大气动力学影响下,中间层顶高度较低,位于88 km高度处,温度也较低,约177 K;冬季太阳辐射起主导作用,中间层顶位于99 km高度处,温度为181 K。通过拟合月平均温度分析了中间层顶区域大气温度年变化和半年变化的振幅和相位特征。结果显示,中间层顶区域上部温度分布主要受太阳辐射的影响;在中间层顶区域下部,大气波动主导了温度分布。      

高纬度地区GPT2w模型的适应性分析

GPT2w模型是现有精度最高的天顶对流层模型,但是应用在高纬度地区时存在较大误差.为更好地保障卫星导航定位系统在高纬度地区的高精度应用,评定了GPT2w模型在高纬度地区的精度,获取天顶对流层湿延迟、干延迟和总延迟,探讨了GPT2w模型改正对精密单点定位的影响.试验结果表明: GPT2w模型在高纬度地区的精度为厘米级,优于其在中低纬度地区的精度;南北极地区天顶对流层呈现明显季节变化特征和区域一致性特征,夏季天顶对流层总延迟高于冬季,北极地区天顶对流层湿延迟明显高于南极地区,北极地区天顶对流层随季节的变化幅度大于南极地区.PPP试验结果表明,GPT2w模型能够有效改善定位精度,适应高纬度地区的高精度定位需求.      

低频天波远距离传播日、季变化的观测与分析

本文给出了1987年6月至1988年9月间在新多对琉璜岛罗兰-C导航发射台的100kHz低频信号一跳天波“影区”传播的日变化与季变化特性所做观测的基本结果并对其做了分析。通过分析揭示出了我国中纬地区低频天波远距离传播日变化、季变化、幅度跌落效应与干涉效应的产生机制与变化规律;还揭示了我国中纬地区白天低电离层所具有的双层结构特性:在D层下C层的存在以及它们的某些形态特性与季变特性。      

A mathematical description of the annual variation of the temperature-height profile of the stratosphere at Berlin

Since 1958, daily temperature-height profiles have been measured up to 35–40 km at Berlin by means of radiosondes. An attempt is made here to describe these profiles as a function of the noon solar zenith angle, χ. It is shown that the basic annual variation of the measured profiles, T(h), can be presented as T(h) = T_o(h) cos^n(h)_χ. The subsolar temperature, T_o(h), and exponent, n(h), have been determined empirically from the summer and autumn data when the radiative balance is obviously dominant. Neither term depends on the solar cycle. Warmings in winter and coolings in spring are treated as disturbances in the annual variation, due to dynamics, and are described separately as ± ΔT(h).     

广州地磁Z分量日变幅的谱特征

利用1972—1993年广州地磁资料，分析了Z分量日变幅的年平均、年变化和半年变化等低频成分的逐年变化，以及小于60天的短周期变化特征．同时对1972—1993年的F10.7日均值进行了谱分析．结果指出，广州地磁Z分量日变幅的年平均与太阳活动指数F10．7的年平均存在良好的线性相关；具有幅度大约5nT夏季极大的年变化，与太阳活动没有明显相关，是一种季节效应；存在春秋分极大的半年变化，幅度与太阳活动有关，高年的幅度明显大于低年；具有明显的与太阳自转相关的27天左右的变化和明显的与行星波有关的接近16日、10日、5日、2日等短周期变化．广州地磁Z分量日变幅的这些谱特征，有助于更深入地了解中低层大气对电离层影响的物理机制．     

由大气密度的季变化所造成的中、低层大气电离率的季变化

本文对CIRA 1972 模式下的中、低层大气密度季变化所造成的电离率的季变化作了理论计算, 利用宇宙线电离源函数对全球中、低层大气的电离率作了数值计算.计算结果表明, 在70km以下的大气电离率的季变化幅度为百分之几十.在电离峰值高度(约15km)以下幅度为约百分之十, 高度越高变幅越大, 到70km处达35%.在20km以上电离率的季变化趋势与大气密度的季变化趋势大致相同, 夏季比冬季大, 20km以下变化稍为复杂.      

太阳活动、黑潮海温年季变化与长江中游旱涝灾害

本文采用太阳１０．７ｃｍ辐射流量（Ｆ１０．７）作为太阳活动指标，根据最近３０多年的太阳活动、西太平洋黑潮区海温和长江中游干支流地区雨量观测数据，分析了三者之间的关系，研究发现长江中游地区旱涝明显地受太阳活动和黑潮海温年季变化的共同控制．可根据某些特征，利用两年之前的太阳１０．７ｃｍ辐射流量和当年春季之前黑潮海温的观测数据，分析判断长江中游当年夏季是否发生旱涝灾害的趋势．     

北京地区大气温度及重力波活动的季节变化

利用瑞利激光雷达观测数据,分析了北京地区35~70km高度范围内大气温度和重力波活动的季节变化.发现北京地区30~70km高度范围内的大气温度有明显的年周期变化:平流层顶最高温度出现在6,7月份,大约为270K;中间层70km高度最低温度也出现在6,7月份,大约为200K.以2014年10月14日晚数据为例,分析重力波势能密度,发现50km以下重力波势能存在耗散,而在50km以上重力波近乎无耗散地向上传播.通过对比35~50km高度范围内的平均势能密度,对北京地区重力波活动强弱的季节变化进行了研究.研究结果表明,北京上空重力波活动强度具有明显的年周期变化,冬季平均势能密度为18J·kg-1,夏季为8J·kg-1,且冬季重力波活动强度约为夏季的两倍.此外,还分析了春夏秋冬四个季节重力波势能密度随高度的变化.结果表明,不同季节和不同高度的重力波势能密度不同.      

晴天大气电场时空变化特征分析

利用子午工程5个大气电场观测站点近10年的近地面晴天大气电场观测数据,在年变化、季节变化、日变化三种不同时间尺度上进行了对比分析。结果表明:不同纬度站点的日平均晴天大气电场峰谷类型不同,且部分站点的波峰出现了逐年左移或右移的趋势;在电场幅值变化方面,位于中低纬度地区的站点呈现出逐年减小的变化特征,而位于中高纬度的站点呈现出逐年增加的变化趋势,且这种年变化均是线性的;多元回归分析表明,最大波峰出现时间与地理经度呈负相关,而与地理纬度呈正相关;各站点在近10年中均未出现明显的纬度效应;冬季的晴天大气电场日平均值水平较高,夏季较低,且各季节的日平均晴天大气电场最小值及最大值均近似呈正态分布;最小值及最大值在年度和季节两个时间尺度上的变化规律是基本一致的。这些研究结果揭示了晴天大气电场在不同时间尺度上的变化特征。