总电子含量的一个统计模式

利用北京实测的TEC及f_0F_2资料,求出太阳黑子数R,电离层临界频率f_0F_2和总电子含量的一个统计关系。     

用全球等效太阳黑子数IG_(12)进行电离层长期预报

本文利用中国电离层垂直探测站的资料研究应用全球等效太阳黑子数IG_(12)进行电离层长期预报的可能性.结果表明,指数IC_(12)与电离层特性参数(f_0F_2或F_2(3000)MUF)的相关性比太阳黑子数R_(12)与电离层特性参数的要好. 利用CCIR第340号报告,对IG_(12)应用于预报f_0F_2、M(3000)F_2和F_2(4000)MUF的功效进行了估算,并与目前使用的R_(12)进行了比较.所得结果表明,在用CCIR预报方法时,用IG_(12)代替R_(12)可以得到精度更高的预报值.对提前12个月的预报,f_0F_2和F_2(4000)MUF的预报精度分别平均提高18％和10％左右.对IG_(12)指数用于预报的其他优点亦进行了讨论.     

电离层赤道异常峰区的微分多普勒跟踪

本文介绍在武汉(30.5°N,114.4°E)地区利用微分多普勒方法对电离层赤道异常峰进行跟踪的结果.由观测资料的分析表明,东经115°线附近,电离层赤道异常峰区在我国长沙(28.1°N,113.0°E)以南和广州(23.2°N,113.3°E)以北地段,其北‘驼峰’顶位于衡阳(26.8°N,112.5°E)至英德(24.2°N,113.5°E)一带上空.对异常峰活动特征的研究也获得了一些有益结果.     

利用聚类算法区分小尺度电离层行扰事件与赤道等离子体泡事件

利用Swarm卫星2015年1月1日至2019年12月31日的50Hz高频磁场数据,根据阈值判断垂直于主磁场方向的扰动,对磁纬45°N-45°S之间的小尺度电离层行扰事件进行探测.为避免混淆而产生的干扰,可以根据阈值判断平行于主磁场方向是否发生扰动,从而排除典型的赤道等离子体泡事件.但对于较弱的赤道等离子体泡事件,扰动阈值判断无效.为避免弱赤道等离子体泡事件的污染,根据小尺度电离层行扰事件和赤道等离子体泡事件在不同参数空间中的密度分布差异,利用基于密度的聚类算法将赤道等离子体泡事件进一步甄别提取.结果表明,聚类算法能够有效地将赤道等离子体泡事件从小尺度电离层行扰事件中甄选出来,并使小尺度电离层行扰事件聚类与赤道等离子体泡事件聚类形成清晰的边界.由聚类算法导出的弱赤道等离子体泡事件主要分布在磁纬15°N-15°S,地理经度20°-60°W,月份10至3月之间,并且在20:00MLT-24:00MLT存在高发生率,同时依赖于太阳活动,这也验证了前人的相关研究结果.      

亚大地区F2电离层预测方法和CCIR方法的比较

本文将“国际参考电离层”所采用的CCIR频率预测方法和亚大地区F_2电离层预测方法预测的f_0F_2和M(3000)F_2,分别与第21太阳活动周的我国实测数据进行了比较。结果表明,从总体上看,在中国区域内亚大地区F_2电离层预测方法优于CCIR方法。文章建议,在没有更好方法的情况下,未来的“中国参考电离层”可以采用亚大地区F_2电离层预测方法。     

模式化分析F区电离层赤道异常槽

利用二维低纬电离层理论时变模式模拟低纬电离层演化，考察影响赤道异常槽位置的物理因素．计算结果显示赤道槽有明显的季节、地方时和经度变化．以１１０°Ｅ为例，北半球夏季期间赤道槽一般在磁倾赤道北侧，最北达３°-３．５°Ｎ，而在北半球冬季期间一般位于磁倾赤道南侧，最南可达４°－５°Ｓ．进一步分析发现，赤道槽季节变化中光化电离率季节改变的影响很小，主要由水平中性风季节变化贡献．计算以８３天为例，白天赤道槽在地理经度１００°Ｅ附近最南，２８５°Ｅ附近最北，与观测特征基本一致．主要是背景大气水平风场的经度差异导致赤道槽位置的经度变化，而非前人认为直接由磁偏角控制的．     

夜间f0F2存在季节异常现象

本文用1975.12—1986.12我国9个电离层站的资料分析得出,在一定的纬度和太阳活动条件下,夜间f_0F_2存在季节异常现象.夜间季节异常现象具有两个明显的特点:只有低纬才具有夜间季节异常特征;太阳活动高年夜间季节异常的程度增加.夜间季节异常是白天f_0F_2季节异常现象的延续,夏半球至冬半球的大气流动造成的中性气体浓度比(O/O_2和O/N_2)的季节变化,是形成f_0F_2季节异常的根本原因.并初步分析了夜间季节异常的低纬局限性及随太阳活动变化的成因.     

利用北斗观测数据实时监测中国区域电离层变化

北斗卫星导航信号采用三个频点工作,可以利用伪距双频组差方法解算电离层电子含量,为实时监视中国区域电离层变化提供新的技术手段.中国中低纬度处于电离层赤道异常变化区,在北纬20°±5°区域时常发生较大梯度的电离层变化.利用北斗实时多频伪距和相位观测数据,采用相位平滑伪距方法计算电离层穿刺点电子含量,分析通过北斗系统GEO卫星监测的电离层周日变化特性;采用多面函数方法拟合中国区域1°×1°分辨率的电离层延迟量,每5min绘制一幅中国区域电离层图,观测区域所有电离层穿刺点拟合残差RMS为2.778TECU;分析北斗系统实时监测中国区域电离层异常情况,当发生电离层异常变化时,相邻两天的VTEC（Vertical Total Electronic Content）峰值相差约60TECU.      

华南地区电离层闪烁与TEC耗空的时间和空间分布统计分析

利用位于赤道异常区的深圳站（22.59°N,113.97°E）2011年1月至2012年12月及2015年1月至2015年12月监测到的GPS-TEC数据,统计分析华南地区电离层闪烁与TEC耗空同时出现、电离层闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性.结果表明:这3种现象均主要发生在春秋季节;闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现分别主要发生在纬度为19°-23°N,21°-24°N和24°-26°N的空间区域.探测到闪烁和TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现的时间分别主要分布在20:00LT-22:00LT,21:00LT-23:00LT和22:30LT-23:30LT.闪烁与TEC耗空同时出现、闪烁单独出现和TEC耗空单独出现3种现象的时间和空间分布特性对应了华南地区不规则体和赤道等离子体泡（EPBs）从产生到消失的演变过程.      

关于寒潮对夜间f_0F_2影响的探讨

本文利用1968—1975年“寒潮年鉴”和乌鲁木齐、长春两站电离层f_0F_2资料,讨论了寒潮过境对夜电离层的影响.对个别样本的统计分析,特别是以地面气温最低日为标准日的叠加周期分析,均说明寒潮过境时夜间f_0F_2有下降趋势,平均说,在标准日下降最大,而后恢复.下降的百分值在太阳活动低年比高年大,乌鲁木齐站则比长春站大.这一下降的可能原因,是寒潮中激流带底部风切不稳定性产生的重力波向上传至电离层高度,对电子浓度分布影响的积累效应.此初步设想能定性说明统计分析中的一些基本特性.     

F2层对地磁扰动的响应

利用37个电离层垂直探测站1974-1986年的数据,采用f0F2与地磁ap指数相关分析的方法,首次得到一个太阳活动周期各年东亚-澳大利亚扇区,欧洲-非洲扇区和美洲-东太平洋扇区F2层对地磁扰动响应随地磁纬度的分布.结果指出,地磁高纬和中纬地区为负响应,低纬和赤道地区为正响应,大约在±30°附近换向.最大正响应在磁赤道附近,最大负响应在地磁纬度±50°附近,最大负响应的幅度大于最大正响应的幅度.存在明显的经度差别和南北半球不对称性.     

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（International GNSS Service）测站BJFS（39.6°N,115.9°E）,JFNG（30.5°N,114.5°E）和HKWS（22.4°N,114.3°E）的GPS双频观测值,获取各测站的ROTI和DROT（Standard Deviation of Differential ROT）指数变化趋势.结果表明:此次磁暴发生期间电离层扰动先以正相扰动为主,主要发生在中低纬区域,dTEC（differential TEC）最大值达到14.9TECU,随后电离层正相扰动逐渐衰减,在低纬区域发生电离层负相扰动,dTEC最小值达到-7.2TECU;在12:30UT-13:30UT时段,中国南部低纬地区发生明显的电离层不规则体事件;相比BJFS和JFNG两个测站,位于低纬的HKWS测站的ROTI和DROT指数变化更为剧烈,这表明电离层不规则体结构存在纬度差异.      

北驼峰区电离层GPS卫星闪烁事件时空特征及对通信的影响

基于子午工程北大深圳站（22.59°N,113.97°E）电离层GPS双频接收机在2011年1月1日至2017年12月31日连续7年的长时间序列闪烁和TEC观测数据,分析不同太阳活条件下华南赤道异常北驼峰区观测到的GPS卫星L波段电离层闪烁事件时空分布特征及其对通信的影响.结果表明:GPS闪烁事件几乎都发生在夜间,且主要发生在春秋分月份;在不同太阳活动条件下,夜间GPS闪烁事件都主要发生在北驼峰区域靠近磁赤道的一侧,且GPS闪烁事件存在明显的东-西侧天区不对称性,即在台站西侧天区发生的闪烁事件明显偏多;在不同太阳活动条件下,弱闪烁事件伴随的TEC耗尽和卫星失锁事件比例相对较低,强闪烁事件则大部分都伴随着TEC耗尽和卫星失锁事件的发生.      

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.      

利用神经网络预报电离层f0F2

由中国武汉电离层台站和澳大利亚Hobart台站的电离层F2层临界频率(f0F2)的资料,利用三层前向反馈神经网络(BP网络),提出一种提前24h预测f0F2的方法,该方法以前5天观测的f0F2数据拟合的5个系数以及太阳活动参数作为输入,以当天24 h的f0F2作为输出对网络进行训练,训练好的网络可以实现对f0F2提前24 h的预报.预测结果显示,利用神经网络预测的f0F2与实际观测结果变化趋势较一致,并且比IRI的计算结果更加准确.误差分析表明,在南半球Hobart(-42.9°,147.3°)台站比中国武汉站(30.4°,114.3°)的结果要好,在低年比高年要好,在冬夏季节比春秋季节稍好.本文说明利用神经网络对电离层参量进行预报是一种切实可行的方法.     

一种电离层物理模型及其在F1谷区形成讨论中的应用

在电离层F区考虑了三种中性成分的4种离子(O~+、No~+、N_2~+和O_2~+),从严格的电子和离子密度连续方程出发,由中性风所满足的动力学方程和离子运动方程解出水平中性风,从而得到离子垂直漂移速度,由此建立了一种电离层的物理模式;并用此模式,针对我国中、低纬(116°E,30°N)地区,讨论了光化学作用对F_1层的影响和动力学效应在F层中的作用。着重讨论由水平中性风引起的离子垂直漂移运动对F_1谷区的影响。结果表明:在光化平衡模式下,E区明显形成。在太阳活动低年夏季可产生明显的F_1“凸缘”。但仅靠光化平衡作用不能产生深的F_1谷区,也不能解释F_2层的形成;双极扩散是F_2层形成的主要机制;中性风的因素对E层影响不大,却可以在太阳活动低年夏季产生谷深在0.05—0.1的深F_1谷区。用此模式还计算了F_1谷区日变化,结果表明:中性风影响模式能较好地反映我国中低纬地区F_1谷区变化的地域特征。     

基于陆态网的区域电离层TEC空间变化特性分析

为研究中国陆态网区域电离层TEC在空间小尺度、高分辨率情况下的变化特性及适用精度范围,利用陆态网260个GNSS连续运行观测站数据,解算并生成2016-2017年731天陆态网区域电离层RIM格网,并进行精度验证.在同一RIM格网中,分别在经度和纬度方向上对间隔不同经纬度的TEC格网点作差分析.结果表明:陆态网区域内经度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为0.30TECU·（°）-1和0.11TECU·（°）-1;经度间隔1°时,TEC差值小于2TECU,且随着经度间隔的增大,其TEC差值也随之增大,并表现出一定的半年和周年变化规律;纬度方向上TEC最大变化率和平均变化率分别为1.7TECU·（°）-1和0.46TECU·（°）-1;陆态网区域内电离层TEC随纬度减小而增大,纬度间隔1°时,99.4%的TEC差值小于4TECU,且随着纬度间隔的增大,其TEC差值也随之增大,并表现出一定的半年和周年变化规律;间隔相同情况下,纬度方向上TEC的变化比经度方向上大.      

赤道异常的两日振荡

本文给出了赤道异常两日振荡的四大特点;说明了磁暴、电离层暴引起的f₀F₂起伏波动与赤道异常两日振荡的区别;讨论了不同周期赤道异常长周期振荡的迭加;最后将这些结果用于东亚扇区, 发现35°N以北的逐日起伏波动主要由电离层暴控制;31°N以南f₀F₂的逐日起伏波动主要由赤道异常的长周期振荡控制.      

利用TIE-GCM模式计算电离层电流及夜间电离层磁场

电离层电流产生的磁场是地磁场卫星测绘时需要剔除的干扰源.利用电离层热层模式TIE-GCM计算电离层中的中性风、重力驱动和压强梯度等形成的电离层电流的全球分布,分析电流在特定位置产生的磁场及磁场三分量随纬度的变化规律.结果表明,E层尤其是磁赤道和极区的电流密度较大,可达103nA·m-2量级,F层电流密度量级约为10nA·m-2.在磁静日（Kp≤ 1）夜间22:00LT-04:00LT,电离层电流在中低纬度（南北纬50°之间）产生的磁场量级为几个nT,且磁场的南北向分量和径向分量基本大于东西向分量.通过与CHAMP卫星磁测数据分析比较,发现TIE-GCM模式计算电离层干扰磁场在中低纬度可以取得较好的结果,但在高纬度地区的效果不理想,还需进一步改进模式以提高计算精度.      

第24太阳活动周中国地区电离层闪烁统计特性研究

利用第24太阳活动周中国多个地区GNSS电离层闪烁监测站数据,统计分析中国中低纬地区电离层闪烁特性.结果显示:电离层闪烁主要发生在春秋分及夜间20:00—02:00LT时段;在28°N以南地区,纬度越低电离层闪烁强度和发生概率越高;电离层闪烁发生概率与太阳活动呈正相关,太阳活动上升年电离层闪烁发生概率高于下降年;不同强度地磁活动条件下,电离层闪烁均可能发生,且与地磁活动强度整体呈负相关.通过研究电离层闪烁统计特性,可以为电离层闪烁机理的深入研究、预报及工程应用提供参考.