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.      

地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响

基于加拿大地区高纬度电离层观测网的电离层闪烁观测数据,分析了2018年8月26日地磁暴事件引发的北半球高纬度地区电离层总电子含量(TEC)异常变化、TEC变化率指数(ROTI)及电离层相位闪烁的变化特征.结果表明:加拿大地区最大异常值约6 TECU,磁暴引发全球电离层TEC异常峰值高达20 TECU;加拿大地区电离层相...     

基于深度学习递归神经网络的电离层总电子含量经验预报模型

利用行星际太阳风参数与太阳活动指数、地磁活动指数、电离层总电子含量格点化地图数据,首次基于一种能处理时间序列的深度学习递归神经网络（Recurrent Neural Network,RNN）,建立提前24h的单站电离层TEC预报模型.对北京站（40°N,115°E）的预测结果显示,RNN对扰动电离层的预测误差低于反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）0.49～1.46TECU,将太阳风参数加入预报因子模型后对电离层正暴预测准确率的提升可达16.8%.RNN对2001和2015年31个强电离层暴预报的均方根误差比BPNN低0.2TECU,将太阳风参数加入RNN模型可使31个事件的平均预报误差降低0.36～0.47TECU.研究结果表明深度递归神经网络比BPNN更适用于电离层TEC的短期预报,且在预报因子中加入太阳风数据对电离层正暴的预报效果有明显改善.      

玉树地震前的电离层异常现象分析

分析了玉树地震前地基电离层探测临界频率、GPS TEC和卫星探测原位等离子体参量等多个参数的扰动变化信息, 研究了不同高度异常变化的时空关联性. 分析发现, 在地震前一天的4月13日, 多个电离层参量出现同步扰动异常, 电离层临界频率f₀F₂异常相对滑动中值增大40%, 异常空间上存在从震中东南向西南漂移的特性; GPS TEC异常增强15TECU (1TECU=1016m-2)左右, 分布于震中南部经度15°范围内, 且有明显的磁共轭效应; DEMETER观测的原位氧离子密度N_i(O+) 4月13日为1-4月中最强的一天, 异常分布偏向赤道区, 但仅局限在30°-50°左右的经度范围内. 综合三个参量的异常特征发现, 无论是空间的局地性还是时间上的密切关联均反映这次电离层扰动可能与玉树地震孕育有关. 结合其他观测信息, 进一步探讨了这次地震孕育过程的地震电离层耦合机理.      

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.      

HXMT卫星空间环境监测器及初步观测结果

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首个专门进行天文探测的空间科学实验卫星,运行于高度约550km、倾角约43°的低地球轨道.星载空间环境监测器为星上科学任务开展提供背景辐射实测资料.该监测器采用固体探测器望远镜系统和扇形阵列全新组合设计,可获取轨道空间高能质子和高能电子能谱、方向综合动态结果,给出更为全面的粒子辐射分布图像.初步探测结果显示,卫星运行轨道遭遇的带电粒子辐射集中分布在经度80°W-20°E,纬度0°-40°S的南大西洋异常区,粒子辐射在该区域表现出不同程度的方向差异分布,高能电子方向差异分布显著强于高能质子.2017年9月空间环境扰动期间,爆发的太阳质子事件并未对该轨道粒子辐射产生影响,而地磁活动导致该轨道穿越经度120°W-60°E,纬度40°-43°N的北美上空和经度60°-120°E,纬度43°-40°S的澳大利亚西南区域时遭遇增强粒子辐射影响,增强的粒子辐射表现出极强的方向分布.      

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.      

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.      

1997-2003年太阳质子事件源区的卡林顿经度分布

分析了1997-2003年期间的59个太阳质子事件,太阳质子事件源区的卡林顿经度带.分析结果表明,质子事件源区主要集中在10°-45°,135°-155°,180°-215°,230°-260°,265°-310°,345°-360°,还有4个质子耀斑分散在72°,74°,93°和107°上.其中最强的活动卡林顿经度带的经度范围是265°-310°,次之为卡林顿经度带135°-155°,最弱的是卡林顿经度带180°-215°最强的活动经度是卡林顿经度272°.1997-2003年期间峰值通量大于100 pfu,质子耀斑南半球发生次数为18,北半球发生次数为10;同一活动经度上的质子事件具有重现的规律,重复出现的时间间隔短的为27天,长的超过4年.     

大耀斑期间向日面电离层总电子含量的响应个例分析

利用2001年4月15日1336UT耀斑爆发期间向日面GPS观测数据提取的总电子含量的时间变化曲线。分析了向日面电离层对这次耀斑的响应特点．结果表明，耀斑期间向日面电离层出现了总电子含量突增事件．最大总电子含量增加量约为2．6TECU，在0600LT和1800LT都观测到了总电子含量突增，世增加幅度仅为0．5-1TECU．在高纬地区，由于电离层闪烁，从TEC时间变化曲线提取不出来总电子含量增加值．从各卫星星下点处的TEC增加量和各星下点处的太阳天顶角的关系可以看到，TEC增加量与太阳天顶角有关，太阳天顶角越大，TEC增幅越小。另外，从总电子含量时间变化率曲线上还观测到了时间同步的小尺度扰动，通过与耀斑期间硬X射线辐射通量的比较，发现两者有明显的相关性，电离层中的这种扰动与耀斑期间的硬X射线或远紫外辐射有关．     

基于硬件信号模拟器的电离层TEC监测仪差分码偏差长期变化

利用硬件信号模拟器可以标定电离层TEC监测仪的差分码偏差.通过对相同接收机时隔近41.5月进行的两次差分码偏差标定实验,以GPS系统为例分析了硬件标定法得到的差分码偏差随时间的长期变化情况.结果 表明:接收机差分码偏差均值从第一次实验的16.122 ns增加至第二次实验的16.749 ns,在约41.5月的时间内增加约...     

Observations of TEC depletions over Indian low latitudes

Results pertaining to the latitudinal extent of the ionospheric irregularities in terms of TEC depletions have been presented for the two nights namely; 28 October 2004 and 7 February 2005. This study has been carried out using the GPS–TEC over the Indian low latitude stations, at Udaipur, Hyderabad and Bengaluru. This is probably the first report of simultaneous GPS observation of TEC depletions over different latitudes from the Indian sector. The results show that the amplitude of TEC depletions due to the equatorial spread F may vary with time and the location of the observation. The maximum amplitude of the TEC depletion has been found to be about 30 TECU over Hyderabad. The depletions in TEC are found to be field aligned.     

The occurrence of the mid-latitude ionospheric trough in GPS-TEC measurements

Simultaneous GPS observations from about 150 stations of European Permanent Network (EPN) have been used for studying dynamics of latitudinal profiles and structure of mid-latitude ionospheric trough (MIT). For the analyses, the TEC maps over Europe were created with high spatial and temporal resolution. The latitudinal profiles were produced from TEC maps with one-hour interval for geographic latitude range from 35N to 75N. The structure of latitudinal profiles relates to the occurrence of the ionospheric trough. The location of the trough depends on season, local time, and both geophysical and geomagnetic conditions. The trough structure in GPS-TEC demonstrates a smooth shape. The trough occurrence as a distinguished structure is more distinct during winter. The relation of TEC in the trough minimum to the equator and polar walls amounted to a factor of 2–4.     

基于因果卷积与LSTM网络的电离层总电子含量预报

电离层总电子含量（TEC）不仅是分析电离层形态的关键参数之一,同时为导航及定位等空间应用系统消除电离层附加时延提供重要支撑。由于电离层TEC的时空变化特征,本文融合因果卷积和长短时记忆网络,以太阳活动指数F_10.7、地磁活动指数Dst和电离层TEC历史数据作为特征输入,构建深度学习模型,实现提前24 h预报电离层TEC。进一步利用2005－2013年连续9年的CODE TEC数据,全面评估了模型在北京站（40°N,115°E）、武汉站（30.53°N,114.36°E）和海口站（20.02°N,110.38°E）的预报性能。结果显示不同太阳活动条件下三个站的TEC值与真实测量值的相关系数都大于0.87,均方根误差大都集中在0～1 TECU以内,且模型预报精度与纬度、太阳、地磁活动程度、季节变化相关。与仅由长短时记忆网络构成的预报模型相比,本实验模型均方根误差降低了15%,为电离层TEC预报模型的实际应用提供了参考。      

太阳活动对电离层TEC变化影响分析ormalsize

为研究太阳活动对电离层TEC变化的影响,从整体到局部分析了2000—2016年的太阳黑子数、太阳射电流量F_10.7指数日均值与电离层TEC的关系,并重点分析了2017年9月6日太阳爆发X9.3级特大耀斑前后15天太阳活动与电离层TEC变化的相关性.结果表明:由2000—2016年的数据整体看来,太阳黑子数、太阳F_10.7指数、TEC两两之间具有很强的整体相关性,但局部相关性强弱不均;此次耀斑爆发前后太阳黑子数、太阳F_10.7指数和TEC具有很强的正相关特性,太阳活动对TEC的影响时延约为2天;太阳活动对全球电离层TEC的影响不同步,从高纬至低纬约有1天的延迟,且对低纬度的影响远大于中高纬度.太阳活动是影响电离层TEC变化的主要原因,但局部也可能存在其他重要影响因素.      

Improving regional ionospheric TEC mapping based on RBF interpolation

Radial basis function (RBF) interpolation with multi-quadric is developed to perform ionospheric total electron content (TEC) mapping for the Chinese region between 15°N ~ 40°N and 100°E ~ 125°E. TEC measurements from the Centre for Orbit Determination in Europe (CODE) covering the solar maximum year 2011 are used to investigate the performance of the proposed RBF interpolation method. The differences between the RBF interpolated TEC and the CODE TEC are within 0.5 TECU and the root mean square error (RMSE) is very small when 49 data points are used. The maximum difference is ~5 TECU and the error is less than 1 TECU with 25 samples. Our study suggests that a random distribution of measurement points gives smaller RMSEs than a homogenous distribution when the number of sample points is low. The study indicates that RBF interpolation offers a powerful and reliable tool for ionospheric TEC mapping.     

2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究

利用武汉电离层观象台研制的GPS TEC的现报方法及现报系统,对东亚地区GPS台网的观测数据进行处理分析,特别对2000年7月14-18日和2003年10月28日至11月1日两次特大磁暴期间的数据进行了对比考察,文中分析了两次磁暴间的电离层响应,得到对应不同磁暴时段电离层TEC的不同变化情况,着重揭示了TEC赤道异常峰的压缩和移动以及赤道异常随时间的压缩—反弹—恢复的过程,并结合高纬电离层的部分响应机制进行了说明,结果显示,两次磁暴期的电离层响应表现出了各自不同的特点,从而反映出因季节变化引起的高纬电离层暴时能量注入的不同而造成的全球性电离层扰动的不同形态,由此看出,磁暴期间电离层TEC的变化直接与太阳扰动发生的时间及其对高纬电离层的耦合有关,若短时期内连续发生多次磁暴,则电离层反应更加复杂,不能简单地当做单一磁暴叠加处理。     

不同太阳活动条件下电离层形态对估算GPS系统硬件延迟的影响

利用两个中纬度台站GPS观测数据提取的GPS卫星硬件延迟,分析了不同太阳活动情况下估算的硬件延迟稳定性和统计特征,结合同期电离层观测数据,研究了电离层状态对硬件延迟估算结果的影响.研究结果表明,基于太阳活动高年(2001年)GPS观测数据估算的硬件延迟稳定性要低于太阳活动低年GPS观测数据的估算结果,利用2001年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差(RMS)平均值约为1TECU,而2009年GPS数据估算的卫星硬件延迟年标准偏差平均值约为0.8TECU.通过对2001年和2009年北京地区电离层F₂层最大电子密度(N_mF₂)变化性分析,结合GPS硬件延迟估算方法对电离层时空变化条件的要求,认为硬件延迟稳定性与太阳活动强度的联系是由不同太阳活动条件下电离层变化的强度差异引起的.