京津冀地区电离层时空特性分析

为了研究分析京津冀地区的电离层时空变化特性,为本地区提供高精度导航定位和授时(PNT)服务,该文以国际GNSS服务(IGS)中心提供的2000—2018年的全球电离层总电子含量(TEC)格网模型产品数据为基础,研究该区域电离层时空分布特性及太阳活动与电离层的相关性。结果表明:电离层TEC与F10.7指数相关系数为0.83,与太阳黑子数相关系数为0.78,与太阳活动呈现出高度相关性;京津冀地区TEC每日最大值出现在UTC4时左右,电离层TEC具有较明显的27 d周期特性,在太阳活动高年及TEC极大递减年会出现冬季异常现象;白天,同一经度TEC值随纬度的升高而降低;同一纬度TEC值随经度的升高没有明显变化。     

基于GPS观测分析青岛地区电离层板厚变化特性

基于青岛站2000年8月至2006年4月间半个太阳活动周的GPS和测高仪的同步观测,提取期间的电离层TEC和 f_o F₂的小时观测数据,联合分析该地区电离层板厚的日变化、季节变化和随太阳活动变化,研究表明青岛地区电离层板厚在日出前时段出现明显的增强峰,并随季节和太阳活动呈现出较复杂的变化关系.利用板厚的相对偏差,探讨了电离层板厚扰动变化分布特征.      

GNSS掩星探测数据的f_0F_2和h_mF_2全球分布特征

全球电离层分布特别是f_0F_2和h_mF_2对雷达探测、无线电通信以及卫星导航等有非常大的影响,为研究全球f_0F_2和h_mF_2的时空分布,利用全球导航卫星定位系统(GNSS)掩星数据统计分析了全球f_0F_2和h_mF_2的周年变化特性、日变化特性以及季节变化特性,并通过与日本地区测高仪站f_0F_2数据进行对比,分析了两种探测方式获取电离层参数的相关性。结果表明,全球f_0F_2和h_mF_2周年变化与太阳活动和地磁活动具有明显的正相关性,f_0F_2和h_mF_2还具有明显的空间分布特性。此外,全球f_0F_2和h_mF_2峰值出现在LT 14:00—16:00期间,且h_mF_2出现明显的日落后赤道电离异常复苏现象。全球f_0F_2具有比较明显的季节变化特性,f_0F_2峰值出现在春秋季中低纬地区,在夏冬季较小,且出现比较明显的冬季异常现象,而h_mF_2季节分布相比f_0F_2并不明显。通过和日本地区Wakkanai、Kokubunji、Yamagawa以及Okinawa测高仪站f_0F_2数据对比,发现两种探测手段获取的电离层参数具有较好的相关性。初步研究表明,全球f_0F_2和h_mF_2分布受到多种因素的影响,其中太阳活动和地磁活动占主要地位,其次是电场、热层风以及高能粒子沉降等。     

中国区域掩星观测与IRI-2016电离层峰值参数的比较

对2008—2014年由气象、电离层和气候卫星联合观测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate, COSMIC)掩星观测与最新版国际电离层参考模型IRI-2016输出得到的电离层峰值参数(峰值密度NmF2与峰值高度hmF2)在中国区域进行了比较。IRI-2016模型输出值与COSMIC掩星反演值的相关性在太阳活动高年(2011—2014年)整体上高于太阳活动低年(2008—2010年)。在低年春秋季的当地时间(local time,LT)12:00—14:00,IRI-2016相对于COSMIC掩星在30°N～55°N区域内对NmF2和hmF2分别存在低估和高估现象,在15°N～30°N区域内则恰恰相反。对于NmF2,采用IRI_CCIR和IRI_URSI两种选项的模型输出值在中午时分均存在高估,在低年高估更为显著。对于hmF2,采用IRI_CCIR和IRI_AMTB两种选项的模型输出值在低年各季节均存在高估,且IRI_AMTB选项高估更显著,冬季最突出。结果表明,在中国区域由IRI-2016模型计算NmF2和hmF2时,分别推荐使用IRI_CCIR和IRI_Shubin选项。     

磁暴期全球电离层电子含量变化分析研究

电离层电子含量(TEC)受太阳活动影响较大,磁暴发生时,TEC变化在全球范围内变化不一,研究该时期的TEC扰动变化情况对电离层的研究至关重要．本文以2015年3月特大磁暴为研究对象,利用包括北斗系统在内的全球卫星导航系统（GNSS）TEC数据和中国区域的电离层测高仪f _oF2数据,对此次电离层磁暴的扰动特性进行研究并讨论其可能的物理机制．      

Linux Shell在电离层TEC格网数据提取和分析中的应用

电离层延迟误差是卫星导航和定位中不可忽略的重要误差,全球电离层总电子含量(TEC)格网数据因其将全球按规则的经纬度格网化,并给出了相应格网点的电离层TEC值,从而为用户使用提供了极大的便利．本文基于Linux Shell脚本编写简单、快速和容易维护等优点,利用Shell脚本对电离层TEC格网数据进行提取和分析处理,主要包括全球和自定义区域电离层TEC数据提取、均值计算、格网经纬度互差计算、最值提取等应用,可为基于全球电离层格网(GIM)数据对全球或区域电离层TEC周年变化、季节变化、周日变化规律以及时空变化特性等相关规律的分析研究提供一定的参考.      

卫星导航服务的全球电离层时变特性分析

针对电离层对无线电波应用技术的影响,该文利用IGS提供的1998年—2012年的全球电离层TEC数据,结合相应的太阳活动数据,采用时间序列分析、相关性分析以及等值线图等数理统计的方法,分析了全球电离层的时变特性;分析了电离层TEC、F10.7和太阳黑子数的相关性,发现3者之间的相关系数高度线性相关。通过电离层日变化规律的研究发现:电离层TEC日极大值出现的时刻集中在当地时间12时至16时,其中14时占38.47%,12时占26.58%,16时占19.05%;夜间TEC值与太阳活动强度密切相关,在太阳活动低峰年,夜间全球电离层TEC平均值在5TECU左右,在太阳活动高峰年,夜间全球电离层TEC平均值在17TECU左右,最大值可达24TECU。最后,从日地距离和太阳活动强度两个方面,讨论了全球电离层TEC季节变化规律以及成因。     

利用双频GPS数据研究区域电离层TEC变化规律

利用GPS双频观测数据分析了仪器偏差对计算电离层TEC的影响,结果表明忽略仪器偏差的影响不能正确反映测站上空电离层总电子含量的变化规律.验证了短期内仪器偏差的稳定性,并在此基础上研究了2005年太阳活动低峰年区域电离层VTEC的周年变化规律,揭示了电离层VTEC半年变化、季节性变化及冬季异常等现象.     

利用双频GPS数据研究区域电离层TEC变化规律

利用GPS双频观测数据分析了仪器偏差对计算电离层TEC的影响,结果表明忽略仪器偏差的影响不能正确反映测站上空电离层总电子含量的变化规律。验证了短期内仪器偏差的稳定性,并在此基础上研究了2005年太阳活动低峰年区域电离层VTEC的周年变化规律,揭示了电离层VTEC半年变化、季节性变化及冬季异常等现象。     

太阳活动高峰年山东区域电离层时空变化研究

2012年为太阳活动高峰年份,为了研究太阳活动高年区域电离层的变化特征,该文选取了山东区域内的SDCORS站点,构建了山东区域垂直电子含量(VTEC)球谐格网模型,对该年山东区域电离层时空变化规律进行分析。实验研究表明,在空间变化上山东区域电离层表现出较强的纬度相关性,出现了明显的分层现象。同时给出了山东电离层在时间上呈现出的时段变化、日变化、月变化、季节变化,发现VTEC受太阳活动影响较大,除了存在明显的单峰和双峰结构外,该年还发生了半年度异常现象。     

SAMI2物理模型与东亚扇区GPS TEC数据 比较研究

SAMI2 (Sami2 is Another Model of the Ionosphere)是美国海军实验室开发的电离层物理模型.利用该物理模型,模拟了东亚扇区不同太阳活动强度、不同纬度地区三个站的电离层电子浓度总含量 (TEC). 通过模拟结果与GPS观测站 TEC 数据的比较,检验 SAMI2 在此扇区的电离层 TEC 计算精度. 结果表明,物理模型输出的电离层 TEC 具备与观测数据一致的周日变化、季节变化,太阳活动变化. 周日分布上,上午时段SAMI2? TEC 与观测数据吻合度优于午后时段;季节分布上,SAMI2 TEC 在冬季与观测值偏差小于其他季节;SAMI2? TEC 与GPS TEC 相关系数各站均达到0.87以上,与赤道地区Guam站相关性最好;太阳活动低年计算结果优于太阳活动高年;多数情况下,SAMI2 TEC 相对GPS TEC 偏大. 本文结果为基于SAMI2模型构建背景误差分布特征,开展该区域电离层数值预报研究可行性提供了理论支持.      

总电子含量赤道异常变化特性分析

利用国际GNSS服务组织提供的总电子含量格网数据,从全球角度分析了电离层赤道异常的变化规律,并结合相关研究结论做了比较分析。首先,利用2011年3月21日(春分)的总电子含量格网数据分析了电离层赤道异常区域随时间变化的规律;然后,利用2000—2012年的总电子含量格网数据和太阳黑子数据,统计分析了120°E上空电离层赤道异常出现的地理纬度和强度的变化规律,并以2002年(太阳活动高年)和2008年(太阳活动低年)为例做了进一步分析。结果发现:电离层赤道异常区域随太阳直射点位置的变化,自东向西移动,分布在地磁赤道的两侧,具有南北半球的非对称特性;电离层赤道异常出现在当地时间T 12:00:00—T 16:00:00,日落后持续2~3h;电离层赤道异常峰值强度与太阳活动强度存在正相关关系;电离层赤道异常具有明显的季节变化规律,表现出了"半年度异常"和"冬季异常"现象。     

基于GNSS的川藏高原电离层活动特性分析

研究川藏高原地区的电离层活动特性，能够为本地区提供高精度导航定位和授时服务。本文基于欧洲轨道确定中心(CODE)2014—2019年的全球电离层格网(GIM)总电子含量(TEC)数据和太阳参数F_10.7的修正指数F_10.7p,利用时间序列分析、相关性分析以及快速傅里叶分析的方法，对川藏高原地区的电离层时空特性进行分析。实验结果表明：(1)川藏高原不同季节的TEC存在差异，尤其是在太阳活动高年时，体现了TEC的年度异常、半年度异常和冬季异常。(2)川藏高原的TEC主要周期表现为26.4、121.7、182.6、219.1、365.0 d,体现了TEC的27 d周期变化，半年变化，年变化。(3)受赤道异常影响，低纬度地区(30°N以下)的TEC较大。TEC在08:00:00—20:00:00相对较大，在20:00:00—08:00:00较小，这一特征在各经度处相同。     

NeQuick模型算法研究及性能比较

研究了NeQuick2算法改进及其实现方法,从不同角度分析了NeQuick2模型在全球区域和中国区域内的性能优势。一个太阳活动周期内,中国区域NeQuick2模型计算的电子总含量（total electron content,TEC）比NeQuick1模型精度有显著提升,改正精度与太阳活动水平具有较强的相关性,低年比高年的改善效果更为显著。以全球电离层数据（global ionosphere maps,GIM）为参考标准,中国中高纬区域太阳活动低年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了76%,年平均均方根（root mean square,RMS）值减少了约72%。太阳活动高年NeQuick2模型TEC的系统年平均偏差减少了38%,平均RMS减少了13%左右,且中高纬区域改正精度优于低纬区域11%~13%。全球区域太阳活动峰值期间NeQuick2模型TEC比NeQuick1模型日平均偏差改善了25%,日平均RMS改善了30%左右。分别用NeQuick1和NeQuick2模型得出F₂层顶部区域在太阳活动峰值期电子密度随高度剖面分布,顶部电子密度剖面精度改善近40%。最后分别得出了两个模型中国区域中高纬地区E和F₁层区域在100 km、150 km和200 km高度的电子密度分布图,结果显示NeQuick2模型改善了电子密度分布状况,有效避免了NeQuick1在底部区域电子密度梯度不连续以及电离层异常结构的情况。     

南极威德尔海电离层异常的综合观测及分析

威德尔海异常是西南极沿海地区在夏季出现的电离层异常现象。本文用西南极地区的GPS跟踪站数据和测高卫星Jason-2数据,分别提取了陆地和海洋地区大范围的电离层TEC参数。GPS反演结果的优势是获取测站上空高精度的TEC时间序列,测高反演的结果整体与GPS的结果精度相当,虽然测高的时间分辨率较低,但其优势是获取海洋广大区域的TEC值。两种观测手段的研究区域互补,可以充分观测威德尔海异常在西南极的变化特征,从空间上来看,威德尔海异常出现在以别林斯高晋海为中心的广大区域,而威德尔海异常也是覆盖了西南极的别林斯高晋海、威德尔海以及可达80°S的西南极陆地区域。从时间上来看,出现时段在每年的10月底到次年3月初,夜晚电子密度增加,白天电子密度降低,随着太阳活动的增强,其异常程度也变大。     

基于空间电离层环境层析成像测量仪的地震电离层扰动监测系统设计

为了更好地开展地震电离层扰动监测和异常信息提取研究,基于空间电离层环境层析成像测量仪研制了地震电离层扰动监测系统,包括小区域监测站网和监测软件系统.?该监测系统产出空间分辨率1°×1°的电离层总电子含量(TEC)、F2层最大电子密度(NmF2)和F2层峰值电子密度对应高度(hmF2)二维分布图,对扰动异常超过10％的事...     

利用GPS观测研究我国赤道异常驼峰区电离层TEC变化

利用中国南部地区七个站点的2004年GPS观测数据,对赤道异常中国扇区电离层TEC的北驼峰位置和时间以及驼峰北侧电离层梯度进行了分析,结果表明:驼峰位置随季节改变,介于地理北纬17.5°～22.5°之间,冬季月份相对为低,分季月份相对为高,年平均位置约在北纬20°附近;驼峰出现时间也随季节在地方时13～16 h之间变化,冬季月份相对为早,夏季月份相对为晚,其出现时间的年平均值前者在地方时14 h前后,后者约在地方时15～16 h之间。驼峰区电离层TEC存在纬向梯度,其梯度也随地方时和季节而改变,夜侧梯度在地方时4.5 h前后为极小,且在不同季节其变化幅度不大,而日侧梯度在地方时13.5～16.5 h时段出现极大,且在不同季节差异较大,分季要高于冬季和夏季。      

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

2018年8月磁暴期间北斗GEO卫星电离层TEC时空变化分析

基于北斗GEO卫星独有的静地特性,本文利用其观测数据提取电离层TEC进行磁暴期间电离层TEC时空变化研究。同时利用全球电离层格网图GIM值进行试验对比,结果表明：北斗GEO卫星提取的TEC与GIM模型值变化趋势一致,并且前者可更有效地监测电离层的细微扰动变化。在此次磁暴发生期间,亚太地区电离层TEC变化及扰动响应特征在纬度方向差异明显。其中南北半球较高纬度区域,电离层TEC在磁暴主相阶段主要表现为正响应扰动,而赤道及北半球较低纬度区域,电离层TEC在磁暴主相及恢复相阶段均产生了强度更大、持续时间更长的正响应扰动。结合现有研究,认为造成此次电离层异常扰动的激励因素主要为东向快速穿透电场的增强及热层中性成分的变化。试验结果也证明了GEO卫星可以精准有效地监测在磁暴发生时电离层TEC的变化规律及不同空间位置处TEC产生的扰动响应特征。     

利用掩星技术研究南极地区顶部电离层特性

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取了F₂层峰值高度(hmF2)、F₂层峰值密度(NmF2)、垂直标尺高(vertical scale height,VSH)等电离层参数,研究了南极地区的F₂层在太阳活动周期内的变化、年际变化、周日变化等,并且重点分析了南极地区的顶部电离层的垂直结构特征,尤其是威德尔海异常在垂直方向上的变化。结果表明,整个南极的hmF2每日均值在250~300 km左右,NmF2每日均值在1~8×1011 el/m3之间,VSH每日均值在100~250 km,威德尔海异常主要表现在顶部电子密度的增强和底部电子密度的减少。