基于移动Chapman-Miller方法的汶川Ms8.0地震电离层异常研究

基于IGS全球电离层TEC地图数据,提取到汶川地震上空TEC时间序列。使用移动Chapman-Miller太阳日变化分析方法,研究了地震前后15天TEC异常现象。结果显示,地震前6天(除5月9日外)TEC都出现了不同程度的减小现象,5月9日TEC周日峰值出现延迟现象;5月3日,即地震前第9天出现了TEC增大现象。离发震时刻较远的4月29日出现了TEC减小现象;震后3天也出现了明显的减少现象。排除磁暴等因素后,认为这些异常现象可能是汶川地震引起的地震-电离层耦合效应。     

基于GPS数据的地震前电离层TEC异常研究

选取印度洋区域7个IGS站,运用2004年12月26日印度洋地震前后共计25 d的GPS观测数据,计算出高时空分辨率的VTEC.综合考虑了太阳和地磁活动参数,运用统计分析的方法,详尽阐释了地震发生前TEC减小的电离层异常现象.     

地震前后电离层TEC扰动分析

针对传统的探测手段获取电离层参考背景值精度较低的问题,借助IGS发布的GIM格网数据,利用奇异谱分析提取TEC主成分探测地震前后电离层扰动,使用该方法和滑动四分位距法对2018年1月23日阿拉斯加湾Ms8.2地震进行探测,实验结果表明:两种方法探测结果基本保持一致,在震前3 d、9 d和震后2 d发生电离层TEC扰动现象,震前9 d的扰动现象与地磁活动强烈干扰相关,在排除空间环境干扰因素后,认为震前3 d和震后2 d电离层异常是由地震引发的。     

日本九州岛地震震前电离层TEC异常

采用IGS发布的GIM数据,提出了一种结合滑动时窗法和临近格网点电离层TEC相关性分析法的联合分析方法,研究了震前电离层异常变化与地震的关系。通过分析震区附近5个格网点TEC的异常变化情况,发现震前电离层TEC发生明显异常变化,且格网点之间的TEC序列相关性受地震显著影响;通过分析二维电离层图的TEC异常空间分布,发现震前三天震中附近分别出现6h、12h和6h的异常。最后利用电离层层析的方法,对电离层异常时刻进行了电子密度的反演,进一步分析了电子密度在电离层异常时刻的分布情况。     

2015年尼泊尔Mw 7.8地震前OLR和电离层异常分析

针对2015-04-25尼泊尔Mw 7.8地震,利用NOAA卫星遥感射出长波辐射(OLR)数据和IGS(International GNSS Service)提供的全球IONEX总电子含量(TEC)数据,并考虑太阳和地磁活动水平的条件下,分别对OLR数据采用标准差阈值法和对电离层TEC数据采用四分位距法进行了异常探测。结果显示,2015-04-22在震中附近地区卫星遥感OLR出现异常增强现象;同时,2015-04-23在震中附近电离层TEC出现显著正异常现象,而且出现磁共轭现象。     

东日本大地震电离层异常分析

目前空基和路基等电磁信号探测手段已经应用于地震电离层异常的探测。自从GPS数据可以用于计算电离层电子总量(TEC), 这项技术被广泛关注的同时作为一个可行的手段用于探测地震前后电离层异常。本文利用东日本大地震震中附近多个IGS网络站点的数据, 分析2011年3月11日发生的Mw9.0东日本大地震震区上空电离层信息, 计算出TEC时间序列并进行波谱分析、包络线法异常分析、全球电离层异常地图绘制及震后3 h扰动异常分析。通过分析发现, 震前存在明显的电离层异常, 在3月8日即震前第3天存在异常;同时也计算了震后3 h的各站与卫星路径上等价TEC的P₄值;且多个站与多星路径上存在着明显的电离层扰动异常, 并且不断远离震中, 能量逐渐衰减, 证明电离层异常的发生与地震有较明显的关系。     

2014年鲁甸6.5级地震震前TEC异常分析

2014年8月3日云南省鲁甸发生了6.5级地震.针对震前电离层异常问题,利用IGS提供的全球电离层数据,采用滑动四分位法对鲁甸地震震中及其周围格网点的TEC进行异常探测,发现震前3d、6d和13 d电离层有明显的异常,其中震前3d、6d的异常最为显著.在进一步分析了太阳地磁活动及这几天的全球TEC异常分布后,认为这3d的电离层异常可能与震前的孕育地震有关.另外,这3d的TEC异常分布区域都满足在经度方向跨度和纬度方向跨度长度比约为3:1,且异常的峰值点并不位于震中的正上方,而是位于震中偏向赤道方向,同时赤道共轭区域也存在异常,但范围和幅度都较小.     

基于地基GPS研究台风引起电离层TEC的变化特征

利用GPS研究电离层,具有其他探测技术所没有的全天候、高分辨率、大范围等优点.本文采用双频GPS数据提取区域电离层电子浓度总含量（TEC）,并结合全球电离层地理（GIM）数据,借助滑动四分位距法建立TEC背景值.研究了台风“莫兰蒂”对其经过区域及登陆地点电离层TEC的影响.分析表明,台风登陆厦门前一天,厦门地区电离层TEC发生了较强的正扰动,登陆后第二天,TEC发生了小尺度的负扰动;台风临近台湾岛前,东南沿海和台湾岛区域电离层出现了大范围的正异常扰动,其值为15～20 TECU,持续时间10 h.结合厦门和台湾岛的地形,推测此次TEC异常原因是由于台风所激发的声重力波传播到电离层高度,造成了电离层的异常扰动.      

多尺度ARMA残差修正模型震前电离层TEC异常探测

为提高电离层总电子含量（total electronic content，TEC）扰动探测参考背景值的预测精度，提出了多尺度自回归移动平均（autoregressive moving average，ARMA）残差修正模型。通过对比该方法、ARMA模型、四分位距法（inter quartile range，IQR）及滑动时窗法对TEC背景值的预测精度，结果显示修正模型预测的TEC背景值平均相对精度为89.78%，分别比ARMA模型、IQR及滑动时窗法高5.18%、1.41%和1.42%，且预测值的残差绝对值小于等于3.0 TECU的百分比为91.67%，明显优于其他3种方法，说明修正模型探测震前TEC异常是可行的。利用该方法探测2013-04-20芦山县Mw7.0级地震震前电离层TEC扰动情况，验证了该方法的有效性。实验结果表明，震前第9天和第13天电离层明显的正异常和震前第1~4天明显的负异常极可能是孕育地震引起的，且正异常主要出现在08:00-10:00 UT，而负异常主要集中在0:00-14:00 UT。     

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。     

2015年尼泊尔地震的震前电离层异常探测

提出了一种基于奇异谱分析的电离层异常探测的方法。通过对尼泊尔地震震中周围GIM格网点TEC时间序列的探测,发现在2015年4月23日震中东部区域出现电离层正异常。进一步利用二维电离层地图分析异常空间分布,发现出现电离层正异常的区域为25°N-37.5°N,90°E-110°E,时间为2015年4月23日UT9:00-15:00。利用中国陆态网数据计算异常区域卫星穿刺点轨迹STEC变化情况,发现2015年4月23日穿刺点轨迹进入异常区域后STEC值比前后几天明显增大,而离开异常区域后又恢复正常。采用CIT(computerized ionosphere tomography)方法详细地呈现了电离层异常的三维形态,发现4月23日UT9:00-15:00在震中东部区域出现电离层正异常,峰值位于约30°N,115°E,高度范围为100~500 km,且异常峰值随高度变化与电离层本身垂直密度分布规律相一致。     

利用神经网络预报短期电离层TEC变化

利用神经网络,基于IGS提供的(40°N,115°E)网格点TEC数据,本文构造了该点处提前一天的TEC预报模型。神经网络模型的预测目标是待预测日一天内的12个TEC数值。输入参数包括预测日前一日的太阳黑子数、地磁Kp指数、预测日前27天的太阳黑子数三角函数拟合参数,以及预测日前2天16个Kp指数的多项式拟合参数。实验结果表明训练后的神经网络模型可以反映出不同季节的TEC周日变化以及地磁暴情况下的TEC特征。     

Tridimensional reconstruction of the Co-Seismic Ionospheric Disturbance around the time of 2015 Nepal earthquake

The Co-Seismic Ionospheric Disturbance of the 2015 Nepal earthquake is analyzed in this paper. GNSS data are used to obtain the Satellite-Station TEC sequences. After removing the de-trended TEC variation, a clear ionospheric disturbance was observed 10 min after the earthquake, while the geomagnetic conditions, solar activity, and weather condition remained calm according to the Kp, Dst, F10.7 indices and meteorological records during the period of interest. Computerized ionosphere tomography (CIT) is then used to present the tridimensional ionosphere variation with a 10-min time resolution. The CIT results indicate that (1) the disturbance of the ionospheric electron density above the epicenter during the 2015 Nepal earthquake is confined at a relatively low altitude (approximately 150–300 km); (2) the ionospheric disturbances on the west side and east sides of the epicenter are precisely opposite. A newly established electric field penetration model of the lithosphere–atmosphere–ionosphere coupling is used to investigate the potential physical mechanism.     

自回归移动平均模型的电离层总电子含量短期预报

摘 要：本文在充分考虑乘积性季节模型的情况下,利用差分法对电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）样本序列进行平稳化处理后,采用时间序列分析中的求和自回归移动平均模型（简称ARIMA,Autoregressive Integrated Moving Average)对TEC值序列进行预报分析。以欧洲定轨道中心（CODE）提供的2008-2012年电离层TEC值为样本数据,分析了该方法在电离层平静期、活跃期预报高、中、低不同纬度电离层TEC值的精度以及TEC样本数据的长短对预报精度的影响等。实验结果表明：在电离层平静期和活跃期预报6天的平均相对精度可达83.3%和86.6%;而平均预报残差分别为0.18±1.9TECU和0.69±2.6TECU,其中预报残差小于3TECU分别达到90%和81%以上;而且两个时期都具有纬度越高相对精度越低而绝对精度越高的规律。此外,预报精度会随TEC样本序列长度增加而提高,但40天左右为其最佳样本长度,如超过此长度,其精度会逐渐降低;而相同样本数据的预报精度会随预报长度的增加而减小,初期并不明显,但超过30天其相对精度将随时间明显降低。     

单站区域电离层TEC建模及精度分析

为了分析单站区域电离层总电子含量(total electron content,TEC)模型的适用范围和精度,基于2～15阶次球谐函数,分别建立了欧洲区域16个单站区域电离层TEC模型,生成了区域格网TEC,并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)、...     

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网。北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务。本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数性能等方面,对北斗三号系统组网前后(2020年5月1日至2020年7月20日)BDGIM模型的改正精度等应用性能进行了分析与研究,并将其与美国GPS播发的Klobuchar模型和北斗二号卫星导航系统播发的BDS Klobuchar模型进行对比。研究表明,BDGIM模型在对北斗三号系统组网完成前后电离层延迟修正精度没有发生显著变化。上述时段内,以国际GNSS服务(IGS)发布的最终GIM产品为参考,BDGIM模型在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别达到84.45%、74.74%和64.57%;以选取的全球83个GNSS检测站BDS、GPS双频数据实测电离层TEC为参考,BDGIM在中国区域、亚太地区和全球范围内的电离层修正百分比分别为73.12%、70.18%及68.06%;当BDGIM模型应用于北斗单频伪距单点定位时,在中国区域、亚太地区和全球范围内分别实现了2.22、2.66和2.96 m的三维定位精度。