连续太阳耀斑对甚低频信号传播影响分析

甚低频(VLF)是在地-低电离层之间形成的波导内进行传播的.太阳耀斑可引起电离层突然扰动,VLF信号传播出现异常现象,对导航造成影响,同时也会造成短波通讯中断.为了研究连续太阳耀斑与VLF信号传播的关系,观测2002-04-15连续太阳耀斑爆发时,Alpha导航系统西副台VLF信号传播时的幅度和相位变化情况,解释急始型和缓变型太阳耀斑的不同之处,并且分析单个太阳耀斑与连续太阳耀斑的区别,然后根据观测数据和美国GOES卫星观测数据比较和分析,以此来研究分析连续太阳耀斑爆发对VLF信号传播造成的影响.研究结果显示连续太阳耀斑爆发与VLF信号相位的异常变化情况之间有较好的关联性.     

JJI甚低频台站信号对太阳耀斑事件的响应特性

太阳耀斑发生时,日地空间的X射线通量会随之增大,进而影响到地球电离层的电子密度分布,导致地球-电离层波导状态发生改变,因此接收到的甚低频(VLF,Very Low Frequency)信号会表现出对应的扰动现象.2017年9月8日,位于湖北省内武汉和随州两站点的VLF接收机分别监测到与X射线太阳耀斑相关的来自日本宫崎县(130°49′E,32°04′N)的JJI甚低频台站信号(22.2 kHz)的振幅异常事件.分析当日的数据发现JJI信号的振幅对不同的太阳耀斑出现不同的响应类型,而且对于同一个耀斑,两地的信号响应类型不尽相同.通过统计2017—2019年间与太阳耀斑相关的JJI信号振幅扰动事件,发现两接收站点的JJI信号响应类型都与耀斑强度及其发生时间存在一定的关系,且呈现出四种响应类型,即两次上升下降型、先上升后下降型、下降型和上升型,但是四种响应类型的事件占比不同.拟合结果表明信号的扰动幅度与X射线通量的积分成正相关,但是两站点的线性拟合斜率存在差异.JJI信号到武汉和随州均属于近似沿纬度方向的短距离传播,且两接收站点相距较近,因此两传播路径大致相似.研究两路径上JJI信号对太阳耀斑响应的差异性有助于理解VLF信号的传播以及探索其在太阳活动监测方面的应用.     

基于人工电离层扰动对地-电离层波导传播的VLF波的影响

基于低电离层加热理论和甚低频电波在地-电离层波导中传播理论,建立低电离层扰动对甚低频电波传播影响的分析模型,并利用实验数据验证了该模型的正确性.据此模型,研究了加热功率、加热波极化以及背景参数所导致的低电离层扰动对不同频率甚低频电波传播的影响.结果表明,低电离层扰动越强,则通过该区域内甚低频波幅度和相位的相对变化越强,通过研究地-电离层波导甚低频信号通过人工扰动区域后幅度和相位的变化,可望用于诊断人工电离层扰动强度.     

风云二号F星太阳X射线探测器在轨探测初步成果

风云二号系列卫星以自旋稳定方式工作于地球静止轨道,太阳X射线探测器是该系列卫星的重要有效载荷,监测太阳耀斑爆发过程,并对太阳质子事件等灾害性的空间天气事件进行预警.卫星自旋一周,该探测器完成一次全日面观测,记录太阳X射线的能谱与流量.2012年初,太阳活动进入第24周峰年,风云二号卫星太阳X射线探测器的在轨运行取得了良好的观测结果.相比于过去的太阳X射线探测器,风云二号F星的太阳X射线探测器应用了硅漂移探测(Silicon Drift Detector,SDD)技术,对GEO轨道海量的高能带电粒子采取了有效的屏蔽措施,可以对更"软"的X射线进行观测,能谱分辨率本领达到国际先进水平,对太阳耀斑的量化定级精度更高,在轨初步观测结果表明,精确的能谱探测能力可提高太阳质子事件预警能力,能道响应的时间特性比过去的探测数据更准确地反映了太阳耀斑的加热过程和带电粒子加速特性.本文介绍了风云二号F星太阳X射线探测器的设计及其发射前的标定试验结果,并且对发射后在轨运行获得的初步探测成果进行分析和讨论.     

太阳耀斑期间电离层效应的观测分析

一、一般情况 1989年7月31日到9月9目,在新乡、临潼和乌鲁木齐三点对VLF Omega信号相位变化进行了同时接收。与此同时,乌鲁木齐天文站的太阳色球观测和乌鲁木齐电离层垂测站的电离层探测也同时进行。在这期间,三个VLF信号观测点上同时有记录的太阳活动事件有36次。其中最大的发生在8月15日、16日和17日。特别是8月16日的太阳耀斑造成电离层垂测站的频高图近四个小时内没有回波。     

南极长城站哨声波监测仪设备及其初步观测

在子午工程二期项目的支持下，武汉大学（Wuhan University, WHU）联合中国极地研究中心研制了一套甚低频（very low frequency, VLF）波动探测系统，并在2022年由中国极地研究中心部署于南极洲的中国长城站（Great Wall Station, GWS, 62.22°S, 58.96°W）.该探测系统的动态范围为～110 dB，时间精度为～100 ns，可为空间物理和空间天气研究提供高分辨率的波动观测数据.本文详细介绍了WHU VLF（子午工程编码：OCHCH＿WHWM01）波动探测系统在GWS的初步观测结果，充分验证了系统的优越性能和稳定性.在过去一年的常规运行中，此系统能精确探测北美和欧洲等区域内各种地基VLF台站信号的动态变化.初步分析结果表明，在多次X级太阳耀斑爆发期间，GWS观测到的人工VLF台站信号特性与以往的研究结果高度一致.由于HWU-GWS(HWU为发射台站的名称)路径穿过南大西洋异常（south Atlantic anomaly, SAA）区域，观测结果同时表明，在磁暴期间，HWU VLF信号的扰动与磁层电子沉降在时空关系上具有很强...     

基于北斗、GLONASS和GPS系统的中低纬电离层特性联合探测

基于GNSS(Global Navigation Satellite Systems)的发展,我们利用具有北斗、GLONASS和GPS三系统信号接收功能的接收机观测的数据,结合电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)的反演算法,提取出GNSS三系统观测的电离层TEC;同时,将GNSS三系统获取的TEC应用到电离层TEC地图、行进式扰动、不规则体结构和电离层的太阳耀斑响应等方面的研究中,这也是首次使用三种GNSS系统数据对电离层进行联合探测研究.研究结果表明,增加了北斗系统的GNSS三系统在研究中国地区电离层TEC地图、周日变化、逐日变化,行进式扰动以及电离层的实时监测等方面较单系统的GPS具有明显的优势.     

基于陆态网络GPS数据的电离层空间天气监测与研究

中国大陆构造环境监测网络(简称陆态网络)是以全球卫星导航定位系统(GNSS)为主,辅以多种空间观测技术,实时动态监测大陆构造环境变化,探求其对资源、环境和灾害的影响的地球科学综合观测网络.基于陆态网络约200个基准站的GPS观测数据,本文探讨了其在电离层空间天气监测与研究方面的应用.包括磁暴期间电离层暴扰动形态,大尺度电离层行进式扰动,太阳耀斑引起的电离层骚扰和低纬电离层不规则体结构等.研究结果表明:陆态网络布局合理,观测数据质量良好,完全可用于中国及周边地区电离层空间天气监测与研究,为进一步开展我国电离层空间天气预警和预报奠定了观测基础.     

电磁卫星和地震预测

地震前几周、几天、几小时甚至几分钟，电磁场的强度、相位或者谱密度等将发生异常变化，电离层的电子、离子浓度和温度等会发生异常扰动，这些现象的出现向人们发出地震即将来临的信号.这些现象不仅在地面可观测到，在卫星上也能观测到，它们在确定异常现象发生的地点和时间等方面具有各自的优势，把两种观测相结合，对异常信号进行立体监测，是实现地震预测预报的发展趋势.至今，对地面观测已经进行了大量的研究和实践，利用卫星进行观测近几年刚刚开始，但已经显示了它监测地震异常的独特能力，引起各方面的高度重视，成为各国建立立体预警系统不可缺少的组成部分.本文重点介绍利用卫星等观测空间电磁异常现象的研究结果.     

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果

地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一,其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程,并能为空间天气建模和预报提供科学依据.本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据,联合GOES卫星及数字测高仪等的数据,研究了一个由M5.6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征.研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前/午后的差异,且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3 min的滞后现象,而夜侧无明显扰动;利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布,且在当地时正午附近达到峰值;利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系S_s和宁静日电流S_q,并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征.另外,本文初步统计了1996-2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数,分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大,达42%,由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多,A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小.     

一个新的太阳宇宙线的日-地传输模型

提出了一个新的太阳宇宙线日 -地传输的数学模型 ,它包括日冕粒子分布源和行星际传播方程 .根据对太阳宇宙线耀斑黑子群特征和耀斑相的观测 ,提出了多极性黑子湮没的两阶段日冕传输过程和传输方程 ,得到了与观测特征一致的日冕粒子分布源 .日冕传输的第一阶段 ,和太阳耀斑脉冲相的时间相当 ,加速粒子通过扩散很快均匀地分布在耀斑区 ,形成所谓快传播区 .第二阶段 ,加速粒子向快传播区以外的日冕区扩散并向行星际空间逃逸 ,形成慢传播过程 .日冕传输模型的数值结果和日冕传输的观测特征符合 .太阳宇宙线的行星际传播采用三维正交均匀各向异性方程描述 .最后把模型的数值结果与 1 997年 9月 2 4日事件的SOHO（SolarandHeliosphericObservatory）观测资料作了比较 .能较好地符合 .     

根据低频天波的SPA效应计算太阳耀斑期间1-8X射线的通量

一、引言 电离层扰动观测是监视太阳耀斑活动的重要手段之一,其中D层的响应更为灵敏。这主要是由于太阳耀斑期间,发射大量的X射线,有时比平时增加几个数量级,它们以光速向地面传播,并很快造成向阳面D层的强烈附加电离,从而引起电离层高频吸收异常     

基于软件无线电的甚低频法探矿的研究

甚低频电磁法在对矿体的定位预测中,扮演了不可替代的作用,但是当今社会的勘察与开采研发逐步加深及其露头矿与浅层矿的量藏逐步减少,致使探矿的难度相应加大.这就要求我们必须对地下隐伏矿体做出更加准确的定位探测,至此,提出一种甚低频法与软件无线电技术进行组合应用的物探新方法亟不可待,利用俄罗斯甚低频Alpha导航系统发射的大功率高精度的甚低频(VLF)信号作为场源,这些信号导入地下后是一些强大的电磁波信号,遇到良导体发出电磁感应致使振幅和相位的异化,经过射频天线、抗混叠滤波器、A/D转换器等,最后由信号处理分析仪分析计算出感应电磁场振幅和相位的变化量,电磁场的垂直分量、水平分量和极化倾角并判断出零交点的准确位置,为隐伏矿体的准确定位提供依据.最后做出相应的仿真,验证了该方法的可行性.     

利用GPS三频数据计算电离层垂直总电子含量变化率

研究了通过采样间隔为1 s的GPS三频载波相位观测数据计算1 Hz电离层垂直总电子含量变化率(RVTEC)的方法,推导了直接采用双频载波相位观测量计算RVTEC的公式,对一般空间环境与电离层活动剧烈两种条件下L1L2、L1L5、L2L5三种载波相位组合计算的RVTEC进行了一致性分析,给出了通过三频载波相位观测数据计算电离层RVTEC的修正方法,比较了X射线太阳耀斑期间RVTEC与由传统方法计算的总电子含量变化率(ROT)响应,在双星串飞编队测高模式下对计算方法进行了应用.结果表明,L1L2、L1L5两种组合之间的一致性较好,由L1L2、L1L5组合计算的RVTEC的中误差约为0.004 TECu/s,RVTEC较ROT更能体现TEC变化的细节,在双星串飞编队测高模式下海面高梯度的计算中,电离层延迟之差可以忽略.     

GIM和IRI2012模式在中国地区的时空变化和扰动分析

在合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)定位中,电离层延迟是不可忽略的误差源之一,需要选择合适的电离层模型进行校正.为了验证IRI2012模式和GIM模式在中国不同纬度地区的适用性以及中国地区电离层扰动与太阳耀斑、地磁场等因素的相关性,本文利用IRI2012模式计算的TEC预测值,并结合GIM模式给出的TEC观测值对2014太阳活动低年的中国不同纬度地区TEC时空变化特性进行了分析,包括周日变化、半年变化和年变化等.此外,由于电离层扰动引起的电离层延迟对星载低频SAR定位精度影响比较严重,以IRI2012模式为背景电离层,根据电离层平静期的GIM-TEC观测值确定电离层TEC扰动指数的阈值,在太阳耀斑和地磁异常发生时统计前后一定时间的电离层TEC扰动指数.实验结果表明:IRI2012模式和GIM模式在中国低纬和中高纬度地区的空间和时间变化均符合一般规律,在中国地区具有适用性;电离层扰动指数连续5小时超过阈值0.5判定为电离层扰动事件,当中国地区位于向阳面或处于日冕物质抛射区时,其上空电离层扰动与太阳磁暴和地磁暴紧密相关.     

地磁台网观测异常识别方法研究

地磁台网产出的基础观测数据,从时间分辨率上讲,有秒数据、分钟值、日均值、子夜均值等,反映着不同的地磁场变化成分.识别这些观测数据中的异常并对异常来源进行判别和研究,可以为完善地磁观测技术提供技术支持和指导,同时促进地磁观测数据在地震监测预测中的应用,并保证基于这些数据的研究和产出成果的可靠性.     

东西传播路径上JJI台站甚低频信号的日出效应研究

甚低频(VLF, Very Low Frequency)波的频率范围为3~30 kHz,因其在地球-电离层波导中传播损耗小、传输距离远而被用于低电离层遥测的相关研究.本文基于武汉大学自主研发的甚低频探测系统在湖北随州(31.57°N,113.32°E)的观测数据,详细研究了中纬度地区来自日本JJI(32.04°N,130.81°E)甚低频台站信号沿东西方向传播的日出效应.在对日出期间接收信号的幅度极小值进行统计分析后发现,幅度极小值出现时间的分布与随州或JJI日出时间的变化趋势基本一致.日出期间JJI信号的幅度响应主要包括type Ⅰ和type Ⅱ两种结构,分别对应2个幅度极小值和3个幅度极小值的情况.其中,type Ⅰ结构主要发生在春夏两季,幅度极小值出现的平均时间落后随州日出时间24 min左右;type Ⅱ结构主要发生在秋冬两季.基于波模干涉理论对日出期间两种不同模式的JJI甚低频信号进行模拟研究,结果表明,在JJI-随州的东西向传播路径上,若只考虑前两阶模的影响,模拟结果与观测结果差异明显;若考虑前三阶模的影响,那么模拟结果与观测结果基本一致.由此可见,JJI甚低频信号在短路径上传播时高阶模会对信号的传播产生较大的影响,分析此类路径上甚低频台站信号的传播特征时需要考虑前三阶模甚至更高阶模的作用.     

与2005年4月7日西藏地震相关的Demeter数据ELF电场异常特征分析

众多研究结果表明,大地震前数小时至数十小时在电离层有低频电磁信号异常现象,所以,电磁方法对地震短临预测工作非常重要.自从1983年Larkina发表了对INTERCOSMOS-19卫星经过地震区域时记录数据的处理分析结果,发现震前和震后几十分钟至数小时内甚低频VLF(3～30kHz)电磁信号增强,可与陆基观测一起对电磁场和电离层进行立体监视,使地震电磁信号异常研究工作和地震短临预测工作进入了一个新的发展阶段.     

与磁扰K_P类型对应的行星际扰动的初步分析

本文分析了有太阳耀斑系统观测资料以来(1936年至1978年)太阳特大耀斑与磁扰的对应关系。并对不同K_p 类型所对应的行星际空间扰动结构进行了初步分析。讨论了决定磁扰形态特性的行星际传播因素。     

关于太阳宇宙线传播问题的研究

本文以行星际大尺度扇形磁场为基础,建立了研究太阳宇宙线在行星际传播较合理的扇形坐标系,并导出了太阳宇宙线在这种坐标系中的传播方程。同时研究了太阳宇宙线的一种扩散模型,扩散方程的解依赖于耀斑源在太阳上的磁径度,并得到了粒子强度随时间变化的特性,与观测结果比较,理论与观测资料符合较好。