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。     

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。     

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。     

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.      

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.     

震前电离层TEC异常探测方法的研究进展

介绍了震前电离层TEC异常探测原理的研究进展和主要的异常探测方法,详细介绍了时间序列法、Kalman滤波和小波变换在电离层异常探测中的原理和应用,总结了传统方法和新方法在电离层异常探测的应用发展情况,并分析了每种方法的优势与不足。为未来中国采用电离层异常探测开展地震预测工作提出了建议。     

2017年棉兰老岛Mw7.0地震前TEC异常分析

为缩短传统的震前电离层异常探测方法,如滑动时窗法和滑动四分位法的探测时窗长度,以及弥补异常数据直接删除的不足,文中利用平滑Z分法进行震前T EC值异常分析.采用滑动四分位法、滑动时窗法和平滑Z分法,对2017年菲律宾棉兰老岛地震震前15 d和震后5 d震中附近的4个点做了T EC值异常分析,结果显示3种方法在4个点均检...     

基于Chapman函数的电离层TEC同化模型构建

电离层总电子含量TEC(total electron content)是影响卫星导航定位的主要误差源之一。为了构建精确的电离层TEC模型,基于Chapman函数建立了基于物理机制的电离层TEC同化模型背景场,并着重以IGS发布的2008年4个时段低纬度、中纬度和高纬度地区的电离层TEC数据为样本,同化稀疏点上的已知电离层TEC值,分析模型计算值的残差和相对精度分布,利用模型对电离层TEC进行了2h短期预报和1d预报,并将1d的预报值和IGS发布值进行对比。实验结果表明:(1)由同化模型计算得到的TEC残差值超过92%分布在±2TECU以内,并且除边缘区域外,同化模型TEC计算值的相对精度均在90%以上;(2)2h和1d预报残差小于±3TECU的比例分别为81.8%和81.5%。     

MVMD-ARMA残差修正电离层预测模型的研究及应用

针对变分模态分解端点效应处理方法的缺陷和分解过程中需要人为地控制输入参数,会严重影响预测结果,且ARMA模型本身在极值点附近预测精度就不高的问题,该文提出了MVMD-ARMA残差修正电离层预测模型,加强对分解时端点效应的控制,并通过阈值条件,自动选取最优参数,且对预测结果进行了残差修正。实验结果表明,改进模型的绝对残差均值为0.95TECU,分别比ARMA模型和VMD-ARMA模型小0.20TECU和0.11TECU;残差标准差均值为0.67,分别比ARMA模型和VMD-ARMA模型小0.17和0.09;平均相对精度的均值为88.64%,分别比ARMA模型和VMD-ARMA模型高2.56%和2.23%。     

基于移动Chapman－Millre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。     

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。     

基于数据质量分析的TECR周跳处理算法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有周跳探测算法未能正确探测并修复周跳的问题,提出了基于数据质量分析的电离层总电子含量变化率（以下简称电离层速率,TECR）拟合残差算法。通过对电离层拟合残差进行数据质量分析,可自适应确定最优拟合历元数,利用此历元数拟合得到的TECR拟合值可有效削弱电离层延迟影响。为保证周跳修复的准确性,采用搜索再判定与TECR补充检测方法对周跳修复值进行验证与确认。通过高电离层延迟条件下的实测数据对本文算法进行验证分析,实验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃期时的周跳探测与修复。     

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)、...     

Temporal and spatial variations of global ionospheric total electron content under various solar conditions

By utilizing the numerical technique of principal component analysis (PCA), this work analyses temporal and spatial variations of the ionosphere under various solar conditions during the period 1999–2013. Applying the PCA technique to the time series of the global ionospheric total electron content (TEC) maps provides an efficient method for analyzing the main ionospheric variability on a global scale that is able to decompose periodic variations (e.g., annual and semiannual oscillations) while retaining the asymmetry in the temporal and spatial domains (e.g., seasonal and equator anomalies). The TEC series of different local times are processed separately at two time scales: (1) the whole 15 years of the period of study and (2) the individual years. In contrast with previous studies, the analysis of the dataset of the 15 years shows that dawn (e.g., LT4–6) and late morning (LT10–12) are the more remarkable characteristic times for ionospheric variability. This study also reveals a cyclic trend of the variability with respect to local times. The first two modes, which contain 80–90% of the total variance, represent spatial distributions and temporal variations with respect to the different stages of the solar cycle and local times. Annual and semiannual variations are demodulated from the first two modes, and the results show that these variations evidently have distinct trends for daytime and nighttime. An exception is that, under active solar conditions, extremely strong solar irradiance during the daytime has a residual effect on the variability of the nighttime.     

航空测量场景下的中长基线动态定位方法

单基站中长基线动态相对定位受到大气残余误差影响,无法快速固定整周模糊度,定位精度和可靠性不如短基线场景。在航空测量场景下,流动站与基准站之间的基线由短到长变化,利用短基线场景下固定的整周模糊度反算得到高精度的电离层延迟量,并对其进行建模预报。随着基线变长,利用预报的电离层延迟约束中长基线定位模型,实现快速模糊度固定。本文分析了动态长基线情形下的电离层延迟的时变特性,采用滑动窗口进行电离层建模预报,讨论了该方法在航空测量实际作业中的实施条件、定位精度及模糊度固定情况。实测机载数据的解算结果表明,使用该方法,当测量载体出发阶段处于短基线场景下,单基站相对定位结果就可以达到接近100%的模糊度固定率,且定位精度保持在厘米级,显著减小了航空测量任务的作业成本。