电离层电子总量水平梯度和相关系数

电离层电子总量水平梯度和相关系数是进行越境越障空间物理研究时的基本参量。本文分析了当同步信标卫星ATS-6停泊于东非地区上空时,在西欧观测到的太阳宁静年条件下电离层电子含量水平分布和空间相关性。指出纬向梯度、经向梯度、全梯度矢量的昼夜变化与季节特性。文中提出并论述中纬度TEC水平梯度矢量的指日效应:在北半球,冬季时梯度矢量指向的昼间进程是东南—南—西南,方位角变化小,幅值与幅值变化亦小;夏季时梯度矢量指向的昼间进程是东—南—西,方位角变化大,幅值与幅值变化亦大。梯度矢量箭头具有判然的指日性,即追随太阳方位角而变。梯度矢量幅值,在非低纬区条件下,随太阳仰角的增大而增大。文中还述及电子总量空间相关系数的表现规律并探讨了产生中纬度电离层这种时空行为的可能的动力学原因。     

中纬度电离层电子总量冬夜增长研究

本文研究太阳活动低年期间英国South Uist、Hawick和Aberystwyth三台站电离层电子总量的冬夜行为特性。法拉第旋转记录分析表明,中纬度电离层电子总量冬夜增长幅度和出现率同季节和台站纬度有关。文中详细考察了冬夜增长的发生时刻和持续时间的分布状况,电子总量冬夜极大值位置,冬夜电子总量W型特征面貌,冬夜增长的运动速度与方向等,发现电离层电子总量冬夜值和冬夜增长同地磁活动指数之间存在着负相关关系。对冬夜增长的机制,本文提出一种磁共轭电离迁移与等离子层电离库原理。指出在冬夏至期间,由于南北半球的太阳天顶角、日照时间、大气温度和电离密度的显著差别,在全球范围内依次于各地傍晚时分,发生一种从夏半球中纬度电离层沿高空磁力线并经等离子层电离库的调节,而朝向冬半球中纬度电离层共轭区的电离迁移和电离层贸易风,以此来解释电离层电子总量的夜间行为。     

中纬度电离层电子总量冬夜增长研究

本文研究太阳活动低年期间英国South Uist、Hawick和Aberystwyth三台站电离层电子总量的冬夜行为特性。法拉第旋转记录分析表明,中纬度电离层电子总量冬夜增长幅度和出现率同季节和台站纬度有关。文中详细考察了冬夜增长的发生时刻和持续时间的分布状况,电子总量冬夜极大值位置,冬夜电子总量W型特征面貌,冬夜增长的运动速度与方向等,发现电离层电子总量冬夜值和冬夜增长同地磁活动指数之间存在着负相关关系。对冬夜增长的机制,本文提出一种磁共轭电离迁移与等离子层电离库原理。指出在冬夏至期间,由于南北半球的太阳天顶角、日照时间、大气温度和电离密度的显著差别,在全球范围内依次于各地傍晚时分,发生一种从夏半球中纬度电离层沿高空磁力线并经等离子层电离库的调节,而朝向冬半球中纬度电离层共轭区的电离迁移和电离层贸易风,以此来解释电离层电子总量的夜间行为。     

2019—2021年门源MS6.9地震岩石圈磁场异常回溯分析

分析了2019—2021年门源MS6.9地震周边岩石圈磁场部分要素的时空演化特征,结果表明：岩石圈磁场要素异常在震前1～2年比较明显,其中震中均位于磁偏角D模量、总强度F模量、垂直分量Z模量的正负交界地带,距离“0”值线10～50 km,震中位于水平分量模量的高梯度带,水平矢量方向和幅值在震中东南100 km范围内转向、回旋和减小,垂直矢量的方向和幅值在震中及东南100 km范围内出现对冲、发散和减小;震前1～2年水平矢量幅值、垂直矢量幅值在发震断层冷龙岭断裂带东段南北两侧呈现出北高南低的态势,依据压磁效应分析可知,冷龙岭断裂带东段北侧岩石圈磁场较大,应力变化主要以释放为主,南侧岩石圈磁场较小,应力变化主要以加载为主,反之该区域应力场的变化导致了岩石圈磁场的异常变化。     

甚低纬哨声低电离层透射过程的数值模拟

利用全波解算法模拟哨声波束在甚低纬地区黎明前低电离层透射的三维能量分布,依据波场能量和偏振分布及其对波参量和电子浓度剖面的依赖特征,分析了哨声透射、反射及与大地－电离层波导耦合过程．结果表明,哨声模波存在于９０ｋｍ以上高度,吸收、反射、波束扩展及波模转换主要发生于电离层底部８０－９０ｋｍ区间;到达地面的透射能量密度衰减２０ｄＢ以上,透射衰减随频率变化不大,但随波入射角呈不对称变化;距透射区１５０ｋｍ以外区域的测向方位角有很大偏差;入射波能量的很少一部分（对５ｋＨｚ约为－２５ｄＢ）被反射并激发起哨声模波,反射波束能量集中于入射波束附近,并随频率下降而迅速增强．计算也表明,地面接收到的甚低纬哨声回波可能与使回波向极侧偏移的电离纬向梯度有关．     

地球自转与北半球中纬度地面温度的年代际关系及其可能物理过程分析

利用地球日长（LOD）资料和美国环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）的气象要素资料,统计分析发现1962-2010年LOD的变化和北半球中纬度地面温度均存在明显的十年以上的波动周期.相关分析、合成分析等统计方法均检测到LOD与中纬度地面温度的显著负相关关系,当地球自转速率加快时,北半球中纬度地面增温;反之,中纬度地面降温.小波功率谱和交叉谱分析则确定二者的相互关系属于准20年周期尺度上的年代际变化联系,并且LOD的变化超前于地面温度的变化大概3~4年.平均而言,LOD的变化可带来中纬度地面温度0.2℃的降温（或增温）.通过对大气相对角动量、纬向风场、海平面气压场的年代际合成分析,揭示了LOD与地面温度的年代际联系形成的具体物理过程.当地球自转加速时,北半球高低纬度经向温差梯度减弱,热带地区向极地扩展,造成北半球中纬度地区地面增温;地球自转减速时段相反,经向温差梯度增强,热带地区向赤道收缩,中纬度地区地面降温.

     

武汉地区中尺度电离层声重波扰动的变化特性

利用武汉电离层观象台高频多普勒台阵的覆盖太阳活动高、低年份,长达５年的连续观测数据,采用小波分析等方法估算电离层声重波扰动（ＴＩＤ）的传播参量,通过这些参量对武汉地区电离层扰动形态和变化规律进行了系统分析研究．结果表明,观测到的中尺度电离层声重波扰动（ＭＳＴＩＤ）存在二个显著季变化,在传播速度和周期上有明显差异的优势传播方向：一个指向东北方,传播的方位角主要分布在３０°─７０°之间（０°为正北,以顺时针方向表示传播方位角）,它在夏季出现率最大,冬季基本消失;另一个优势方向指向正南,方位角主要分布在１５０°─２２０°范围,主要出现在冬季．文中还给出了ＭＳＴＩＤ的年、日变化,并进一步探讨了其变化特性的可能形成机理．     

甚低纬哨声低电离层透射过程的数值模拟

利用全波解算法模拟哨声波束在甚低纬地区黎明前低电离层透射的三维能量分布，依据波场能量和偏振分布及其对波参量和电子浓度剖面的依赖特征，分析了哨声透射、反射及与大地－电离层波导耦合过程．结果表明，哨声模波存在于９０ｋｍ以上高度，吸收、反射、波束扩展及波模转换主要发生于电离层底部８０－９０ｋｍ区间；到达地面的透射能量密度衰减２０ｄＢ以上，透射衰减随频率变化不大，但随波入射角呈不对称变化；距透射区１５０ｋｍ以外区域的测向方位角有很大偏差；入射波能量的很少一部分（对５ｋＨｚ约为－２５ｄＢ）被反射并激发起哨声模波，反射波束能量集中于入射波束附近，并随频率下降而迅速增强．计算也表明，地面接收到的甚低纬哨声回波可能与使回波向极侧偏移的电离纬向梯度有关．     

初始波法线角对中低纬非导管哨声波传播的影响

本文对初始波法线角δs不同的中低纬非导管哨声进行了射线追踪研究,结果表明,当δs≤0°时,哨声波可到达较大的L值,在另一半球较高纬度处形成“聚焦区”,这组哨声色散值较大;当δ>0°时,随以的增加,哨声射线内移,δ>10°的哨声射线汇聚于另一半球较低纬度处,这组哨声色散值较小。据此提出解释中低纬哨声色散值连续变化的一种可能机制:电离层电子浓度水平梯度的连续变化引起初始波法线角以的连续变化,从而导致射线路径、群时延和色散值的变化。     

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.     

Effects of ionospheric horizontal gradients on differential GPS

This paper outlines the effect of horizontal ionospheric gradients on transionospheric path propagation such as for the case of GPS signals. The total electron content (TEC) is a function of time of day, and is much influenced by solar activity and also the receiving station location. To make the model applicable for long baselines, for which the ionosphere is not generally well correlated between receiving stations, the ionospheric gradients should be taken into account. In this work the signal path is determined using a modified ray-tracing technique together with a homing-in method. Results show that horizontal gradients can have a significant effect on GPS positioning for both single station positioning and differential GPS. For differential GPS, the ionospheric delay can, however, be either increased or decreased compared with the case of no gradient, depending on the gradient direction.     

利用IGS数据分析全球TEC的周年和半年变化特性

利用太阳活动高年（2000年）IGS提供的全球TEC数据,采用傅里叶展开的方法,分析了白天电离层TEC周年和半年变化的全球特征.结果显示：电离层TEC周年变化幅度在南北半球中高纬度地区较大、赤道和低纬地区很小.半年变化的幅度在“远极地区”（远离地球南北地磁极点的东北亚和南美地区） 比“近极地区”（靠近地球南北地磁极点的北美和澳大利亚）大得多.进一步的统计显示,全球大部分地区TEC在春秋月份出现最大值,北半球近极地区最大值在冬季出现.南半球的南美和澳大利亚部分地区,最大值出现在夏季.同样,采用傅里叶方法分析了中性大气模式MSIS90计算的全球大气原子分子浓度比值（［O/N2］）的数据,发现在南北半球中高纬度地区,中性成分［O/N2］周年变化幅度较大且有明显的冬季异常现象,依据Rishbeth等提出的理论,我们认为大气成分［O/N2］可能对TEC周年变化的产生有重要作用,并且也是TEC在近极地区出现冬季异常现象的主要原因.TEC半年变化的全球分布特征形成的原因较复杂,我们初步分析可能是由于中性成分［O/N2］、太阳天顶角控制的电离层光化学产生率变化共同作用而产生的.     

Ionospheric slab thickness and its seasonal variations observed by GPS

The ionospheric slab thickness, the ratio of the total electron content (TEC) to the F2-layer peak electron density (NmF2), is closely related to the shape of the ionospheric electron density profile Ne (h) and the TEC. Therefore, the ionospheric slab thickness is a significant parameter representative of the ionosphere. In this paper, the continuous GPS observations in South Korea are firstly used to study the equivalent slab thickness (EST) and its seasonal variability. The averaged diurnal medians of December–January–February (DJF), March–April–May (MAM), June–July–August (JJA) and September–October–November (SON) in 2003 have been considered to represent the winter, spring, summer and autumn seasons, respectively. The results show that the systematic diurnal changes of TEC, NmF2 and EST significantly appeared in each season and the higher values of TEC and NmF2 are observed during the equinoxes (semiannual anomaly) as well as in the mid-daytime of each season. The EST is significantly smaller in winter than in summer, but with a consistent variation pattern. During 14–16 LT in daytime, the larger EST values are observed in spring and autumn, while the smaller ones are in summer and winter. The peaks of EST diurnal variation are around 10–18 LT which are probably caused by the action of the thermospheric wind and the plasmapheric flow into the F2-region.     

欧洲地区电离层峰值电子密度逐日变化的相关距离研究

本文采用欧洲22个台站的电离层F^₂层峰值电子密度N_mF^₂,分析了其逐日变化分量的相关距离S,着重研究了S的周日变化、季节变化及其随太阳活动和地磁活动的变化.首先用指数型函数模式来拟合任意两站间电离层逐日变化的相关系数R随间距d的变化,由此估算出逐日变化的相关距离S.详细研究了S在不同的季节（春季、夏季、秋季和冬季）,不同的地磁活动（平静和扰动）及不同的太阳活动（低、中和高）随世界时的变化（周日变化）.结果表明：（１）S的范围一般为400～1600 km;（２）S值在白天比夜间大;（３）S值具有季节变化,夏季最大,冬季最小,春秋季差异不大;（４）S值在地磁扰动时比平静时大;（５）当太阳活动低时,S值在日落到正午间要比太阳活动中或高时明显偏小,而在正午到日落间则与太阳活动中或高时差异不大.根据以上结果,我们认为：（１） 太阳辐射对电离层逐日变化的影响是大尺度的,并在白天和太阳活动高时大于晚上和太阳活动低时;（２） 地磁活动的影响也是大尺度的;（３）气象活动的影响是相对小尺度的,且逐日变化具有季节性.本文从相关尺度分析的角度,证实了电离层逐日变化来源于太阳辐射、地磁活动和气象活动因素的论断.     

Large-scale ionospheric gradients over Europe observed in October 2003

It is well known that ionospheric perturbations are characterised by strong horizontal gradients and rapid changes of the ionisation. Thus, space weather induced severe ionosphere perturbations can cause serious technological problems in Global Navigation Satellite Systems (GNSS) such as GPS. During the severe ionosphere storm period of 29–31 October 2003, reported were several significant malfunctions due to the adverse effects of the ionosphere perturbations such as interruption of the WAAS service and degradation of mid-latitudes GPS reference services. To properly warn service users of such effects, a quick evaluation of the current signal propagation conditions expressed in a suitable ionospheric perturbation index would be of great benefit. Preliminary results of a comparative study of ionospheric gradients including vertical sounding and Total Electron Content (TEC) data are presented. Strong enhancements of latitudinal gradients and temporal changes of the ionisation are observed over Europe during the 29–30 October storm period. The potential use of spatial gradients and rate of change of foF2 and TEC characterising the actual perturbation degree of the ionosphere is discussed. It has been found that perturbation induced spatial gradients of TEC and foF2 strongly enhance during the ionospheric storm on 29 October over the Central European region in particular in North–South direction exceeding the gradients in East–West direction by a factor of 2.     

Climatology of total electron content near the dip equator under geomagnetic quiet-conditions

This study analyzes the TEC data during 1998–2007, observed by the AREQ (16.5°S, 71.5°W) GPS station to investigate the equatorial ionospheric variations under geomagnetic quiet-conditions. The diurnal TEC values generally have a maximum value between 1330 and 1500 LT and a minimum around 0500 LT. For the seasonal variation, the semi-annual variation apparently exists in the daytime TEC with two peaks in equinoctial months. In contrast, this semi-annual variation is not found in the nighttime. Furthermore, the results of the annual variation show that the correlation between the daytime TEC value and the solar activity factor is highly positive.     

Modeling the responses of the middle latitude ionosphere to solar flares

In this paper, we investigate the solar flare effects of the ionosphere at middle latitude with a one-dimensional ionosphere theoretical model. The measurements of solar irradiance from the SOHO/Solar EUV Monitor (SEM) and GOES satellites have been used to construct a simple time-dependent solar flare spectrum model, which serves as the irradiance spectrum during solar flares. The model calculations show that the ionospheric responses to solar flares are largely related to the solar zenith angle. During the daytime most of the relative increases in electron density occur at an altitude lower than 300 km, with a peak at about 115 km, whereas around sunrise and sunset the strongest ionospheric responses occur at much higher altitudes (e.g. 210 km for a summer flare). The ionospheric responses to flares in equinox and winter show an obvious asymmetry to local midday with a relative increase in total electron content (TEC) in the morning larger than that in the afternoon. The flare-induced TEC enhancement increases slowly around sunrise and reaches a peak at about 60 min after the flare onset.