东亚赤道异常区电离层CT诊断──实验及初步结果

国际上第一个低纬电离层层析（ＣＴ）探测台链于１９９３年１１月建成，并开始数据采集．该ＣＴ台链沿１２０°Ｅ子午圈由６个卫星信标差分多普勒接收站组成，北起我国上海，南至菲律宾的马尼拉，纬度覆盖范围约２０°．该台链专为电高层赤道异常区电子密度大尺度结构ＣＴ成像而设计，其目的是监测研究赤道异常形态与动力学、电离层等离子体泡、行优以及暴时磁层－电离层－热层耦合过程等重要的赤道与低纬区电离层现象．本文介绍该低纬电离层ＣＴ实验的有关技术问题，包括接收台站布设、实验设备、数据采集软件和数据预处理方法．文中还给出利用ＣＴ技术，由实测斜电子含量数据反演电离层电子密度二维分布图像的几个实例．结果表明，利用低纬电离层ＣＴ台链可以有效地监测电离层赤道异常及其它低纬电高层电子密度大尺度结构的时空变化．     

电离层预报模型研究

当利用无线电电磁波进行远程通信、卫星导航时,传递信号要受到电离层的影响,因此,对电离层中电子含量的研究显得特别重要.虽然国际上有几种电离层的电子含量预报模型,但其预报只能精确到电子含量的50%～60%.本文提出了一种新的电离层电子含量预报方法:即用球谐函数对IGS(国际GPS服务)所给出的离地面450 km高的球面上的每一网点的电离层电子含量进行拟合,对不同的时间所得到的拟合系数所形成的时间序列用时间序列分析理论中的ARMA(p,q)模型进行预报,从而实现全球的电离层电子含量预报.利用本方法对2004年和2005年IGS所给电离层电子含量资料在地理框架中做了分析预报,5天内电子含量预报相对精度在90%左右.     

汶川大地震前后电离层电子含量的扰动分析

为了分析地震前后电离层电子含量的变化,本文选取四川汶川发生8.0级地震前后10天电离层中的电子含量作为研究对象,使用IGS网站提供的VTEC数据,采取统计学分析方法,结合太阳和地磁活动信息,对此次地震前后电离层VTEC资料进行了详细的统计分析和讨论,数据分析结果表明大地震前电离层电子含量会出现明显扰动,电离层中电子含量的异常变化有可能是地震发生的前兆信息.     

中国电离层TEC同化现报系统

数据同化是在基于物理机制的背景模型上,融合时空不规则分布的观测数据的一种现报方法.同化能够有效弥补数据的时空局限和模型的精度偏差,使二者相互匹配从而获得更加合理可信的模拟效果.本研究利用电离层数据同化方法,针对中国及周边区域（15°N-55°N,70°E-140°E）构建了电离层总电子含量（TEC）同化现报系统.系统使用国际参考电离层（IRI）作为背景场,利用中国科学院空间环境监测网和国际GNSS服务组织（IGS）的部分地基GNSS台站数据作为观测值,并采用三维变分与Gauss-Markov卡尔曼滤波相结合的算法进行背景场和观测值的数据同化,生成覆盖中国及周边区域的电离层TEC和GPS单频接收机延迟误差的格点化准实时现报地图,并在中国科学院空间环境预报中心（http：//sepc.ac.cn/TEC_chn.php）网上发布,每15 min进行更新.该系统是我国基于同化算法的电离层现报系统之一,已用于中国及周边区域的电离层环境实时监测,可为卫星导航、雷达成像、短波通信等科学研究和工程应用提供相对及时、准确、有效的电离层TEC和误差修正信息.     

一次中强磁暴期间低纬电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面．重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁．这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗空现象很有意义,值得进一步研究．     

利用观测的TEC和电离图推导顶部电离层剖面的一个方法

给出一个利用观测的ＴＥＣ和电离图参数来推导顶部电离层电子密度剖面的方法．基本原理是，利用反演的峰下剖面计算出峰下积分电子含量，然后由观测的ＴＥＣ推算出顶部的积分电子含量。假定ＩＲＩ计算的顶部剖面经一个修正标高因子修正后所得的积分电子含量与观测值一致，从而得到修正标高因子。     

火星电离层电子密度对太阳辐射变化的响应

太阳辐射是火星电离层变化的重要控制因素.利用火星全球勘探者号(Mars Global Surveyor,MGS)电离层掩星探测数据,并结合一个火星电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)经验模型,研究了火星北半球高纬地区电离层电子密度对太阳辐射变化的响应特性.在考虑了火星掩星数据中电离层...     

一次中强磁暴期间低续电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面。重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁。这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗     

用理论模式研究电离层F1－ledge的变化

利用一个时变电离层理论模式，研究武昌地区（３０．５°Ｎ，１１４．４°Ｅ）电离层Ｆ_１－ｌｅｄｓｅ现象．表明利用当前关于中性气体和太阳辐射的经验模式，观测到的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ出现与演化的基本规律将可基于现有电离层理论加以再现．指出较明显的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ结构同较低的中性原子－分子含量比有直接关系，并同原子－分子成份的过渡高度、背景温度及其垂直分布形态有一定联系．同Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ形态相关联的Ｆ_１－Ｆ_２谷，其出现主要是由于亚稳态氧离子参与光化过程，以及电离气体参与具有一定垂直变化的输运过程．     

高地磁活动与fmin

电离层垂直探测电离图上的最低频率f_min作为电离层吸收的衡量标准与突发电离层骚扰（SID）的识别“指示”,已为人所共知。然而,从最近作者对武昌（30.5°N,114.4°E;磁倾纬度26.4°N;L约为1.20）上空电离图及其分析资料的考查表明:通过对f_min与各种类型的E_s-l的对比分析,发现可将f_min用于研究强吸收与高地磁活动的关系,从而为研究高地磁活动开辟了新的途径。     

太阳活动高年上电离层中O+-H+离子过渡高度的特征

本文用日本电离层探测卫星ISS-b的资料,假设F₂层峰顶以上电离层中各类离子随高度呈扩散平衡分布,得到了太阳活动高年（1978年8月-1979年8月）确定顶外电离层电子密度剖面形状的一个重要参数,即O⁺-H⁺离子过渡高度h_T的一些变化特征.指出h_T的日变化特性主要受电离层中O⁺离子的产生与复合作用的控制.太阳活动高年在不同纬度和所有经度区域,平均说来日间h_T为大约1500-2500km变化,而夜间位于800-1400km,冬夜甚至接近中性氢、氧原子的化学平衡高度.过渡高度也表现出明显的纬度关系,在接近±20°的磁赤道地区,h_T基本上不随纬度变化;但在大于±30°磁纬区域h_T随纬度很快增加.义中还就h_T随时间和地磁（或地理）纬度变化的机制作了简要讨论.     

Observations of pre-midnight 5-m irregularities in the equatorial F region over São Luís,Brazil: Solar-flux dependence and seasonal variations

The statistics of pre-midnight 5-m irregularities in the equatorial F region over São Luís is presented. The data set ranges from October 2001 to December 2008 and covers maximum solar-flux-to-minimum solar flux epoch. The variabilities in irregularity parameters, namely, height and time of their appearance in the radar echoes, with solar-flux variation are presented. The seasonal variations (combined over all years, irrespective of solar-flux) of occurrence of irregularities, occurrence of bottom-type layer (or bottom-side irregularities without plume) and bottom-side/topside plume (or bottom-side irregularities with plume) are presented. The largest occurrences of bottom-side irregularities without plume and with plume are found on April (equinox) and December (summer) months respectively. The ambient ionospheric conditions namely prereversal evening vertical drift, bottom-side density gradient and off-equatorial E region conductivity are inferred using digisonde measurements during April 2002 and December 2002. Based on these conditions and recent studies on gravity wave climatology over Brazil, it is suggested that shear in zonal plasma drift and low gravity wave activity may account for less occurrence of plume during April as compared to December months. This suggestion is quantified using numerical simulation model of collisional-interchange instability (CII) and plasma bubble.     

Comparison of true-height electron density profiles derived by POLAN and NHPC methods

The changing state of the ionosphere is generally monitored by networks of vertical ionosondes that provide us with regular ionospheric sounding. Many ionospheric applications require determination of the true-height electron density profiles. Therefore, ionograms must be further inverted into real-height electron density profiles. The paper presents the comparison study of the true-height electron density profiles inverted from ionograms using two different methods POLAN (Titheridge, 1985) and NHPC (Huang and Reinish, 1996; Reinish et al., 2005), widely used by the ionospheric research community. Our results show significant systematic differences between electron density profiles calculated by these two inversion methods. pkn@ufa.cas.cz     

电离层E层和F层中的日出效应

本文对德意志民主共和国Juliusruh/Rügen电离层站（54°38′N,13°23′E）,在1958年11月至1959年10月期間,日出前后一分钟測量一次的頻高图記录进行了分析。可以确认,E2层是一个純受太阳紫外輻射所控制的正常层次;該层每天开始电离时的太阳高度年变化是沒有規律的,而F层每天开始电离时的太阳高度却具有有規律的年变化。对这些統計分析結果进行理論研究,可以发現无論对F层而言,还是对E层而言,均不存在能够强烈吸收有关太阳紫外輻射的遮蔽层。决定F层每天开始电离时間的机制,是高层大气随季节不同而膨胀或收縮。在同样的太阳高度下,E1层和E2层的电子密度主要由运动項所决定,該項的大小和电离层飘移速度的东西分量有紧密的关系。此外,还估計了各个月份的E1层极大电子生成率,以及与E1层有关的太阳輻射的强度。对E2层的成因也作了一些估計。     

一九八○年二月十六日云南地区日全食的电离层效应

本文借助于Budden的频高图分析方法,分析了云南省瑞丽县弄岛街1980年2月16日日全食期间的电离层资料,计算了日食日及控制目的剖面,给出了剖面参数,得到了E层临频及最大电子浓度所在高度在日食过程中的变化,也研究了F层的日食效应,指出了在各选定频率上的反射虚高和真高在日食过程中的变化,发现在300公里以下的各给定高度上,尤其是在270公里附近的高度上,其电子浓度明显地下降。     

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．     

Reconstruction of Electron-Density Height Profiles Based in the Bottomside Ionosphere on Topside Satellite Sounding Data with the IRI Model

Geomagnetism and Aeronomy - A method is proposed to determine the total height profiles of the electron density in the ionosphere with the use of topside satellite ionograms containing traces of...     

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.