2020年7月22日阿拉斯加7.8级地震同震电离层扰动分析

利用全球导航卫星系统(GNSS)、电离层测高仪和地震仪数据, 从振幅及波形、时空分布、传播速度与方向、时频域等角度对2020年阿拉斯加7.8级地震同震电离层扰动(Co-seismic ionospheric disturbances, CIDs)特性进行探究.卫星G03、G04和G09在地震西部探测到3类CIDs, 最大扰动幅度约0.1 TECU (1 TECU=10¹⁶ el/m²), 并且均沿着地震断层破裂延伸方向(西南方向)传播; 而在地震北部与东部未发现CIDs.根据CIDs的速度及中心频率将其分为三类, 第一类为高速传播的CIDs(速度约为2.93 km·s^-1), 中心频率约11 mHz, 符合瑞利波激发的电离层扰动特征; 第二类CIDs的传播速度约为1.69 km·s^-1和1.55 km·s^-1, 中心频率约4.5 mHz和4.7 mHz, 符合声波引起的电离层扰动频率; 第三类CIDs速度约为0.98 km·s^-1和1.11 km·s^-1, 中心频率约2.9 mHz, 可能为声波引起的另一类电离层扰动.同时, 利用CIDs时空数据估计的CIDs扰动源位置与震中较为接近, 进一步说明电离层扰动由地震激发.通过对GNSS站及地震仪位移的分析, 估计了地震瑞利波沿西南方向传播速度与第一类CIDs较为吻合, 验证了第一类CIDs由瑞利波激发, 且断层的垂直位移是引起电离层扰动的重要因素.测高仪观测到电离层临界频率(f₀F₂)发生显著波动, 探测到CIDs的传播速度约1.02 km·s^-1, 传播速度和方向与卫星G03、G04探测的CIDs较为吻合, 推断其属于第三类CIDs.

     

中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI, 对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6 h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9 h(10.5 h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.     

中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI, 对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6 h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9 h(10.5 h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.     

基于GPS技术实时监测2009年7月22日日全食期间长三角区域电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪持续时间最长的日全食,其全食带覆盖了中国中部的长江流域,为研究日全食对电离层的影响提供了一次难得的机会.为此本文通过卡尔曼滤波算法实现了实时求解TEC和GPS系统硬件延迟,为实时监测日全食期间电离层变化提供了绝对的电离层TEC.采用上海和浙江区域内GPS网的观测数据,建立了实时区域电离层延迟模型,进而计算出了实时的VTEC和TEC变化率.同时考虑太阳和地磁活动参数,综合上述方法详细分析和讨论了长三角区域在此次日全食期间的TEC变化的电离层异常现象.     

2009年7月22日日全食引起的电离层扰动及其对定位的影响

2009年7月22日发生在亚太地区的日全食,从北半球中纬地区一直延伸到南半球中纬地区.这次日食期间发生的磁暴和日食时间同步,使得电离层变化较为复杂.为了分析日食期间电离层扰动及其对定位的影响,所采用的GPS数据来源于日全食带内的重庆CORS网(4个站)、武汉CORS网(8个站)数据、IGS站WUHN、SHAO的数据,以及日偏食区域内不同纬度处的若干IGS站.通过比较日食前后连续三天的各个地方TEC变化,以及利用高采样率的CORS网数据研究日食期间TEC的瞬时变化,根据位置和时间的不同,各地日食期间TEC下降约(1~4)TECU.但是,磁暴期间TEC的响应整体表现为正相暴,偏离值达50%以上,且和日食食甚后的TEC变化相重合.同时,求解了日食期间伪距单点定位的实时精度和CORS网内中短基线的实时精度,伪距单点定位的平面精度变化不显著,高程精度下降达数十米,日食初期CORS网中基线的平面精度仍在厘米级内,高程精度仍在分米级内,但是,日食后期发生的磁暴导致基线的平面精度下降到分米级,高程精度下降到米级.     

2001年3月19日至22日期间电离层暴分析

本文利用2001年3月19日至22日期间ACE卫星观测的行星际资料、电离层垂测仪资料以及中国地区TEC资料,分析了发生在这期间的电离层暴过程.结果表明：（1）日冕物质抛射造成的行星际环境为电离层暴的发生提供了大尺度环境背景;（2）强烈的电离层负暴发生在磁暴恢复相阶段;（3）强烈电离层负暴能够用暴环流理论解释.     

地震期间电离层扰动现象研究

介绍了大量的关于地震电离层扰动现象研究的最新进展,研究表明地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动被观测到,电离层前兆是确实存在.但要将震前的电离层扰动作为地震短临预报的工具,还有许多值得我们去深入研究和解决的问题.应用空间技术开展大区域范围内电离层参数的实时观测,如用地震电磁卫星、GPS台网、并和地面电离层垂测仪观测相结合,建立“电离层地震前兆监测系统”,无疑会加速这项研究的进程.     

2011年5月28日磁暴期间中国地区大尺度电离层行进式扰动的GPS台网监测

利用中国大陆构造环境监测网络及全球GPS服务系统提供的中国及其周边地区的246个GPS接收台站的TEC观测资料,观测研究了2011年5月28日一次中等强度磁暴期间中国地区出现的大尺度电离层行进式扰动（LSTID）,并给出了中国地区的二维TEC扰动图像.结果表明：在磁暴恢复相期间,我们一共监测到两个LSTID事件,一个发生在午夜前的中国西南地区,另一个发生在午夜后的东北地区.TEC二维成像结果清晰地显示了两次LSTID在中国地区的连续传播过程,西南地区午夜前的LSTID由低纬向中纬沿北偏东的方向传播,其持续时间约为60min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大约500km;东北地区午夜后的LSTID由中纬向低纬沿南偏西的方向传播,其持续时间约为70min,水平传播距离约1200km,等相面的宽度最大可达1400km.对TEC扰动进行互谱分析得到两次LSTID的传播参量,发现午夜前的LSTID的水平传播相速度和相对扰动振幅的平均衰减率都比午夜后的LSTID的要大,这可能是由午夜前西南地区较高的背景垂直TEC0及背景大气温度引起的.研究还表明,午夜后的LSTID是由北极区活动激发的大气声重波产生的,通过对高纬地区水平地磁分量H的分析,可以估计出其激发源应位于140°E以东,42°N以北的1400～2600km范围之内;而对于午夜前的LSTID,则可能是由赤道电集流引起的焦耳加热激发的大气声重波产生的.     

一九八○年二月十六日日全食电离层电子总含量的观测

本文介绍了1980年2月16日日全食时,在云南鹤庆县（100°12′E,26°35′N）,测量日本ETS-Ⅱ同步卫星136MHz信标法拉弟旋转所得到的一些主要观测结果:（1）电子总含量的日变曲线中出现提前日落现象;（2）F区峰下电离对法拉弟旋转的贡献在日食期间相对变小;（3）没有出现与日食明显有关的声重波扰动。     

一九八○年二月十六日日全食电离层电子总含量的观测

本文介绍了1980年2月16日日全食时,在云南鹤庆县（100°12′E,26°35′N）,测量日本ETS-Ⅱ同步卫星136MHz信标法拉弟旋转所得到的一些主要观测结果:（1）电子总含量的日变曲线中出现提前日落现象;（2）F区峰下电离对法拉弟旋转的贡献在日食期间相对变小;（3）没有出现与日食明显有关的声重波扰动。     

Total solar eclipse of July 22, 2009: Its impact on the total electron content and ionospheric electron density in the Indian zone

The longest total solar eclipse during the 21st century occurred in South and East Asia on July 22, 2009. Ionospheric response to this rare total solar eclipse which was observed right from the time of sunrise in the Indian zone, has been studied in terms of the total electron content (TEC) obtained from three global positioning system (GPS) receivers located at Udaipur, Hyderabad and Bengaluru, and electron density obtained using space based GPS-Radio Occultation technique. The study reveals significant reductions in the electron density and TEC that persisted up to 2 h past the last contact even during early morning eclipse. These observations imply that during the early morning eclipse, the production and loss of ionization dominate over the plasma transport processes.     

Numerical modelling of spectral sky radiance during a total solar eclipse

Ground-based observations of the spectral sky radiance within the totality region during a total solar eclipse are of significant interest because the contribution from direct and single scattered light from the solar disk is eliminated. In the present paper, we develop a numerical model of the spectral sky radiance during totality, evaluate the contribution of double scattered sunlight to the sky radiance at totality and compare it to solar corona emissions. The results show that the single scattered coronal light is the major contaminant in ground-based observations of the corona, opposite to what was believed before. For observation directions outside the corona the double scattered sun radiation dominates over the single scattered coronal light.     

利用2009年日全食的精细重力观测探寻“引力异常”

日全食期间在是否存在"引力异常"现象是一个关系到引力本质的重大问题,也是一个十分具有现实意义的科学问题.近一个世纪来,许多科学工作者作了大量的观测和实验,研究日全食期间的"引力异常"现象.肯定的、否定的结果并存,更多的是难以确定的结果.在学习、总结和发展了前人工作的基础之上,本文利用7台LaCoste-Romberg重力仪和1台SG-053超导重力仪,对2009年7月22日日全食期间的重力变化进行了精细的观测.研究利用了目前最好的观测环境和观测仪器,无论观测规模还是观测质量在近百年来日全食的重力观测研究中都是首屈一指的.在经过详细的数据处理和图像分析后,可以确定,日全食期间不存在现有观测能力之上的引力异常,以往发现的异常现象受剧烈的气象变化影响可能性极大.另外,在处理重力观测数据时,本文合理的利用了最小二乘多项式拟合法去除理论潮汐值,使计算得以简化,结论更加可靠.     

Ionospheric measurements of relative coronal brightness during the total solar eclipses of 11 August, 1999 and 9 July, 1945

Swept-frequency (1/10 MHz) ionosonde measurements were made at Helston, Cornwall (50°06N, 5°18W) during the total solar eclipse on August 11, 1999. Soundings were made every three minutes. We present a method for estimating the percentage of the ionising solar radiation which remains unobscured at any time during the eclipse by comparing the variation of the ionospheric E-layer with the behaviour of the layer during a control day. Application to the ionosonde date for 11 August, 1999, shows that the flux of solar ionising radiation fell to a minimum of 25±2% of the value before and after the eclipse. For comparison, the same technique was also applied to measurements made during the total solar eclipse of 9 July, 1945, at Sörmjöle (63°68N, 20°20E) and yielded a corresponding minimum of 16 ± 2%. Therefore the method can detect variations in the fraction of solar emissions that originate from the unobscured corona and chromosphere. We discuss the differences between these two eclipses in terms of the nature of the eclipse, short-term fluctuations, the sunspot cycle and the recently-discovered long-term change in the coronal magnetic field.     

Effects of the August 11, 1999 total solar eclipse as deduced from total electron content measurements at the GPS network

We present the results derived from measuring fundamental parameters of the ionospheric response to the August 11, 1999 total solar eclipse. Our study is based on using the data from about 100 GPS stations located in the neighborhood of the eclipse totality phase in Europe. The eclipse period was characterized by a low level of geomagnetic disturbance (D_st-variation from −10 to −20 nT), which alleviated significantly the problem of detecting the ionospheric response to the eclipse. Our analysis revealed a well-defined effect of a decrease (depression) of the total electron content (TEC) for all GPS stations. The delay between minimum TEC values with respect to the totality phase near the eclipse path increased gradually from 4 min in Greenwich longitude (10:40 UT, LT) to 8 min at the longitude 16° (12:09 LT). The depth and duration of the TEC depression were found to be 0.2–0.3 TECU and 60 min, respectively. The results obtained in this study are in good agreement with earlier measurements and theoretical estimates.     

Observations of the ionosphere in the equatorial anomaly region using WISS during the total solar eclipse of 22 July 2009

An exceptionally long total solar eclipse occurred over the Yangtze River Basin in the mid-latitudes of China on 22 July 2009. The moon’s umbral shadow crossed through the ionospheric equatorial anomaly region. During the solar eclipse, new ionospheric behaviors were observed using a multi-station sounding approach. These new phenomena include: (1) visible Doppler spreading of F layer echoes at multiple group distances during the solar eclipse period, (2) strong ionospheric response near the peak of the northern equatorial anomaly crest and (3) synchronous oscillations in the E_s and F layer during the recovery phase of the solar eclipse.     

Study on geomagnetic effects of the March 9, 1997 solar eclipse in Mohe area, China

Introduction Study and observation of solar eclipse geomagnetic effects in China begun in 1936, and since then the total eclipse and total-annular eclipse occurred in Chongan of Fujian Province in 1941j, 1958, 1968, 1980, 1987, 1997 in succession. For these events, modern geomagnetic observations have been made with sufficient preparation. Plentiful solar eclipse data of geomagnetic field variation and research results have been obtained (ZHANG, et al, 1983, LIU, et al, 1986, YANG, DU, …