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、400 km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400 km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,400 km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400 km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.

     

金星与火星电离层研究现状概述

随着天问一号发射,我国深空探测迈入火星探测新阶段,这对我国行星科学的学科建设提出了更高要求.?行星电离层一般指行星高层大气中含有大量自由热电子与离子的区域.?这些等离子体主要由太阳紫外辐射与行星外部高能粒子电离行星中性大气后产生.?作为行星与外界进行物质能量交换的关键区域,电离层对行星高层大气以及地表环境都有十分重要的...     

顶部电离层电子密度和温度的统计背景及其地磁活动变化

通过对DEMETER卫星从2004年11月7日至2005年11月30日期间探测到的710 km高度顶部电离层的电子数据进行网格化(纬度2°×经度4°)统计平均,本文分析了不同地磁条件下顶部电离层电子密度和温度的全球分布情况.不论是在地磁宁静还是地磁活动期间,顶部电离层电子密度的分布都存在着一个巨大的威德尔海异常(夜间电子密度高于白天的)区域(30°W~180°W和 30°S~75°S)、夜间中纬槽(35°N~60°N和35°S~60°S)和夜间南大西洋地磁负异常区域的低密度结构,而且电子密度在磁倾(dip)赤道附近最大,说明710 km高度的顶部电离层并不存在赤道异常.和电子密度的分布相反,电子温度在磁倾赤道附近最小,在等离子体层顶附近最大.在地磁活动期间,顶部电离层电子的密度普遍增加,同时电子密度的赤道峰值向中纬区扩宽.但是,地磁活动并没有明显地改变威德尔海异常区和夜间中纬槽的空间范围.另外,地磁活动对电子温度的影响并不明显,它仅造成了等离子体层顶附近的电子温度增大.     

火星电离层电子浓度昼夜变化特性研究

本文利用MAVEN卫星Langmuir Probe and Waves（LPW）仪器的在轨电子浓度探测数据,研究了火星电离层电子浓度随太阳天顶角（Solar Zenith Angle,SZA）的变化以及昼夜电子浓度变化的异同.基于2014年至2017年期间MAVEN的电子浓度数据,我们发现：在200 km以下,白天电离层电子浓度主要受光化学平衡控制,由于白天光电离过程使得昼夜电子浓度差异较大,此时电离层昼夜传输能影响到的最大范围约在SZA=110°;而在200 km以上,白天电离层受输运过程控制,此时昼夜电子浓度差别较小,电离层昼夜间电子浓度变化较为缓慢.通过研究MAVEN在deep-dip（低高度深入探测）期间的电子浓度数据,我们发现火星磁场会显著影响夜间200 km以下的电子浓度分布结构,强磁场中闭合磁力线对电子沉降过程的阻碍作用使得在夜间该区域的电子浓度小于相邻区域.同时,通过比较deep-dip期间昼夜电子浓度随高度的变化,发现夜间电子沉降作用的影响可能主要集中在160 km以下.

     

基于Swarm卫星GPS/TEC观测的顶部电离层三维电子密度分布的层析法研究

利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔～150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异.     

基于Swarm卫星GPS/TEC观测的顶部电离层三维电子密度分布的层析法研究

利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔~150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异.     

福建省震前地基GPS TEC与掩星电子密度研究

从联合地基GPS,IEC数据和掩星电子密度剖面中,有可能检测和识别出由地震波激发而引起的电离层扰动。通过研究福建省近年已发生地震的震前地基GPS TEC与掩星电子密度,获得地震的电离层效应．为今后本省的地震预报提供前兆依据。     

利用全球电离层地图分析芦山地震电离层异常变化

近年来,作者们经过长期的分析研究后发现,采用迭代法分析电离层数据时获取的电离层TEC异常与中强地震发生具有较好的空间对应关系,并根据总结的异常特征在地震中长期监测预报方面取得了一定的进展。本文在迭代法分析预报确定异常区域的基础上,采用滑动四分位法对预测区域发生的中强地震前后短时间序列内的电离层TEC数据进行分析,剔除干扰因素后找到较为明显的电离层TEC变化异常。综合利用两种分析方法判断中强地震前后电离层TEC异常,从而为地震前兆研究提供一个新的思路。     

释放化学物质耗空电离层电子密度的研究

电离层作为电波传播的主要通道和载体,影响着无线电通信的质量,因此人工电离层扰动具有广阔的应用前景.在电离层中释放具有较强电子亲和力的化学物质可以耗空电离层F区的电子密度,是人工电离层扰动的有效手段之一.本文通过对CO2和SF6气体在电离层中的扩散和离子化学反应过程的分析,理论计算了在我国北京地区上空释放这两种气体后电离层电子密度的时空演变过程.结果表明:(1)在电离层高度上释放100 kg的CO2或SF6气体后,电离层电子密度迅速减少,释放点周围局部区域的电子密度被耗空,能够形成一定尺度的电离层空洞,上述现象能够维持数小时之久;(2)与CO2气体相比,SF6气体具有扩散慢且化学反应快的优点,对电离层的影响较大,具有更好的电离层扰动效果.     

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.     

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.     

基于ZH-1卫星探测的太阳活动低年顶部电离层不规则结构的时空特征

利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤道异常峰值区为不规则结构的谷值区.(2)不同纬度区不规则结构随地理经度分布呈现出明...     

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.     

基于多种度量的电离层TEC混沌预测分析

利用东经120°,北纬45°上空的2008年年积日101～150 d时间段内共600个电离层格网TEC数据为时间序列样本,分析了该点上空电离层TEC参数的混沌特性,发现其关联维数为2.2632,嵌入维数为5,最大Lyapunov指数为λ=0.0833,表明该点上空电离层TEC时间序列具有混沌的特征,存在混沌现象.采用加权一阶局域法对TEC时间序列进行预测时,在有效预报尺度内,利用各种度量进行预报得到的中误差都随着预报天数的增加而逐渐增大,但预报的相对误差却是在一定幅度范围内上下波动.采用四种距离度量以及皮尔森相关系数和Jaccard相似系数进行预报,其预测结果或者平均中误差较大,或者平均相对误差较大,结果不理想.其中,采用标准化欧氏距离得到的平均中误差最大,达到5.107TECU,而采用皮尔森相关系数得到的平均中误差最小,为5.078TECU;对于平均相对误差而言,由切比雪夫距离得到的平均相对误差最大,为0.185,而Jaccard相似系数得到的平均相对误差最小,为0.166.而采用余弦相似度得到的预测结果,其平均中误差和平均相对误差都很小,分别为5.079TECU和0.167.因此,在一阶局域混沌预测时,采用余弦相似度作为衡量相空间轨迹的差异性是较为合适的.     

Response of the ionosphere to the Baltic Sea earthquake of 21 September 2004

GPS observations of the European permanent network were used to identify seismo-ionospheric precursors of Baltic Sea earthquake of 21 September 2004. It is a very rare event for this region of Europe (magnitude of about 5.0). This value is the threshold for the occurrence of seismic effects in the ionosphere. In total electron content (TEC) data over the region of the earthquake, a specific ionospheric anomaly appeared one day before the earthquake was detected. The ionospheric variability had a positive sign with an enhancement of about 4–5 TECU (1 TECU = 10¹⁶ electrons/m²) relative to the non-disturbed state of the ionosphere. The anomaly had a duration of 4–5 hours in the day time. The special size of this anomaly was about 1000 km. The characteristic parameters of the anomaly show that it can be associated with ionospheric precursors of an earthquake.     

Some measurements of the extinction coefficients of solar radiation in Lagos

Solar radiance measurements covering over seventeen months are analysed for a location beside the Lagos Lagoon. The aerosol extinction coefficient was generally higher in the dusty months than in the wet months. Clean air estimates of the coefficient are made. Data on its wavelength dependence are also presented.