长三角地区电离层变化的GPS监测

利用GPS双频观测量可获取电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC),以监测区域上空电离层的分布和变化特征,从而可以发现不同尺度的电离层异常。该文采用2004年上海地区GPS综合应用网(SCGAN)以及中国地壳运动监测网络(CMONC)的部分台站的观测,计算得到1年时间序列的TEC数据,来研究长三角地区上空的电离层TEC的变化与活动。应用这些数据,综合利用高斯权函数和滑动平均等几种数据处理方法,重点分析和讨论了长三角地区上空电离层的周日变化、周年变化和季节性变化特性,揭示了电离层冬季异常等现象。同时,通过对1年时间序列TEC进行谱分析,得到了其相应的变化周期。     

太阳耀斑引起的突发电离层骚扰(英文)

太阳活动第22周峰年期内,我国组织了日地系统整体行为的联合观测研究,中科院武汉物理研究所开展了多项电离层观测,见表1,监测太阳活动在电离层中不同高度上的效应。垂测记录的形式为频高图;长波观测中为Loran—c信号的相位和振幅变化。由武昌、天门和安陆三个站组成的台阵,记录了BPM时号的三维多普勒频谱结构,还同时记录了电子总含量(TEC)的变化。 本文讨论SID,主要观测结果列在表2。表2按确认的SFD事件排列。这种记录虽是全天候的从未中断过,但由于短波传播条件的各种特殊变化,不能认为已收入了全部SFD事件。长波观测有少数缺记情况,TEC记录虽未中断,但它的灵敏度低,只能检测大耀斑。表中的耀斑事件也不全,可能漏掉了一些对电离层效应很灵敏的急剧变化的短暂事件。从表2中得出下列主要结论:(1)SFD是一种很好的光耀斑指示器;(2)SPA是X射线耀斑的指示器;(3)出现特强的SFD和SPA,并出现可检测的SITEC常暗示着1—3天内,将出现电离层暴或大尺度TID。由于记录是连续实时显示的,这种观测在日地空间环境监测、预报和研究中是很有用的。     

利用地基GPS网高精度实时监测电离层TEC

地基GPS网是监测电离层总电子含量(TEC)的有效手段之一,本文基于上海综合GPS应用网建立了高时空分辨率(0.5h×0.1°×0.1°)的垂直TEC格网模型,用于实时地监测该地区上空电离层TEC变化.该模型每30min给出一幅电离层TEC图,详细地反映了区域电离层分布和变化情况,并可用于实时地改正该地区单频GPS接收机的电离层延迟.     

GPS实时监测和预报电离层电子含量

GPS能高精度地实时监测电离层总电子含量(TEC)变化，对纠正单频GPS接收机电离层延迟和监测电离层活动及其所反映的太阳活动规律具有重要意义．上海地区GPS综合应用网的建立，为监测长江三角洲地区电离层变化提供了宝贵的资料，利用这些双频GPS接收机的连续观测资料，可近实时地监测和预报该地区电离层总电子含量，其内外符精度和外推预报30分钟的精度均优于0.4m．     

电离层TEC对小耀斑的响应

利用国际GPS观测网(IGS)提供的多个台站的观测数据,分析了M级别以下的小、暗太阳耀斑对向阳面电离层TEC的影响．利用传统分析方法的结果表明,从单条视线(LOS)观测数据得到的电离层TEC及其时间变化率曲线来看,由于它们的波动水平和正常情况下的背景电离层变化相当,使此类小耀斑的信息完全淹没在背景噪声中,不能够显示和分辨出耀斑的发生．利用相干求和的数据处理方法,选用向阳面18个GPS台站的观测数据研究了一次C级SF耀斑引起的电离层TEC增加,结果发现,这种方法能有效地消除背景电离层变化噪声,电离层对耀斑的响应非常清楚和明显,这通常只能在X级别的大耀斑中看到．和GOES卫星X射线数据相比,电离层TEC变化的时间特征和耀斑爆发的开始、最大和结束时间均有很好的符合,其最大平均TEC增量在0．1TECU以下,和X级别的大耀斑相比有一个或多个量级上的差别．     

ROTI计算策略的初步分析比较

由电离层闪烁和TEC(Total Electron Content)监测仪获取的振幅闪烁指数S4和相位闪烁指数σ?是电离层闪烁研究中最常用的参数,由双频GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机获取的电离层TEC变化率指数ROTI(Rate of TEC Index)与S4指数的相关性已得到很多相关研究的验证,ROTI也是电离层闪烁研究的一个有效参数,这样就使利用全球分布的大量GNSS观测数据开展电离层闪烁研究成为可能.但是在不同的研究中计算ROTI所使用数据的采样率和计算间隔有所差异,对于计算策略的选择尚无定论.利用海南三亚1 s、15 s和30 s采样率的GNSS双频观测数据与电离层闪烁和TEC监测仪获取的S4指数,分析了在电离层闪烁发生时,不同计算策略获取的各类ROTI与S4指数的相关性,分析比对了几类ROTI对电离层闪烁的敏感性.分析结果表明:各类ROTI与S4指数都具有较强的相关性,在大多数情况下,不同种类ROTI都可以在闪烁发生期间响应S4指数的变化;不同采样率的ROTI在响应S4指数变化时,判断是否发生电离层闪烁事件的阈值有所差异;由于ROTI和S4指数监测电离层闪烁的机理不同,也会出现几个参数不能同时反映电离层受扰动的情况,在进行电离层闪烁监测、预报和预警时,建议同时采用多个参数综合分析;在同等的电离层条件下,15 s和30 s采样率的ROTI在数值上比较接近,但是两者明显小于1 s采样率的ROTI.使用GNSS接收机进行电离层闪烁观测时,建议采用高于1 s采样率的GNSS观测数据.     

融合IGS和CMONOC的GPS数据反演实测电离层研究

利用国际卫星导航系统服务以及中国大陆构造环境监测网络的实测数据,构建电离层球谐模型SHAG(Shanghai Astronomical Observatory global model),并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)提供的电离层数据比较,得到如下结果:1)在全球范围内,二者解算的卫星硬件延迟误差的均方根值(root mean square,RMS)为0.11 ns,观测站硬件延迟误差的RMS为0.59 ns;2)对于中国大陆及邻区,二者电离层总电子含量(total electronic content,TEC)的RMS为2.1 TECu(1 TECu=0.35 ns),但SHAG模型解算观测站TEC更接近GNSS双频解算的结果;3)通过与数字测高仪的观测资料比较,发现SHAG模型解算的电离层结果可较好地描述不同观测站区域的电离层变化趋势。综合结果表明,中国大陆构造环境监测网络数据的大量引入改善了SHAG模型的中国区域电离层特性,能较好地描述中国区域电离层空间分布及变化特征。     

磁共轭点日出效应与电离层凌晨特征的形成(英文)

日出前1—2小时或太阳天顶角110°到96°之间,一部分地区电离层F_2层的临界频率foF_2出现了反常的小峰。其地域分布、季节变化以及与太阳活动的关系均特征显著;并且,与foF_2出现小峰的同时,F层峰下TEC与峰高hm也有相应的可观增加。显然,这不是偶然事件。本文在从不同角度扼要探讨各种可能的形成机制的基础上,重点讨论了磁共轭点日出效应这一机制。 首先,讨论了日出时由于电子温度突然增加,导致光电子逃逸并沿地磁力线向共轭点迁移的可能性;并列举了前人通过6300—A气辉与温度增加的观测对这一可能性的证实。 其次,根据这一机制,对电离层凌晨特征的形成进行了逐条的园满解释。 最后,还讨论了电离层凌晨特征的形成条件。即两磁共轭点间的日出时间差Δt必须大于20分钟;其间的磁力线长度必须小于7000公里。并指出这一现象可以出现在低磁纬地区。 由于与foF_2变化的同时,有TEC与hm的增加,并引起了温度的变化;所以,实际上电离层凌晨峰的形成,是两种情况的综合结果:第一,磁共轭点日出时光电子迁移直接增加了电子密度。第二,也是由于光电子迁移导致电子温度增加而引起电离再分布所致。     

国际电离层参考模式在东亚地区的偏离(英文)

电离层参考模式(IRI)提供的环境参数一直受到世界从事电离层物、无线电通讯等科学和技术工作者所重视及普遍应用。制定模式的主要依据是全球电离层台站的观测资料。由于电离层变化的复杂性,以及世界电离层台站分布不均匀,要一次性制定一个普适的模式有一定难度。IRI自1978年公布以来一直处于不断改进与逐步完善的过程中。 最新的IRI版本是1986年公布的IRI—86。为了检验该模式在我国与近邻的日本国的可用性,我们将我国满洲里、北京、武昌、重庆和广州等站及日本国的稚内、秋田、国分寺,山川和冲绳等站在近一个太阳黑子周期内各层临界频率的实测值与IRI—86模式的计算值进行了比较分析。发现两者存在着显著而系统的偏离。在不同的年份和不同的台站偏离表现出相似的变化规律,冬季月份尤为明显。F2层偏离较大,其相对偏离有时超过60％,绝对差值高达3MHz。偏离变化表现为夜间大(子夜最大),白天小(中午最小);冬季大,夏季小;太阳活动低年大,高年小。在中国模式值普遍大于观测值;偏离随纬度降低而增加;纬度较南的广州站偏离变化曲线表现出较大的差异;纬度相近的武昌和重庆两站,偏离大致相同,经度差异不大。在日本国各站的偏离变化基本相似,纬度效应不明显;并且冬季月份模式值明显小于观测值。 E和F1层模式值与观     

利用GPS探测电离层异常中的高斯过程处理方法

平静状态下电离层总电子含量（TEC）随时间的变化通常可以视为平稳随机过程。然而，太阳或地球的突发事件（如太阳耀斑、地磁场的扰动）会引起电离层的扰动，破坏该平稳过程，从而引起其统计参数的变化。依据平稳随机过程——高斯过程的相关性质，利用其自协方差函数和TEC时间系列，构建了独立同标准正态分布的观测样本，并利用X^2假设检验的方法来探测电离层异常现象。此外，还利用了2000年7月14日太阳耀斑期间我国国际IGS跟踪站武汉GPS跟踪站的数据，进行了实例分析。结果表明，该方法可以有效地探测电离层异常现象。     

关于低频天波传播特性及我国东部沿海地区上空电离层D区某些特征的初步研究(英文)

基于对低频天波信号的将近一个太阳周的实测,分析和研究一跳天波传播时延及场强随太阳活动周、随季节及随周日而变化的规律。在正确分析大气折射效应的基础上,由一跳天波的传播时延及场强的实测值推算得到了相应的等效反射高度、电离层反射系数和电子密度梯度参数β(假定为指数模式),并分析研究了它们与太阳活动周、与季节及与周日变化的关系。分析研究还表明:反射系数及场强的昼夜变化、季节变化及太阳周变化与CCIR有关报告所得的活动有所不同。例如,对本研究所涉及的有效频率14.6千赫而言,根据265—6号报告,在太阳活动极小年及极大年,晚间、夏季白天及冬季白天的电离层反射系数分别为-0.38、-0.07及-0.21(极小年)及-0.5、-0.11及-0.28(极大年),而根据本工作推算得到的相应的反射系数值则分别为-0.18、-0.11及-0.15(极小年)及-0.16、-0.09及-0.11(极大年)。分析表明:这种差别反映了本研究所涉及的等效反射区域,即我国东部沿海区域上空电离层D区在电子密度结构等方面存在着不同于其它区域(如欧洲中纬地区上空)的特征,例如,中国东部沿海地区上空的电离层D区部分的电子密度及其梯度(特别是晚间及冬季白天)都可能较欧洲中纬地区的电子密度及其梯度小一些。     

GPS监测电离层活动的方法和最新进展

全球定位系统(GPS)可以快速、准确地提供电离层总电子含量(TEC)信息。简要介绍了GPS技术精确测量TEC、监测电离层的原理和方法，指出进行TEC绝对量估计时求解差分群延迟(DCB)的重要性，以及建立多层和实时电离层监测模型的必要性。分析了影响TEC估计的主要误差源，着重介绍了目前GPS监测电离层的最新成果和进展。     

2009年7月22日日全食期间VLF信号的异常变化

在2009年7月22日日全食期间,用美国斯坦福大学太阳中心提供的电离层突扰(SID)监测仪对甚低频(VLF)信号进行观测时发现:日全食期间的VLF信号强度变化异常,出现类似日出日落的效应;信号强度振幅变大,类似于雷电效应;而且信号强度在日全食前后一段时间内都有所增强.在对观测数据的可靠性进行充分讨论的基础上,对比以往的观测结果,发现电离层会在日全食发生之前有所变化.     

电离层TEC对GRB041227的响应

2004年12月27日世界时21时30分,一个非常强的γ射线暴扫过地球,它使得暴露在这次事件中的地球高层大气产生额外电离.在爆发期间,地球上多个甚低频(VLF)电波台站都同时观测到了电离层突然骚扰(SID)事件.对GOES卫星的X射线数据、ACE卫星的太阳风和行星际数据以及理论分析表明,地球上观测到的SID事件是由GRB041227引起的.另外,利用国际GPS服务网(IGS)提供的观测数据,采用相干求和的数据处理方法研究了电离层总电子含量(TEC)对这次γ射线暴的响应.结果表明,SGR1806-20产生的GRB041227对地球电离层产生了明显的影响.在爆发期间,平均电离层TEC有一定的增加,其最大增加值约0.04TECU(1TECU=10~(16)el/m~2),产生效果与一个C级或者低于C级的太阳耀斑相当.计算结果还表明了遥远的天体也能对地球的近地空间环境产生或多或少的影响.     

TAI 计算的变化

从1999年7月的资料开始,TAI 的计算中,对于长距离 GPS 共视比对结果将不再用电离层时延实测值,改用由国际 GPS 服务(IGS)提供的电离层模型。自 BIPM 采用 GPS 共视规范后,全球参加 TAI 计算的时间实验室的 GPS 共视观测资料按地区分别与 NIST、OP 和 CRL 进行比对(不作电离层改正)。该三站之间的     

远东地区电离层的凌晨特征(英文)

本文根据对远东地区的中国、日本、新加坡、泰国以及菲律宾等18个电离层台站的垂测资料,统计分析了这一地区的电离层F2层临界频率foF2变化中的凌晨特征。 由于太阳活动低年影响因素较少,电离层频高图图形较规范。因此,出于简化影响因素,利于探源与便于识别现象以及资料质量的考虑,在判断现象与确定凌晨特征的存在时,以武昌台1964与1965年的频高图为主,进行了逐日的考查。至于其它台站主要是依据于月报表的数据.分析结果表明,远东地区一些台站在日出前1—2小时或太阳天顶角110到96度之间foF2出现了明显的小峰,小峰的出现规律与相关因素具有一些十分有趣的特点: 1、主要出现于冬季的04LT左右。 2、多出现于纬度15°—35°之间。 3、小峰的出现与太阳活动成负相关。 4、foF2小峰出现的同时,F层峰下TEC与峰高hm也增加。 在概略考察各种可能的形成机制的基础上还指出了这一现象的形成,可能与磁共轭点日出时,由于电子温度的剧增而引起的光电子沿磁力线向共轭电离层的迁移有关。     

与青藏高原气象有关的电离层扰动(英文)

利用武汉电离层观象台的HF多普勒台阵的长期观测记录,对电离层声重波进行了定源分析,发现武昌地区上空的近源声重波的激发与武昌西南部的青藏高原的地形隆起有关。 在这种定源研究中,我们发现的主要观测现象为: (1)、在襄樊附近上空的约200公里的高度上(BPM,10MHz时号),声重波水平传播的优势方向为正西偏南至正东偏北。也有由北向南传播的,但不占优势。这一优势方向上传播速度的大小与其它方向上的相比较,约小20％。 (2)、上述优势方向的出现没有明显的日变化,即不同的地方时都存在这种优势方向。 (3)、上述优势方向主要出现在早春季节,秋季很少出现。 (4)、在襄樊附近,在较高的280公里左右的高度上(BPM,15MHz),正西偏南至正东偏北的优势方向相对变弱,出现另一个由北向南的优势方向。 (5)、在朝鲜南部海面上空约220公里的高度(JJY,15MHz)上,虽然仍存在由正西偏南向正东偏北传播的扰动,但水平传播的优势方向由北向南。 从上述观测现象我们不难看出:在襄樊上空经常出现的一种声重波扰动,来自襄樊的西南方向。随着高度增加,这种扰动很快减弱;随着传播距离的增大,也很快衰减,至朝鲜南部海面上空已很少出现。这种扰动的水平传播速度小于电离层高度上的声速。以上特性说明这些扰动的源区离襄樊不远,估计它们在     

电离层对声重波的非线性响应(英文)

行进电离层扰动(TID),是电离层的一种大尺度低频扰动。长期以来,人们对TID进行了大量实验观测和理论探讨。现在已经确信,TID是由大气声重波在电离层中传播所引起的。以前的理论工作分析了电离层对声重波的线性响应,将TID描述成一种余弦型扰动。 我们利用DOOPER台阵对声重波和TID现象进行了多年的观测。我们发现,TID具有波动形式,但其正负半周有明显的不对称性,严重偏离余弦波的结构。这种现象,不能由以前的线性TID理论来解释,揭示了线性理论的局限性。 本文中,我们讨论电离层对声重波扰动的非线性响应。带电粒子的运动速度由两部分构成:一是大气粒子通过碰撞而引起的拖动速度,另一是带电粒子密度梯度和重力决定的扩散速度。本文只讨论电离层与声重波相互作用的动力学过程。在带电粒子的连续性方程中,保留所有的非线性项。利用级数展开的方法,讨论带电粒子的性质。主要结论如下: 1、没有声重波扰动时,电离层的垂直漂移速度基本上由风速决定。对于中纬地区,电离层垂直漂移速度可达到水平风速的量级,这同赤道地区的情况有很大的差别。在赤道上空,地磁场是水平的,电离层垂直漂移速度比水平风速低两个量级以上。 2、当声重波通过电离层传播时,带电粒子受到扰动。在一级近似下,理论分析导出电离层扰动的形式与     

GAIM电离层同化方法进展

电离层是复杂的空间层结,其变化受太阳活动强度、地球磁场等因素影响。随着空间技术发展的需求,电离层天气变化成为目前空间天气预报最重要的内容之一。最近10年,人们利用卫星在电离层观测方面取得了重大进展,尤其引人注意的是:无线电掩星观测技术正走向应用的新阶段,加上已经建立的全球大量的地基GPS观测网,它们不仅为电离层动力学模式研究提供了丰富的电离层资料,而且为电离层预报提供了很好基础。因此,电离层天气预报成为当前重要的、前瞻性的研究方向,电离层资料同化是电离层预报最重要的研究内容之一。该文系统介绍这方面国际动态,重点是美国的USC/JPL和犹他州大学开展全球电离层同化模型研究、全球电离层同化研究的进展,以及在电离层天气预报中应用的初步成果。     

利用时间序列模型预报电离层TEC

以IGS(international GPS service)发布的电离层TEC(total electron content)资料为样本,用时间序列模型对全球的电离层总电子含量进行了预报.在时间序列预报模型中,不同的定阶方法导致不同的预报结果;实践证明本文使用的BIC定阶准则较好地实现了电离层总电子含量的预报.结果表明:对10 d左右的预报时间段,时间序列模型的TEC计算结果相对精度高,预报相对精度优于60%的网格点数在总网格点数中所占百分比可达90%以上.