120°E磁赤道上空电离层电子浓度总含量的混沌特性分析及非线性预测初探

本文利用120°E磁赤道上空电离层TEC1996～2004年的观测数据讨论电离层TEC参量的混沌特性,并探讨利用混沌理论对电离层参量进行预报的可能性. 实际计算表明,在指定经纬度的TEC时序数据中存在混沌特性,其关联维数为36092,李雅普诺夫指数为03369. 采用混沌“加权一阶局域法”进行预测较为成功. 对预测误差分析表明,预测点在1～144之间误差相对较小,标准差约为76438 TECU,相关系数约为09172.     

基于陆态网络GNSS数据的2013年和2015年磁暴期间中国地区电离层特性研究

2013年3月和2015年3月爆发了2次相似的地磁暴,引起了全球不同地区电离层的变化。本文利用中国大陆构造环境监测网络260余个基准站在中国地区的GNSS电离层TEC观测数据,结合电离层测高仪和电离层甚高频相干散射雷达观测,对2次磁暴期间中国地区的电离层变化特性进行了对比分析。结果显示,2013年3月磁暴期间,中国不同地区电离层变化较弱或不明显,而2015年3月磁暴期间中国地区电离层变化整体表现为大范围的强负相暴,中国地区不同程度的电离层响应主要受到不同的磁暴强度和磁暴期间不同的能量输入影响。2次磁暴期间电离层F层不均匀体的发生受到不同程度的影响,可能由不同种类的暴时电场导致。陆态网络数据空间覆盖范围广、时间分辨率高,在研究中国地区磁暴期间的电离层变化特性方面具有优势。     

基于GNSS数据的朝鲜核爆电离层效应观测研究

本文分析了电离层对2009年、2013年和2016年朝鲜核试验中地下核爆(Underground Nuclear Explosion,UNE)的响应.利用南北半球IGS站的GNSS-TEC观测数据,发现了在3次核试验期间的磁共轭电离层扰动现象.观测结果表明,3次UNE所产生的电离层扰动分别以228m·s-1、173m·s-1和147m·s-1的速度从核试验爆心地区径向传播.本文研究提出,UNE所产生的电离层TEC扰动是岩石圈-大气层-电离层耦合(Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling,LAIC)电场渗透到电离层高度引发电动力学过程的结果.此外,LAIC电场可以沿磁力线映射到共轭半球,从而在共轭地区造成电离层TEC扰动.因此,在核试验地区附近以及其对应的磁共轭地区,UNE所产生的LAIC电场在电离层TEC扰动的形成中起着关键性的作用.     

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.     

基于CMONOC GPS数据的SSA电离层预测模型研究

利用基于CMONOC的GPS观测数据反演中国大陆区域高精度的RIM,并将奇异谱分析(SSA)方法应用于TEC预报,判断不同序列长度对预测结果的影响,并根据w-correlation选取合适的RC迭代阶数和窗口长度。结果发现,当TEC时间序列长度为27 d,窗口长度为序列长度的1/3、迭代SSA分解的前5项时,预测效果最好。提取RIM中心网格点的TEC数据,分别以年积日1~27、101~127、201~227、301~327等4个时段的TEC序列为原始数据,基于SSA进行7 d的预测,同时建立ARMA预测模型。结果显示,相较于ARMA预测,SSA方法总体预测精度提高约10%,预测时段更长。进一步对4个时段RIM中2 911个网格点处的TEC进行预测,发现RMSE随着纬度减小而增大,预测相对精度呈现中纬度比高、低纬度略高的特点,但无论哪种精度指标,SSA预测模型均优于ARMA预测模型。     

MEEMD-ARMA残差修正电离层TEC预测模型

提出一种改进的集总平均经验模态分解与自回归移动平均模型组合的残差修正模型,并利用2015年不同经纬度同一时段以及相同经纬度不同时段IGS提供的电离层电子总量数据,用3种模型对5 d内的数据进行预测。结果表明,改进模型5 d 内的平均相对精度为96%,而EMD-ARMA模型及ARMA模型分别为94.5%、93%。     

基于GPS数据的南极DAV1站TEC研究分析

综合利用TEC两种多项式模型的优点,处理了南极DAV1站2001～2004年GPS观测数据,分析了DAV1站TEC变化规律及其与太阳活动之间可能存在的关系。     

一种融合测高仪与地面GPS数据的单站电离层反演方法

电离层层析成像技术非常适用于检测电离层电子密度的大尺度空间分布及其扰动。利用地面单站的GPSTEC值和另一站的数字测高仪观测数据,结合国际参考电离层（IRI）,利用MART算法反演得到测站上空电子密度的垂直分布。利用白天和夜间的实测数据进行了CIT反演,结果表明了该方法的可靠性。     

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。     

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．