我国西南地区电离层垂测网数据应用研究

本文基于我国西南地区电离层垂测网普洱站和乐山站的基础数据,结合空间天气事件指数,通过限定不同阈值的滑动平均方法,提出靠近南部的普洱站应选取中值M±1.5σ(标准差)作为限定阈值,靠近北部的乐山站应选取中值M±IQR(四分位距)作为限定阈值．在此基础上,利用本文提出的扰动识别方法,对2015年4月25日尼泊尔M_S 8.1地震予以分析.研究结果显示,震前1天普洱站和乐山站均出现了正向扰动,震前3小时乐山站持续出现负异常．根据规划,我们还将在西南地区建立1—2个垂测台站,架设数台被动接收垂测仪信号的电离层斜向探测仪,通过组网对西南地区上空的电离层进行监测,为分析震前电离层扰动提供数据支持．      

地震电离层探测技术及其应用研究进展

2017年即将发射的中国电磁监测试验卫星将填补地震电离层立体监测体系中不可或缺的空白区域,也将为天地一体化地震电磁对比校验及圈层耦合机理认识提供重要的科学支撑.针对近期地震电离层立体监测体系发展的需求,本文主要介绍了目前国内用于地震研究的地基及空基电离层探测技术,包括电离层垂测/斜测、甚低频(VLF)电波观测、舒曼谐振观测、GPS及空间卫星电磁等,并总结了各种探测技术在国内外地震应用研究中的进展; 最后结合不同探测手段的优势,探讨了地震电磁立体探测系统的构建,并就未来的多手段综合应用发展提出了建议.      

利用GPS TEC探测2015年尼泊尔地震激发的电离层扰动

利用尼泊尔周边区域6个IGS GPS跟踪站数据,对2015-04-25尼泊尔地震激发的电离层扰动进行分析。结果表明,地震发生后,尼泊尔上空电离层总电子含量（total electron content,TEC）存在不同频率的电离层扰动,扰动中心频率约为3 mHz和4 mHz。前者发生在震中附近1 000 km左右的范围,后者范围达2 000 km,推断其分别为地震破裂产生的声重波信号以及瑞利波向上传播到电离层所激发的异常扰动信号。联合两个频率扰动信号,根据观测的扰动位置以及经验扰动速度反演震中位置,结果与实际情况符合较好。     

两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

BDS/GPS卫星数据质量分析软件开发及应用研究

通过对TEQC数据质量模块相关算法进行分析,实现了支持RINEX2、3 格式的BDS/GPS卫星数据质量分析软件DataQC的开发,其主要参数包括数据完整率、多路径指数、信噪比和周跳等,并增加卫星分布状况以及电离层、接收机硬件延迟偏差估计功能。通过多组数据验证,软件计算指标与TEQC结果具有较高的一致性;在电离层估计方面,与全球电离层格网（global ionosphere maps, GIM）插值计算结果的RMS在3 TECu之内,并可用于接收机硬件延迟偏差稳定性的分析。     

基于COSMIC掩星数据分析中低纬度地区电子密度分布变化

利用COSMIC掩星2009年电子密度剖面数据,筛选数据进行网格划分,网格内数据统计平均,基于球谐函数计算模型值,分析电离层中低纬度地区最大电子密度的地磁季节变化、昼夜测分布相对变化,及地磁活动对电子密度的分布影响.结果表明,最大电子密度昼测值明显高于夜测值,在中纬度部分区域增大明显.电子密度昼测值在地磁活动期间高度150-550 km中低纬度范围为正相扰动,随纬度变化存在区域差异,随高度增加,扰动加强.     

不同尺度低纬电离层不规则体漂移特性的观测研究

利用我国三亚站GPS短基线接收机阵以及VHF电离层相干散射雷达多波束扫描模式进行同时观测,对2011年10月22日至29日夜间两种不同尺度电离层不规则体的纬圈漂移速度进行比较研究.结果表明,两种不同手段观测的不同尺度不规则体漂移速度,在大小、变化趋势以及时间范围上基本一致.不规则体产生在20:00 LT(LT为北京时)左右,以100～250 m/s的速度东向漂移,并且速度幅值起伏较大;在不规则体发展中后期(21:00LT以后),东向漂移速度减低到50～150m/s,并延续至午夜.两种手段观测的漂移速度差异,一个重要原因可能来自于两者观测范围的不同.此外,GPS短基线接收机阵观测的400米尺度电离层不规则体通常比VHF雷达探测到的3米尺度电离层不规则体存在的时间要长.     

2009年7月22日日全食期间湖北沙洋地区电离层扰动分析

发生在2009年7月22日亚太地区的日全食,为人们研究电离层扰动提供了一次难得的机会.基于沙洋地区采集的高频(1 Hz)GPS数据,通过对日食当天与前后几天电离层VTEC(Vertical Total Electron Content)的变化分析,结果显示日食期间电离层VTEC含量均呈现出一种先下降再上升的“水槽”变化趋势,且VTEC下降达到2～5 TECU,下降幅度达33.1％,VTEC的最小值与食甚时刻延迟为25.2～147.6 s.在日全食后期有中等强度的磁暴发生,与日食相互重合叠加共同对电离层VTEC变化造成影响,使得VTEC变化明显异于前后几天,最后定量的分析了磁暴对VTEC的影响.     

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.     

利用改进的SRTI法研究中尺度电离层行波扰动

针对现有单站电离层行波扰动指数(Single Receiver TID Index,SRTI)探测中尺度电离层行波扰动时探测周期范围有限的问题,本文提出了一种改进的SRTI方法,以提高探测扰动周期的适用范围.介绍了利用SRTI和改进的SRTI探测中尺度电离层行波扰动的原理,从理论上分析比较了二者探测扰动周期范围的能力,并采用美国加州南部的5个IGS站2012年年积日189的GPS观测数据,对电离层扰动进行了分析.结果显示在21∶30—23∶00LT时,扰动观测序列存在周期为15min和39min的扰动波,但是现有SRTI方法只探测到了前者,而改进的SRTI法很好地探测到了两个周期的扰动波,表明其对短周期和较长周期的扰动均具有较好的灵敏性.利用改进的SRTI法计算的扰动观测序列,应用傅里叶变换相位差分法估计了电离层扰动的传播参数,其结果总体上与前人研究成果一致,这表明改进的SRTI法完全可以应用于电离层行波扰动的研究中,而且由于计算简单,在处理大量数据时具有一定优势.