岩石层—大气层—电离层耦合作为震前大气层和电离层短临事件的影响机制

介绍了大气层和电离层震前现象机制的基本观念。简短回顾了观测结果后,我们得出结论：1．流体下层物质（气泡）向上迁移能导致近地表的热水／气体被逐出,并在强度弱化的地区引发地震;2．因此,气泡出现的时间和地点是随机的,但是地震、地球化学异常和前震（地震、SA和超低频电磁异常）是随机关联的;3．大气温度和密度扰动跟随着震前热水／气体释放,导致产生周期为6～60min的大气重力波（AGW）;4．地震引发的大气重力波能导致电离层扰动变化并导致大气层中地平线上无线电波传播、下部电离层低频波扰动和地面超低频辐射衰减的变化。     

与地震有关的电离层扰动的甚低频/低频无线电探测

近期人们认识到,电离层对地震影响非常敏感,探测与地震有关的电离层扰动看来对地震短临预测是非常有前途的。我们提出可利用甚低频／低频（3～30kHz／30-300kHz）无线电探测进行地震-电离层扰动的探测。1995年神户地震明显发现电离层扰动现象之后,开始了利用低电离层甚低频／低频传播信号进行地震短临预测的简短历史。在说明先前的甚低频／低频结果之后,我们给出了最新的甚低频／低频发现：一个是电离层扰动与地震在统计上相关,第二个是2004年12月苏门答腊地震的实例研究,说明了这次地震电离层扰动的空间尺度和动力学原理。     

DEMETER卫星观测到的智利7.9级地震前的电离层电磁扰动

利用法国DEMETER卫星观测的电离层电磁数据,分析了2007年11月14日智利7.9级地震前10天内的电磁信号记录,结果发现在震前1周内,低频电磁扰动开始在比较宽的纬度范围内增强,震前3天异常信号幅度达到最大,并在低纬度地区尤其突出.以5天为间隔,比较分析了多参量的空间图像,发现在震前5天异常幅度和范围扩大,震中位于异常区域的边缘地带.分析认为,这次地震前的异常信号与孕震区电磁辐射信号增多及空间加热扰动有关.     

全球环流20～30d振荡与长江下游强降水

利用1979～2005年NCEP／NCAR逐日再分析资料及长江下游地区降水资料,采用非整数波功率谱分析、相关分析和主振荡型分析（POP）研究了近27年5-8月长江下游降水季节内振荡（ISO）、强降水过程的变化特征及其-9全球环流主要ISO模态的关系．结果表明,5-8月长江下游逐日降水主要有10～20,20-30和60～70d的周期振荡,长江下游降水的20～30d振荡强度年际变化和强降水频数之间有极显著的正相关．5-8月全球850hPa高度场存在两个20～30d主振荡型（POP1,POP2）：一个是南半球中纬度地区东移的绕球遥相关型（SCGT）,另一个是西太平洋热带地区南移的季节内振荡型（TWP）,它们的解释方差分别为7．72％和7．66％．这两个POP型与长江下游20～30d低频降水和强降水过程密切相关,其中POP1虚部正位相和POP2实部正位相中长江下游有强降水过程的概率分别为54．9％和60．4％．用合成方法建立了北半球夏季全球环流主要ISO型的20～30d振荡过程中长江下游地区有（无）强降水过程的全球大气环流模型．长江下游地区强降水过程大部分发生在SCGT的位相4或TWP的位相6中．当长江下游降水20～30d振荡正位相中有（无）强降水过程时,与SCGT的位相4对应的850hPa低频风场中从阿拉伯海经印度、孟加拉湾到中国南部和长江下游地区存在（不存在）强西风气流,或与TWP的位相6对应的低频风场中从印度经孟加拉湾到中国南部和长江下游地区以及副热带西太平洋地区到赤道中东太平洋地区呈现强（弱）西风带,有（不）利于长江下游地区强降水过程的形成．它们分别与南北半球热带内外地区大气环流之间的相互作用和亚洲季风区热源强迫异常与东亚大气内部相互作用激发的20～30d低频振荡有关．这两个20—30d振荡的全球大气环流模型对于提高夏季长江下游地区强降水过程10～30d延?     

我国极区冬季电离层加热实验研究

通过对非相干散射雷达观测数据的处理分析,研究了2008年1月我国在挪威Troms进行的冬季电离层加热实验效应.研究结果表明,电离层临界频率大于泵波频率的O波加热事件扰动效应明显,电子温度存在60%~120%的增强,扰动范围从150 km一直延伸到400 km,电子密度扰动不显著,最大可以观察到12%的密度衰减.受加热影响,离子声波频率有1~2 kHz的增加,离子线谱峰谷比增加,有时伴随有高阶谐振线出现.离子线和等离子线功率存在过冲现象,等离子线的功率剖面存在单峰、双峰和三峰结构,等离子线的功率增强幅度随频率负指数衰减.     

利用人工神经网络预测电离层foF2参数

利用人工神经网络技术实现了电离层foF2参数提前1小时预测.从foF2时间序列本身的变化特征出发,根据时间序列相关分析结果确定网络输入参数.选用当前时刻foF2值,预测时刻前一天的foF2值,预测时刻前7天foF2平均值,当前时刻前7天foF2平均值,foF2的一阶差分及表示当前时刻t的变量共六个参数作为神经网络输入,下一时刻值作为神经网络输出.对于太阳活动高年平均预测相对误差小于6%,均方根误差小于0.6 MHz,太阳活动低年平均预测相对误差小于10%,均方根误差小于0.5 MHz.     

电离层GPS掩星反演技术研究

GPS无线电掩星技术是崭新的、高效的地球大气层和电离层探测技术,但仍在发展和完善之中.本文详细推导了Abel积分和绝对TEC电离层反演方法,研究了如何解决Abel积分产生的上下限异常问题;用COSMIC发布的GPS原始数据进行了反演计算,将结果与地面电离层测高仪数据进行了比较,最后讨论了周跳对反演结果的影响问题.结果表明：（1）在较高轨道高度（约800 km）,Abel积分与绝对TEC方法的反演结果基本一致,都与电离层测高仪反演结果符合良好;在较低轨道高度（约500 km）,绝对TEC反演精度优于Abel积分反演精度;（2）绝对TEC反演的最大电子密度N_m较Abel积分法获得的结果更接近于电离层测高获得的峰值电子密度N_mF₂,绝对TEC反演法更加严密和有效;（3）周跳对绝对TEC反演结果的影响较Abel积分反演结果的影响更为敏感,但无论哪种方法,周跳对反演精度都造成严重损失.综合而言,绝对TEC反演法是更优的方法.     

电离层春秋分不对称的地方时依赖

利用全球203个电离层测高仪台站的F_2层临界频率(f_oF_2)和E层临界频率(f_oE),以及美国喷气推进实验室(JPL)提供的电离层总电子含量(TEC)地图数据统计分析了电离层春秋分(March Equinox and September Equinox,ME and SE)不对称的特点.基于电离层参量随年积日(Day of Year,DoY)和太阳活动指数F_(10.7)变化的傅里叶级数模型,对f_oF_2、f_oE及TEC数据分别进行最小二乘法拟合,将电离层参量归算到低太阳活动(F_(10.7)=80)、中等太阳活动(F_(10.7)=150)和高太阳活动(F_(10.7)=200)水平.该方法定量分离了实际观测数据中包含的电离层参量随季节和太阳活动的变化,因而得到了更为定量、精确的电离层春秋分不对称性特征.分析了不同地方时(LT)的春秋分不对称性指数(Asymmetry Index,AI)和春秋分差值Δ(=ME-SE)的全球分布特征与太阳活动依赖性.结果表明,foE日出时全球主要表现为9月分点值高于3月分点值,午后春秋分不对称性几乎消失,而日落时则反转为3月分点值高于9月分点值;f_oF_2日出时除少数地区外也主要表现为9月分点值高于3月分点值,而其他时段则相反;TEC日出时低太阳活动时的全球及中高太阳活动时的低纬地区表现为9月分点值高于3月分点值,而其他时段则相反.fo_E春秋分不对称性受太阳活动影响较弱,而f_oF_2和TEC的春秋分不对称随太阳活动有明显的变化,其3月分点值相对于9月分点值增加.计算了F_2层峰高(h_mF_2)处对应的氧氮浓度比([O]/[N_2],由大气模型NRLMSISE-00计算得到)和h_mF_2的春秋分不对称性,提取了TEC年变化的幅度及相位信息.氧氮浓度比和h_mF_2的春秋分不对称性能够部分解释电离层的春秋分不对称性,而TEC春秋分不对称的全球分布特征可以用TEC年变化的相位的全球分布解释.     

一种基于卫星穿刺点位置的区域电离层增强方法

提出了一种基于卫星穿刺点位置的区域电离层增强方法,采用非差非组合精密单点定位模型提取得到测站上空各个卫星斜向的电离层延迟值,结合IGS发布的DCB文件,考虑电离层延迟薄层假设理论,利用穿刺点空间三维坐标进行区域内插。试验结果表明,本方法能利用较为稀疏的参考站点进行区域建模,能为流动站提供与实际值偏差0.1 m以内的电离层延迟先验值;同时,流动站利用电离层增强信息,在保证定位结果精度的同时,相较于非差非组合模型,N、E、U 3个方向收敛到10 cm以内的时间均在30 min内,提升50%以上。