电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究,本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析,目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆（或近海）强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明,在这两次台风影响期间,电离层形态中除有明显的波状扰动（中尺度声重波）出现外,还有一些值得注意的新现象：波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变,在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F（Spread-F）现象,显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致,文中开展了对这一现象的非线性数值模拟,模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.     

资源一号卫星星内粒子探测器与神舟二号X射线探测器对高能电子探测的比较分析

利用资源一号卫星和神舟二号留轨舱上搭载的高能粒子探测设备对2001年2～6月同一时段内的资料进行了对比分析. 神舟二号飞船X射线探测器的观测结果反映的空间高能电子的分布, 表明在400km的较低高度上, 地理纬度40°附近以及SAA地区也可以观测到数百keV的高能电子. 资源一号卫星的探测结果显示了在800km高度附近, 同一时段内若干兆电子伏特的高能电子的全球分布. 后者出现的最低地理纬度和相应的经度位置则和前者是一致的, 说明两个高度上高能粒子的分布仍然都受地磁场控制, 粒子主要来源于地球辐射带. 资源一号卫星高能粒子探测器的能挡与神舟二号飞船X射线探测器的能挡不同, 彼此可以较好地补充. 但由于神舟二号轨道倾角较低, 全面的对比也受到一定的局限, 在进一步深入分析现有资料的同时, 可以在本文基础上设计更好的联合探测方案.     

非迁移潮作用下的电离层赤道异常区单峰现象及其经度分布

当喷泉效应较弱而双峰结构发展不充分的时候,可能在赤道异常区仅能够观测到一个电子密度的峰值,称之为单峰现象.本文利用CHAllenging Minisatellite Payload卫星在2001-2010年的电子密度数据给出了单峰的发生规律,单峰在地方时早上08：00-10：00和下午16：00-19：00发生率高,发生位置在经度上呈现多波数分布,尤其在10：00-18：00明显：在分季时多呈现四波,而在冬至季时以三波为主.单峰发生多的经度,正好对应着双峰的结构特征较弱之处.究其原因,是非迁移潮的DE2和DE3分量调制了背景风场和大气发电机电场,在电场和喷泉效应减弱的经度,双峰结构难以形成时,就会表现为单峰结构.本文扩展了对单峰现象的地方时、季节和经度分布等规律的了解,明确了非迁移潮在其中施加的影响,由此,单峰同双峰现象一样可以用于研究非迁移潮对热层-电离层的作用.

     

GPS系统硬件延迟估计方法及其在TEC计算中的应用

给出了用于估计GPS系统硬件延迟的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程,在卫星和接收机相对硬件延迟计算方法的基础上,进一步给出了滤波器初值的计算方法,然后给出了GPS系统硬件延迟和卫星相对于平均值的硬件延迟的计算结果,并对GPS系统硬件延迟及卫星和接收机硬件延迟的稳定性进行了评价,结果表明,在两个半月的时间里,它们是非常稳定的,最后通过TEC的计算结果及其与滤波估计的比较证明了本文方法的正确性.     

利用GPS计算TEC的方法及其对电离层扰动的观测

在总结用ＧＰＳ研究电离层电子总量ＴＥＣ的数据处理方法基础上,分析了利用伪距观测量和载波相位观测量计算电离层ＴＥＣ的特点及误差来源．在处理过程中考虑了卫星的硬件延迟偏差,分析了应用ＩＲＩ模型进行接收机硬件延迟偏差修正的可能性,发现利用少量ＧＰＳ数据和ＩＲＩ模型修正接收机硬件延迟偏差有一定的困难．最后,利用一些ＧＰＳ观测数据有针对性地研究了电离层对若干次扰动事件的响应．包括一次大的太阳耀斑期间的电离层ＴＥＣ变化、一次较典型的电离层行扰以及日食期间的电离层ＴＥＣ的相对变化等电离层物理问题．结果表明,利用该方法计算ＴＥＣ的精度可满足电离层扰动现象的研究．     

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量（total electron content,TEC）,分析了2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构：瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北-东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向（向南）传播,从而形成垂直磁力线方向（东西）的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.

     

基于等离子体GCPM模型对电离层薄壳模型高度的仿真研究

在基于GPS数据提取电离层总电子含量(TEC)的过程中,电离层薄壳高度的选择对解算电离层垂直TEC的精度有很大的影响.但由于不可能获得一个真实的从电离层D层到GPS卫星高度的电子密度剖面,关于电离层薄壳高度的选择一直是基于GPS数据解算电离层TEC方法中关注的一个问题.本文利用等离子体GCPM模型,对太阳活动高年(2002)和太阳活动低年(2008)情况下电离层有效薄壳高度的选择进行了仿真计算.结果表明,最佳的薄壳高度在2002年为560 km,而在2008年为695 km.通过对全球八个具有代表性地点的仿真计算,揭示了有效薄壳高度更复杂的变化特点.在白天,最佳薄壳的高度变化不大(500 km至750 km);但在夜晚,最佳薄壳高度变化范围很大,甚至可以超过2000 km.此外,本文还对不同卫星仰角的情况下斜向TEC转换为垂直TEC的误差进行了分析,结果表明:随着卫星仰角的增加,薄壳模型带来的转换误差基本上是单调减少的.因而,在实际应用中,尽可能地采用大仰角的卫星数据有助于提高解算的电离层垂直TEC的精度.最后,对全球不同地点的电离层TEC的仿真研究表明,在电子密度水平梯度较大的地区,应用电离层薄壳模型时会导致电子密度较高处的TEC被高估,而电子密度较低处的TEC被低估,在分析基于GPS数据提取的电离层TEC空间变化时要认识到这一点.     

电离层高频多普勒记录在扩展-F研究中的应用

本文通过观测实例探讨并论证了电离层高频多普勒观测在扩展-F研究中的应用.实例和相应分析表明:首先,由于高频多普勒记录的时间连续性,有利于从观测角度了解扩展-F的时间演化过程;其次,高频多普勒偏移对不规则结构造成的回波弥散、对不同尺度行进电离层扰动(TID)以及耀斑引起的突然频率偏移(SFD)效应都很敏感,这些现象在记录上出现的时间关系有利于了解扩展-F的触发因素或扩展-F与其他电离层背景扰动之间的联系或相互作用;最后,高频多普勒记录对于持续时间较长(几小时以上)或很短(小于1小时)的扩展-F都能够完整地反映,不会产生因为观测间歇形成的缺失,也可以有效区分究竟是连续一次还是一段时间内断续的扩展-F现象.高频多普勒观测有其自身的优点同时也具有一定的局限性,本文对其局限性诸如缺乏空间分辨率等也做了分析.指出发挥高频多普勒观测的优势,综合应用多种资料,通过不同手段的数据分析和比较,可以更好地为电离层扰动的物理机制和预报研究提供正确的观测依据.     

大尺度电离层行扰的GPS观测

利用日本境内的高空间分辨率的双频GPS台站资料,观测研究了发生于2000年7月中旬太阳强活动期间的一次大尺度电离层行扰. 结果表明:在7月15日11:00UT-1:00UT期间观测区域的电离层中出现了大尺度电离层行扰. 在15:00UT之前,扰动周期为2h左右,在15:00UT以后,扰动周期为1h左右;总电子含量扰动幅度的变化范围约为1-2TECU;通过对15:00-17:00UT之间总电子含量扰动曲线同相位点的分析,发现这期间的电离层行扰的扰动速度约为600-700m/s,扰动波长在2200km左右,扰动传播的方向几乎沿着经线从高纬向低纬传播. 该行扰与此次强太阳活动有直接的关系,因其发生在7月15日的磁暴急始之前数小时,因此与磁暴本身没有因果关系,应与磁暴之前先期到达地球空间的高能质子流有关.     

接收GPS卫星信号测量电离层总电子含量结果的初步分析

利用ＲｏｇｕｅＳＮＲ─８ＣＧＰＳ卫星接收机进行电离层总电子含量（ＴＥＣ）的观测。介绍了基本分析方法以及在新乡和南宁两地初步测量结果。结果表明，新乡的ＴＥＣ特性反映了中纬地区电离层的变化特征，而南宁的ＴＥＣ特性则反映了电离层的赤道异常的某些特征，显示了赤道异常峰的南北向移动的特点。