基于深度学习构建的全球电离层NmF2模型

采用递归神经网络对空基COSMIC和地基垂测站数据建立了全球电离层峰值电子密度模型,模型均方根误差达到1.3×10~5 el/cm~3。在春夏秋冬4个季节内,人工神经网络ANN模型预测精度比IRI模型分别提高了25.7%、19.7%、33.3%和21.8%。另外,ANN模型不仅能够有效地模拟全球电离层时空变化特征,也能够成功地模拟电离层的诸多区域物理变化特性,如赤道电离异常、威德尔海异常、中纬度夜间异常和冬季异常。ANN模型可以为改正单频接收机的电离层延迟发挥一定的作用。     

行星际等离子区对火星探测器距离观测量的影响

根据Muhleman和Anderson在1981年给出的行星际空间等离子体密度模型,模拟计算了行星际等离子区对8GHz电波的距离延迟与太阳-地球-航天器夹角(SEP)和光路径长度(L)的关系。结果显示,在本文的模拟条件下,距离延迟随SEP和L从几毫米变化到几十米。最后,分别仿真了一条地火转移轨道和环火星轨道,计算了两种情况下行星际等离子区延迟对测站到航天器距离观测量的影响。     

非均匀运动等离子体中波传播的边值问题

本文使用热等离子体模型,研究了电磁波和电声波在具有非均匀电子密度剖面和非均匀速度剖面等离子体层中,斜入射波的非相对论性的传播过程,求得了传播方程边值问题的数值解。同时讨论了由于引入等离子体运动速度V₀以后对截止频率和可传播角度的影响。     

不均匀等离子体鞘套中电磁波的传播

本文讨论了电磁波在电子密度呈双指数分布的等离子体鞘套中的传播,导出了反射系数与透射系数的解析表达式,特别给出了在较高碰撞频率时的一系列数值计算结果及若干分析意见。     

基于Swarm卫星GPS/TEC观测的顶部电离层三维电子密度分布的层析法研究

利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔~150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异.     

非均匀磁等离子体中电磁波和电声波耦合传播理论

我们从磁流体力学基本方程出发,给出了计及外加常数磁场情况下规则非均匀等离子体中电磁波和电声波的耦合传播方程。在选用的电子密度剖面下,求解了该方程组的边界值问题,得到了|P_1|和|H_x|的数值解,进而证明了在此基础上我们得到的电磁波和电声波传播的简单近似耦合方程组是可用的。 最后,我们计算了Debye长度和等离子体波长,指出在等离子体鞘套中等离子体波不能辐射出去的主要原因是在鞘套外边界严重的Landau阻尼造成的,并非在激波线强间断处的多次反射结果。 同时,也对所得到的传播耦合方程的普遍性进行了讨论。     

2022年1月8日青海门源6.9级地震前电离层异常特征分析

利用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针观测的原位电子密度数据和等离子体分析仪观测的原位氧离子密度数据,针对2022年1月8日青海门源M_S6.9地震,分析震前电子密度和氧离子密度异常特征,并总结以往震例。结果显示,在门源M_S6.9地震前11天出现电子密度和氧离子密度高值异常;对电离层异常进行震例统计分析,发现大多数地震前6天以内出现电离层异常,且走滑型地震和逆冲型地震震前居多,讨论异常产生的机理可能为大气声重波机制和电场机制。     

不同初始扰动对电离层扩展F影响的数值模拟

重力波、中性风场、电场是激发电离层扩展F的主要影响因子,本文基于中低纬电离层扩展F发展的物理模型,通过电场强度、背景风场对扩展F影响作用的分析和经验对比,首先验证了模型的有效性,后借助该模型数值模拟了给定背景环境下三种尺度初始电子密度扰动条件下扩展F的发展情况,同时研究了利用化学物质释放实现一定尺度扰动,进而激发扩展F的过程.结果表明,较强的背景电场、东向风场有利于扩展F的形成和抬升,与经验结论相吻合;电离层从被作用初始扰动到激发扩展F的过程中存在拐点效应,拐点之后扩展F被激发形成并且抬升迅速,同时短波长扰动相对于长波长扰动更有利于扩展F的激发和发展;化学物质H_2O释放通过耗散电子密度,形成了一定尺度扰动并诱发了扩展F的形成,该方法可作为一种人工激发扩展F的探索手段.     

基于LAIC电场渗透和SAMI2模拟的地震-电离层扰动现象研究

地震会造成电离层电子密度扰动。 基于三维电场渗透模型和SAMI2模型, 模拟地震发生前产生的异常电场对电离层电子密度的影响。 模拟结果表明, 地震前形成的附加电流会引起电离层产生异常电场, 且异常电场值与地震震级和地震发生时间有着明显的相关。 同时异常电场会使电子产生E×B漂移, 造成电子密度扰动。 随着时间的推移, 电子密度扰动逐渐减小且扰动区域会向着靠近磁赤道方向或远离磁赤道方向漂移。