利用高频天波返回散射反演电离层水平不均匀结构

高频天波返回散射探测作为重要的电离层探测手段,能够实现遥远区域电离层空间上的连续监测,探测获取的返回散射扫频电离图显示了探测频率-群路径-回波能量三者之间的关系.由于电离图包含了探测路径上的电离层状态信息,通过对其反演可以实时获取大面积范围的电离层参数.本文提出了一种基于解空间约束的返回散射前沿反演算法,能够重构电离层水平不均匀结构.针对反演非线性问题,采用Newton-Kontorovich方法进行求解,同时又引入了求解不适定问题的Tikhonov正则化方法,有益于解的稳定性和唯一性.利用模拟数据和实测数据分别对本文建立的算法进行了验证,并与Fridman和Fridman于1994年提出的反演方法进行了对比.结果表明,本文算法反演结果稳定,对返回散射前沿判读误差不敏感,与Fridman和Fridman 1994年方法相比,本文方法对电离层局部精细结构反演更加准确,具有较高的反演精度.本文提出的算法不但能够反演白天和夜间这种电离层较平稳时期的电离层状态,而且对于日出/日落时段等电子浓度分布变化较快情形下的电离层,也有很好的反演效果,表明了该算法在处理复杂多变的实际探测的返回散射电离图中的应用价值.     

频高图无描迹区信息提取

利用电离分布的δ函数近似,提出确定频高图无描迹区分布信息的一种剖面分析程序,阐述了相应的理论依据。本程序扩大了实测频高图的可分析范围,具有较高稳定性。     

高频返回散射扫频电离图的反演

斜向返回探测可以对遥远地区的电离层进行连续监测,是探测电离层的主要手段之一,一般得到返回功率、群路径或时延与频率之间的关系,称为高频返回散射电离图.由于电离图包含了探测路径上电离层状态信息,可以通过对其反演获得电离层结构参数.本文提出了一种新的反演算法,使用模拟退火方法对返回散射扫频电离图前沿进行了反演,并用实际探测数...     

电离层频高图参数的实时自动度量与分析

电离层特征参数的实时获取和分析是电离层空间天气监测预报的重要内容.本文针对电离层频高图参数的实时自动度量和分析问题,提出了一种基于电子浓度高度剖面经验正交函数(Empirical Orthogonal Function, 简称EOF)分析的频高图参数自动度量方法,并将该方法应用到位于北京空间环境观测站(403°N,1162°E)的CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)数字测高仪观测频高图的实时自动度量和分析上.结果表明,该方法具有较好的可靠性和通用性,能实时自动度量频高图的有关参数并反映相关的电离层变化,可作为电离层空间天气实时监测分析的一种有效手段.     

Nonlinear time series analysis of the ionospheric measurements

The applications of the tools of nonlinear time-series analysis to measurements obtained by digital ionosonde PARUS, created at IZMIRAN, is considered. Small-scale structure of the electron density Ne at F-region of ionosphere is examined by exploring observables of reflected high-frequency radio wave.Time series corresponding to given transmitter frequency f and virtual height h and conforming to usual, not perturbed, day ionogram are examined. Using the standard correlation algorithm, we have determined that for an embedding dimension n = 15, computed correlation dimension D2(n) reaches its saturation, D2 4.Reliability of the estimation of the correlation dimension was confirmed by applying to our sets of measurements J. Theiler's modification of standard algorithm. The test of time difference, smoothing procedure, calculation of the largest Liapounov exponent, and analysis of the surrogate data were employed in our study of data sets. Although our sets of measurements contain a significant random noise, nonlinear time-series analysis clear up, that the dynamics of unperturbed ionosphere, generating this time series, exhibits low-dimensional behavior.     

北京地区电离层Chapman标高的统计分析

利用F₂层峰值处的Chapman标高H_m可以构建电离层顶部的电子浓度剖面.本文通过对北京站(40.3°N,116.2°E)从2010年1月到2014年5月的电离层频高图人工度量后获得了F₂层峰值处的Chapman标高H_m,分析研究了H_m随周日、季节和太阳活动变化,并探讨了H_m与F₂层特征参数f_oF₂、h_mF₂以及IRI底部厚度参数B₀的相关性.研究表明,(1)北京地区标高H_m的周日变化明显,在正午左右有最大值,夏季和春秋季的最小值出现在午夜左右,而冬季有两个谷值,在日出后和20:00LT左右; H_m在日出前有较小的增加,但不是很明显;(2)白天标高H_m有明显的季节变化,夏季最强,冬季最弱,而夜间的季节变化较小;(3)H_m随太阳活动的增强而增大,地磁扰动会引起H_m偏离正常水平;(4)H_m与h_mF₂相关性很弱,但白天和夜间各自的相关性较强,并且夜间大于白天;H_m与B₀有很强的相关性;(5)由IRI2012给出的B₀与H_m在冬季的相关性很小,表明IRI模式还需要进一步改进.     

南极中山站F-lacuna特征分析

F-lacuna是高纬极区电离层测高仪频高图上经常出现的一种F层回波描迹部分或全部消失的现象,直接影响电离层参数的标定,其表征的电离层物理过程尚未定论.利用南极中山站测高仪频高图数据,本文统计分析了Flacuna在不同太阳风速度水平下的发生频率,主要对2012年2月15日一次F2-lacuna观测实例的粒子沉降及电离层特性进行了分析.观测特征表明,F2-lacuna发生期间,电离层电子总含量TEC明显减小,昭和站SuperDARN高频雷达观测到的中山站上空电离层Bragg后向散射增强,但对应来自磁层的电子和离子沉降并不明显.这可能是由磁层亚暴引起的极区电离层电流体系扰动,触发电离层F-B不稳定性,产生沿场向排列的小尺度不规则体,其热效应导致F2层密度减小,F2-lacuna出现.