电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的监测与预报是空间环境研究的重要内容,对卫星通讯和导航定位等有重要意义.TEC值影响因素较多,很难确定精确物理模型来对其进行预测.本文设计了基于注意力机制的LSTM模型(Att-LSTM),采用...电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的监测与预报是空间环境研究的重要内容,对卫星通讯和导航定位等有重要意义.TEC值影响因素较多,很难确定精确物理模型来对其进行预测.本文设计了基于注意力机制的LSTM模型(Att-LSTM),采用过去24小时TEC观测数据对未来TEC进行预测.选择北半球东经100°上,每2.5°纬度选择一个位置,共计36个位置来验证本文提出模型的性能,并与主流的深度学习模型如DNN、RNN、LSTM进行对比实验.取得了如下成果:(1)在选定的36个地区未来2小时单点预测上,基于本文的Att-LSTM模型的TEC预测性能明显优于其他对比模型;(2)讨论了纬度对Att-LSTM预测未来2小时TEC值时性能的影响,发现在北纬0°到60°之间,Att-LSTM预测性能随着纬度的升高而略有降低,在北纬62.5°~87.5°之间,模型预测性能出现扰动,预测效果略差;(3)讨论了磁暴期和磁静期模型的预测性能,发现无论是磁暴期还是磁静期,本文模型预测性能均较好;(4)还讨论了对未来多时点预测效果,实验结果表明,本文所提出的模型对未来2、4个小时的预测拟合度R-Square均超过0.95,预测结果比较可靠,对未来6、8、10个小时预测拟合度最高为0.7934,预测拟合度R-Square下降迅速,预测结果不可靠.展开更多
太阳辐射是火星电离层变化的重要控制因素.利用火星全球勘探者号(Mars Global Surveyor,MGS)电离层掩星探测数据,并结合一个火星电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)经验模型,研究了火星北半球高纬地区电离层电子密度对太阳...太阳辐射是火星电离层变化的重要控制因素.利用火星全球勘探者号(Mars Global Surveyor,MGS)电离层掩星探测数据,并结合一个火星电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)经验模型,研究了火星北半球高纬地区电离层电子密度对太阳辐射变化的响应特性.在考虑了火星掩星数据中电离层电子密度对太阳天顶角的依赖关系后,发现随着太阳辐射增强,火星电离层M_(2)层峰值密度增大,但增长偏离线性趋势,而M_(2)层峰值高度和大气标高没有很明显的变化趋势.从100~200 km高度区域掩星电子密度剖面积分得到的TEC及底部和顶部TEC也随太阳辐射增大而增大,但增长率有所减小,表明火星电离层可能存在类似地球电离层的饱和特征.MGS掩星TEC及其底部和顶部剖面的TEC与经验模型TEC的比值均与太阳辐射强度变化呈反相关特性,表明在强太阳辐射情形下200 km以上电子含量在TEC中占比增大.这一特性意味着太阳活动增强,在火星顶部电离层区域,动力学过程对电离层的控制逐渐超过光化学过程.展开更多
在前人工作的基础上,完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS:Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences).TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程...在前人工作的基础上,完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS:Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences).TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程,对地磁场采用偏心偶极近似.同时结合欧拉网格和拉格朗日网格,并考虑了等离子体的电场漂移作用.计算结果表明模式稳定可靠,能再现大部分电离层大尺度特征.基于本模式,进行了一个观测系统数据同化试验.结果表明,采用非线性最小二乘拟合的方法,把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中,能够准确的估算电场漂移作用,为进一步开发同化模式,进行电离层现报和预报奠定了基础.展开更多
文摘电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的监测与预报是空间环境研究的重要内容,对卫星通讯和导航定位等有重要意义.TEC值影响因素较多,很难确定精确物理模型来对其进行预测.本文设计了基于注意力机制的LSTM模型(Att-LSTM),采用过去24小时TEC观测数据对未来TEC进行预测.选择北半球东经100°上,每2.5°纬度选择一个位置,共计36个位置来验证本文提出模型的性能,并与主流的深度学习模型如DNN、RNN、LSTM进行对比实验.取得了如下成果:(1)在选定的36个地区未来2小时单点预测上,基于本文的Att-LSTM模型的TEC预测性能明显优于其他对比模型;(2)讨论了纬度对Att-LSTM预测未来2小时TEC值时性能的影响,发现在北纬0°到60°之间,Att-LSTM预测性能随着纬度的升高而略有降低,在北纬62.5°~87.5°之间,模型预测性能出现扰动,预测效果略差;(3)讨论了磁暴期和磁静期模型的预测性能,发现无论是磁暴期还是磁静期,本文模型预测性能均较好;(4)还讨论了对未来多时点预测效果,实验结果表明,本文所提出的模型对未来2、4个小时的预测拟合度R-Square均超过0.95,预测结果比较可靠,对未来6、8、10个小时预测拟合度最高为0.7934,预测拟合度R-Square下降迅速,预测结果不可靠.
文摘太阳辐射是火星电离层变化的重要控制因素.利用火星全球勘探者号(Mars Global Surveyor,MGS)电离层掩星探测数据,并结合一个火星电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)经验模型,研究了火星北半球高纬地区电离层电子密度对太阳辐射变化的响应特性.在考虑了火星掩星数据中电离层电子密度对太阳天顶角的依赖关系后,发现随着太阳辐射增强,火星电离层M_(2)层峰值密度增大,但增长偏离线性趋势,而M_(2)层峰值高度和大气标高没有很明显的变化趋势.从100~200 km高度区域掩星电子密度剖面积分得到的TEC及底部和顶部TEC也随太阳辐射增大而增大,但增长率有所减小,表明火星电离层可能存在类似地球电离层的饱和特征.MGS掩星TEC及其底部和顶部剖面的TEC与经验模型TEC的比值均与太阳辐射强度变化呈反相关特性,表明在强太阳辐射情形下200 km以上电子含量在TEC中占比增大.这一特性意味着太阳活动增强,在火星顶部电离层区域,动力学过程对电离层的控制逐渐超过光化学过程.
文摘在前人工作的基础上,完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS:Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences).TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程,对地磁场采用偏心偶极近似.同时结合欧拉网格和拉格朗日网格,并考虑了等离子体的电场漂移作用.计算结果表明模式稳定可靠,能再现大部分电离层大尺度特征.基于本模式,进行了一个观测系统数据同化试验.结果表明,采用非线性最小二乘拟合的方法,把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中,能够准确的估算电场漂移作用,为进一步开发同化模式,进行电离层现报和预报奠定了基础.
