中低纬等离子体泡的非线性数值模拟

在一维密度扰动的假定下,考虑不同的初始背景电场条件,对太阳高年的春季期间的赤道以及中低纬地区电离层F区的等离子体不稳定性进行了非线性数值模拟研究。结果表明:在没有背景电场作用时,只有磁赤道地区的密度扰动能发展成等离子体泡,并上升到F层峰以上;中低纬地区的密度扰动需要在背景电场的作用下才能进一步发展成等离子体泡;随着纬度增大,等离子体不稳定性发展所需要的背景电场越强,这意味着导致磁赤道和中低纬地区的等离子体泡形成的等离子体不稳定性不同。

电离层垂直TEC映射函数的实验观测与统计特性

利用GPS信标测量获得的电离层电子浓度总含量(TEC)是沿电波路径的斜向TEC.理论研究和实际应用中,常常需要通过映射函数将斜向TEC转换为垂直方向的TEC,这在当前主要采用对电子浓度分布模型的数值积分得到模型映射函数来实现.本文在考察现有不同模型映射函数的基础上,又提出了一种源于实际观测的实验映射函数的概念与估算方法.我们利用IGS的全球GPS观测站的斜向TEC和JPL提供的垂直TEC数据获得了2006年期间的实验映射函数,并对所得结果进行了初步统计分析.在卫星天顶角较小时,上述实验映射函数和模型映射函数之间相差甚微,均可很好描述垂直TEC与斜TEC之间关系;但卫星天顶角较大时,实验映射函数和常用的模型映射函数之间存在明显差异.本文认为,这种差异主要是因为现有模型映射函数中没有考虑到等离子体层的贡献.我们认为采用基于实验映射函数的模式,或者通过考虑等离子体层的贡献对现有模型映射函数进行改进,可以有效提高电离层TEC的估算精度.

基于单站多系统的GNSS硬件延迟估算方法及其应用

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite Systems,GNSS)的不断发展,中国地区单个GNSS接收站在一个时刻可以接收到超过30颗GNSS卫星的信号,这为单站GNSS硬件延迟估算方法的研究提供了有利条件.本文首先通过GNSS硬件实验,分析了不同温度条件下GNSS系统硬件延迟的变化特征,研究结果显示:当温度快速变化时,硬件延迟变化比较剧烈,变化幅度可达12.53TECU(1TECU=10 16el·m-2);在恒温条件或室温条件下,硬件延迟变化比较缓慢,变化幅度在1.00TECU左右.在GNSS系统硬件延迟实验的基础上,充分利用单站多星观测的特点,提出了一种基于单站多系统的GNSS硬件延迟的估算方法——单站三角分解与差分消元法,并将该方法应用于河北保定站2015—2017年GNSS系统硬件延迟的求解中.通过对估算的GNSS系统硬件延迟进行分析显示:单站三角分解与差分消元法具有计算速度快、独立性好的特点;在北斗系统上硬件延迟的求解效果优于GPS、GLONASS系统,硬件延迟求解的结果整体上比利用欧洲定轨中心全球电离层地图校正的结果大2.50~3.00TECU左右;同时,该方法在消除GNSS系统硬件延迟后,获得的垂直总电子含量(Total Electron Content,TEC)能较好地反映电离层TEC的周日变化、日出增强、半年变化、年变化和春秋分不对称性等特征.

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.

电离层全球电子总含量的气候学特性分析与经验模式构建

利用120°E子午线上的GPSTEC数据,计算了1996～2004年间的等效电离层全球电子总含量(GEC).应用偏相关方法分析了GEC与太阳活动指数F10.7,以年为基频的季节因子之间的相关性,发现GEC与F10.7,年变化和半年变化因子之间均存在较强的相关性.据此,构建了一个由太阳活动指数和季节因子共同驱动的GEC经验模式,并考察了太阳活动指数的修正对建模效果的影响.结果表明GEC的变化主要由太阳活动周变化,年变化和半年变化3种分量构成,其中太阳活动周变化由太阳活动指数控制,其变化幅度最大;年变化与半年变化的幅度也受太阳活动指数调制,半年变化的幅度略大于年变化幅度.此外,经过对比分析,文中构建的GEC经验模型优于Afraimovich等人提出的GEC经验模型.