COSMIC掩星电子密度廓线的质量检核

利用COSMIC掩星任务自2010年至2014年的电离层电子密度廓线,使用只考虑廓线自身特性的4种参数进行质量检核,并对廓线质量的时空分布进行分析。发现在廓线质量的空间分布上,廓线不合格率在高纬地区最高,其次是低纬地区,在中纬地区最低,这可能与电子密度分布在磁赤道附近存在赤道异常、两极地区的磁场强度最大有关。廓线质量的季节变化较明显,在南、北半球,冬、春两季的廓线不合格率均显著高于夏、秋两季。另外,廓线质量具有一定昼夜分布特性,不合格率白天明显较夜晚低,且在晨昏分界线上变化较大。合格廓线的电子密度峰值和峰值高度分布在磁赤道附近明显高于其他区域,呈现"双驼峰"现象。

CSES/FY3C掩星与数字测高仪探测电离层特征参数比较分析

为了进一步提高当前风云三号系列卫星(FY3C)以及张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)等具备北斗卫星导航系统(BDS)及全球定位系统(GPS)无线电掩星(RO)观测能力的低轨卫星所得电离层峰值参数的反演精度,提出一种以数字测高仪探测数据为参考,采用多种时空匹配窗口对掩星反演结果进行电离层特征参数验证分析的方法:实验结合2018-7-20—2018-8-20共计20551次掩星事件,及6094个数字测高仪观测电子密度廓线数据,从峰值密度、峰值高度及临界频率等多方面对FY3C与CSES卫星掩星观测进行对比分析;同时为避免由于不同观测数据时空不一致引入的差异,分析不同时空匹配窗口对掩星与数字测高仪观测结果比对的影响。结果表明:低轨卫星掩星所得峰值参数与数字测高仪观测资料在不同匹配准则下的比较结果存在差异;当空间(时间)窗口不变时,随着时间(空间)窗口增大,无论是低轨卫星掩星同数字测高仪探测数据的比较,还是低轨卫星自身之间的比较,其电离层峰值参数数据匹配的相关性(一致性)都将下降,进而导致相关系数与拟合精度的减小;在相同的时空匹配窗口中,CSES与FY3C掩星反演出的电离层峰值密度相关性较强,而电离层峰值高度相关性较弱;CSES卫星更适合于低纬地区低高度与中高纬地区低中高度的电离层掩星探测,而FY3C卫星则适合于低纬地区中高高度与中高纬地区高于CSES卫星轨道高度的电离层掩星探测。

COSMIC与FY-3C掩星电离层反演的比较

利用基于TEC的电子密度廓线反演方法,对2014年12月31日的COSMIC和FY-3C掩星任务的电离层掩星相位数据进行处理,将反演的电子密度廓线及电离层峰值参数分别与两个掩星任务的官方产品进行比较,发现两个掩星任务的反演结果与官方产品均具有较好的一致性.其中COSMIC反演结果与CDAAC官方产品的一致性略好于FY-3C反演结果与NSMC官方产品的一致性,且两个任务的NmF2的反演质量均优于hmF2的反演质量.但与COSMIC不同,FY-3C掩星电离层相位数据进行反演处理之前有必要进行滤波平滑预处理,且由于FY-3C非掩星时段的相位数据量太少,反演过程中不建议对TEC进行改正.

电离层掩星反演的TEC修正反演法

电离层掩星数据反演的传统方法是采用改正TEC的Abel变换反演法,实际电离层的非球对称性会给电子密度的反演结果带来误差.文中研究了利用TEC修正方法结合背景场来剔除TEC受电子密度水平变化的影响,改善球对称假设适用性,提高反演精度,并应用此方法于模拟掩星事件的反演.结果表明,与传统的Abel变换反演相比,TEC修正反演法能够减小反演误差.用TEC修正反演法对不同方法获取的背景场的反演结果比较表明,背景场与实际场吻合的程度越高,反演效果越好.