IRI2016参考电离层模型在高度60～100km的精度分析

60~100 km低电离层对无线电传播、测量具有重大影响。IRI2016作为目前最新的国际参考电离层模型,研究其提供的电子密度在高度60~100 km的精度具有重要实际意义。本文以廊坊中频雷达(位于中纬度地区)提供的电子密度资料(2014—2016年)为基准,利用偏差、绝对差、相关系数、相对偏差和Lomb-Scargle周期图方法,定量分析了IRI2016模型电子密度在中纬度地区60~100 km高度范围内的精度特征。结果表明,在中纬度地区60~100 km高度范围内:①电子密度偏差、绝对差、相对偏差与季节有密切关系,在高度86~100 km,随高度增加均快速增大;相关系数同样与季节有密切关系,但随高度增加表现出增大、减小的交替变化特征;②IRI2016模型电子密度精度与太阳活动、地磁条件有关,在太阳活动低年、磁宁静条件下的电子密度精度最高;③中频雷达和IRI2016模型电子密度在82~84 km均显著(通过90%显著性检验)含有准全日潮汐波、准8 h重力波,同时IRI2016模型还显著含有准半日潮汐波,而中频雷达未显著含有准半日潮汐波;在86~92 km均显著含有准全日潮汐波、准半日潮汐波,无准8 h重力波;④中频雷达、IRI2016模型电子密度在同一高度层显著含有的波周期及功率谱存在差异,不同高度层之间显著含有的波周期及功率谱也存在差异;⑤对于高度82~92 km的中频雷达、IRI2016模型电子密度变化特征,准全日潮汐波均为主要作用,准8 h重力波在82 km为次要作用,而准半日潮汐波在86~92 km为次要作用。

IRI2016模型的TEC预测能力分析

为了研究IRI2016模型对于总电子含量(TEC)的预测能力,该文利用IRI2016模型计算的TEC数据与GPS-TEC、CODE TEC数据,分别从单站、全球和区域(高、中、低纬度)的角度对IRI2016模型预测TEC的能力进行了分析。首先,选取2004—2018年中的偶数年作为对比年份,在全球范围内选取5个代表性的测站,分别是位于高纬度的Nril站、Palm站,中纬度的Cedu站、Yssk站和低纬度的Bogt站,比较了IRI2016模型和GPS-TEC实测数据;然后,在4个测试年中,将IRI2016模型在四至点上的全球TEC预报图和对应的CODE TEC图进行了对比,并分别将高、中、低纬度地区的数据结果提取出来,绘制出CODE TEC与IRI2016模型差值的分布直方图。结果表明:从单站、全球和中高纬度区域的角度分析,IRI2016模型表现较好。但模型描述的全球TEC分布较粗略,灵活性不高,并且在低纬度区域范围内,模型数据与CODE TEC差值的均方根值较大,模型表现较差。

一种适合MSNA区域的单站TEC经验模型:以ohi3站为例

中纬度夏季夜间异常(midlatitude summer nighttime anomaly,MSNA)区域内的总电子含量(total electron content,TEC)的日变特性存在季节性差异,能否有效描述MSNA的特征是检验电离层TEC经验模型精度的关键指标之一。针对MSNA现象,提出了一种适合MSNA区域的单站电离层TEC经验模型,命名为SSM-T2(single station model type2)模型;以位于MSNA区域内的南极半岛上的奥伊金斯站(ohi3)为例,验证了该模型的有效性。SSM-T2模型由3部分组成,分别是TEC日变化分量、季节变化分量和随太阳活动分量,模型中的系数由非线性最小二乘拟合得到。在南极半岛的ohi3站上,模型拟合测试结果表明,SSM-T2-ohi3模型与建模数据GPS-TEC拟合得很好,较好地描述了MSNA现象。通过模型对比分析发现,在外推时间点上,SSM-T2-ohi3与CODE GIMs、SSM-month模型符合得很好,能有效描述MSNA的特征,具有较好的预测能力,且总体上优于IRI2016模型。