中国地区电离层TEC暴扰动研究

电离层总电子含量(TEC)是空间天气研究和监测预报的重要参量.本文引入了电离层TEC扰动指数DI,对青岛等6个台站的DI数据进行分析,选取DI>0.35(DI≤-0.30)作为正(负)相电离层TEC扰动的强度标准,并以连续6h及以上的DI满足该值来判定电离层TEC暴扰动事件.对电离层TEC暴扰动事件的统计分析表明,在地方时日落后至子夜前为发生高峰时段,正(负)相暴扰动事件平均持续时间约为10.9h(10.5h),正相暴发生率以冬季为多,夏季为少,而负相暴则以夏季略高.发现位于赤道异常驼峰区的广州站和位于高中纬度的海拉尔站比典型中纬地区的北京站电离层TEC暴扰动更易发生,且低纬地区以正相暴扰动为主.分析表明,约有70%的电离层TEC暴扰动伴随着有地磁扰动,但是电离层TEC暴扰动并不完全由地磁扰动所引起,强烈气象活动等局地环境因素也可能对电离层TEC暴扰动有着重要影响.

2004年11月强磁暴期间中国地区电离层TEC扰动特性分析

利用28个全球定位系统(Global Positioning System,GPS)观测站获取的电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)测量数据,分析了2004年11月一次强磁暴期间的中国中低纬地区电离层TEC暴扰动特性,结果表明:电离层TEC以正相暴扰动响应为主,中纬地区的暴变扰动要强于低纬,以北纬35°附近扰动最为强烈;暴时电离层空间相关性变强,电离层相关距离由宁静日的约5 500km提升到暴变日的约8 000km;在8日的主暴扰动期间,发现伴有自东北向西南的电离层TEC暴扰动传播,自东向西的经向传播速度约为120m/s,要高于纬向传播.初步探讨表明,向赤道中性风、日侧东向急剧穿透电场以及喷泉效应等可能是导致此次电离层TEC正相暴在北纬35°附近扰动最为强烈的关键因素,也进一步揭示了电离层与太阳风、磁层之间以及电离层不同纬度区之间有着复杂的耦合过程.

2004年11月一次磁暴期间全球电离层TEC扰动分析

利用全球分布的GPS原始观测数据提取的电离层总电子含量(TEC)分析了2004年11月6日至12日期间全球电离层暴的形态特点与发展过程．结果表明,11月8日磁暴主相期间电离层暴以大范围的强烈正暴为主,在11月10日的恢复相,Dst又一次降到最低值前后期间,电离层再次受到很强的扰动,大范围的正暴和负暴交替出现．这次磁暴期间夏季半球的负暴更加强烈,反映出负暴偏向于在夏季半球发生的季节变化特点．另外,磁暴期间,夜晚TEC值普遍比磁暴前的平静期要低,具体是什么机制导致还需要进一步收集数据和分析．

基于IGS电离层TEC格网的扰动特征统计分析

电离层总电子含量(TEC)是研究空间天气特性的重要参量,通过分析电离层TEC,可以了解空间环境的变化特征.利用IGS提供的1999-2016年全球电离层TEC格网数据,按照地磁纬度将全球划分为高、中、中低、低磁纬四个区域,计算不同区域的电离层扰动;利用大量统计数据选取电离层扰动事件的判定阈值,分析电离层扰动与太阳活动、时空之间的关系;计算电离层扰动指数与地磁活动之间的相关系数.结果显示:电离层扰动与太阳活动变化具有较强的正相关特性.在太阳活动低年,电离层扰动事件发生的概率约为1.79%,在太阳活动高年发生扰动的概率约为10.18%.在空间分布上,无论是太阳活动高年还是低年,高磁纬地区发生扰动事件的概率均大于其他磁纬出现扰动事件的概率.计算得到的中磁纬和中低磁纬地区电离层扰动指数与全球地磁指数Ap的相关系数分别为0.57和0.56,说明电离层扰动指数与Ap具有较好的相关关系;高磁纬电离层扰动指数与Ap的相关系数为0.44;低磁纬扰动指数与Ap的相关系数为0.39.以上结果表明,不同区域电离层扰动与全球地磁指数Ap的相关性不同,测定区域地磁指数可能会提高与电离层扰动的相关性.

2018-08-25~29期间全球电离层TEC对地磁暴的响应分析

使用IGS提供的全球电离层地图对2018-08-26地磁暴期间TEC变化进行分析,利用滑动四分位距法提取全球TEC扰动特征,并初步探讨此次磁暴引起的电离层扰动响应机制。结果表明:1)磁暴主相期间,除北极地区外电离层TEC主要表现为正相扰动;在恢复相期间,电离层TEC在北半球呈现长期负扰,而在南半球则相反。2)磁暴期间全球电离层TEC扰动与热层成分O/N_(2)变化有关。星际磁场南向期间,东向快速穿透电场对全球日间电离层TEC正扰具有很大影响,高能粒子的沉降作用可能是高纬和极区TEC发生正扰的原因;夏冬季节环流会促进电离层在磁暴恢复相阶段的南北不对称响应。

北斗GEO卫星在磁暴电离层扰动分析中的应用

为了研究磁暴发生期间,电离层受其影响产生的异常扰动现象的特性,本文利用北斗系统中地球静止轨道(GEO)的特性,选取沿等纬度、经度和地磁纬度规则分布的地面站观测数据,针对2019年5月11日与5月14日发生的磁暴事件,对磁暴期间电离层扰动进行了分析,实验表明5月14日磁暴事件造成的电离层扰动在各点处有着更相似的时频特性;同时计算得到了磁暴沿纬线的平均传播速度为657.9 m/s,沿经线的平均传播速度为480.1 m/s,沿地磁纬线的平均传播速度为1 591.2 m/s。

利用神经网络预报短期电离层TEC变化

利用神经网络,基于IGS提供的(40°N,115°E)网格点TEC数据,本文构造了该点处提前一天的TEC预报模型。神经网络模型的预测目标是待预测日一天内的12个TEC数值。输入参数包括预测日前一日的太阳黑子数、地磁Kp指数、预测日前27天的太阳黑子数三角函数拟合参数,以及预测日前2天16个Kp指数的多项式拟合参数。实验结果表明训练后的神经网络模型可以反映出不同季节的TEC周日变化以及地磁暴情况下的TEC特征。

基于单站的硬件延迟求解方法

利用2004年11月磁暴及磁平静期间不同纬度上的IGS站(包括并置站)的GPS双频数据,分别采用最小二乘法和所有视线上TEC标准差最小法解算接收机硬件延迟,计算结果表明,两种方法得到的结果与IGS公布的结果基本一致,说明这两种方法都可以有效地解算单站GPS的接收机硬件延迟。同时,接收机硬件延迟在磁暴期间没有发生剧烈波动,并置站的硬件延迟变化也没有明显相关性,说明接收机本身的性能对硬件延迟的影响远大于电离层状态信息的影响。

暴时密度增强区附近电离层不均匀体研究

基于IGS提供的TEC数据,研究了2003年10月大磁暴期间的暴时密度增强(Storm EnhancedDensity,SED)现象;利用GPS观测数据,计算出ROTI(Standard deviations of ROT)指数,分析了SED边界附近电离层小尺度不均匀体结构的时间和空间演变.研究表明,在磁暴主相期间SED边界附近不均匀体随着磁暴的发展逐渐增多;在主相的中后期不均匀体的分布密集度达到最大;在恢复相期间,不均匀体分布很少;随着磁暴的发展,不均匀体开始主要集中在40°～45°N范围内,随后向高纬漂移,主要集中在45°～55°N范围内.

磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析

2017年9月8日发生了一次强磁暴,Kp指数最大值达到8.利用区域电离层格网模型(Regional Ionosphere Map,RIM)和区域ROTI(Rate of TEC Index)地图,分析了磁暴期间中国及其周边地区电离层TEC扰动特征和低纬地区电离层不规则体的产生与发展情况,同时利用不同纬度IGS(International GNSS Service)测站BJFS(39.6°N,115.9°E),JFNG(30.5°N,114.5°E)和HKWS(22.4°N,114.3°E)的GPS双频观测值,获取各测站的ROTI和DROT(Standard Deviation of Differential ROT)指数变化趋势.结果表明:此次磁暴发生期间电离层扰动先以正相扰动为主,主要发生在中低纬区域,dTEC(differential TEC)最大值达到14.9TECU,随后电离层正相扰动逐渐衰减,在低纬区域发生电离层负相扰动,dTEC最小值达到-7.2TECU;在12:30UT-13:30UT时段,中国南部低纬地区发生明显的电离层不规则体事件;相比BJFS和JFNG两个测站,位于低纬的HKWS测站的ROTI和DROT指数变化更为剧烈,这表明电离层不规则体结构存在纬度差异.