f_oF_2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的foF2月中值数据,分析太阳活动和地磁活动对电离层foF2的影响,结果显示白天和夏季夜间foF2和太阳黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐渐增强.当回归分析加入地磁Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的非线性影响能够更好地描述foF2的变化.基于foF2与太阳黑子数R及地磁指数Ap之间的非线性统计关系,利用Fourier级数建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI进行了比较,精度有一定提高.

电离层暴时经验模型STORM在中国区域的适应性研究

利用中国区域内9个垂测站1976—1987年一个太阳活动周期的电离层暴时f_0F_2数据,统计分析了电离层暴事件的等级,以及不同等级的电离层暴随季节和地磁纬度的分布特征.研究发现,中小型电离层暴在春秋季发生的概率较大,不同季节的发生次数与地磁纬度具有明显的关系.利用STORM模型对电离层暴时f_0F_2和大型及特大型电离层暴时f_0F_2的预测值与月中值进行了比较.结果表明,除了冬季误差增大外,发生电离层暴时STORM模型能够有效地改善月中值模型.增加中国的暴时数据,并提高对冬季的暴时参数f_0F_2的预测是改善STORM模型的重要因素.建立合适的暴时指数来预测f_0F_2是未来研究的重点.

极区中层夏季回波反射特性随频率变化的研究

极区中层夏季回波(PMSE)是发生在夏季极区中层顶的一种异常强大的雷达回波。在极区中层顶区域存在大量的带电尘埃粒子,并出现明显的分层结构。采用分层介质波传播理论,分别分析频率在53.5 MHz,224 MHz,931 MHz情况的信噪比。结果表明,利用分层介质理论得到的信噪比在53.5 MHz得到的结果与实验结果非常类似,并且随频率的增加,雷达信噪比明显减弱,与实验统计结果一致,可见利用分层介质理论是解释PMSE产生机制的又一重要理论结果。

高频天波返回散射传播实验研究新进展

论述了中国电波传播研究所在高频天波返回散射传播新的实验研究.返回散射实验系统根据法拉第旋转效应利用收发不同极化天线阵成功的探测到2000km远的飞机.探测得到的飞机航迹和同时用VHF雷达探测的飞机航迹进行了比较,其差异很小,均方根误差为σ=13km.返回散射实验系统的探测区域包括了陆地、陆海边界和海洋.得到了陆地、陆海边界和海洋的高频天波Doppler谱,可清晰的分辨陆地和海洋边界,利用其特点可对海岸线定位.建立了一个新的对称的准余弦电离层扰动模型,利用射线追踪的技术和迭代反演技术拟合了电离层扰动电离图的Pmin-f曲线,获得了电子浓度分布并推断了沿探测路径的电离层扰动区域的大小和扰动区临界频率波动的幅度.研究了扰动电离层对HF波传播的跳距、覆盖区域的大小及射线"俘获"效应等.

我国极区冬季电离层加热实验研究

通过对非相干散射雷达观测数据的处理分析,研究了2008年1月我国在挪威Troms(?)进行的冬季电离层加热实验效应.研究结果表明,电离层临界频率大于泵波频率的O波加热事件扰动效应明显,电子温度存在60%～120%的增强,扰动范围从150 km一直延伸到400 km,电子密度扰动不显著,最大可以观察到12%的密度衰减.受加热影响,离子声波频率有1～2 kHz的增加,离子线谱峰谷比增加,有时伴随有高阶谐振线出现.离子线和等离子线功率存在过冲现象,等离子线的功率剖面存在单峰、双峰和三峰结构,等离子线的功率增强幅度随频率负指数衰减.

高频天波返回散射回波谱实验研究

用中国电波传播研究所高频天波返回散射探测站进行的我国首次陆地 /海洋回波谱的实验研究 ,其中包括自行研制的实验设备 ,实验结果。介绍了获得海洋回波谱的信号处理方法 ,并由海洋回波Doppler谱计算了电离层状参数和风向、海流等海洋状态参数。

非相干散射雷达探测空间碎片实验研究

这是我国首次用欧洲非相干散射雷达探测空间碎片的实验。根据非相干散射探测原理和空间碎片高度分布的规律,采用匹配滤波方法处理了2010年3月25日15小时实验数据,每小时平均24个碎片,用统计方法分析了碎片高度分布。结果表明:大部分碎片分布在高度为800～1000km之间,与碎片高度分布理论一致,与中国科学院国家天文台空间碎片预测理论模型比对,比较2010年3月25日10点31分05秒目标信息,高度误差仅为0.97km,确认为碎片国际标识为1965-016F的美国报废业余通信卫星,证实了非相干散射雷达设备直接探测碎片的可行性。

中国地区电离层f_oF_2的重构方法研究

提出了一种以中国参考电离层为背景的中国地区电离层foF2的区域重构方法,该方法根据foF2时间和空间相关性,将foF2的估计值与中国参考电离层模型值之差的相对值作为区域变化参量,引入电离层距离、经度因子和纬度因子等参数实现了电离层区域重构.利用我国电离层foF2的数据,对该方法的重构精度进行了评估,实现了中国地区的电离层区域预报.

极区冬季电离层加热实验研究(三)——低电离层分析

使用低电离层加热条件下,非麦克斯韦碰撞等离子体非相干散射的理论模型,我们对我国2008年1月进行的极区冬季电离层加热实验进行了分析.分析结果表明,本次实验在低电离层区域得到了显著的电子温度增强现象,最大增幅百分比达到了168.9%.基于上述理论模型,我们进一步反演了非麦克斯韦指数,并由其计算出了加热电场强度,这对电离层加热的精确数值仿真有着重要的意义.

高频海洋回波谱电离层污染及实验研究

根据电离层对高频天波海洋回波Doppler谱影响的研究 ,结合高频天波返回散射探测站获得的海洋回波谱 ,对观测到的高频海洋回波谱Doppler频移、多Bragg峰及Doppler展宽等现象进行研究 ,阐明了电离层运动、电波传播模式、多径、电波相位路径的非线性变化与高频海洋回波谱之间的关系。

PMSE人工电子加热和过冲实验的初步研究

极区中层夏季回波(PMSE)是发生在极区中层顶附近的一种异常强大的雷达回波,它具有明显的分层现象,加热有时能引起过冲现象.电波环境特性及模化技术国家重点实验室从2006年开始开展PMSE加热实验,通过三年的PMSE观测及加热实验,观察到PMSE回波强度具有明显的分层现象,并且层数之间变化迅速.另外本文也得到PMSE加热特征曲线OCC(Overshoot Characteristic Curves)图,回波功率随高度变化的剖面图、回波强度随时间的变化图,存在明显的过冲现象.本文开展的PMSE加热实验研究,为将来我国独立开展PMSE研究打下了一定的基础.

2009年夏季极区电离层加热实验观测研究

2009年夏季,中国在挪威特罗姆瑟(Tromsφ)利用非相干散射雷达进行电离层加热实验。实验中发现了处在150km附近的小范围温度增强事件和150—400km之间的大范围温度增强事件。前者的相对增幅明显,后者的绝对增量更大。对这两类加热事件来说,温度增量百分比均随加热功率的增加线性增长,但对比两类加热事件来看,增长速度随加热频率增大而减小。加热效应存在显著的二维分布特征,加热最强方向处在场向附近。加热效应受加热天线波束指向与地磁场的夹角影响明显,随夹角增大温度增强效应减弱。

磁暴数统计特性研究

Dst是一个表征磁暴强度的空间天气指数.通过统计1957—2008年发生的中等磁暴(-100<Dst≤-50 nT)和强磁暴(Dst≤-100 nT)在太阳活动周上升年、极大年、下降年和极小年的时间分布情况,分析其随季节变化的统计特性,进而讨论了引起磁暴的原因.结果表明,对于同一太阳活动周,极大年地磁暴发生次数远大于极小年地磁暴的发生次数,这与太阳黑子数的变化趋势是一致的;通常太阳活动周强磁暴出现双峰结构,而第23周中等磁暴出现双峰结构,强磁暴则出现三峰结构,这可能与1999年强磁暴发生次数异常少,使1998年凸显出来的现象有关;磁暴主要发生在分季,随着Dst指数的增加,磁暴发生次数明显增加.

雷暴活动与MLT区域金属Na层变化特征的统计研究

结合WWLLN闪电定位资料、子午工程海口站激光雷达所测的中性金属钠原子密度数据,利用SEA时序叠加法对对流层雷暴活动与中间层及低热层(MLT)金属钠(Na)原子变化进行了分析,探究了金属钠原子层对雷暴活动的响应及变化特征。研究表明:在雷暴日,MLT区域Na原子在距地面90~95 km处的密度小于非雷暴日的值;利用总雷暴活动触发下的SEA统计得到,Na原子密度在触发后的24 h内出现了明显的减弱,在触发前则有微弱的增强;触发前Na原子密度的增强与闪电活动的发生距离和方位有关;在东北方高密度闪电活动的触发下,Na原子密度在距地面85~93 km的范围内、触发点前-12~0 h显著增强;Na原子密度峰值在91 km和87 km处的相对增强幅度最高,在96 km之上的高度未发现明显的峰值;Na原子柱密度分布特征在闪电触发前-12~0 h与其后0~24 h与之前-24~-12 h存在显著差异,最高相对变化量为36.1%。研究结果表明低纬上空MLT区的Na原子密度的变化应考虑雷暴电场及闪电活动的影响因素。

利用射线追踪研究电离层扰动

基于返回散射探测的电离层扰动电离图,本文建立了一个新的对称的准余弦电离层扰动数学模型.基于这种模型,利用HF射线追踪技术合成了HF电离层返回散射电离图,并利用迭代的技术拟合了高频返回散射设备探测的电离层扰动电离图的Pmin-f曲线(Pmin为最小时延,f为工作频率) ,从而推断了沿探测路径电离层扰动区域的位置及大小,扰动的临界频率波动的幅度.最后基于这种电离层扰动模型,利用射线追踪技术描述了不同电离层扰动参数下的电波传播情况,研究了其天波传播的跳距、覆盖区域的大小及射线“俘获”等.

利用神经网络预报中国地区电离层f_0F_2

利用神经网络技术并考虑太阳和地磁活动对电离层的影响,提出了一种提前5h预报中国地区电离层临界频率f_0F_2的方法.网络输入包括时间、季节、地理纬度、太阳天顶角、最近一天的12个观测值(F_(-23),F_(-22),F_(-21),F_(-20),F_(-19),F_(-18),F_(-5),F_(-4),F_(-3),F_(-2),F_(-1),F_0)和前30天滑动平均值(A_(-24),A_(-23),A_(-22),A_(-4),A_(-3),A_(-2),A_(-1),A_0),网络输出分别为未来5h的f_0F_2值F_(+1),F_(+2),F_(+3),F_(+4),F_(+5).选取乌鲁木齐、长春、重庆和广州站1958—1968年间的数据训练网络,利用中国9个电离层站的历史数据检验网络,根据均方根误差衡量网络性能的好坏.结果表明。

2009年7月22日日全食期间电离层参量的变化

利用多个电离层垂测站的数据和IGS-TEC数据资料,结合日地空间环境指数,分析了2009年7月22日日全食期间中国地区电离层参量(反射回波最低频率f_(min)及f_0f_2和TEC)的变化特征.结果表明,日食发生后f_(min)迅速降低,日食结束后f_(min)迅速恢复到正常水平;在食甚时刻附近,F_0f_2和TEC出现明显的降低,显示了明显的光食效应.日食结束后5～6 h,f_0f_2和TEC出现不同程度的正扰动,在驼峰区更明显;日食结束后9～10 h,f_0f_2和TEC出现较显著的负扰动.由于此次日食发生时伴随着中等强度的磁暴和低纬电场穿透等空间天气事件,给此次日食电离层效应的深入分析带来很大困难.

极区中层顶区域尘埃粒子对电磁波散射的研究

极区中层顶区域存在大量带电冰晶微粒,属于尘埃等离子体范畴。在此区域由于尘埃微粒的存在将引起电子密度的不规则性变化,产生异常强大的雷达回波,即极区中层夏季回波。从尘埃等离子体理论出发,应用尘埃等离子体的微分散射截面从理论上解释发生极区中层夏季回波时的雷达单位体积后向散射截面与工作频率的内在联系。结果表明:理论计算结果与实验统计结果一致。

基于部分反射理论的Es层电离图描迹研究

结合欧洲非相干散射雷达和电离层垂直探测仪的观测数据,利用Es层的部分反射传播机制,研究了无线电波通过Es层时能形成较长电离图附加描迹的物理成因。基于分层媒质电波传播理论,首先计算电波在Es层中的部分反射系数,然后在利用非相干散射雷达实测电子密度合成Es层回波虚高描迹,并与实验观测到的Es层频高图进行比较。研究结果表明:部分反射理论计算的Es层电离图描迹能够与实测数据符合一致。

极区夏季中层顶尘埃分层的锐边界结构研究

火箭探空实验观测结果显示,极区夏季中层顶尘埃等离子体分层中存在着稳定的锐边界结构。本文采用了流体力学方程组和尘埃粒子自洽电荷变化模型,从尘埃等离子体电动力学的角度出发,利用数值模拟研究了尘埃分层结构中尖锐边界形成的物理过程。物理分析和数值模拟结果表明,中层顶区域存在的带电冰晶粒子在等离子体及电磁力等相互作用下,很容易形成一种在时间和空间上存在长时间,稳定的局域结构,这个结构可以用来解释我们观测到的一些实验现象。