电场对暴时低纬电离层foF2变化的影响

电场在低纬电离层的演化过程中扮演着重要角色. 以2003年10～11月的两次强磁暴事件为例, 分析105°E附近由赤道区域扰动电场引起的等离子体输运对低纬指定区域内电离层的影响, 并用电离层模型SAMI2进行数值模拟. 研究表明, 电场能引起电离层foF2的复杂变化. 在2003年11月19～24日孤立磁暴事件中, 扰动电场在电离层暴初期起主导作用, 向上和向极漂移的等离子体造成赤道异常峰南侧海口站电离层负暴和北侧重庆及兰州站正暴. 在2003年10月28日～11月2日连续磁暴事件中, 电离层暴初期以电场影响为主, 随后电场和中性扰动成分共同作用于电离层, 表现出复杂的暴时变化. 电场扰动能迅速引起电离层的响应, 只是后者能维持较长时间. 上述结果对区域电离层短期预报具有重要意义.     

海南地区电离层扩展F现象与Dst变化关系研究

利用2002年2月—2007年12月海南地区DPS-4型测高仪探测数据,统计分析研究了海南地区磁暴期间电离层扩展F现象与Dst指数下降值的关系。主要结果为：在海南地区磁暴期间,如果Dst指数下降最快值出现在白天,午夜前扩展F现象的发生会被强烈地抑制;如果Dst指数下降最快值出现在晚间,夜晚扩展F现象的发生会被激发。这是对海南站电离层观测数据分析,得到的一个新结果。本文还对磁暴期间电离层扩展F现象的发生与电离层扰动发电机电场、磁层渗透电场的关系进行了讨论。     

磁暴对夜间中低电离层影响的数值模拟

从电子连续方程、电子运动方程以及离子运动方程出发,选用IRI-90电子浓度为磁暴初始时的浓度,并采用HEDIN-90剪切时变中性风模式,对中低纬电离层F层在磁暴期间的变化形态进行了数值模拟研究.模拟结果表明:磁暴会引起电离层产生不同程度的扰动,在磁暴时存在的东西方向电场的作用下,电离层F层峰产生垂直漂移.不同情况的模拟表明:不同强度的暴时电场会对电离层F层产生不同的影响,并且纬度越低F层受暴时电场的影响越大,这与磁暴期间观测到的电波实验现象一致.     

基于COSMIC数据开展全球电离层foF2建模及变化特征研究

电离层foF2是短波通信、天波超视距雷达系统所需的关键环境参数,本文使用2006-2014年COMSIC掩星电离层数据和多项式方法,自主构建了高精度全球电离层foF2经验模型,并使用2015-2019年观测数据进行独立检验。本模型结果与建模及独立检验时段电离层foF2观测数据的相关系数分别为0.948和0.937,平均偏差分别为2.38%和3.08%,相对误差分别为11.72%和12.69%。利用该模型研究了电离层foF2时空变化特征,结果表明电离层foF2日夜变化幅度随纬度增加而变大,春秋分季期间南半球日夜变化幅度显著高于北半球,而夏季半球则远低于冬季半球。电离层foF2季节变化幅度随纬度增加而变大,夜间电离层foF2的季节变化以年特征为主,白天则包含了显著的年、半年特征,夜间季节变化幅度明显高于白天,南半球显著高于北半球。电离层foF2中纬槽现象主要出现在春秋分季夜间,经度方向四波结构主要出现在太阳活动低年和春秋分季期间。     

利用CORS进行格网化电离层TEC实时监测

为了实现对区域电离层的实时监测,利用连续运行参考站观测到的双频GPS数据提取电离层总电子含量(TEC)信息.根据卫星和接收机硬件延迟在一定时间内比较稳定的特点,利用前一天计算的硬件延迟值来修正当日卫星传播路径上的总电子含量值,从而获得实时的电离层总电子含量.由此建立单历元多站多项式模型,结果表明:当基站间距离平均约为250 km时,由7个基站共同建立的实时模型内外符合精度平均优于0.8 TECU(1TECU=1016电子数/m2),将实时模型计算的电离层延迟改正信息应用于静态单频PPP定位中,点位精度能够达到0.3~0.4m,与不进行电离层延迟改正的单频PPP定位结果相比提高80%左右.因此,进一步结合格网技术,可以实现区域电离层总电子含量的实时监测.     

太阳风暴期间的北斗电离层建模优化

北斗卫星导航系统发播地理坐标系下8参数Klobuchar电离层模型提供给单频用户使用,且采用实时观测数据每2 h更新一次模型参数.太阳风暴会造成电离层严重扰动,可能对电离层模型预报精度带来严重影响.本文针对北斗系统电离层模型参数特点,在分析相邻两天周期项参数对改正精度影响的基础上,设计了基于历史周期项参数的模型解算方法,首先利用前一天24 h观测数据解算的余弦周期项参数作为当天模型周期项参数,然后利用当天累积数据,采用最小二乘方法解算余弦幅值项参数.该方法固定对电离层模型精度影响较小的周期项参数,实现利用较短时段太阳风暴期间电离层穿刺点观测数据拟合电离层模型振幅参数,从而达到太阳风暴期间电离层模型改正精度显著提升.采用北斗实测电离层数据,分析比较北斗发播模型结果和基于历史周期项参数模型结果的预报精度,结果表明:太阳风暴期间,北斗系统发播模型结果因受前一天观测数据影响,预报精度大幅降低,电离层负暴期间中国区域平均预报精度比常态降低达40%,而基于历史周期项参数的模型结果在太阳风暴期间的预报精度均与平静期间精度相当,平均预报精度优于70%.     

磁暴不同相位期间低纬海南地区电离层扩展F分布特性研究

基于2002—2007年海南地区DPS—4测高仪探测数据,对海南地区电离层四种类型扩展F,包括频率型(FSF)、区域型(RSF)、混合型(MSF)和强区域型(SSF),在磁暴不同相位期间的年际变化和总体分布特性进行了统计分析研究。结果表明:(1)在初相期间,较为活跃的扩展F是在高年(2002)和下降年(2003—2004)的SSF,以及低年(2005—2007)的MSF;(2)在主相期间,较为活跃的扩展F是2002、2006年的SSF和2005、2007年的MSF;(3)在恢复相期间,较为活跃的扩展F是2002年的SSF和2003—2006年的MSF,并且MSF的发生率随太阳活动减弱(从2002年到2006年)有增加趋势。总体上,最为活跃的是SSF和MSF,其次是FSF,而最不活跃的是RSF。分析还表明,初相期间扩展F的发生率要高于主相和恢复相的发生率,这说明快速渗透电场对初相期间的扩展F有促进作用;而主相和恢复相期间扩展F的发生率则受到了快速渗透电场、扰动电场等因素的共同作用。     

由GPS探测的Sumatra地震前电离层异常研究

2016年3月2日苏门答腊发生Mw7.8级地震.为了研究此次地震与电离层的耦合关系,采用欧洲定轨中心提供的Global Ionosphere Map(GIM)数据,利用滑动四分位距法探测了震中的TEC时间序列.在排除太阳与地磁活动的干扰后,结果发现在震前第8d震中地区电子含量明显降低,coco观测站也观测到TEC负异常现象.全球TEC异常分布图显示TEC异常持续约6h,最大幅度达到-6TECU.异常区域主要出现在孕震区内,最大异常区域并不垂直于震中位置,而是出现在靠近赤道异常边界的一侧,但是对应磁共轭区内并无明显TEC异常出现,这可能是Sumatra地震的电离层前兆之一.     

基于路径估计的卫星双向传播时延差估算方法

利用卫星广播星历,采用坐标旋转修正Sagnac效应,获知信号传播路径;综合考虑Sagnac效应修正和双向伪距离时延差、电离层时延修正、对流层时延修正,对单向传播时延进行建模,提出一种迭代计算卫星双向时间频率传递(TWSTFT)中双向空间传播时延差的方法。利用北斗导航系统中相距3 376 km的两地面站经过位于东经140°的GEO卫星建立的C波段TWSTFT进行2 d实验。实验结果表明:相比于国际权度局推荐的计算方法,该方法能更好地反映实际双向链路的卫星双向传播时延差随卫星运动而改变的情况,并且卫星运动不但使得双向几何距离时延差(包含Sagnac效应修正)出现幅度为0.412 ns、均值偏差为77 ps的日波动,还造成了双向电离层时延差出现最大幅度为0.120 ns、均值偏差为31 ps的日波动,需从双向测量结果中扣除。     

中国低纬地区行星波扰动观测及其对SF的影响

为研究在日落后反转增强(PRE)期间行进式行星波电离层扰动(TPWIDs)对F层的调制机制以及对扩展F(SF)形成和发展的作用,利用三亚地区DPS-4D数字测高仪2012年探测的34080张数字频高图数据,获取了电离层特性参数-真高,以真高的逐日变化表征行进式行星波扰动,分析了中国低纬地区SF高发季节中行星波扰动特性,并研究了行星波扰动时的不同相位对SF产生和发展的影响.结果表明:地磁平静时期,在PRE期间,TPWID行星波扰动调制着PRE时期的电场强度,根据其相位的不同能导致F层的高度上抬或下降;日落后F层高度的变化控制着SF的发生,在三亚地区真高阈值大约为250 km,即当PRE导致F层高度上抬到大于250 km时,有利于SF产生;并且在分点季节(3月,4月,9月和10月),TPWID行星波相位也调制着SF的开始时间,即TPWID相位越大,SF发生的越早,TPWID相位越小,SF发生的越晚甚至不发生.     

Analysis of the ionosphere wave-motion with GPS

The periodic solar activities strongly affect the ioniza-tion of the ionosphere. Sudden enhancements in soft and hard solar X-ray and EUV radiation during solar flare can produce an immediate increase in ionospheric ionization in various degrees at different heights; altogether, they are called sudden ionospheric disturbances (SIDs), which are generally recorded as sudden increase of total electron content (SITEC), the short wave fadeout (SWF), sudden frequency deviation (SFD), sudden ph…     

Sunlit boundary ionospheric response to the great flare on Oct. 28, 2003

The sudden increase in X-ray and EUV flux duringthe outburst of a large flare greatly elevate the electrondensity of the ionosphere, causing sudden ionosphericdisturbances (SIDs), such as sudden wave fadeout (SFD),sudden phase anomaly (SPA), sudden frequency deviation(SFD) and sudden increase in total electron content(SITEC)[1—4]. Two review articles addressed SIDs in detailrecently[5,6]. Due to the limitation of observing methods,the global ionospheric morphology during solar flares…     

Study of the ionospheric anomaly before the Wenchuan earthquake

The behavior of the ionosphere before the Wenchuan earthquake is analyzed with the global TEC and ionospheric foF2 observed at Xiamen. It can be found from TEC maps that in the afternoon (16―18LT) on May 9, 2008, 3 days before the earthquake, there is an enhancement of TEC with an amplitude of 10―15 TECU appearing in the east-south direction of Wenchuan, and another enhancement appears at the conjugate region of the Southern Hemisphere with an amplitude of 10 TECU, but no obvious in-crement or decrement can be seen in other regions on global scale. It can also be found that on May 6 (6 days before the great earthquake), there is a decrement of TEC with small amplitude of 4TECU and larger area with 80° along the longitude in southern China, and there is no synchronous decrement observed at the conjugate region of the Southern Hemisphere. There are also many anomalies ob-served by ionosondes across China. The result shows that foF2 and TEC abnormally increased, which is different from pervious results that ionospheric parameters decreased prior to earthquakes. Pre-liminary results suggest that the enhancement on May 9 maybe has a close relationship with the pos-sible enhancement of ionospheric electric fields, and it may be an ionospheric precursor of earth-quakes. Whereas the decrement on May 6 may be attributed to the geomagnetic disturbance appearing on May 5.     

Effects of typhoon Matsa on ionospheric TEC

The effects of typhoon Matsa on the ionosphere are studied by using GPS-TEC data observed at about 50 GPS stations.It is shown that the ionosphere has been already influenced and TEC tends to increase before the landing of Matsa,and the difference of TEC from its monthly median over the typhoon area is about 5 TECU.With the landing of Matsa,both the magnitude and the area of increased TEC decrease.One day after the landing of Matsa,TEC reaches its minimum and is lower than the monthly median.In comparison o...     

First observation of thermospheric neutral wind at Chinese Yellow River Station in Ny-Ålesund, Svalbard

A compact and cost-effective all-sky Fabry-Perot interferometer, which is produced by Wuhan University and used for the observation of the thermospheric neutral wind, was installed at Chinese Yellow River Station in Nylesund, Svalbard in November 2010, and continuously operated in last two winter seasons. The 92-day all-sky interference data acquired from November 1, 2011 to February 26, 2012 were collected to get the velocity of thermospheric neutral wind, which was calculated from the Doppler shift caused by the movement of oxygen atom at the different layers. The database was divided into two periods: (1) The OI 557.7 nm emission was observed from November 1, 2011 to January 12, 2012. Observations showed that the velocity of horizontal wind is normally less than ～40 m/s on the quiet condition, and exceeded 100 m/s on the disturbed condition; and (2) the OI 630.0 nm emission was observed from January 13, 2012 to February 26, 2012. Observations showed that the velocity of horizontal wind is normally less than ～200 m/s, and enhanced to over 300 m/s on strong magnetic activities. It shows that the velocities of meridional and zonal wind are more consistent with the velocities calculated from the model HWM07 at the higher layer, especially for the zonal direction at nightside auroral regions. Ion drag and Joule heating were the two important processes considered in the analysis of the relationship between the wind pattern and aurora, suggesting that wind speed would be increased and accelerated in the direction perpendicular to the aurora arc when the aurora activity becomes strong.     

利用GPS方法对1998-11-22太阳耀斑引起的电离层TEC变化的观测研究

利用GPS伪距+载波相位联合数据处理方法具体分析了1998-11-22耀斑爆发期间北京、上海、武汉、西安GPS观测数据得到的电离层TEC。此次耀斑爆发引起了设在北京的高频多普勒长达15min左右的无线电短波中断。通过对GPS得到的电离层TEC进行分析发现： 此次耀斑造成了大面积的电离层TEC的增加,耀斑爆发引起的最大TEC增幅在1.25个TEC单位左右;利用高精度的GPS数据处理方法可研究耀斑引起的电离层扰动。另外,还分析了由GPS计算的TEC的时空变化特点。     

Analysis of characteristic of aurora substorm observed at Antarctic Zhongshan station

The characteristics of a strong aurora substorm observed at Antarctic Zhongshan station (magnetic latitude=74.5°) on 8 April, 1999, were discussed and analyzed. The developing steps of the aurora substorm that happened in dusk time were almost the same with that of midnight aurora substorm. The averaged moving speed of the aurora arc toward pole area during the substorm expansion phase was about 3.0 km/s, westward-traveling surge speed was about 2.0 km/s. The extension from south to north in the substorm can cover 1100 km in distance. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (49634160) Biography: Ai Young (1958-), male, Associate professor, research direction: upper atmosphere physics.     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

磁暴对GPS硬件延迟影响的研究

根据不同纬度的4个GPS台站的数据,采用6系数二次曲面模型对磁暴期间GPS系统的硬件延迟的波动进行了研究,结果表明:在纬度较低的地区,由于电离层中的电子浓度较大并且存在较大的经向梯度变化,磁暴期间计算出的硬件延迟存在着较大的波动.因此,对GPS系统硬件延迟的估算应尽量选择中高纬地区台站的数据并且避免使用磁暴发生期间的数据.     

中性风对暴时电离层影响的研究

从电离层等离子体动力学方程出发,研究了磁暴期间中性风对中低纬度电离层的影响.通过计算机模拟发现:中性风能够对暴时电离层等离子体的垂直向上漂移产生抑制作用,并延迟电离层F层底部"抛空"的形成;不论采用哪种中性风模式,磁暴都会对较低纬度的电离层产生更大的影响.