极区电离层F2层峰值电子浓度对太阳活动依赖性的共轭研究
摘要：本文利用南极中山站（ZHS），以及北极与其地理共轭的Tromso站（TRO）、地磁共轭的Longyearbyen站（LYB）各自约一个太阳活动周的观测数据，对比分析了极区电离层F2层峰值电子浓度（NmF2）对太阳活动的依赖性．结果表明，三个台站NmF2月中值随修正太阳10．7cm通量指数F0.7P（简称P）增大在总体上呈线性增长，这说明在这三个台站，太阳辐射仍是其F2层主要电离源．其中TRO站NmF2与P线性关系最好，ZHS站的次之，LYB站的最差．在日变化中，TRO站NmF2对太阳活动响应最为敏感的时刻出现在地方时中午附近，LYB站出现在磁中午，ZHS站则出现在地方时中午和磁地方时中午之间．这主要是由地理／地磁纬度差异引起的不同强度的光致电离与极区等离子体对流共同作用的结果．在年变化中，TRO站NmF2随太阳活动变化上升最快的季节出现在冬季，夏季上升最慢．在ZHS站与LYB站，NmF2对太阳活动变化的响应都在两分季最为敏感．这种季节上的差异则是由于三个台站光致电离与中性大气成分R[O／Nz]的不同所致．北京地区电离层Chapman标高的统计分析
摘要：利用Fm层峰值处的Chapman标高Hm可以构建电离层顶部的电子浓度剖面．本文通过对北京站（40．3mN，116．2mE）从2010年1月到2014年5月的电离层频高图人工度量后获得了F2层峰值处的Chapman标高Hm分析研究了Hm随周日、季节和太阳活动变化，并探讨了Hm与F2层特征参数foF2、hmF2以及IRI底部厚度参数B0的相关性．研究表明，（1）北京地区标高Hm的周日变化明显，在正午左右有最大值，夏季和春秋季的最小值出现在午夜左右，而冬季有两个谷值，在日出后和20：00LT左右；Hm在日出前有较小的增加，但不是很明显；（2）白天标高Hm有明显的季节变化，夏季最强，冬季最弱，而夜间的季节变化较小；（3）Hm随太阳活动的增强而增大，地磁扰动会引起Hm偏离正常水平；（4）Hm与hmFm相关性很弱，但白天和夜间各自的相关性较强，并且夜间大于白天；Hm与B0有很强的相关性；（5）由IRI2012给出的B0与Hm在冬季的相关性很小，表明IRI模式还需要进一步改进．低太阳活动期间极区ELDI的EISCAT／ESR雷达观测
摘要：本文利用2009—2011年EISCAT／ESR雷达的场向观测数据，统计研究了低太阳活动期间极区E层占优电离层（ELDI）事件的发生规律及其主要特征．地面雷达观测表明，极区ELDI表现出明显的季节变化特征：在冬季和早春发生率较高．EISCAT雷达（极光椭圆纬度）观测到的ELDI多出现在磁午夜扇区，平均持续30min；ESR雷达（极尖／极隙区纬度）观测到的ELDI多出现在磁正午附近，平均持续14min，表现出与之前无线电掩星观测结果不一致的日变化特征．在ELDI事件期间，两处雷达观测到的电离层NmE／NmF2比值和E层厚度都没有表现出显著的空间差异．事例分析证实E层电子增强和F层电子密度耗空都能够独立地导致ELDI，然而，统计分析表明上述两个过程对ELDI的形成都起着不可或缺的作用．数值模拟日侧磁场重联对极盖等离子体云块形成的影响
摘要：极盖等离子体云块是极区空间天气重要现象之一，其形成过程是当前重要研究课题．观测表明，日侧磁场重联对应的极区电离层高速流可能对舌状等离子体（TOI）形成“切割”作用，最终形成极盖等离子体云块．伴随磁场重联，同时存在极光粒子沉降，会引起F层等离子体密度的增大，阻碍“切割”效应．本文利用耦合极区电离层模型，模拟研究电场和软电子沉降共同作用下F层等离子体密度的演化．结果表明，在局部电离层电场大于一定数值（80mV）的情况下，“切割”效应能有效发生．并详细分析了“切割”效应发生时等离子体各参量的演化过程，对“切割”效应的内在物理过程进行了探讨．曲靖非相干散射雷达功率剖面的初步观测与分析
摘要：介绍了非相干散射雷达功率剖面与电离层电子密度剖面之间的关系，给出了曲靖非相干散射雷达功率剖面的一些观测结果，结合电离层垂直探测数据，初步介绍了曲靖非相干散射雷达在夜间电离层波状扰动、低纬电离层异常区北驼峰位置、电离层电子密度日落增强和暴时变化等观测研究中的应用．本文结果丰富了对我国曲靖地区电离层空间天气特性的认识，显示了该雷达在我国低纬电离层空间天气观测研究中的良好应用前景．基于星载SAR信号的TEC反演新方法
摘要：摘要由于星载合成孔径雷达（SAR）系统工作于电离层之上，其信号不可避免地将受到电离层的影响．背景电离层以及电离层电子密度不规则体多重散射效应可引起距离向图像质量的下降，在强起伏情况下，多重散射效应对信号的延迟影响不可忽略．针对此问题，本文提出了一种基于SAR回波信号的三频相位自适应TEC反演新方法，利用反演的结果对电离层的影响进行校正．给出了校正前后的点目标成像仿真，结果显示此方法充分考虑了多重散射效应引起的TEC估计误差，可以有效地补偿电离层对距离向成像的影响，提高了距离向点目标图像质量．基于等离子体GCPM模型对电离层薄壳模型高度的仿真研究
摘要：在基于GPS数据提取电离层总电子含量（TEC）的过程中，电离层薄壳高度的选择对解算电离层垂直TEC的精度有很大的影响．但由于不可能获得一个真实的从电离层D层到GPS卫星高度的电子密度剖面，关于电离层薄壳高度的选择一直是基于GPS数据解算电离层TEC方法中关注的一个问题．本文利用等离子体GCPM模型，对太阳活动高年（2002）和太阳活动低年（2008）情况下电离层有效薄壳高度的选择进行了仿真计算．结果表明，最佳的薄壳高度在2002年为560km，而在2008年为695km．通过对全球八个具有代表性地点的仿真计算，揭示了有效薄壳高度更复杂的变化特点．在白天，最佳薄壳的高度变化不大（500km至750km）；但在夜晚，最佳薄壳高度变化范围很大，甚至可以超过2000km．此外，本文还对不同卫星仰角的情况下斜向TEC转换为垂直TEC的误差进行了分析，结果表明：随着卫星仰角的增加，薄壳模型带来的转换误差基本上是单调减少的．因而，在实际应用中，尽可能地采用大仰角的卫星数据有助于提高解算的电离层垂直TEC的精度．最后，对全球不同地点的电离层TEC的仿真研究表明，在电子密度水平梯度较大的地区，应用电离层薄壳模型时会导致电子密度较高处的TEC被高估，而电子密度较低处的TEC被低估，在分析基于GPS数据提取的电离层TEC空间变化时要认识到这一点．基于北斗、GLONASS和GPS系统的中低纬电离层特性联合探测
摘要：基于GNSS（Global Navigation Satellite Systems）的发展，我们利用具有北斗、GLONASS和GPS三系统信号接收功能的接收机观测的数据，结合电离层总电子含量（Total Electron Content，TEC）的反演算法，提取出GNSS三系统观测的电离层TEC；同时，将GNSS三系统获取的TEC应用到电离层TEC地图、行进式扰动、不规则体结构和电离层的太阳耀斑响应等方面的研究中，这也是首次使用三种GNSS系统数据对电离层进行联合探测研究．研究结果表明，增加了北斗系统的GNSS三系统在研究中国地区电离层TEC地图、周日变化、逐日变化，行进式扰动以及电离层的实时监测等方面较单系统的GPS具有明显的优势．电离层层析重构的一种新算法
摘要：自适应联合迭代重构算法是电离层层析成像中一种收敛速度较快的反演算法．然而，在电离层电子密度重构过程中，该方法对迭代初值的精度要求较高．针对上述问题，本文提出了一种约束自适应联合迭代重构算法，该方法通过附加合理的平滑约束，减弱了没有观测信息的格网对迭代初值精度的依赖性，有效地提高了反演结果精度．数值模拟实验和实测数据的反演结果证实了该算法的可行性和在重构精度上的优越性．电离层TEC卡尔曼滤波成像研究
摘要：随着太空探测技术的进步，对TEC（Total Electron Content，简称TEC）探测精度要求越来越高．本文利用COSMOS 2414卫星数据资料获得观测TEC，在电离层NeQuick模型下，得到电离层电子密度，并使用卡尔曼滤波算法反演电子密度，最后结合电离层测高仪数据对实验结果进行判定．结果发现利用卡尔曼滤波反演信标资料算法，可以获得可靠的二维电子密度场．中国区域电离层垂测仪探测参量与COSMIC掩星反演结果比较研究
摘要：利用漠河站、左岭站、富克站垂测仪数据和COSMIC反演的电离层资料，分析比较了太阳活动高年两种探测手段获取的电离层特征参量（NmF2、hmF2）的相关性．结果表明，两种方式获取的电离层对应特征参量相关性较高，且NmF2的相关性好于hmF2，同时相关性与纬度和季节有关．在地磁中纬度地区对应参量相关性较好，而在地磁低纬度受北驼峰控制区域相关性降低；在电离层赤道异常区域，春秋季、夏季对应特征参量相关性好于冬季．造成冬季相关性低的可能原因是，在跨越赤道中性风作用下，冬季电离层赤道异常区电子浓度梯度较大，造成掩星反演误差增大，致使两种探测手段获取的电离层特征参量相关性降低．电离层加热实验中超强电子密度增强特征
摘要：2011年11月利用欧洲非相干散射雷达协会（EISCAT）的大功率加热设备和诊断设施开展了挪威高纬度地区电离层加热实验．在此次加热实验中，UHF雷达探测到了十分明显的电子密度增强现象，反射高度附近电子密度最大增幅可达269．3％，而在远离谐振区的300~500km及以上高度的增幅也可达30％～50％．通过对加热前后离子线谱和数据残差的对比分析，表明300～500km的电子密度增强是真实可信的，在如此大的空间范围出现增幅如此大的电子密度增强特征实属罕见．另外通过对等离子体线谱的分析，得到了等离子体线双谐振峰结构，本文利用电子的速度分布函数和等离子体线谱之间的关系，对加热实验中观测到的等离子体线谱进行了仿真，提出了超热电子是引起本次电子密度增强的可能机制．并利用仿真中所使用的超热电子速度参数对超热电子的电离能力、横向和纵向自由程进行了计算，最终验证了所提出的物理机制的合理性．南京地区低电离层加热效应的初步模拟
摘要：从电子能量方程和连续性方程出发，利用国际参考电离层（IRI-2007）和中性大气模型（NRLMSISE-00）得出背景参数，数值计算了大功率无线电波加热南京地区低电离层的电子温度和电子密度扰动幅度，并对比了不同加热条件下的电离层扰动效应．结果表明，大功率无线电波入射到电离层后，与等离子体相互作用，能够有效造成电子温度的升高而产生电子温度扰动；由于电子温度升高，等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小，导致电子密度扰动；电子温度和电子密度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小，即扰动逐渐趋于饱和;电子温度扰动的弛豫时间尺度为微秒量级，电子密度扰动的弛豫时间尺度为毫秒量级；在欠密加热条件下，X波模比O波模更容易吸收．地震电离层异常电场模拟及初步研究
摘要：强地震会造成电离层电场发生异常变化．基于大气层一电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究，将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中，并且考虑到电离层层电导率的各向异性，建立新的地震电离层异常电场模式．引进一个电离层层电导率经验公式（Nopper and Carovillano，1979），对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟．模拟结果表明：附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布．且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场，在东西两侧显偶极子分布．在额外电流分布相同的情况下，夜晚生成的异常电场更显著，存在昼夜差异．基于OH全天空气辉成像仪观测的中国低纬地区的重力波传播统计特征
摘要：利用位于海南富克（19．5°N，109．1°E）和广西桂平（23．4°N，110．1°E）两个台站两年多的OH全天空气辉成像仪观测数据，对中国低纬地区的重力波传播统计特征进行了研究．从富克和桂平的气辉成像观测中，分别提取了65和86个重力波事件．研究结果表明，观测水平波长，观测周期和水平相速度分别集中分布在10～35km，4～14min和20～90m·s-1范围．重力波传播方向，在夏季表现出很强的东北方向传播．然而，在冬季主要沿东南和西南方向传播．同时，结合流星雷达风场观测和TIMED／SABER卫星的温度数据，也发现在中层一低热层中传播的大多数重力波表现为耗散传播．且低层一中层大气中背景风场的滤波作用和多普勒频移可能对纬向方向传播的重力波产生的各向异性起到重要的调制作用．然而，经向方向传播的重力波产生的各向异性可能同时被低层大气中波源的非均匀分布以及潮汐变化所影响．基于COSMIC卫星观测数据的平流层重力波的全球分布特征研究
摘要：本文利用2007年1月至2012年12月的COSMIC卫星温度剖线，从中提取了垂直波长在3～10km的重力波扰动信息，进而分析了全球平流层大气重力波的分布特征．赤道地区低平流层重力波表现出明显的准两年变化，这种变化与风场的准两年变化具有明显的相关性，向下发展速度约为1km／月；赤道地区高平流层（35 km以上区域）的重力波活动则存在明显的半年变化．中高纬度重力波活动主要表现为冬季强夏季弱．在南极地区存在着与急流的时间、空间以及强度变化密切相关的重力波分布特征，这说明在南极极夜急流是非常重要的一个重力波源；而在北极极夜急流的作用则没有那么强．此外，通过考察不同高度的重力波活动特征，我们发现：30 km以下重力波活动较强区域主要在赤道地区且与强对流区分布基本吻合，地形诱发的以及与天气系统相关的强重力波活动在该高度范围内同样出现；而在30 km以上的区域重力波活动强度分布则会出现与平流层爆发性增温以及极夜急流有关的变化．利用OI135．6nm夜气辉辐射探测电离层峰值电子密度及电子总含量的研究
摘要：测量夜间135．6nm大气气辉辐射强度是目前有效的电离层探测方式之一，我国即将在风云三号卫星上搭载仪器，利用该波段夜气辉辐射测量来反演电子总含量（本文所指电子总含量表示卫星高度以下大气柱的电子含量）及峰值电子密度，因此非常有必要开展相关的气辉发光模型及反演研究．在介绍氧原子135．6nm波段夜气辉激发机制基础上，考虑辐射在传输过程中受到大气氧原子的散射及氧气分子的吸收，采用迭代法求解包含多次散射及大气吸收衰减的辐射传输方程，得到该波段的体发射率，最终通过考虑包含辐射传输的路径积分计算得到135．6nm气辉辐射强度值．对结果的分析表明：该气辉模型能较好地描述体发射率随高度的分布特征，计算得到的135．6nm夜气辉辐射强度在不同时空及太阳活动的分布与相应条件下峰值电子密度（NmF2）及电子总含量（TEC）的分布基本一致．相同的时空及太阳活动输入条件下，模式计算的135．6nm夜气辉辐射强度与国外同类模式结果的值平均偏差约为3％．文中最后介绍了通过135．6nm夜气辉的辐射强度探测来反演电离层峰值电子密度NmF2及电子总含量TEC的反演方法．扫描式F-P干涉仪在MERINO观测中的热层风结果与分析
摘要：MERINO是沿120°E／60°W子午圈的全球联网观测项目，热层中性风是其中一个十分重要的观测参数．本文介绍了武汉大学扫描式F-P干涉仪（SFPI）及其在MERINO第一轮观测中的结果，并与同站点的流星雷达在98km高度上的测风数据进行了验证，分析表明两台设备的吻合性很好，SFPI风速测量的误差分别为8rn·s-1（557．7nm）和7．8m·S-1（630．0nm）．本文对地基扫描式FPI的误差做了详细分析，结果表明在FPI仪器设计之初，就需要考虑标准具通光孔径D和成像物镜焦距，的合理组合，在目前CCD和标准具规格的限制下，增加厂会提高测风精度，但会牺牲通光量，可通过设置CCD为Binning读出模式来提高灵敏度．在FPI进行风场观测时，要对设备工作的环境温度进行控制，特别是控制标准具的温度漂移．FPI的测风精度可以理论推导，但实际测风误差还与反演算法、元器件的加工和安装精度有关，国际通用的误差评价方法是用统计偏差来表示．
