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顶部电离层离子密度经度结构的特征及其随季节、太阳活动和倾角的变化

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地球物理学报 2015年第6期58卷 1843-1852页

作者：陈亚楠徐继生武汉大学电子信息学院武汉430072

本文利用DMSP卫星测量数据和傅里叶分解和重构方法,研究了地磁平静期顶部电离层总离子密度(Ni)经度结构的多重波数特征及波数4的年变化、逐年变化、地方时差异和随倾角的变化.傅里叶分解和重构的结果表明,顶部电离层平均Ni的经度结构中... 详细信息

本文利用DMSP卫星测量数据和傅里叶分解和重构方法,研究了地磁平静期顶部电离层总离子密度(Ni)经度结构的多重波数特征及波数4的年变化、逐年变化、地方时差异和随倾角的变化.傅里叶分解和重构的结果表明,顶部电离层平均Ni的经度结构中同时含有以波数1至波数4为主的多重分量,不同波数分量的幅度和相位各不相同.对波数4分量的分析表明,波数4的幅度在春秋季最强,北半球夏季高于冬季;随太阳活动水平增强,波数4分量的幅度增高,至太阳活动高年幅度达到最高,此后随太阳活动水平降低而减小,与F10.7呈正相关;春秋季和北半球夏季波数4分量在傍晚最强,晚上和上午次之,黎明最弱,从09LT到21LT,波数4的相位依次滞后,暗示向东移动.分析还发现,日落期间波数4幅度依赖倾角,春秋季随倾角的变化呈双峰结构,两个极大出现在倾角±18°附近,暗示赤道等离子体喷泉效应对顶部电离层经度结构的控制作用.

关键词：顶部电离层离子密度经度变化多重波数傅里叶分解

顶部电离层电子密度和温度的统计背景及其地磁活动变化

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地球物理学报 2011年第10期54卷 2437-2444页

作者：李柳元杨俊英曹晋滨路立吴云杨冬梅北京航空航天大学宇航学院北京100191 中国科学院空间天气学国家重点实验室北京100190 中国地震局地震研究所武汉430071 中国地震局地球物理研究所北京100081

通过对DEMETER卫星从2004年11月7日至2005年11月30日期间探测到的710 km高度顶部电离层的电子数据进行网格化(纬度2°×经度4°)统计平均,本文分析了不同地磁条件下顶部电离层电子密度和温度的全球分布情况.不论是在地磁宁静还是地磁活... 详细信息

通过对DEMETER卫星从2004年11月7日至2005年11月30日期间探测到的710 km高度顶部电离层的电子数据进行网格化(纬度2°×经度4°)统计平均,本文分析了不同地磁条件下顶部电离层电子密度和温度的全球分布情况.不论是在地磁宁静还是地磁活动期间,顶部电离层电子密度的分布都存在着一个巨大的威德尔海异常(夜间电子密度高于白天的)区域(30°W～180°W和30°S～75°S)、夜间中纬槽(35°N～60°N和35°S～60°S)和夜间南大西洋地磁负异常区域的低密度结构,而且电子密度在磁倾(dip)赤道附近最大,说明710 km高度的顶部电离层并不存在赤道异常.和电子密度的分布相反,电子温度在磁倾赤道附近最小,在等离子体层顶附近最大.在地磁活动期间,顶部电离层电子的密度普遍增加,同时电子密度的赤道峰值向中纬区扩宽.但是,地磁活动并没有明显地改变威德尔海异常区和夜间中纬槽的空间范围.另外,地磁活动对电子温度的影响并不明显,它仅造成了等离子体层顶附近的电子温度增大.

关键词：顶部电离层电子密度威德尔海异常中纬槽电子温度

基于ZH-1卫星探测的太阳活动低年顶部电离层不规则结构的时空特征

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地球物理学报 2022年第3期65卷 862-881页

作者：王秀英杨德贺张学庆何宏玮郭峰姜文亮牛从达申旭辉应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 国防科技大学信息通信学院武汉430010 云南省地震局昆明650224

利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤... 详细信息

利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤道异常峰值区为不规则结构的谷值区.(2)不同纬度区不规则结构随地理经度分布呈现出明显的空间演化规律,由南北半球较高纬度区不规则结构集中在各自地磁极所在经度区的2波结构分布,到南北2个半球中纬区相位和数量相反变化的2波结构分布,逐渐过渡到赤道区的4波结构分布.(3)不同纬度区不规则结构的季节变化在较高纬度区为当地夏季峰值,到中纬区夏季峰值的持续时间明显缩短,逐渐过渡到赤道区夏冬两个峰值、春秋两个谷值的季节变化规律.(4)除季节规律与以往研究结果有较大差异外,赤道附近大西洋区不规则结构较少,与以往研究中该区事件较多的结果也大相径庭.赤道区不规则结构沿地理经度分布表现为东太平洋、非洲区事件比较集中而亚洲、大西洋经度区事件较少的4波结构,与夜间电离层背景的4波结构分布一致.(5)北大西洋在地磁中纬区有一个事件集中区,该区与南大西洋异常区(SAA)共轭,事件集中可能与SAA区的离子沉降有关;这个区域的事件大都发生在北半球夏季,与赤道处大西洋区事件较少形成对比.本文得到一些不同于以往的研究结果,有助于我们对电离层更深入的认识.由于所得结果为太阳活动低年午夜后的电离层不规则结构的时空分布,与以往研究不一致之处,既有地方时差异的原因,也有太阳活动水平差异的原因,其中仍有一些问题尚未得到解决,期望在ZH-1卫星积累更多观测数据后对这些问题进行更深入的研究.

关键词： ZH-1卫星顶部电离层不规则结构时空分布特征原位电子密度观测数据

基于Swarm卫星GPS/TEC观测的顶部电离层三维电子密度分布的层析法研究

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地球物理学报 2020年第9期63卷 3219-3230页

作者：周康俊蔡红涛宋方雷谷骏潘建宏武汉大学电子信息学院武汉430072 武汉大学空间环境与大地测量教育部重点实验室武汉430072

利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中... 详细信息

利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔~150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异.

关键词：电离层层析 Swarm卫星顶部电离层电离层电子密度

应用经验正交函数估算顶部电离层电子密度剖面

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地球物理学报 2019年第5期62卷 1582-1590页

作者：王林万卫星乐新安任志鹏佘承莉地球与行星物理重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖... 详细信息

本文基于IRI模型、地面数字测高仪和GNSS TEC数据,提出了一种利用经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)估算顶部电离层电子密度剖面的方法,并将其应用于美国Millstone Hill测高仪和GNSS数据以估算顶部电离层电子密度剖面.通过将估算的临界频率、峰值高度、400km以上电子密度分别与测高仪实测临界频率、测高仪实测峰值高度以及非相干散射雷达实测400km以上电子密度作对比以对方法的有效性进行验证.统计结果显示估算临界频率、峰值高度与测高仪实测数据基本一致,400km以上估算电子密度相较于非相干散射雷达实测的绝对误差平均值仅是测高仪推算400km以上电子密度绝对误差平均值的一半左右.所以本文提出的方法可以更加精确地估算顶部电离层电子密度.

关键词：数字测高仪 IRI TEC 经验正交函数顶部电离层电子密度

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利用掩星技术研究南极地区顶部电离层特性

武汉大学学报（信息科学版） 2015年第11期40卷 1446-1452页

作者：孙伟安家春王泽民武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079 武汉市测绘研究院湖北武汉430022

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取... 详细信息

掩星观测能够提供地面到低轨卫星轨道高度处的整个电离层电子密度剖面,对于顶部电离层的研究有重要的作用。本文利用COSMIC(constellation observing system for meteorology ionosphere and climate)掩星数据反演了电子密度剖面,提取了F2层峰值高度(hmF2)、F2层峰值密度(NmF2)、垂直标尺高(vertical scale height,VSH)等电离层参数,研究了南极地区的F2层在太阳活动周期内的变化、年际变化、周日变化等,并且重点分析了南极地区的顶部电离层的垂直结构特征,尤其是威德尔海异常在垂直方向上的变化。结果表明,整个南极的hmF2每日均值在250~300km左右,NmF2每日均值在1~8×1011 el/m3之间,VSH每日均值在100~250km,威德尔海异常主要表现在顶部电子密度的增强和底部电子密度的减少。

关键词： COSMIC 南极顶部电离层垂直标尺高

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顶部电离层总离子密度的经度变化

空间科学学报 2016年第3期36卷 287-296页

作者：阎凤婵任志鹏万卫星刘立波龙智勇中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所空间环境国家野外科学观测研究站北京100029 中国科学院大学北京100049 解放军理工大学气象海洋学院南京211101

利用DMSP F13卫星1996—2005年共10年的观测数据,研究地磁中低纬地区黄昏时段(18:00LT)顶部电离层总离子密度经度变化的季节、地磁纬度和太阳活动变化特征.结果表明总的经度变化在低纬地区与中纬地区具有明显不同特征.不同经度结构的季... 详细信息

利用DMSP F13卫星1996—2005年共10年的观测数据,研究地磁中低纬地区黄昏时段(18:00LT)顶部电离层总离子密度经度变化的季节、地磁纬度和太阳活动变化特征.结果表明总的经度变化在低纬地区与中纬地区具有明显不同特征.不同经度结构的季节变化均以年变化为主,但纬度分布具有明显差异.一波结构主要集中在中纬地区,且南半球明显强于北半球;二波结构南北半球不对称性非常明显;三波结构和四波结构均为低纬地区明显强于中纬地区.通过分析不同波结构对总经度变化的贡献发现,一波结构在南半球中纬地区贡献最大,二波结构在12月前后的15°N附近贡献较大,三波结构和四波结构仅在低纬地区有较强贡献.在不同太阳活动条件下,不同波结构的贡献率有明显变化.

关键词：经度变化季节变化顶部电离层

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顶部电离层Pc3压缩波的波动特征

地球物理学进展 2020年第3期35卷 918-924页

作者：曾正君张莹杜爱民罗浩区家明郭志芳中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049

基于2014年至2017年SWARM三颗卫星四年的磁场观测数据,我们挑选出Pc3压缩波事件,研究了顶部电离层Pc3压缩波活动强度的磁纬-磁地方时分布、随磁地方时变化的季节特征以及地理经纬度分布,并进一步分析了Pc3压缩波发生频次的分布特征.结... 详细信息

基于2014年至2017年SWARM三颗卫星四年的磁场观测数据,我们挑选出Pc3压缩波事件,研究了顶部电离层Pc3压缩波活动强度的磁纬-磁地方时分布、随磁地方时变化的季节特征以及地理经纬度分布,并进一步分析了Pc3压缩波发生频次的分布特征.结果表明,中高纬和低纬的Pc3压缩波可能存在不同的激发机制.中高纬地区的扰动强度随高度衰减,且高纬地区几乎所有地方时都可以观测到Pc3压缩波,可能主要是由入射的阿尔芬波与电离层相互作用产生;而低纬地区扰动强度没有明显的高度依赖性且主要发生日侧,可能主要是上游波以快模波的形式直接传播到电离层所致.同时,该研究结果给出了入射阿尔芬波和电离层相互作用耦合产生Pc3压缩波理论模型的观测证据.

关键词： Pc3压缩波顶部电离层阿尔芬波场线共振

利用COSMIC数据研究顶部电离层O~＋扩散流的统计特征

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空间科学学报 2010年第2期30卷 121-131页

作者：陈光明徐寄遥 Wang Wenbin Lei Jiuhou Deng Yue 中国科学院空间科学与应用研究中心空间天气学国家重点实验室北京100190 中国科学院研究生院 High Altitude Observatory National Center for Atmospheric Research Boulder USA Department of Aerospace Engineering Sciences University of Colorado Boulder USA University of Colorado and NOAA Space Weather Prediction Center Boulder USA

从等离子体运动方程出发,利用COSMIC星座的掩星数据,借助相关经验模式,计算了太阳活动低年顶部电离层O^+场向扩散速度和扩散通量,并分析了其全球分布和日变化特征.结果表明,白天等离子体扩散速度的方向随高度增加由向下(极向)逐步变为向... 详细信息

从等离子体运动方程出发,利用COSMIC星座的掩星数据,借助相关经验模式,计算了太阳活动低年顶部电离层O^+场向扩散速度和扩散通量,并分析了其全球分布和日变化特征.结果表明,白天等离子体扩散速度的方向随高度增加由向下(极向)逐步变为向上(赤道向),方向转变的高度一般在h_mF_2+80 km以下.在白天较高高度,南北磁纬10°～20°存在着向上方向的最大扩散速度和扩散通量;而在夜间,南北磁纬30°～40°存在向下方向的最大扩散速度和扩散通量.在分点,南北半球的扩散通量和扩散速度大致对称;而在至点,扩散通量存在着明显的南北半球不对称现象.另外,不同纬度的扩散速度有着不同的日变化特征.

关键词：顶部电离层扩散速度扩散通量掩星