利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量的变化特征

本文尝试利用COSMIC低轨卫星对GPS信号的顶部TEC观测资料研究等离子体层电子含量(简称PEC)的变化规律.首先介绍从低轨卫星对GPS的顶部TEC观测资料提取等离子体层垂直电子含量的方法,然后利用该方法提取2008年全年的PEC数据,进而研究了2008年这一太阳活动低年PEC随地磁纬度(MLAT)、磁地方时(MLT)以及不同季节的变化规律.此外,还利用提取的120°E和300°E经度链上的数据对比研究了PEC的经度变化情形.研究结果表明:(1)PEC主要集中分布在磁赤道±45°之间的一个绕地球的环带状区域中;(2)PEC表现出以下的昼夜变化规律特征:白天时段之值高于夜间,约在12-16MLT之间达到最高峰值,而最小PEC值出现在日出前大约4-5MLT左右的时段;(3)相比其他季节月份而言,PEC在北半球夏季月份(5-8月)具有最小值;(4)PEC存在明显的经度变化,不同经度链上的PEC存在不同的季节变化特征.     

基于GPS和DEMETER卫星数据的地震电离层电子浓度异常变化研究

正地震电磁现象的观测与研究是认识地球内部物质特性、地震孕育发生过程以及空间信号传播和介质特性变化的重要途径。空间对地观测技术的发展,推动了地震电磁信号在大气层、电离层的传播与耦合机制的研究。从20世纪60年代发现美国阿拉斯加大地震震中区上空出现电离层异常扰动现象以来,有关地震空间电磁、电离层扰动的现象引起了广泛的关注,成为地震电磁学领域一个新的研究热点。研究表明,在地震孕育发生过程中,地下介质     

利用地基GPS观测数据研究与地震有关的电离层异常

利用中国大陆GPS连续站观测数据, 根据电离层单层模型, 计算得到中国大陆上空电离层电子总含量TEC(Total Electron Content)值的时间序列。 选取2001—2008年发生在中国大陆地区的11个M_S≥6.0地震, 分析了这11个地震前后TEC值时间序列的变化特征。 分析结果显示, 地震活动期间距离震中700 km以外的GPS连续观测站上空TEC值的异常现象不明显, TEC值变化基本在0.5 TECU之内。 11个震例中有6个震例TEC值出现了负异常现象, 主要表现在震前1～5 d, 并且观测站距离震中越近, TEC值变化越明显, 少数震例在地震发生期间TEC值明显增加。 研究认为, 利用GPS连续观测数据研究与地震有关的电离层前兆是可能的。     

磁暴期间亚极光区极化流（SAPS）的DMSP观测与RAM模拟的比较研究

亚极光区极化流（Subauroral Polarization Streams, SAPS）为快速流动的西向等离子体流,位于昏侧-子夜前亚极光区,是磁层-电离层-热层耦合的重要过程之一.本文利用密西根大学的RAM （Ring current-Atmosphere Interaction Model）模型对一次典型磁暴期间发生的SAPS事件进行了模拟,并与DMSP卫星观测值进行了比较.结果表明：模拟结果能大致反映观测现象;模拟得到的SAPS峰值速度所在纬度随磁暴时间的变化与观测值有较大差别;SAPS速度观测值在约18∶00 UT和约20∶00 UT左右出现两个峰值,而模拟值只有一个峰值,出现在约18∶00 UT,主要原因是模型对亚暴过程的模拟存在不足.     

磁层亚暴与磁层暴（Ⅱ）:太阳风参数对Dst的影响机制研究

为了研究地磁活动指数D_st受太阳风参数影响,包括行星际磁场（IMF）南向分量B_st、太阳风速度V_?和太阳风-磁层发电机电动势U调制的机制,应用太阳风-磁层-电离层输入-输出[I（t）-O（t）]电网络模型,对磁层亚暴与磁层暴过程中,B_z（t）-D_st、V-a（t）-D_st和U（t）-D_st的激励-响应特性进行模拟。研究表明,B_z是形成亚暴与磁层暴的前提条件,V_st是形成亚暴与磁层暴的充分条件,二者统一于电动势U_st研究结果与观测结果一致。     

Global plasmaspheric TEC and its relative contribution to GPS TEC

The plasmaspheric electron content is directly estimated from the global positioning system (GPS) data onboard JASON-1 Satellite for the first time. Similarly, the ground-based GPS total electron content (TEC) is estimated using about 1000 GPS receivers distributed around the globe. The relative contribution of the plasmaspheric electron content to the ground-based GPS TEC is then estimated globally using these two independent simultaneous measurements; namely ground-based GPS TEC and JASON-1 GPS TEC. Results presented here include data from 3 months of different solar cycle conditions (October 2003, May 2005, and December 2006). The global comparison between the two independent measurements was performed by dividing the data into three different regions; equatorial, mid- and high-latitude regions. This division is essential as the GPS raypaths traverse different distances through the plasmasphere at different latitudes. The raypath length through the plasmasphere decreases as latitude increases. The relative contribution of the plasmaspheric electron content exhibits a diurnal variation that depends on latitude with minimum contribution (10%) during daytime and maximum (up to 60%) at night. The contribution is also maximum at the equatorial region where the GPS raypath traverses a long distance through the plasmasphere compared to its length in mid- and high-latitude regions. Finally, the solar cycle variation of plasmaspheric contribution is also reported globally.     

电离层GPS掩星观测改正TEC反演方法

电离层掩星观测中,当低轨卫星（LEO）轨道高度较低时,轨道以上的电离层电子总含量（TEC）对掩星反演的影响不能忽略.目前,一般采用指数函数等外推方法来处理该问题,对反演结果可能引起较大误差.为提高电离层掩星反演精度,本文研究利用LEO处于非掩星一侧GPS观测数据的改正TEC新反演方法.用三维射线追踪程序计算出电离层掩星观测模拟数据,分别应用改正TEC方法和外推方法进行反演,将反演结果与所用模式值进行比较.结果表明：对于轨道高度约800km的GPS/MET掩星模拟数据,外推方法和改正TEC方法反演结果都与模式值基本一致;对于轨道高度约400km的CHAMP掩星模拟数据,外推方法误差较大,改正TEC方法反演结果与模式值相符得较好.将改正TEC方法应用于GPS/MET实测数据的反演,取得了合理的结果.这些说明,改正TEC算法是一种有效的电离层掩星反演方法,尤其是对于轨道较低的LEO的电离层掩星观测反演特别有用.     

福建省震前地基GPS TEC与掩星电子密度研究

从联合地基GPS,IEC数据和掩星电子密度剖面中,有可能检测和识别出由地震波激发而引起的电离层扰动。通过研究福建省近年已发生地震的震前地基GPS TEC与掩星电子密度,获得地震的电离层效应．为今后本省的地震预报提供前兆依据。     

GPS系统硬件延迟估计方法及其在TEC计算中的应用

给出了用于估计GPS系统硬件延迟的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程,在卫星和接收机相对硬件延迟计算方法的基础上,进一步给出了滤波器初值的计算方法,然后给出了GPS系统硬件延迟和卫星相对于平均值的硬件延迟的计算结果,并对GPS系统硬件延迟及卫星和接收机硬件延迟的稳定性进行了评价,结果表明,在两个半月的时间里,它们是非常稳定的,最后通过TEC的计算结果及其与滤波估计的比较证明了本文方法的正确性.     

接收GPS卫星信号测量电离层总电子含量结果的初步分析

利用ＲｏｇｕｅＳＮＲ─８ＣＧＰＳ卫星接收机进行电离层总电子含量（ＴＥＣ）的观测。介绍了基本分析方法以及在新乡和南宁两地初步测量结果。结果表明，新乡的ＴＥＣ特性反映了中纬地区电离层的变化特征，而南宁的ＴＥＣ特性则反映了电离层的赤道异常的某些特征，显示了赤道异常峰的南北向移动的特点。     

GPS系统硬件延迟估计方法及其在TEC计算中的应用

给出了用于估计GPS系统硬件延迟的卡尔曼滤波的状态方程和观测方程，在卫星和接收机相对硬件延迟计算方法的基础上，进一步给出了滤波器初值的计算方法，然后给出了GPS系统硬件延迟和卫星相对于平均值的硬件延迟的计算结果，并对GPS系统硬件延迟及卫星和接收机硬件延迟的稳定性进行了评价，结果表明，在两个半月的时间里，它们是非常稳定的，最后通过TEC的计算结果及其与滤波估计的比较证明了本文方法的正确性.     

Performance of different TEC models to provide GPS ionospheric corrections

The existence of a worldwide international GPS service (IGS) permanent network of dual-frequency receivers makes the computation of global ionospheric maps (GIMs) of total electron content (TEC) feasible. The GIMs computed by the IGS Associate Analysis Centers on a daily basis and by other kinds of forecast GIMs, which can be computed from, for instance, the international reference ionosphere (IRI) model, and the GPS broadcast models in the navigation message, can be applied to a broad diversity of fields, for instance as, navigation and time transfer.In this context, the performance of different kinds of models are presented in order to determine the accuracy of the different GIM. This is carried out by comparison with the TOPEX data that provides an independent and precise (at the level of few TECU) vertical TEC determination over the oceans and seas. Thus, the obtained accuracies, in terms of global relative error, ranging from 54% corresponding to the GPS broadcast model, to about 41% corresponding to IRI climatological model, and to less than 30% corresponding to GPS data driven models.     

2004年11月强磁暴期间武汉电离层TEC的响应和振幅闪烁特征的GPS观测

本文利用设在武汉(114.36°E,30.53°N,磁纬19.4°)的GPS电离层TEC和电波闪烁监测仪的测量数据,分析了2004年11月强磁暴期间TEC的响应以及电波闪烁和TEC起伏的特征.结果表明,在这次强磁暴期间,武汉及其邻近地区电离层TEC的响应以正暴相为主,正暴相分别出现在两次主相期间,最大正偏离达到50 TECU.这次磁暴另一个重要影响是主相期间L波段振幅闪烁的活动性及其强度显著增强.S4指数最大接近1.0.伴随增强的闪烁活动,多次观测到深度耗尽的等离子体泡与TEC起伏,TEC变化率的标准差ROTI指数也显著增强.分析揭示, ROTI指数与S4指数呈正相关,相关系数达到0.97.线性回归计算得到,ROTI和S4的比率为9.64.     

Spectral analysis of planetary waves seen in ionospheric total electron content (TEC): First results using GPS differential TEC and stratospheric reanalyses

The coupling of the neutral atmosphere and the ionosphere through planetary waves (PW) (zonal wavenumber 0–5) is investigated by spherical harmonic analyses of the ionospheric total electron content (TEC). These analyses detect mean variations, standing and travelling waves which are assumed to be signatures of PW. Database used for TEC analyses are 3 years of hourly TEC maps covering the higher middle and polar latitudes. They are regularly produced by DLR Neustrelitz. The obtained results are compared with PW analyses using NCEP/NCAR and Met Office stratospheric reanalyses. Case studies show that signatures of PW occur simultaneously in the middle atmosphere and ionosphere.     

GPS应用的新拓展

本文叙述了近年来GPS技术应用于探测地震电离层异常的最新进展。利用地基GPS和LEOGPS技术探测电离层总电子含量TEC(或电子密度Ne)的技术日趋成熟,应用于监测地震电离层异常的工作也取得一定的进展。由于这些工作比较新,文中所引用的结果有的还未正式发表,对文中图件的任何进一步引用,务请做明确标注。