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地质地球所顶部电离层及等离子体层电子含量变化特征研究取得进展

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发布时间:2017年10月12日 已经查看了75次

卫星导航、定位、授时以及遥感、遥测等出现误差的原因之一,是电波传播路径上的等离子体对电波的影响。这种误差与电波传播路径上单位截面柱体里的积分电子含量(即通常所谓的总电子含量TEC)有关。对TEC的贡献有2/3以上来自顶部电离层及等离子体层(电离层F2层峰值高度以上的区域)。

  由于历史观测资料稀缺,相比底部电离层的大量研究及较为成熟的经验建模,人们对顶部电离层的研究和建模比较粗糙。这导致如国际参考电离层(IRI)这类经验模型的顶部电离层模型的不足。改进顶部电离层模型并将之扩展到等离子体层,是IRI学术界倡导和努力的目标,用顶部电离层及等离子体层的观测资料对现有模型进行校验以提出改进方向是这一目标推进的重要途径。现代高新技术观测系统的出现,使包括顶部电离层及等离子体层在内的观测数据大规模增长,为开展这一工作提供了可能性。

  中国科学院地质地球所地球与行星物理院重点实验室副研究员张满莲等,利用COSMIC星座卫星的精确定轨天线对GPS卫星信号的仰视TEC观测资料,研究了顶部电离层及等离子体层电子含量(简称TPEC)的变化特征,并对被国际标准化组织推举为电离层等离子体层标准模型的IRI-Plas模型进行了有效性检验。结果表明,TPEC随地磁纬度的分布以及随地方时、季节、太阳活动水平高低年的变化呈现出以下规律特征:TPEC集中分布在磁赤道大约±450以内的区域带内,表现出白天时段之值高于夜间之值的昼夜变化规律,其在北半球夏季月份(5月至8月)具有最小值,在太阳活动高年之值大于低年之值。TPEC的季节变化规律存在经度扇区效应:在240-600E这一经度扇区,TPEC表现出很强的年变化特征:在6月至点附近月份具有最低值而在12月至点附近月份具有最高值;与之形成对比的是,在60-2400E这一经度扇区,TPEC的季节变化不明显,仅表现为一种弱半年变化特征。与IRI_Plas模型结果的对比研究表明:所观测到的TPEC季节变化规律的上述经度依赖特征并没有在IRI_Plas模型中得到体现;IRI_Plas模型给出的值通常小于观测得到的TPEC,尤其是在夜间。IRI_Plas模型给出的结果在低纬区域出现了不真实的“双峰”结构,而这种“双峰”结构并没有出现在观测结果中(参见图1)。这些结果为IRI_Plas模型的改进方向提供了参考价值。

  研究成果近期发表在Advances in Space Research上。

  论文链接


http://www.cas.cn/syky/201710/t20171010_4617034.shtml