中国低纬电离层F区不规则体发生特征研究

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电离层不规则体是电离层中电子密度高于或者低于背景密度的不规则结构。电离层不规则体的存在能引起无线电波信号剧烈扰动并可能造成信号失锁,对卫星通信及定位导航产生不利影响;同时,电离层不规则体的形成及演化过程涉及众多因素及复杂的电动力学过程,对电离层不规则体研究还有很多未解决的科学问题。电离层不规则体多发生于低纬与高纬,在中纬地区很少发生。中国三亚(18°N,109°E,dip lat.13°N)及其附近地区是电离层不规则体的频发地区,同时也拥有对电离层不规则体长期、多手段的综合观测,为研究电离层不规则体发生特征和产生机制提供了极大的便利。本文利用三亚GPS闪烁接收机2004至2012年连续观测数据、分布在全国的200多台GPSTEC接收机2010至2013年的TEC数据,以及海南富克(19.5°N,109.1°E)全天空气辉成像仪2011至2014年的数据,对中国三亚及附近区域的低纬电离层不规则体进行了细致的研究。  首先,利用三亚GPS闪烁接收机2004至2012年的连续观测数据,分析了三亚上空GPS闪烁的统计特性。对闪烁发生率的季节和太阳活动依赖性进行了详细研究,发现三亚地区闪烁主要发生在太阳活动高年的春秋月份,闪烁发生率的春秋分不对称性只在太阳活动下降年的2005年比较明显,而在太阳活动上升年的2010-2012不明显。少数几次的白天准周期闪烁在太阳活动低年的夏至月份被观测到,这种闪烁可能是由电离层E区不规则体引起。有趣的是2011-2012年闪烁开始时间存在比较明显的春秋分不对称性,闪烁平均起始时间在秋季月份早于春季月份,这种不对称性可以用日落时间的春秋分不对称性合理解释。同时利用东西相隔88 m的两台GPS闪烁接收机的原始信号幅度数据统计了2011-2012年春秋分月份电离层不规则体的漂移速度,发现2011-2012年引起电离层闪烁的赤道扩展F(ESF)不规则体的东向漂移速度从150m/s到50 m/s变化,以每小时20 m/s的速度减小。  其次,利用海南富克(2011-2014)全天空气辉成像仪的观测数据,对电离层F层不规则体(等离子体泡)的空间结构与变化特征以及不规则体漂移速度进行了研究。分析发现利用气辉观测得到的F层不规则体漂移速度约为120m/s。不规则体等离子体泡在东西方向的宽度约为100 km,一般出现2-4条泡状结构,向北延伸到的最高纬度约为25°。  最后,利用分布在全国的200多台GPS TEC接收机2010至2013年的观测数据,计算TEC快速扰动指数ROTI,根据ROTI地图分析了中国上空电离层不规则体的空间特征。利用全天空气辉成像仪与GPS TEC监测网对等离子体泡的同时观测,发现两者符合的很好,一般发生在低于25°的区域。
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