一种融合天地基多源数据的电离层反演方法

数据融合是观测数据稀疏条件下电离层精确反演的重要技术途径.文中提出了一种融合天地基多源数据的电离层反演方法.选择地基GNSS、低轨卫星(Low Earth Orbiting,LEO)掩星、卫星信标及垂测仪等手段为观测系统,国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)为背景模型,利用改进的克里格插值及乘法代数重构方法实现多源数据的有效融合.以中国区域为例,观测系统模拟试验的结果表明:文中提出的方法能将各类观测资料有效地融合到背景模式中,反演得到的总电子含量及电子密度误差相比经验模型均有显著降低;在地基GNSS观测的基础上,融入地基垂测与天基掩星可有效提升电子密度的反演精度.相关研究结果可为中国现有电离层观测系统的优化提供科学依据.     

地面甚低频辐射渗透进电离层的数值模拟分析

利用全波解模型进行数值模拟实验, 研究了具有不同辐射源参数(辐射频率和功率)的地面甚低频(Very Low Frequency, VLF)辐射源在不同地磁场参数(地磁场强度和倾角)和电离层参数(电子密度和碰撞频率)条件下激发的地球-电离层波导和电离层中的电磁场能量空间分布, 并重点研究了电离层D/E区对电磁辐射能量的吸收.模拟结果发现:VLF辐射在波导中衰减只受辐射源频率的影响, 不受辐射功率、地磁场参数和电离层参数变化影响, 波导中的衰减随频率的增大而减小, 而电离层D/E区吸收随频率增大而增大, 两者总衰减量随频率增大而增大.辐射源功率对电离层D/E区的吸收也无影响.地磁强度和地磁倾角越大, 电离层D/E区吸收越小; 电离层碰撞频率和电子密度越大, 电离层中能量衰减越大.     

中国"张衡一号"电磁监测卫星计划进展

世纪之交,国际上围绕地震是否可以预测开展了一场学术大讨论.以这次大讨论为契机,国内外科学家前所未有地展示了大量的观测数据和分析结果并开展了系统深入的交流互动,陈运泰院士借用戈达德的话总结认为:"慎言不可能,昨日之梦想,今日有希望,明日变现实."2003年2月18—19日,中国地震局联合国家国防科工局、科技部和国家自然基金委在北京组织香山论坛,叶叔华、许厚泽、宁津生、刘经南、马宗晋、马瑾等院士专家与会讨论并呼吁发展专用的地震卫星,以建设地震立体观测系统,提升多物理场三维观测能力,为推进地震预测科学研究突破奠定基础(图1).     

张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测

“张衡一号（简称ZH-1）”卫星搭载的三频信标机（tri-band beacon,TBB）载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量. 为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F₂层峰值电子密度(N_mF₂)数据进行处理,分析N_mF₂的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征. 结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据.     

汶川8级地震前空间电离层VLF电场异常现象

基于法国DEMETER卫星记录的空间电场频谱资料,提取分析了汶川地震前可能存在的电场异常信息.首先利用轨道的重访特性分析了四川汶川8级地震前震中上空固定纬度点(31°N)的VLF电场信号2年多的正常频谱变化背景,结果显示1～6月各频点变化比较稳定,但在7～10月份各频点谱值扰动比较剧烈,存在整体幅度上升或者下降的现象,因此电场可能存在年周期变化.在背景分析的基础上,收集了2008年4月1日～5月12日震中区上空2000 km范围内所有夜间的降轨轨道在北纬31°记录的电场所有频点资料,计算结果显示震前1周内即5月6～10日相对4月份呈现明显的电场能量增强现象,增强幅度达到3σ,频率集中分布在2～6kHz范围内,异常区域的空间统计分布反映该电场增强现象位于震中以南较大范围内.这次异常发生在空间电磁活动平静时期,可能与汶川地震的孕育过程有关.最后讨论了空间地震电场异常的可能形成机理,对地震电离层耦合机理的深入认识还需要地基和空间的联合立体观测来支持.     

张衡一号卫星观测的地基VLF波电离层加热扰动特征

电离层扰动主要由太阳活动和地球表面活动引起,通过对已知地基甚低频（very low frequency, VLF）波发射源引发的等离子体扰动进行特征研究,对于认识电离层环境变化具有重要的参考意义. 文中主要介绍了张衡一号01卫星原位探测科学载荷等离子体分析仪（plasma analyzer package, PAP）观测系统和数据产出,对该载荷在507 km轨道原位观测的、由地基NWC站大功率VLF人工源辐射引起的电离层加热扰动现象及特征进行了总结和分析. 观测结果表明:氧离子密度、离子温度、离子漂移速度等多个原位观测量在夜侧轨道均同时记录到NWC站上空北侧约50～500 km区域出现的电离层加热扰动现象,扰动持续范围约为300～400 km;通过对相同轨道电场数据进行功率谱计算可知,该区域电场增强主要频率与NWC站发射频率相同. 上述观测结果验证了张衡一号01卫星PAP对电离层离子参量扰动现象具有一定的探测分辨能力,地基大功率VLF电波能够对电离层等离子体环境产生明显的扰动影响,且扰动区域相对于发射源位置向磁赤道方向发生偏移.