曲靖E区场向不规则体回波特征观测研究

利用曲靖VHF相干散射雷达2016年3月至2018年2月间持续观测数据，对电离层E区场向不规则体（field-aligned irregularities，FAI）回波形态特征进行统计分析，结果表明:E区FAI回波在地方时和高度上呈现出三个高发区间，日侧主要位于07:00-12:00LT和90~105 km，而夜侧两个高发区间分别对应于15:00-01:00LT和90~100 km以及18:00-04:00LT和100~115 km；E区FAI回波发生率还具有明显的季节变化，夏季5-8月是其高发期，而冬季的11和12月发生率为极小；E区FAI回波多普勒速度均在-85~85 m/s变化，而其谱宽主要分布在60 m/s以内，三个区间的平均多普勒速度均仅为数m/s，明显小于其平均谱宽，后者约在20~30 m/s.此外，高度分层研究发现，日侧E区FAI的各层平均多普勒速度总体上为负值，但在96 km高度上下薄层内存在一个小幅正值，而夜侧则以105 km高度为界，其上端各层均为负值，下端各层均为正值.曲靖E区FAI表现出典型的Ⅱ型回波特征，其生成和演变过程源自电离层电子密度梯度漂移不稳定性，子午风和低F区电场在其中起着重要作用.     

一种基于截断奇异值分解正则化的电离层层析成像算法

提出了一种基于截断奇异值分解正则化(Truncated Singular Value Decomposition,TSVD)的电离层层析成像算法.该算法选择球谐函数与经验正交函数作为表征电离层电子密度空间变化的基函数,以降低背景模型对层析成像的影响;利用广义交叉验证法来选择合适的截断参数,提高了算法的稳定性和反演精度.基于中国区域23个观测站的电离层层析成像仿真结果表明:与乘法代数重构算法(Multiplicative Algebraic Reconstruction Technique,MART)相比,基于TSVD正则化的电离层层析成像算法能够在不需要背景电离层电子密度作为先验条件的情况下,实现电离层电子密度的有效反演.     

2004年11月强磁暴期间中国地区电离层TEC扰动特性分析

利用28个全球定位系统(Global Positioning System, GPS)观测站获取的电离层总电子含量(Total Electron Content, TEC)测量数据, 分析了2004年11月一次强磁暴期间的中国中低纬地区电离层TEC暴扰动特性, 结果表明:电离层TEC以正相暴扰动响应为主, 中纬地区的暴变扰动要强于低纬, 以北纬35°附近扰动最为强烈; 暴时电离层空间相关性变强, 电离层相关距离由宁静日的约5 500 km提升到暴变日的约8 000 km; 在8日的主暴扰动期间, 发现伴有自东北向西南的电离层TEC暴扰动传播, 自东向西的经向传播速度约为120 m/s, 要高于纬向传播.初步探讨表明, 向赤道中性风、日侧东向急剧穿透电场以及喷泉效应等可能是导致此次电离层TEC正相暴在北纬35°附近扰动最为强烈的关键因素, 也进一步揭示了电离层与太阳风、磁层之间以及电离层不同纬度区之间有着复杂的耦合过程.     

电离层多源数据同化方法研究

多源数据同化是实现电离层天气现报和预报的重要途径.选择参数化电离层模型作为背景模型,基于地基全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)观测以及第二代气象/电离层气候卫星探测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate 2,COSMIC 2)掩星测量,利用经验电离层模型NeQuick计算得到多源观测数据,结合水平和垂直方向分离的高斯型协方差矩阵及卡尔曼滤波方法实现了中国区域电离层多源数据同化反演.同化结果表明,多源数据同化方法能将观测资料有效地同化到背景模式中从而获得较好的同化结果.与背景模式相比,同化后得到的电离层总电子含量及电子密度误差均显著下降.     

2020年6月21日日环食电离层Es响应研究

为研究日环食期间电离层Es演化过程,利用VHF相干散射雷达和便携式垂测仪在2020年6月21日日环食期间开展联合观测试验,得到日环食期间h′Es和f_oEs均呈现出先降低再增强的变化形态. 分析表明,该演化过程类似于快速日出日落对电离层Es的影响,其成因是日环食期间太阳活动作为辐射源经历了快速减弱、复原的一个过程. 本次试验观测结果对研究和完善电离层Es形成机制、机理有重要意义.     

VHF雷达空域干涉法探测曲靖电离层E区场向不规则体精细结构

针对VHF相干散射雷达传统观测方式的探测能力局限,构建了空域干涉法探测实验系统,其具备对电离层场向不规则体（field-aligned irregularity, FAI）三维精细结构探测能力.结合曲靖E区FAI干涉探测实验数据,实现了对系统相位偏差校正及回波三维空间位置精确获取,得到了不规则体云团的三维精细结构以及漂移运动过程,包括FAI回波散射点的三维空间位置以及FAI云团的三维空间外尺度、漂移运动轨迹和漂移速度等.探测实例结果表明：其东西、南北和高度向分布范围分别为-35～20 km、85～120 km和95～130 km,对应的三维外尺度分别为23.8 km、7.6 km和7.6 km;东西向漂移速度要大于其他两个方向,并呈现出5～6 min的准周期回波特征.     

大气模型的适用性分析及应用研究

临近空间的开发利用对大气环境参数的获取提出了迫切需求,建立了临近空间中性大气模型(Near Space Parameter Model,NSPM),并对其进行了适用性分析.通过对模型精度、残差、标准差的计算,发现密度模型与温度模型的输出结果与实时观测结果具有较好的一致性,而风场模型的输出结果能较好地体现平均观测结果.最后,利用NSPM模型分析了中国地区临近空间区域的各大气参数(密度、温度、压强、经向风、纬向风)的变化特性.研究表明临近空间大气环境变化具有明显的季节性及区域性.     

南极长城站周边地区电离层TEC变化特性

电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)是描述电离层电波环境特性的重要参量.利用GPS观测数据分析讨论了南极长城站周边电离层TEC环境的规则和扰动变化,结果表明:电离层TEC具有明显的威德尔海异常特征,夏季夜侧要高于日侧,其极大值出现在地方时5h前后,而冬季和分季则以地方时11 h前后为极大;电离层TEC负相暴在地方时12 h前后发生率极低,表现出所谓的"禁时效应";电离层TEC暴事件发生率随太阳活动性的增强而升高,且其在夏季为极小,两分季为极大;高达94.8％的电离层TEC暴事件发生伴随有较强的极光电集流AE(Auroral Electrojet)指数扰动,这预示着该地区电离层TEC暴变事件与极光亚暴活动有着很强的相关性.