利用GNSS数据结合NeQuick模型优化磁暴期F2层临界频率参数估计
发布时间：2021-11-23 22:19
F2层临界频率foF2是高频通信的重要参数,目前获取F2层临界频率（foF2）最有效的手段是电离层测高仪,但磁暴期间电离层自身剧烈变化会造成测高仪foF2数据严重缺失。经验模型如NeQuick虽能给出foF2估计值,但磁暴期精度却不及磁静日水平。本文选取2015年12月19日至2015年12月22日磁暴期中国地壳运动监测网GNSS双频数据进行区域建模并估算出电子总含量（total electron content,TEC）,利用实测区域TEC对NeQuick模型有效电离参数Az进行估计,得出NeQuick模型优化后TEC总含量和F2层临界频率foF2,并反演出磁暴期初相,主相及恢复相阶段变化过程。以中国地区台站实测数据作为参考对比,结果表明:GNSS数据优化后的NeQuick模型TEC精度大概提升了20%～40%,foF2的实时精度提升了10%～25%。GNSS优化后NeQuick模型能准确反演出电离层的由正相暴转为负相暴演化过程,而原始模型由于仅依赖于输入的太阳活动水平,只能反映出与磁静日水平相当的日变化趋势值。利用该方法可以有效提高磁暴期TEC和foF2的经验模型的计算精度,特别是...
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
NeQuick模型TEC误差与待估参数Az对应关系
(1) NeQuick原有模型所计算的TEC周日变化在磁暴期表现较为平均,无法描述磁暴期初相,主相以及恢复相阶段TEC的变化。其原因如前所述可能是输入参数与太阳活动水平有关,而与地磁指数无关,仅能给出类似磁静日水平的日变化趋势。图6 2015年12月19日—2015年12月22日UT8时NeQuick模型中国地区电离层TEC分布图
在2015年12月20日至2015年12月26日发生了一次急始型的磁暴,磁暴初相发生在2015年12月19日,主相极大发生在2015年12月20日,恢复相则从2015年12月21日开始。如图2所示,图2(a)给出了暴扰动时间Dst指标,图2(b)给出行星辐射指数Kp。Dst在2015年12月20日开始快速下降,暴主相结束时12月21日,Dst达到-160 nT,随后恢复相阶段。磁暴期Kp达到6+,此次磁暴归于G2级。据NOAA报道,日冕物质抛射(CMEs)合并行星际介质于2015年12月16日世界时UT15时开始对地球产生影响,在行星际冲击波过程中,太阳风参数突然增强,总地磁场强度从最初的5 nT增加到17 nT。在行星际冲击波经过后,南向的磁场分量突然增强,持续的南向磁场分量合并2015年12月16日日冕物质抛射(CMEs)造成了2015年12月19日磁暴的发生。在2015年12月20日UT3时至6时,以及UT15时至UT23时观测到了中等强度的磁暴。图3给出了2015年12月19日—2015年12月23日UT8时的全球TEC分布图。比较图3中4幅图可以看出,与2015年12月19日参考日相比,2015年12月20日(DOY354)磁暴主相阶段,在东经120°附近赤道驼峰区出现明显TEC增强现象,其增幅为33%,赤道驼峰区呈现正相暴。相比2015年19日,赤道南北驼峰区域都有所增大。而在2015年12月21日(DOY355)磁暴处于恢复相,中高纬区域TEC与2015年12月20日相近,而中低纬地区TEC出现了明显减弱现象,相比于2015年12月19日,2015年12月20日TEC减少幅度为17%与40%,赤道驼峰区区域明显变小,赤道北驼峰被抑制,呈现负相暴。相比于2015年12月20日电离层平静日,赤道驼峰的位置明显由东经110°移动到东经80°附近。而2015年12月21日,全球TEC基本形态已恢复至与参考日2015年12月19日类似。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁暴期间全球TEC扰动特性分析[J]. 杨鼎,方涵先,杨升高,汪四成. 空间科学学报. 2017(05)
[2]不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析[J]. 王宁波,袁运斌,李子申,李敏,霍星亮. 测绘学报. 2017(04)
[3]2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析[J]. 孙文杰,宁百齐,赵必强,李国主,胡连欢,常首民. 地球物理学报. 2017 (01)
[4]中国低纬地区foF2实测数据缺失的分布特征研究[J]. 万德焕,黄江,徐杰,邓柏昌,孔德宝,胡猛,全宏俊. 地球物理学进展. 2015(05)
[5]地基GPS区域电离层多项式模型与硬件延迟统一解算分析[J]. 章红平,施闯,唐卫明. 武汉大学学报(信息科学版). 2008(08)
[6]GPS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法[J]. 袁运斌,欧吉坤. 测绘学报. 1999(02)
[7]不同类型磁暴和中低纬电离层暴的关系[J]. 张奇伟,郭兼善,章公亮,郑红. 地球物理学报. 1995(05)
本文编号：3514739
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
NeQuick模型TEC误差与待估参数Az对应关系
(1) NeQuick原有模型所计算的TEC周日变化在磁暴期表现较为平均,无法描述磁暴期初相,主相以及恢复相阶段TEC的变化。其原因如前所述可能是输入参数与太阳活动水平有关,而与地磁指数无关,仅能给出类似磁静日水平的日变化趋势。图6 2015年12月19日—2015年12月22日UT8时NeQuick模型中国地区电离层TEC分布图
在2015年12月20日至2015年12月26日发生了一次急始型的磁暴,磁暴初相发生在2015年12月19日,主相极大发生在2015年12月20日,恢复相则从2015年12月21日开始。如图2所示,图2(a)给出了暴扰动时间Dst指标,图2(b)给出行星辐射指数Kp。Dst在2015年12月20日开始快速下降,暴主相结束时12月21日,Dst达到-160 nT,随后恢复相阶段。磁暴期Kp达到6+,此次磁暴归于G2级。据NOAA报道,日冕物质抛射(CMEs)合并行星际介质于2015年12月16日世界时UT15时开始对地球产生影响,在行星际冲击波过程中,太阳风参数突然增强,总地磁场强度从最初的5 nT增加到17 nT。在行星际冲击波经过后,南向的磁场分量突然增强,持续的南向磁场分量合并2015年12月16日日冕物质抛射(CMEs)造成了2015年12月19日磁暴的发生。在2015年12月20日UT3时至6时,以及UT15时至UT23时观测到了中等强度的磁暴。图3给出了2015年12月19日—2015年12月23日UT8时的全球TEC分布图。比较图3中4幅图可以看出,与2015年12月19日参考日相比,2015年12月20日(DOY354)磁暴主相阶段,在东经120°附近赤道驼峰区出现明显TEC增强现象,其增幅为33%,赤道驼峰区呈现正相暴。相比2015年19日,赤道南北驼峰区域都有所增大。而在2015年12月21日(DOY355)磁暴处于恢复相,中高纬区域TEC与2015年12月20日相近,而中低纬地区TEC出现了明显减弱现象,相比于2015年12月19日,2015年12月20日TEC减少幅度为17%与40%,赤道驼峰区区域明显变小,赤道北驼峰被抑制,呈现负相暴。相比于2015年12月20日电离层平静日,赤道驼峰的位置明显由东经110°移动到东经80°附近。而2015年12月21日,全球TEC基本形态已恢复至与参考日2015年12月19日类似。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁暴期间全球TEC扰动特性分析[J]. 杨鼎,方涵先,杨升高,汪四成. 空间科学学报. 2017(05)
[2]不同NeQuick电离层模型参数的应用精度分析[J]. 王宁波,袁运斌,李子申,李敏,霍星亮. 测绘学报. 2017(04)
[3]2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析[J]. 孙文杰,宁百齐,赵必强,李国主,胡连欢,常首民. 地球物理学报. 2017 (01)
[4]中国低纬地区foF2实测数据缺失的分布特征研究[J]. 万德焕,黄江,徐杰,邓柏昌,孔德宝,胡猛,全宏俊. 地球物理学进展. 2015(05)
[5]地基GPS区域电离层多项式模型与硬件延迟统一解算分析[J]. 章红平,施闯,唐卫明. 武汉大学学报(信息科学版). 2008(08)
[6]GPS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法[J]. 袁运斌,欧吉坤. 测绘学报. 1999(02)
[7]不同类型磁暴和中低纬电离层暴的关系[J]. 张奇伟,郭兼善,章公亮,郑红. 地球物理学报. 1995(05)
本文编号：3514739
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