电离层电流及其磁场仿真计算

发布时间：2017-12-08 02:14

  本文关键词：电离层电流及其磁场仿真计算

  更多相关文章： 电离层 电流 磁场 TIEGCM

【摘要】：卫星磁场测绘是利用卫星搭载的磁强计等设备进行地磁场测量。卫星磁测能够提供高质量、全球覆盖的地磁场测量数据,并具有全天候、不间断、高精度等优点,所以在地磁场测量中发挥着越来越重要的作用。磁测卫星一般运行在高度300-600 km的电离层中,所以利用卫星磁测数据建立高精度的地磁场模型时,需要从卫星磁测数据中剔除电离层电流产生的磁场。电离层中的带电粒子受到各种力的作用而产生横越地磁场的运动就会产生电流。在电离层中,主要有三种电流形式,即由中性风拖曳带点粒子产生的中性风电流、由重力驱动产生的重力电流以及与压强梯度有关的压强梯度电流。在电离层E层中性风拖曳产生的电场及电流远远大于重力驱动电流和压强梯度电流,而F层中的中性风电流较小,并且随着高度的增加,电子密度和离子密度逐渐增加(约在350 km取得极大值),此处重力驱动电流和压强驱动电流将会超过中性风电流,而磁测卫星一般运行在300-600km的F层中,故重力驱动电流和压强驱动电流不可再忽略不计。本文采用热层电离层耦合模式TIEGCM计算三维全球、全电流体系电离层电流分布,力求从卫星磁测数据中剔除电离层中各种电流体系的干扰。由TIEGCM模式计算电离层电流,进而由电离层电流分布计算得到电离层磁场,此即为模式电离层磁场。另一方面可利用已知地磁场模型(主磁场,地壳场,磁层场)和电离层磁测卫星磁测数据相减,得到观测电离层磁场。结果表明:(1)磁平静时期,夜间中低纬电离层磁场的量级为几nT,高纬度尤其是极区能达到几十nT。在中低纬,观测和模式电离层磁场变化趋势一致,而在高纬度尤其是极区,二者差别较大。(2)模式电离层磁场随纬度的变化比较平滑,而观测电离层磁场则要剧烈的多,造成这种现象的原因之一是TIEGCM模式经纬度分辨率只有2.5°,不能反映电离层中的小尺度电流。另一个原因是POMME模式磁场值所计算主磁场、地壳场及磁层场存在误差。因此在利用磁测卫星建立地磁场模型时,有必要从观测数据中消除电离层磁场的干扰。利用现有模式(TIEGCM)可以较好地剔除中低纬度的电离层磁场,但在高纬度地区效果较差,仍需更进一步的研究。为了得到更准确的结果可以利用电离层的同步测量结果(温度、密度等),通过数据融合,同化电离层状态参量,得到更为准确的电离层电流,进而计算得到的近乎实时的电离层磁场。本文简单介绍了数据同化技术概念,通过对CHAMP卫星的一轨实测电子密度数据进行同化实验,结果表明数据同化方法在电离层建模以及电离层磁场分离具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P352

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 沈长寿,李青,焦维新,资民筠;用经验模式参数研究电离层发电机效应[J];空间科学学报;1992年02期

2 古士芬,田葆宁,宋利;非径向地磁力线对计算电离层电场及三维电流系的部分影响[J];空间科学学报;1986年02期

3 沈长寿;电离层电场对环电流变化响应的时延[J];空间科学学报;1987年02期

4 肖佐;近年来中国电离层物理研究进展[J];地球物理学报;1997年S1期

5 沈长寿,资民筠;半球功率输入和高纬电离层电导[J];空间科学学报;1998年03期

6 余涛,万卫星,刘立波;中低纬电离层电场理论模式[J];中国科学(A辑);2002年08期

7 徐文耀;中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性[J];地球物理学报;1990年05期

8 余涛;毛田;王云冈;解海永;夏醇亮;;二维电离层发电机理论模式及其初步应用[J];地球物理学报;2014年05期

9 徐文耀;中低纬度电离层对太阳风状态的响应[J];地球物理学报;1985年06期

10 焦维新,沈长寿;风感应的电离层电流密度[J];北京大学学报(自然科学版);1991年05期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 肖佐;;近年来中国电离层物理研究进展[A];《地球物理学报》纪念中国地球物理学会50周年专刊[C];1997年

2 余涛;乐新安;万卫星;刘立波;王劲松;毛田;;二维电离层发电机电流模式及其同化试验[A];第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2007年

3 肖佐;郝永强;张东和;;日本311宫城县大地震的大气层-电离层响应[A];第十四届全国日地空间物理学术研讨会论文集[C];2011年

4 张满莲;朱岗昆;傅竹风;;亚暴期间磁层和电离层相互耦合的计算[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集（1988）[C];1989年

5 袁桂平;张学民;吴迎燕;;电流体系研究进展简介[A];中国地震学会空间对地观测专业委员会2013年学术研讨会论文摘要集[C];2013年

6 ;自发型亚暴和触发型亚暴期间极区电离层的电动力学特征[A];第28届中国气象学会年会——S15电离层与电波相互作用、空间天气事件数值模拟[C];2011年

7 熊皓;;人为高频波电离层变态及其通信应用[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年

8 徐文耀;;亚暴期间空间电流体系[A];中国地球空间双星探测计划科学研讨会论文摘要[C];2002年

9 杜爱民;赵旭东;王秋军;;电离层电流与Pc5脉动的关系[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 程木松;极区电离层加热实验及异常非相干散射谱研究[D];西安电子科技大学;2015年

2 林悯惠;电离层与磁层耦合研究[D];武汉大学;2011年

3 唐斌斌;磁层—电离层大尺度电流体系研究[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2011年

4 魏勇;太阳风—磁层—电离层电场穿透与屏蔽的观测与模拟[D];中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）;2008年

5 李美;地震电离层异常统计特征与基于汶川M_S8.0地震的地—气电磁耦合研究[D];中国地质大学(北京);2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张慧瑜;基于电离层电流模型及复镜像法的感应地电场算法[D];华北电力大学;2015年

2 刘学旺;电离层电流及其磁场仿真计算[D];中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心);2017年

3 解海永;电离层水平电场与风场的耦合模拟研究[D];南京信息工程大学;2012年

4 余涛;一个中低纬电离层电场理论模式[D];中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）;2000年

5 范胜军;顾及地磁场影响的电离层高阶项改正算法研究[D];武汉大学;2005年

，

本文编号：1264660