利用GPS观测资料研究电离层中短期变化特征

发布时间：2016-11-05 18:45

  本文关键词：利用GPS观测资料研究电离层中短期变化特征，由笔耕文化传播整理发布。

《西南交通大学》 2015年

利用GPS观测资料研究电离层中短期变化特征

高淑照  

【摘要】：随着人类对空间技术的依赖性与日俱增,近年来快速发展起来一个相对较新的学科领域——空间天气。作为近地大气和外层空间连接的纽带,电离层是空间天气研究的主要对象之一。电离层研究的历史较短,迄今仅有百余年的时间；长期连续观测资料的不足,使数据的样本代表性受到一定限制；电离层时空变化的复杂性,使电离层的模型表达存在相当大的不确定性。在此情况下,对已有资料的多角度分析,仍是当前电离层研究的重点。特别是从应用的角度来看,统计建模仍然是最实用的方法。本文根据TEC周日短期变化和月度中等周期变化规律,讨论了两种统计建模方法的适用性。本文的主要研究成果及创新点有以下几方面：1.使用傅里叶频谱分析技术提取了TEC周日变化过程中的周期信息。以IGS提供的四川地区太阳活动低年(2008)TEC周日变化时间序列为例,在可识别的5阶周期信号中,前4阶分量分别对应24、12、8、6小时,其幅值之和占总变化幅值的98%。由此确定Chapman-Miller方法在电离层周日变化分析中采用4阶模型。2.在短期建模分析中,充分顾及了电离层TEC周日变化过程中周期规律的短期稳定性,将Chapman-Miller模型应用于TEC短期(1-7天)预报中,克服了其他统计模型预测精度随时间增长明显降低的不足。3.从幅值强度上定量描述了太阳与月球对TEC周日变化的驱动影响。四川地区2008年TEC周日变化过程中,太阳日分量占主导地位,各月份太阳日分量幅值百分比变化范围为834～95.0%。月球虽然不能通过能量辐射直接影响TEC变化,但月球引力能够在一定程度上影响地球大气的时空运动与分布,进而影响到TEC的周日变化过程。4.将Chapman-Miller模型应用于汶川M8.0级地震前电离层周日变化的计算,并结合太阳辐射通量参数F107的变化进行分析,发现TEC的扰动与太阳辐射通量F107的变化存在密切联系。当F107指数增强3.0%,TEC平均增强了30.2%；而当F107指数减弱2.9%,TEC平均减小了28.3%。表明该时期TEC变化幅度与太阳活动性存在量化的依赖性,而与汶川地震之间的相关性并不显著。5.以最后3年样本区间内绝对百分比误差均值作为判断指标,5183个格网点TEC时间序列X-12-ARIMA模型计算结果表明：5种自回归和移动平均计算方案中,(212)(0 1 1)方案显著优于其他方案,与缺省方案(011)(011)明显不同。6. X-12-ARIMA模型采用统一的平滑基准,使中等时间尺度的TEC月度均值各成分之间具有可比性。以太阳活动极值月为例,TEC南北半球的空间不对称状态,可以由对称的趋势循环成分与不对称的季节成分联合表达,为分析不同地区电离层状态差异提供了直观的对比。7.使用X-12-ARIMA模型研究了电离层TEC月度均值的时空变化规律,结果表明：低纬度地区的TEC月度均值半年异常明显,中高纬度地区则以年度变化为主；高纬度地区特别是南极地区,受季节变化的影响程度远高于中低纬度地区；趋势循环成分不再呈现以年为周期的季节变化规律,而是与太阳活动周期相似的中长期变化规律。

【关键词】：
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P352;P228.4
【目录】：

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