低纬度地区电离层结构和不规则体特性研究

发布时间：2017-10-08 16:07

  本文关键词：低纬度地区电离层结构和不规则体特性研究

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【摘要】：由于太阳活动和地磁活动等的影响,电离层中存在着复杂的扰动变化。这些扰动变化会影响无线电波的传播,从而影响卫星导航/定位的精度、空间飞行以及各种通信链路等。特别是在低纬度地区,电离层中的谷区结构变化很大并且不规则体频发,往往会产生严重的空间天气事件。这些现象具有复杂的物理过程,其机制问题目前仍然是空间物理和空间天气研究的重要课题。因此对低纬度电离层结构和不规则体的特性开展研究,不仅有着重要的科学意义,也具有重要的应用价值。本研究利用探空火箭、电离层垂直测高仪、GPS闪烁监测仪和ROCSAT-1卫星的探测数据,对低纬度地区的电离层结构和不规则体特性进行了研究,包括探空火箭探测到的电离层E-F谷区特点和模型,低纬台站电离层扩展F特性及其与高纬度的比较,低纬度电离层闪烁与扩展F相关关系,以及闪烁和扩展F与等离子体泡(bubble)和等离子体块(blob)的关系等。主要研究工作及结果为:对海南站2011年发射的子午工程探空火箭探测得到的电离层电子密度数据进行了分析,首次在东亚低纬度地区实地探测到了电离层E-F谷区,谷区的宽度是42.2 km,深度约为47.0%,密度最低点的高度是123.5 km,谷区的宽度和深度很大。利用探测结果建立了一个新的三重Chapman层重叠模型,模型计算得到的E-F谷区参量与本次探测结果符合得非常好,表明探测到的电离层E-F谷区由日出时快速发展的电离层Chapman层所形成,而且日出时90 km高度附近的次E层的光化学反应对E-F谷区的形成有着显著的作用。对低纬度地区6个台站2004年的电离层扩展F观测数据进行统计分析,发现6个台站探测到的扩展F均为频率型(FSF)、区域型(RSF)、强区域型(SSF)和混合型(MSF),没有出现歧型(BSF);各类型的扩展F发生率与该台站扩展F总发生率的月变化和季节变化不同,台站之间的扩展F发生率变化也不同,体现了电离层现象的区域性特征;低纬度地区通常MSF发生较多,SSF与FSF的发生率往往接近;扩展F主要在夜间出现,RSF和SSF主要在午夜前出现,FSF和MSF主要在午夜后出现;距离磁赤道较近的3个台站的扩展F总的发生率较高,出现时间较早,但3个台站当中离磁赤道最近的Jicamarca台站SSF的发生率反而较低。与之相比,对高纬度地区3个台站2006年探测数据分析的结果中,扩展F有BSF,没有出现SSF,扩展F在白天和夜间都可以出现,绝大多数为FSF和MSF。高纬度台站的频高图中还观测到无线电波完全吸收现象,完全吸收存在周日变化、季节变化和随地磁活动变化,而低纬度台站的频高图中没有出现完全吸收现象。对南半球大洋洲的Vanimo台站2003年探测的GPS幅度闪烁和电离层扩展F现象的特性进行了分析,并研究电离层闪烁和扩展F的相关性,发现Vanimo台站2003年探测到的扩展F为FSF、RSF、SSF和MSF,没有出现BSF;GPS幅度闪烁(S4≥0.3)与SSF有相似的发生时间和变化趋势,发生率的相关系数高达0.7199(p=0.0189),两种现象密切相关;闪烁与其他3种扩展F没有相关性;Vanimo台站和海南台站2003年的扩展F统计表明SSF在各季节发生率所占比例低于35%,这是不区分扩展F类型时会得到扩展F与闪烁相互独立结论的原因。结合ROCSAT-1卫星在Vanimo台站上空实地探测的等离子体密度数据进行分析,给出了闪烁和SSF均由赤道等离子体泡(bubble)引起的直接证据。通常认为,低纬度电离层闪烁由赤道等离子体泡所引起。本文根据低纬Vanimo台站闪烁和ROCSAT-1卫星实地探测数据,首次发现了低纬度电离层闪烁和实地探测的等离子体块(blob)同时出现的现象,为低纬度电离层闪烁也可由等离子体块所引起的观点首次提供了实地观测的直接证据。结果还显示,在等离子体块出现期间同时出现了SSF现象;探测到的等离子体块在F层高度,特征尺度为800 km,块中的等离子体密度强烈扰动;等离子体块主要由来自低层的O+离子上升所形成。研究还分析了等离子体块引起闪烁的机制,认为等离子体块可能与东向的极化电场有关,扰动的电场引起块中等离子体密度的扰动,从而引发闪烁。
【关键词】：低纬电离层 结构和不规则体 电离层闪烁 赤道等离子体泡 等离子体块
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P352
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 低纬度地区电离层结构和不规则体概述12-45
• 1.1 电离层概述12-19
• 1.2 电离层谷区19-27
• 1.3 低纬度电离层扩展F27-33
• 1.4 低纬度电离层闪烁33-35
• 1.5 低纬度电离层等离子体密度泡（bubble）和块（blob）35-40
• 1.6 低纬度电离层闪烁与扩展F的相关性40-42
• 1.7 可以研究的问题42-43
• 1.8 本文研究的内容43-45
• 第二章 电离层E-F谷区的实地探测研究45-56
• 2.1 探空火箭实验和数据45-47
• 2.2 电离层E-F谷区的探测结果分析47-50
• 2.3 E-F谷区的模型与机制研究50-54
• 2.4 本章小结54-56
• 第三章 低纬度地区不同台站的电离层扩展F特性研究56-86
• 3.1 台站信息和数据56-58
• 3.2 低纬地区不同台站扩展F类型统计结果分析58-74
• 3.2.1 不同类型扩展F的发生率62-72
• 3.2.2 不同类型扩展F的出现时间72-74
• 3.3 高低纬度地区扩展F特性对比74-82
• 3.3.1 高纬度地区扩展F特性及其与低纬度的对比75-77
• 3.3.2 高纬度电离层对无线电波的完全吸收77-82
• 3.4 本章小结82-86
• 第四章 低纬度地区电离层闪烁与扩展F相关性研究86-101
• 4.1 台站信息和数据86-88
• 4.2 Vanimo台站扩展F类型88-90
• 4.3 Vanimo台站闪烁和扩展F的相关性统计分析90-96
• 4.4 强区域扩展F与等离子体泡相关性的卫星实地探测验证96-98
• 4.5 本章小结98-101
• 第五章 低纬度地区电离层闪烁与等离子体块相关性研究101-111
• 5.1 台站信息和数据101-102
• 5.2 电离层闪烁与卫星实地探测的等离子体块相关事件分析102-104
• 5.3 低纬电离层闪烁物理机制分析104-108
• 5.4 本章小结108-111
• 第六章 总结与展望111-118
• 参考文献118-141
• 发表文章目录141-143
• 致谢143

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 朱太平;王椿年;孙环风;曾德明;胡啸;;4GHz卫星电视信号电离层闪烁观测结果与分析[J];电波科学学报;1992年03期

2 张顺荣，，黄信榆;电离层峰下结构的数值模拟[J];空间科学学报;1994年02期

本文编号：994969