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张满莲等-ASR:顶部电离层及等离子体层电子含量变化特征的COSMIC观测结果及其与IRI_Plas模型的对比研究
2017-09-06 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

卫星导航、定位、授时以及遥感、遥测等误差的一个很重要的来源就是电波传播路径上的等离子体对电波的影响。这种误差主要与电波传播路径上单位截面柱体里的积分电子含量(即通常所谓的总电子含量TEC) 有关。对TEC的贡献有2/3以上来自于顶部电离层及等离子体层(电离层F2层峰值高度以上的区域)。

由于历史观测资料的稀缺,相比于底部电离层的大量研究及较为成熟的经验建模,人们对顶部电离层的研究和建模是比较粗糙的。这直接导致了诸如国际参考电离层(IRI)这类经验模型的顶部电离层模型的不足。改进顶部电离层模型并将之扩展到等离子体层是IRI学术界一直倡导和努力的目标。用顶部电离层及等离子体层的观测资料对现有模型进行校验以提出改进方向是朝这一目标推进的重要途径。现代高新技术观测系统的出现使包括顶部电离层及等离子体层在内的观测数据大规模地增长,为开展这一工作提供了可能性。

中科院地质地球所地球与行星物理院重点实验室张满莲副研究员等人利用COSMIC 星座卫星的精确定轨天线对GPS卫星信号的仰视TEC观测资料,研究了顶部电离层及等离子体层电子含量(以下简称为TPEC)的变化特征,并对被国际标准化组织推举为电离层等离子体层标准模型的IRI-Plas模型进行了有效性检验。结果表明,TPEC随地磁纬度的分布以及随地方时、季节、太阳活动水平高低年的变化呈现出以下规律特征: TPEC主要集中分布在磁赤道大约±450以内的区域带内,表现出白天时段之值高于夜间之值的昼夜变化规律,其在北半球夏季月份(5-8)具有最小值,在太阳活动高年之值大于低年之值。特别地,TPEC的季节变化规律存在重要的经度扇区效应:在 240-600E这一经度扇区,TPEC表现出的是一种很强的年变化特征:在6月至点附近月份具有最低值而在12月至点附近月份具有最高值;与之形成强烈对比的是,在60-2400E 这一经度扇区,TPEC的季节变化不是很明显,仅表现为一种弱半年变化特征IRI _Plas模型结果的对比研究表明:所观测到的TPEC 季节变化规律的上述经度依赖特征并没有在IRI _Plas模型中得到体现;IRI_Plas模型给出的值通常小于观测得到的TPEC,尤其是在夜间。而且,IRI_Plas模型给出的结果在低纬区域出现了不真实的双峰结构,而这种双峰结构并没有出现在观测结果中(参见图1)。这些结果为IRI_Plas模型的改进方向提供了参考价值。

该研究成果近期发表在国际空间物理领域权威刊物Advances in Space ResearchZhang et al. Comparison of the observed topside ionospheric and plasmaspheric electron content derived from the COSMIC podTEC measurements with the IRI_Plas model results. Advances in Space Research, 2017, 60(2): 222-227)。

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