【摘要】：電離層的總電子含量(Total Electron Content,TEC)梯度特性多年以來一直是電離層研究方面的重要課題。本文介紹了一種基于多分辨率層析技術(shù)的TEC梯度異常探測方法,驗證了多分辨率層析技術(shù)在磁暴時期和磁平靜時期的有效性,依據(jù)TEC梯度的范圍、成因等因素,從不同的角度出發(fā)展開對電離層TEC梯度特性的研究。首先,為了有效的探測電離層結(jié)構(gòu),介紹了基于全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)數(shù)據(jù)的多分辨率電離層層析成像技術(shù),并對比了單分辨率層析技術(shù)和測高儀的數(shù)據(jù),分析磁暴時期和磁平靜時期該方法的精度。結(jié)果表明:無論在磁平靜時期還是磁暴時期,多分辨率層析技術(shù)的反演精度都要比單分辨率高,可以較準(zhǔn)確的反映電離層電子密度分布情況。其次,利用多分辨率層析技術(shù)研究了電離層的TEC梯度。研究表明:磁平靜時期,低緯地區(qū)的TEC梯度在所選的四個季節(jié)的日期中都表現(xiàn)出了最強的梯度變化,且大都為南北梯度,中緯地區(qū)的TEC梯度變化略小,但開始出現(xiàn)不規(guī)則的局部TEC梯度,高緯地區(qū)基本沒有大范圍的TEC梯度,但局部不規(guī)則TEC梯度最多;研究磁暴和磁平靜時期的小范圍的TEC梯度時,通過引入△TEC變量,分析出磁暴對小范圍TEC梯度有較大的影響,并從不同方向上對TEC梯度進(jìn)行討論;研究中國東部的TEC站間梯度異常特性時,由GPS第28號衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)計算出香港地區(qū)電離層TEC梯度數(shù)值最高達(dá)到48.03mm/km,并就TEC梯度異常對陸基增強系統(tǒng)(Ground-Based Augmentation Systems,GBAS)的影響進(jìn)行討論。最后,由于電離層擾動是導(dǎo)致TEC梯度異常的主要原因之一,因此研究了電離層擾動中的一種——電離層行擾引發(fā)的TEC梯度異常。結(jié)果表明:磁暴時期出現(xiàn)了大尺度的電離層行擾(Large-Scale Travelling Ionospheric Disturbances,LSTID),分為兩個階段,第一階段的LSTID波長為1200km左右,周期為50-60min,以350-400m/s的波速向西南方向傳播,第二階段出現(xiàn)了“超級”LSTID,覆蓋范圍巨大,波長較大,并分析了電離層垂向電子密度信息,對LSTID的成因做了評估;分析TEC重構(gòu)圖時發(fā)現(xiàn),在LSTID期間對應(yīng)區(qū)域的電離層大范圍TEC異常梯度比較明顯,且LSTID的幅度越大,對TEC梯度的影響越顯著。
【圖文】：

圖 1-1 電離層分層結(jié)構(gòu)[2]-1 所示，電離層的分層結(jié)構(gòu)使得國際上將它劃分為 D 層、E 層、F F1 層和 F2 層[3]。由圖可以看出，電離層電子密度最大時的高度在際上，電離層的峰值電子密度（記為 NmF2）對應(yīng)的電離層高度（經(jīng)常處在 F2 層區(qū)域，這也是因為 F2 層是電離層所有區(qū)域中最活在電離層底部，高度范圍約為 60-90km，D 層是多原子離子“團”的104/cm3[4]；90km 到 150km 屬于 E 區(qū)，又稱為發(fā)電機層，它的電子 層，屬于中等濃度；F 層是原子氧離子密度較大的區(qū)域，由于 F 層，電子密度一般在此區(qū)域會達(dá)到峰值。由于白天和夜晚的日照區(qū)分強度跟季節(jié)也有很大關(guān)系，，故此區(qū)域的電子密度數(shù)值會在不同季節(jié)當(dāng)無線電波經(jīng)過電離層時，F(xiàn) 層是影響傳播的最主要的干擾源。由

圖 2-1 測高儀單站點數(shù)據(jù)圖圖 2-1 為 Millstone Hill 站點在 2015 年 3 月 17 日的測高儀數(shù)據(jù)圖，標(biāo)出了站點名、間、電子密度隨時間變化、電子密度在 F1 和 F2 層的 hmF2 數(shù)值等，本文主要用到的電子密度隨時間變化的數(shù)據(jù)、hmF2 和 NmF2，其中 NmF2 數(shù)據(jù)需要用 foF2 轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)公式如下：222 1080.6foFNmF = （2.1）本文所用測高儀數(shù)據(jù)來自 LGDC（Lowell GIRO Data Center），該數(shù)據(jù)庫聯(lián)合了歐、非洲和亞洲多個站點源的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)質(zhì)量具有一定可靠性。雷達(dá)是探測電離層參數(shù)變化的主要手段之一，非相干散射雷達(dá)能夠測量電子密度、子速度和電離層中電子溫度分布等表征電離層重要特性的參數(shù)，電波最高可達(dá)到00km 左右，在研究電離層特性中占有重要地位。盡管這種測量具有有限的水平分辨，但是它們的高垂向和時間分辨率可以良好的監(jiān)測 TID 的波特征。相比于測高儀，非
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4

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7 李雪t

本文編號：2604916