【摘要】：電離層F2層臨界頻率(簡稱foF2)和F2層峰值電子密度對應高度(簡稱hmF2)是電離層F2層相關特征參數(shù)中非常關鍵的參數(shù)。foF2和hmF2在電離層研究和通信中有著重要作用。國際參考電離層(International Reference Ionosphere,簡稱IRI)模型是電離層研究中應用最為廣泛的低地磁活動條件下的經(jīng)驗模型,其最新版本為IRI-2016。由于IRI模型未使用中國地區(qū)的電離層參數(shù)數(shù)據(jù),因此有必要對IRI模型在中國區(qū)域內(nèi)的適用性進行評估和研究。本文利用2013年至2016年的三亞(18.3°N,109.6°E)數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)以及2014年(太陽活動高年)和2016年(太陽活動低年)的武漢(30.54°N,114.34°E)、北京(39.98°N,116.37°E)、漠河(53.49°N,122.34°E)數(shù)字測高儀的觀測數(shù)據(jù),分析了foF2和hmF2在地磁平靜期間(Kp≤3)的實測值的日(晝夜)變化、季節(jié)變化和年變化,并且將電離層測高儀觀測數(shù)據(jù)與相應的IRI-2016模型的預測值進行了對比分析,得出了中國區(qū)域電離層變化特征以及與IRI模型對比結(jié)果的詳細信息,為改進IRI模型在中國區(qū)域的預報準確度提供了參考依據(jù)。本文開展了如下研究工作。一、開發(fā)了數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)(即foF2和hmF2)處理程序和數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)與IRI-2016預測結(jié)果的對比分析程序,驗證了程序的正確性。利用數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)處理程序分析了三亞、武漢、北京、漠河數(shù)字測高儀的foF2和hmF2觀測值的日(晝夜)變化、季節(jié)變化和年變化,分析結(jié)果如下。1、比較2013年、2014年和2015年的三亞foF2觀測值發(fā)現(xiàn),在太陽活動高年2014年foF2隨季節(jié)變化最明顯,春秋季出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象和夜間增強現(xiàn)象。在2014年,武漢、北京、漠河的foF2觀測值未出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象和夜間增強現(xiàn)象。2014年三亞、武漢、北京和漠河的foF2觀測值都出現(xiàn)了全年白天的最小值出現(xiàn)在夏季、夜間恢復正常的半年異常和冬季異常現(xiàn)象。2、2014年,三亞、武漢、北京、漠河的foF2觀測值最大值分別是18.2 MHz、16.1 MHz、14.3 MHz、13.5 MHz,即隨著臺站緯度的升高,foF2觀測值遞減,且foF2觀測值最大值的出現(xiàn)時刻從8 UT提前至4 UT。2014年,四個臺站的foF2觀測值的最小值無明顯變化,但維持在最小值的時間隨著緯度的增加不斷延長。3、2016年hmF2觀測值在三亞和武漢都出現(xiàn)明顯的雙峰現(xiàn)象。2016年三亞hmF2觀測值在6 UT和16 UT出現(xiàn)兩個明顯的峰值,且在14-20 UT(即地方時夜間)增強明顯。2016年,隨著緯度升高,三亞、武漢、北京、漠河同時刻的hmF2觀測值不斷降低,武漢、北京和漠河hmF2觀測值的最大值出現(xiàn)在16-18 UT(即0-2 LT)。二、利用數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)與IRI-2016預測結(jié)果的對比分析程序?qū)⑷齺�、武漢、北京、漠河數(shù)字測高儀的foF2觀測值與對應的IRI-2016模型foF2預測值進行了對比分析,發(fā)現(xiàn)以下結(jié)果。IRI-2016模型foF2預測值能很好地預測foF2隨太陽活動的變化趨勢,但不能很好地預測低緯度地區(qū)的異�，F(xiàn)象,對三亞實測值普遍低估尤其是地方時夜間低估嚴重,白天預測結(jié)果較好。2014年,IRI-2016模型系數(shù)CCIR和URSI的foF2預測值在0-12 UT期間預測準確度較高。2014年,IRI-2016的foF2預測值在位于中緯度地區(qū)的北京和漠河比在位于中低緯地區(qū)的三亞和武漢的預測準確度高。IRI-2016模型系數(shù)為URSI時預測foF2在12-22 UT(即地方時夜間)比CCIR低估觀測值更嚴重。因此,本文的分析結(jié)果表明,在中國選擇CCIR系數(shù)預測foF2的真實值較為準確。三、利用數(shù)字測高儀觀測數(shù)據(jù)與IRI-2016預測結(jié)果的對比分析程序?qū)⑷齺啞⑽錆h、北京、漠河數(shù)字測高儀的hmF2觀測值與IRI-2016模型的AMTB2013模式、BSE-1979模式和SHU-2015模式給出的hmF2預測值進行了對比,得到的結(jié)果如下。2016年,IRI-2016模型分別選用模式AMTB2013、BSE-1979和SHU-2015得到的預測值與三亞、武漢、北京、漠河臺站的hmF2觀測結(jié)果基本相同,IRI-2016模型預報hmF2的準確度比預報foF2的準確度有明顯提高。2016年,IRI-2016模型預測四個臺站的hmF2時,選擇模式AMTB2013時高估最嚴重,模式BSE-1979次之,模式SHU-2015則低估。2016年,選擇IRI-2016的模式SHU-2015預測hmF2最為準確。本文的分析結(jié)果表明,在中國選擇IRI-2016模型的SHU-2015模式預測hmF2的真實值較為準確。
【學位授予單位】：桂林電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P352
【圖文】：

區(qū)域 foF2 和 hmF2 的觀測與 IRI 預測結(jié)果的對比研究6圖2.1 電離層各層電子密度在白天和夜間隨高度的分布示意圖[28]D 層：離地面高度約 50 至 90 公里，是電離層的最低層，主要由 X 射線和 LymanAlpha 射線產(chǎn)生光電離，電子密度峰值范圍為 109~1010m-3，大氣成分主要為氮氣和氧氣，還有少量一氧化氮。由于D層高度較低，受到太陽的輻射較小，導致其電離程度低且只存在于白天。該層對電磁波有較大程度吸收。E 層：離地面高度約 90 至 140 公里，主要由太陽軟 X 射線以及 EUV 引起光電離，大氣成分主要是 NO+和 O2+。由于受到大氣潮汐的驅(qū)動

以使用其在線計算功能得到具體地區(qū)的電離層數(shù)據(jù)并與其他相關數(shù)據(jù)進行對比研究。IRI 模型會根據(jù)數(shù)據(jù)的豐富與模型算法的改進來對模型不斷進行更新。IRI 版本歷經(jīng)IRI-78 (Rawer 等 ,1978) 、 IRI-85 (Bilitza,1986) 、 IRI-1990 (Bilitza,1990) 、 IRI-2000(Bilitza,2001)、IR-2007 和 IRI-2012(Bilitza 等,2013)[10]和 IRI-2016。目前，IRI-2016 是最新的版本，基于最新的數(shù)據(jù)和電離層時空變化的數(shù)學描述模式，與神經(jīng)網(wǎng)絡（NN）模型相結(jié)合給出兩種新模式[11]預測 hmF2 的新模式(AMTB2013 and SHU model）。IRI的預報準確度也隨著版本更新不斷提高，甚至可以被用來進行天氣預報。然而在過去，IRI 模型在預測 foF2 所用 CCIR 或 URSI 系數(shù)的生成時，沒有采用中國區(qū)域的有關 foF2電離層特征參數(shù)，而 CCIR 系數(shù)和 URSI 系數(shù)用于預測 foF2 的重要系數(shù)。§2.2.2 國際參考電離層使用方法IRI 官網(wǎng)提供 IRI-2016 模型的三個版本分別是 Fortran、Online 和 Python。本文選擇的版本是 Online，也就是在線版。IRI-2016 模型在線版的在線計算網(wǎng)址為https://ccmc.gsfc.nasa.gov/modelweb/models/iri2016_vitmo.php。

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本文編號：2733031