本文關(guān)鍵詞：電離層電流及其磁場仿真計算

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【摘要】：衛(wèi)星磁場測繪是利用衛(wèi)星搭載的磁強計等設(shè)備進行地磁場測量。衛(wèi)星磁測能夠提供高質(zhì)量、全球覆蓋的地磁場測量數(shù)據(jù),并具有全天候、不間斷、高精度等優(yōu)點,所以在地磁場測量中發(fā)揮著越來越重要的作用。磁測衛(wèi)星一般運行在高度300-600 km的電離層中,所以利用衛(wèi)星磁測數(shù)據(jù)建立高精度的地磁場模型時,需要從衛(wèi)星磁測數(shù)據(jù)中剔除電離層電流產(chǎn)生的磁場。電離層中的帶電粒子受到各種力的作用而產(chǎn)生橫越地磁場的運動就會產(chǎn)生電流。在電離層中,主要有三種電流形式,即由中性風(fēng)拖曳帶點粒子產(chǎn)生的中性風(fēng)電流、由重力驅(qū)動產(chǎn)生的重力電流以及與壓強梯度有關(guān)的壓強梯度電流。在電離層E層中性風(fēng)拖曳產(chǎn)生的電場及電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力驅(qū)動電流和壓強梯度電流,而F層中的中性風(fēng)電流較小,并且隨著高度的增加,電子密度和離子密度逐漸增加(約在350 km取得極大值),此處重力驅(qū)動電流和壓強驅(qū)動電流將會超過中性風(fēng)電流,而磁測衛(wèi)星一般運行在300-600km的F層中,故重力驅(qū)動電流和壓強驅(qū)動電流不可再忽略不計。本文采用熱層電離層耦合模式TIEGCM計算三維全球、全電流體系電離層電流分布,力求從衛(wèi)星磁測數(shù)據(jù)中剔除電離層中各種電流體系的干擾。由TIEGCM模式計算電離層電流,進而由電離層電流分布計算得到電離層磁場,此即為模式電離層磁場。另一方面可利用已知地磁場模型(主磁場,地殼場,磁層場)和電離層磁測衛(wèi)星磁測數(shù)據(jù)相減,得到觀測電離層磁場。結(jié)果表明:(1)磁平靜時期,夜間中低緯電離層磁場的量級為幾nT,高緯度尤其是極區(qū)能達(dá)到幾十nT。在中低緯,觀測和模式電離層磁場變化趨勢一致,而在高緯度尤其是極區(qū),二者差別較大。(2)模式電離層磁場隨緯度的變化比較平滑,而觀測電離層磁場則要劇烈的多,造成這種現(xiàn)象的原因之一是TIEGCM模式經(jīng)緯度分辨率只有2.5°,不能反映電離層中的小尺度電流。另一個原因是POMME模式磁場值所計算主磁場、地殼場及磁層場存在誤差。因此在利用磁測衛(wèi)星建立地磁場模型時,有必要從觀測數(shù)據(jù)中消除電離層磁場的干擾。利用現(xiàn)有模式(TIEGCM)可以較好地剔除中低緯度的電離層磁場,但在高緯度地區(qū)效果較差,仍需更進一步的研究。為了得到更準(zhǔn)確的結(jié)果可以利用電離層的同步測量結(jié)果(溫度、密度等),通過數(shù)據(jù)融合,同化電離層狀態(tài)參量,得到更為準(zhǔn)確的電離層電流,進而計算得到的近乎實時的電離層磁場。本文簡單介紹了數(shù)據(jù)同化技術(shù)概念,通過對CHAMP衛(wèi)星的一軌實測電子密度數(shù)據(jù)進行同化實驗,結(jié)果表明數(shù)據(jù)同化方法在電離層建模以及電離層磁場分離具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P352

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