本文關(guān)鍵詞：電離層電流及其磁場(chǎng)仿真計(jì)算

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【摘要】：衛(wèi)星磁場(chǎng)測(cè)繪是利用衛(wèi)星搭載的磁強(qiáng)計(jì)等設(shè)備進(jìn)行地磁場(chǎng)測(cè)量。衛(wèi)星磁測(cè)能夠提供高質(zhì)量、全球覆蓋的地磁場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù),并具有全天候、不間斷、高精度等優(yōu)點(diǎn),所以在地磁場(chǎng)測(cè)量中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。磁測(cè)衛(wèi)星一般運(yùn)行在高度300-600 km的電離層中,所以利用衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)建立高精度的地磁場(chǎng)模型時(shí),需要從衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)中剔除電離層電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。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(chǎng)的運(yùn)動(dòng)就會(huì)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(diǎn)粒子產(chǎn)生的中性風(fēng)電流、由重力驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的重力電流以及與壓強(qiáng)梯度有關(guān)的壓強(qiáng)梯度電流。在電離層E層中性風(fēng)拖曳產(chǎn)生的電場(chǎng)及電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力驅(qū)動(dòng)電流和壓強(qiáng)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(dòng)電流和壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流將會(huì)超過(guò)中性風(fēng)電流,而磁測(cè)衛(wèi)星一般運(yùn)行在300-600km的F層中,故重力驅(qū)動(dòng)電流和壓強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流不可再忽略不計(jì)。本文采用熱層電離層耦合模式TIEGCM計(jì)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(cè)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(jì)算電離層電流,進(jìn)而由電離層電流分布計(jì)算得到電離層磁場(chǎng),此即為模式電離層磁場(chǎng)。另一方面可利用已知地磁場(chǎng)模型(主磁場(chǎng),地殼場(chǎng),磁層場(chǎng))和電離層磁測(cè)衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)相減,得到觀測(cè)電離層磁場(chǎng)。結(jié)果表明:(1)磁平靜時(shí)期,夜間中低緯電離層磁場(chǎng)的量級(jí)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(cè)和模式電離層磁場(chǎng)變化趨勢(shì)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(chǎng)隨緯度的變化比較平滑,而觀測(cè)電離層磁場(chǎng)則要?jiǎng)×业亩?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(gè)原因是POMME模式磁場(chǎng)值所計(jì)算主磁場(chǎng)、地殼場(chǎng)及磁層場(chǎng)存在誤差。因此在利用磁測(cè)衛(wèi)星建立地磁場(chǎng)模型時(shí),有必要從觀測(cè)數(shù)據(jù)中消除電離層磁場(chǎng)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(chǎng),但在高緯度地區(qū)效果較差,仍需更進(jìn)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(cè)量結(jié)果(溫度、密度等),通過(guò)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(jìn)而計(jì)算得到的近乎實(shí)時(shí)的電離層磁場(chǎng)。本文簡(jiǎn)單介紹了數(shù)據(jù)同化技術(shù)概念,通過(guò)對(duì)CHAMP衛(wèi)星的一軌實(shí)測(cè)電子密度數(shù)據(jù)進(jìn)行同化實(shí)驗(yàn),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(chǎng)分離具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P352

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1264660