一、中國中部地區(qū)大尺度電離層行擾的傳播特性(論文文獻綜述)
杜曉輝,張學民[1](2021)在《SWARM衛(wèi)星觀測到的一次臺風消亡產生的電離層擾動》文中研究表明本文基于SWARM衛(wèi)星觀測數據,利用差分、傅里葉分析、小波變換等算法提取分析了兩顆衛(wèi)星觀測記錄到的磁場和等離子體的擾動信號,研究了2014年1月29日形成的1402號臺風"劍魚"消亡時產生的電離層擾動及其傳播過程.結果表明,擾動信號的產生是突發(fā)的、瞬時的,在時空上與臺風的消亡有良好的對應;擾動在各個參量上均有出現,且等離子體擾動早于磁場擾動;磁場擾動的主頻突出,存在頻移現象;異常信號向北傳播過程中,在北緯40°附近,存在突然衰減和減速的情況.分析認為,臺風消亡能夠產生一定的聲重力波或次聲波,并在電離層對磁場、等離子體等產生一定程度的擾動.
李博[2](2021)在《電離層等離子體泡的識別與分析》文中研究指明在黃昏時分,赤道地區(qū)的電離層的F層通常會出現一種密度較低、尺度較大的等離子體空腔結構,通常稱這種結構為電離層等離子體泡。由于等離子體的抗磁效應,等離子體泡會增強背景磁場。除了抗磁效應引起的背景磁場增強外,在垂直于背景磁場方向也會有擾動,擾動具有阿爾文波的特征,橫向擾動與場向電流有關,但橫向擾動的具體產生機制目前尚不明確。本文利用歐空局Swarm衛(wèi)星的矢量磁場、標量磁場和等離子體密度觀測數據,考察了等離子體泡產生的磁場擾動信號的特征,發(fā)現磁場強度和平均場向分量的增強均與等離子體泡密度的下降有較強的負相關性,說明磁場標量和矢量(平均場向分量)數據都可以用來識別等離子體泡。本文分析和對比討論了兩種數據在識別等離子體泡時的區(qū)別以及優(yōu)缺點,發(fā)現由于Swarm衛(wèi)星的標量磁場數據噪聲明顯低于矢量數據,利用標量磁場數據可提高等離子體泡的識別率,識別更多波動較小的等離子體泡。最后,本文分析了磁場數據質量等影響程序自動識別等離子體泡的因素,討論了可能干擾識別的其他物理現象,包括等離子體團、中小尺度電離層行擾、地磁脈動。從近地軌道衛(wèi)星磁場觀測數據中正確識別電離層等離子體泡,有助于認識等離子體泡的全球演化,推進對電離層閃爍的預報;同時又可剔除受影響的磁場數據,提高地磁場建模的精度。
尹匯民,孔建,安家春,王澤民[3](2021)在《2017年9月強磁暴及引發(fā)的電離層擾動》文中認為本文研究內容基于2017年9月7日20UT開始的一次強烈的地磁暴事件.這是一次"特殊"的磁暴,在持續(xù)兩天的磁暴期間,出現了兩次強度較大的主相,相隔約14 h.本文通過多項磁暴指數進行研究,發(fā)現各項指數均出現兩個峰值,兩次主相對應的磁暴環(huán)電流指數(Dst)最小值都低于100 nT.強磁暴引發(fā)了劇烈的電離層擾動,本文中采用南北極區(qū)的4個全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)跟蹤站的數據展開研究,并將垂直路徑總電子含量(VTEC)作為指標進行分析,發(fā)現電離層擾動幅度在南北極區(qū)存在較大差異.南極地區(qū)的站點的電離層擾動幅度要遠高于北極地區(qū),其中MCM4站VTEC水平甚至超出平時300%.此外,極區(qū)的VTEC變化趨勢與地磁指數的變化呈現出基本一致的狀態(tài),表現為在磁暴的兩次主相時均可以觀測到強烈的電離層正暴.本文還選取位于中國東半部的3個電離層測高儀站數據,以電離層層臨界頻率(f0F2)為依據,采用相似衰落法對中低緯度大尺度電離層行擾(LSTID)進行了研究,發(fā)現其傳播速度衰減明顯且不同高度層面水平傳播速度有差異,在300 km高度,LSTID從漠河站傳播至武漢站的平均水平傳播視速度為340 m/s,從武漢站傳播至三亞站,這一速度為200 m/s;在400 km高度,這兩個速度分別為375 m/s、215 m/s;LSTID傳播的方向為南偏西約20°.
魏樂惠,姜春華,趙正予[4](2021)在《2017年9月磁暴期間大尺度電離層行進式擾動的傳播特性研究》文中研究說明本文利用同一經度(大約100°E)中低緯三臺測高儀(普洱22.7°N,101.05°E,樂山29.6°N,103.75°E,張掖39.4°N,100.13°E)的觀測數據,對2017年9月6號太陽耀斑爆發(fā)引起的強烈地磁暴期間的大尺度電離層行進式擾動(Large Scale Traveling Ionospheric Disturbances,LSTIDs)的傳播特性進行了估計.本文首先對2017年9月2日—11日期間三站觀測數據進行人工度量,獲取電離層F2層臨界頻率(fo F2). fo F2在三站的變化結果表明在2017年9月8日21:00 BJT(BeiJing Time,BJT=UT+8)至9日03:00 BJT強磁暴恢復相期間存在大尺度電離層行進式擾動(LSTIDs),因此本文利用fo F2在不同臺站的互時延特征來分析并計算LSTIDs傳播特性參數.研究結果表明:(1)磁暴期間,通過對電離層F2層臨界頻率(fo F2)的觀測,不同時刻期間處于不同緯度的臺站其電離層響應是不同的,表現為出現不同形態(tài)的電離層正相暴和電離層負相暴;(2)此次磁暴期間(2017年9月8日19:00 BJT—9日05:00 BJT),利用三個處在不同緯度臺站的fo F2對磁暴響應的互延時,計算出LSTIDs水平傳播速度在425~800 m/s范圍之間,其波長大概在2200~4000 km之間.隨著時間的推移其擾動周期延長,9月8日21:35 BJT—9日00:05 BJT期間周期約1.2 h,9日00:05 BJT開始擾動周期逐漸達至1.5 h;(3) LSTIDs具有從高緯度傳向低緯度的傳播特性,根據計算得出LSTIDs傳播的方位角為181±0.2°,可確定磁暴引發(fā)的LSTIDs基本是朝赤道向傳播的,與之前報道過關于磁暴誘發(fā)的LSTIDs傳播特征基本一致.
何宇飛[5](2020)在《基于SWARM和DEMETER衛(wèi)星電子密度數據的地震電離層現象研究》文中指出地震電離層現象是地震孕育過程中所發(fā)生的復雜物理或化學過程在電離層中的響應。自上世紀60年代以來,這種現象被不斷地報道,引起越來越多關注,被認為是用于監(jiān)測地震活動的比較有前景且有效手段之一。近年來隨著空間探測技術的發(fā)展,許多國家已經發(fā)射了專用于地震監(jiān)測的衛(wèi)星,實現了在衛(wèi)星高度上的電離層原位測量,開展了大量地震電離層現象的研究工作,并取得了一定的研究成果。但由于地震的復雜特性,電離層的高動態(tài)變化,觀測數據的多源性,分析方法的差異,至今關于地震電離層耦合機制尚未得到統(tǒng)一的認識,將地震電離層現象應用于地震預報預測中依然是個很大的難題。因此,還需要更多的研究開展,去發(fā)現具有明顯的短臨特性,探索地震孕育與電離層變化之間的內在規(guī)律。法國于2004年發(fā)射了世界上第一顆專門服務于地震和火山監(jiān)測的DEMETER衛(wèi)星,獲得了大量的觀測資料,開創(chuàng)了地震電離層現象研究的新局面。歐洲航天局于2013年又成功發(fā)射了由三顆衛(wèi)星組成SWARM衛(wèi)星星座,開啟了空間立體式同步觀測,大大的提高了觀測效率和觀測數據的空間分辨,也為地震電離層現象的研究提供了一種新的途徑。本論文基于兩種不同軌道運行方式的DEMETER單顆衛(wèi)星和SWARM星座三顆衛(wèi)星觀測數據,分別利用不同的分析方法開展地震電離層現象的研究工作,探索不同軌道運行方式下衛(wèi)星電離層觀測資料的背景信息,嘗試針對單顆衛(wèi)星和星座多顆衛(wèi)星的電離層觀測數據異常信息的提取方法,并基于不同的擾動參數,開展震例和統(tǒng)計研究,取得了如下新的認識和結論:(1)對以往地震電離層現象研究中的震例研究和統(tǒng)計研究結果進行系統(tǒng)的歸納和總結,獲得了關于地震電離層現象的一些規(guī)律性的認識,即地震電離層異常出現在震前的時間隨著震級的增大而增長,電離層異?,F象出現的震中距隨著震級的增大而增大,地震電離層異常主要分布在地震震中南北兩側。(2)基于DEMETER衛(wèi)星和SWARM星座觀測數據,從空間分布和時間序列兩個方面進行觀測數據背景分析,得到觀測數據空間分布隨月份、季節(jié)及年度的變化,觀測數據的時間序列存在的多種周期成分,并隨著緯度的變化起主導的周期有所差異。在地磁緯度位于-10°~10°的范圍內,衛(wèi)星高度的電離層中也發(fā)現了F2層中存在的“年度異?!薄ⅰ鞍肽甓犬惓!薄ⅰ按呵锓植粚ΨQ異?!钡痊F象。同緯度不同經度研究區(qū)域的時序曲線具有較好的相關性,且夜間的時序曲線相關更好。不同軌道高度的兩顆衛(wèi)星觀測數據空間分布特征基本一致,數值差異較大。相鄰軌道的兩顆衛(wèi)星觀測數據的空間分布特征一致,但在正午時段磁赤道兩側,兩星觀測數據存在顯著差別。(3)基于DEMETER衛(wèi)星觀測數據,對其運行期間全球7級以上和我國大陸6級以上的地震開展震例研究,發(fā)現有70%以上的地震能觀測到震前異常變化,有增強的異常,有減弱的異常,并以增強異常為主。對多地震事件綜合分析的結果顯示,在震中區(qū)域存在著增強的異常變化,并且該異常變化主要集中出現在震前0~25天。依據地震參數分類的統(tǒng)計得到異常隨震級增大其幅度增強,隨震源深度增加異常減弱,并且南北半球的異常位置也有所不同。利用統(tǒng)計分析的方法嘗試對異常進行定量的評估,異常具有大于3σ的顯著特性,并利用隨機事件的分析結果,對綜合分析和統(tǒng)計分析的結果進行檢驗,驗證了異常與地震事件的相關性。(4)基于SWARM星座觀測數據,提取了軌道觀測中的快速擾動變化,對典型的震例進行震例分析,并探尋該類型擾動與地震的相關性。利用SWARM三顆衛(wèi)星軌道的差異,對擾動在空間存在的范圍及其可能的空間傳播特征進行分析和計算,辨別其是否與地震孕育有關的電離層擾動現象。為進一步證實該類擾動與地震的相關性,對地震區(qū)和非震區(qū)、地震前和地震后的該類擾動進行對比分析,結果表明震區(qū)與非震區(qū)擾動的差別不顯著,震前擾動相對于震后擾動在次數上具有優(yōu)勢,而相近數量的隨機事件分析結果,震前震后擾動次數相近,說明與地震的震前活動有一定的關聯(lián)。(5)對比單顆衛(wèi)星和星座觀測的結果,對未來基于衛(wèi)星星座的地震電離層現象研究,提出更有助于認識電離層背景變化特征,有利于識別地震電離層現象的星座軌道設計方案,為我國未來基于衛(wèi)星星座的地震電離層現象研究及其在防震減災工作中的應用提供參考。
趙瑜馨[6](2020)在《電離層擾動的指數研究及模擬》文中指出電離層擾動是空間天氣預報的主要任務之一,也是電離層物理研究的重要問題。電離層不僅受到來自上層的太陽活動、地磁活動的影響,還與共存的熱層發(fā)生耦合,低層的大氣活動同樣會對電離層產生擾動,因此電離層擾動呈現出復雜、多尺度、不規(guī)則的變化特征。當電離層發(fā)生擾動時,電子密度發(fā)生變化,對遠距離短波通信、衛(wèi)星通信與導航定位、超短波視距雷達系統(tǒng)的工作性能以及航天器的測控產生影響。研究電離層擾動的物理機制及指數預報對于避免空間天氣事件的經濟損害,維護人類空間活動的安全十分必要。將電離層擾動從背景分離出來一直是電離層擾動研究的核心與難點。白譜法在電離層數據處理中的應用為提取電離層擾動特征提供了一種新的數學方法。基于白譜法構建的單站指數Js、區(qū)域指數Jr和全球指數Jp能夠很好的反映單站、區(qū)域及全球電離層擾動情況,Js空間分布圖(Js map)能夠直觀地反映電離層擾動的二維空間變化特征。本文基于以上三種指數對典型的磁暴及臺風過程中電離層的擾動進行研究,驗證了該方法在不同擾動強度情況下的可行性與優(yōu)勢。本文首先利用電離層Js指數、Jr指數和Jp指數及太陽、行星際參數對2015年3月“圣帕克里克”事件和2017年9月“中元節(jié)”事件中兩個G4級磁暴過程及電離層各區(qū)域對磁暴的響應過程進行分析。在兩次事件中,局地電離層擾動強度相差不大,但“圣帕克里克”事件中由于激波快速壓縮導致南向磁場顯著增強并持續(xù)時間更長,因此電離層呈現大范圍長時間的整體擾動,而“中元節(jié)”事件中三次ICME只引起南向磁場的短時增強,因而引起的電離層擾動持續(xù)時間較短,呈現階段性區(qū)域擾動。在此基礎上,本文嘗試使用白譜法提取太陽、地磁、電離層及中性大氣密度的擾動,并構建新指數。新指數去除了背景趨勢,從而可以明顯看到上游到下游連鎖的響應過程。經過白譜法處理后太陽及電離層指數JF10.7,JSSN,JSSA及Jp TEC中明顯去除了F10.7指數、SSN、SA及GTEC中太陽活動周的下降趨勢?!笆ヅ量死锟恕笔录蠨st及AE的原始值和新指數大于“中元節(jié)”事件,而Ap指數的原始值和新指數則相反。不同地磁指數的表現不同可能由于觀測臺站分布地磁緯度不同,使用的地磁場數據種類不同,以及數據時間精度不同造成的。雖然“圣帕特里克”事件中太陽活動均非常強烈,但整體電離層擾動小于“中元節(jié)”事件,而300km左右大氣密度擾動大于“中元節(jié)”。這可能是由于“圣帕特里克”事件中頂部電離層等離子體密度突然增加,造成F2層以下的電子密度偏低,太陽風能量被頂部電離層捕獲造成的。電離層不僅受到上層太陽活動、地磁活動以及與之共存的熱層耦合作用的影響,下層中性大氣也會對電離層產生影響。本文基于中國區(qū)域高分辨率TEC(Total Electron Content)數據以及反映電離層空間變化特征的二維Js map,對2013年9月超強臺風“天兔”期間的電離層擾動情況進行研究,給出了電離層對臺風的二維響應特征。研究發(fā)現,臺風路徑附近區(qū)域電離層擾動最強,并且臺風接近大陸(包括大的島嶼)時電離層活動可能會改變。此外,本文利用三維電離層/熱層耦合模型GITM-R模擬了2016年9月臺風“莫蘭蒂”激發(fā)的重力波對我國東南沿海區(qū)域電離層的擾動。受限于100km處對電離層及中性大氣的觀測數據匱乏,下邊界重力波強迫輸入的確定通過臺風GNSS TEC觀測的環(huán)形電離層行擾參數以及重力波色散關系來進行估算。模擬40min后,距離臺風眼位置1000 km內重力波的水平相速度和周期穩(wěn)定在168.83m/s和17 min,與觀測的重力波參數相吻合。電離層TEC擾動的大小隨時間逐漸增加,擾動從圓心徑向向外擴展,且擾動大小各向異性。本文還分析了不同波長及頻率的重力波對的電離層擾動的影響,發(fā)現擾動幅度與周期呈負相關,與波長呈正相關。
馬玉[7](2020)在《基于GPS TEC的同震電離層擾動研究》文中研究表明目前地震的短臨期預報多依賴于觀察地震前兆現象,但并非所有地震在震發(fā)之前都會出現前兆。由于地震成因很復雜,現有的地下探測技術有限、難度大,我們在地震的中短期預報和臨震預報方面還亟待發(fā)展。地震、海嘯產生的次級壓力波會與大氣耦合,從而影響電離層中的等離子體,使總電子含量的電子濃度發(fā)生變化,因此借助于全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)的對地觀測,獲得同震電離層總電子含量,對其進行定量、定性的擾動分析,是近年來不斷發(fā)展的地震研究手段。本文針對GPS總電子含量(TEC)測量與同震電離層擾動分析的一系列原理與方法開展了詳細的探究與分析,并以2015年尼泊爾發(fā)生的Mw7.8地震為例,利用GPS雙頻連續(xù)觀測數據解算并分析TEC同震電離層擾動。論文主要圍繞著以下四個版塊的內容展開:(1)論述了電離層的基本定義與基本特性,介紹了高層大氣的分層結構與電離層電子密度的垂直分層結構、電離層的周期性與非周期性變化及其影響因素、以及多種傳統(tǒng)或新興的電離層探測方式,敘述了地震與大氣、電離層耦合的基本理論。此外,收集了國內外學者在GPS電離層領域、總電子含量的擾動分析方面已有的研究背景與理論,并為后續(xù)部分進行鋪設。(2)介紹了全球定位系統(tǒng)的對地觀測方式,結合物理意義,從數學角度闡釋了GPS電磁波信號中產生電離層延遲的原因以及GPS雙頻測距的基本原理與解算公式。詳盡地陳述了利用載波相位觀測量平滑偽距觀測量的原理與意義,對電離層單層模型進行圖文說明,以及介紹了基于GPS數據解算總電子含量的原理與方法,并佐以GPS TEC原始值的示例圖像。(3)研究分析了幾種關于同震電離層擾動的具體數圖方法,分別給出示例圖像并解釋了其意義。同時在時間域內、頻率域內對電離層總電子含量的擾動進行了數值與頻率值的范圍統(tǒng)計,將GPS TEC的時間數據序列進行降噪平滑處理,并對TEC曲線作數字圖像分析,系統(tǒng)性地闡明了幾種探究同震電離層擾動(CID)傳播特性的步驟與方法,包括如何計算TEC同震擾動的水平傳播速率、如何獲得衛(wèi)星穿刺點的推移軌跡以及同震電離層擾動沿地表水平傳播的方向,并且講述了判斷造成同震電離層擾動的地震相關波(聲波、瑞利波與重力波)類型的原理與方法。(4)以2015年發(fā)生的尼泊爾Mw7.8地震為例,選取中國地殼運動觀測網絡(CMONOC)及IGS在地震當天的GPS觀測數據解算出總電子含量的具體數值,對地震引起的同震電離層擾動進行數圖統(tǒng)計分析與快速傅里葉(FFT)頻譜分析,全面深入地探究TEC擾動傳播的時空特性。通過數據與圖像結果獲得震后的總電子含量出現明顯擾動異?,F象的時間以及持續(xù)時長、呈現出的變化趨勢,得出擾動由震中向周圍震區(qū)傳播的多個方向、水平傳播速率的值與范圍,頻譜中獲得的中心頻率值與范圍,從而對各自對應為何種地震相關波展開討論分析。
陳雪濤[8](2020)在《磁暴期間電離層熱層對電動力學和輻射冷卻的響應》文中提出電離層和熱層是空間天氣系統(tǒng)的重要組成部分,涵蓋了地球上空60-1000km的大氣區(qū)域。磁暴期間,有大量來自太陽風與磁層的能量注入。這些能量以粒子沉降和焦耳加熱的形式進入到極區(qū)高層大氣,導致全球熱層大氣成分、密度、溫度以及環(huán)流產生劇烈擾動,電離層參量也隨之發(fā)生顯著的變化。同時,受暴時電離層-熱層相互耦合作用的影響,磁暴期間電離層和熱層呈現出復雜的變化特征。磁暴及其電離層天氣效應一直是空間物理和電離層物理學界的研究熱點,許多科學問題尚需深入研究。本文圍繞磁暴期間電離層和熱層對電動力學和輻射冷卻的響應展開研究,利用電離層-熱層耦合模式分別研究電離層-熱層系統(tǒng)在磁暴主相和恢復相期間的變化特征,并利用機器學習方法對磁暴期間熱層NO輻射變化建模。本論文主要研究內容和成果如下:1.探究磁暴期間夜間電離層擾動的機制磁暴主相期間,穿透電場和大氣行擾引起的風場變化會導致電離層出現劇烈擾動。以往的研究主要關注白天電離層對磁暴的響應,而對夜間電離層的變化特征還缺乏深入的認識。本文利用TIEGCM模式重現了 2003年10月28-29日電離層測高儀觀測到的夜間電離層變化的主要特征。通過模式控制實驗,甄別電場和風場對電離層擾動的貢獻。結果表明,10月29日磁暴主相夜間電離層電子濃度峰值高度長時間抬升,是由行星際磁場Bz南向時北半球極區(qū)激發(fā)的大氣行擾引起的;而磁赤道附近的電離層擾動主要受到電場控制?;谀M的全球風場,發(fā)現磁暴期間極區(qū)激發(fā)的大氣行擾有顯著的半球不對稱,這是由于極區(qū)能量注入在夏季半球強于冬季半球。夏季半球較強的大氣行擾能夠跨過赤道到達冬季半球,引起冬季半球赤道向風場發(fā)生反轉,導致電離層峰高降低。我們同時發(fā)現,10月28日地磁活動較弱的時候,南半球(夏季半球)形成的大氣行擾仍然能跨過赤道引起北半球電離層峰高波狀擾動。通過分析磁暴期間的電勢發(fā)現:Bz南向時,夜側穿透電場為西向;Bz由南轉北向時,午夜前的穿透電場仍然保持西向,而午夜后的穿透電場轉為東向。這就導致Bz由南轉北向時午夜后的低緯電離層峰高在東向穿透電場和赤道向風的共同作用下進一步抬升。2.闡明NO輻射對暴時熱層密度和溫度恢復過程的貢獻磁暴期間極區(qū)注入的能量使得熱層迅速增溫,隨后熱層密度會在磁暴恢復階段迅速恢復,甚至出現過冷卻現象。暴時急劇增長的NO輻射很可能是密度過冷卻的主要原因?;瘜W反應N(2D)+O2是熱層NO的主要產生過程,以往的模擬研究使用該化學過程的常數反應率無法重現熱層的過冷卻現象,而且模擬的熱層恢復時間均長于衛(wèi)星觀測的結果。我們采用溫度相關的反應率進行了模擬實驗,較好的重現了熱層在磁暴恢復相的過冷卻現象。對比不同反應系數的模擬研究,發(fā)現在給定地磁活動條件下不同模擬實驗的總NO輻射冷卻沒有明顯差異,且總的NO輻射冷卻會趨向于與焦耳加熱和粒子沉降的能量保持平衡。在不同模擬實驗中熱層恢復過程的差異是由單位質量NO輻射的差異導致。通過分析不同高度的溫度演化,發(fā)現CHAMP衛(wèi)星軌道高度處的密度變化與120公里附近NO源區(qū)的溫度變化較為一致。NO源區(qū)的溫度過冷卻對軌道高度處大氣密度過冷卻有重要貢獻。此外,結合溫度、成分和風場高度分布的變化過程,揭示熱層密度過冷卻不僅受溫度影響,還受到中性風的調制。中性風會在磁暴恢復相擾動高層大氣的中性成分,從而改變軌道高度處熱層大氣密度。3.基于機器學習提升暴時NO輻射預測準確度NO輻射是磁暴期間熱層主要的冷卻源,準確的預測NO輻射對于研究熱層的響應過程至關重要。深度學習在空間物理領域已經有了許多成功的應用,該技術可以從大量數據中提取有效地特征。我們利用2002-2015年的SABER觀測數據來訓練和驗證NO輻射的三維卷積神經網絡模型。本研究的難點在于單顆衛(wèi)星提供的三維圖像含有大量的缺失數據。正則化損失函數能夠消除缺失數據對模型權重更新的影響?;诖藫p失函數訓練的NO輻射三維卷積神經網絡模型NOE3D能夠很好地預測NO輻射的三維分布。相較于TIEGCM,NOE3D預測的NO輻射的誤差更小,同時NOE3D跟觀測有更好的相關性。NOE3D在磁暴期間的預測也優(yōu)于TIEGCM,基本重現了 SABER觀測的NO輻射的變化特征。因此,機器學習有效提升了暴時NO輻射預測的準確度。
齊小嫚[9](2020)在《臺風過程電離層擾動的形態(tài)特征與顧及地形的可能耦合機理》文中提出電離層作為地球空間環(huán)境的重要組成部分,當電離層受到強烈擾動時,由于電子密度梯度和電離層的不規(guī)則性,會降低衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)和各類無線電通訊系統(tǒng)的運行性能。而低層大氣氣象活動引發(fā)的小尺度電離層擾動的特征和耦合機理仍未明確。因此,低層大氣氣象活動引發(fā)的電離層擾動規(guī)律、影響因素和耦合機理等已成為人們研究的一個重要科學問題。而臺風作為最劇烈的地面天氣變化之一,研究臺風過程中電離層的擾動特征尤為重要。本文將基于多源數據分析臺風過程電離層擾動的形態(tài)特征,并初步討論了不同地形條件下臺風與電離層擾動的可能耦合機理。(1)基于電離層電子濃度總含量(Total Electron Content,TEC)變化率的指數(Rate of change in the TEC Index,ROTI)分析發(fā)現,在11個臺風中有7個臺風過程中檢測到了電離層不規(guī)則性擾動。其中菲特、瑪莉亞、天鴿和山竹登陸過程中未檢測到明確由臺風導致的電離層不規(guī)則性擾動。妮妲、海馬、莎莉嘉、羅莎、凡亞比、麥德姆和薔薇均在其登陸過程中檢測到了電離層不規(guī)則性擾動,ROTI的最大值分別為0.55 TECU.min-1、0.8 TECU.min-1、1 TECU.min-1、1.8 TECU.min-1、2.5 TECU.min-1、3.5 TECU.min-1、2.5 TECU.min-1。(2)本文基于多源數據檢測到的臺風期間電離層的擾動結果具有很好的一致,且檢測到的電離層擾動一般出現在臺風登陸前后一天和登陸當天,表明這些電離層擾動確實由臺風接近海岸或登陸引起。(3)基于不同地形條件結合聲重力波初步討論了電離層擾動的可能耦合機理。結合臺風登陸地的地形分析發(fā)現,在地勢較高地登陸的臺風更易檢測到顯著的電離層擾動。山竹登陸廣東沿海地區(qū)未檢測到顯著的電離層擾動。海馬登陸后穿過蓮花山(海拔1336米),莎莉嘉登陸后穿過五指山(海拔1867.1米),麥德姆登陸后穿過臺灣中央山脈(中央山脈有62座山峰高度在3000米以上),三者在登陸過程中均檢測到了空間尺度上的TEC擾動,TECGIM-IRI的差值分別為0.5~1.5 TECU0.5~3 TECU、0.5~3 TECU。這一現象可以由地形對聲重力波的影響解釋。臺風登陸地勢較高的地區(qū)時,由于高地形的阻力效應,空氣中的高遞減率為聲重力波的發(fā)展創(chuàng)造了理想的條件,臺風影響期間所激發(fā)的聲重力波可以傳播到電離層高度并對電離層產生影響。
尹萍,李博,任丹丹[10](2019)在《基于多分辨率GPS層析技術的電離層暴時LSTID特征研究》文中進行了進一步梳理利用GPS電離層層析技術探測電離層已經有了數十年的發(fā)展,特別在電離層暴時有著獨特的優(yōu)勢.文章基于一種多分辨率層析算法,并結合美國東西部地區(qū)部分GPS地面數據對2015年3月16日-17日出現的電離層暴進行重構.首先,借助獨立的測高儀數據驗證多分辨率層析技術對電子密度反演的精度結果,同時也證實了電離層暴時多分辨率層析算法的適用性.其次,通過對美國東部地區(qū)2015年3月17日磁擾動最強烈時段的電離層重構,檢驗由磁暴引起的大尺度電離層行擾(large-scale travelling ionospheric disturbance, LSTID)的存在,并利用總電子含量(total electron content,TEC)數據分析此次電離層行擾的水平特征.同時,通過與非相干散射雷達(incoherent scatter radar, ISR)觀測值的對比,借助反演得到的電子密度剖面信息討論電離層行擾在垂向上的特征.結果表明:此次LSTID的波長為1 200 km左右,周期為50~60 min,以350~400 m/s的波速向西南方向傳播,并且電離層行擾(travelling ionospheric disturbance, TID)的垂向電子密度具有較可靠的精度.
二、中國中部地區(qū)大尺度電離層行擾的傳播特性(論文開題報告)
(1)論文研究背景及目的
此處內容要求:
首先簡單簡介論文所研究問題的基本概念和背景,再而簡單明了地指出論文所要研究解決的具體問題,并提出你的論文準備的觀點或解決方法。
寫法范例:
本文主要提出一款精簡64位RISC處理器存儲管理單元結構并詳細分析其設計過程。在該MMU結構中,TLB采用叁個分離的TLB,TLB采用基于內容查找的相聯(lián)存儲器并行查找,支持粗粒度為64KB和細粒度為4KB兩種頁面大小,采用多級分層頁表結構映射地址空間,并詳細論述了四級頁表轉換過程,TLB結構組織等。該MMU結構將作為該處理器存儲系統(tǒng)實現的一個重要組成部分。
(2)本文研究方法
調查法:該方法是有目的、有系統(tǒng)的搜集有關研究對象的具體信息。
觀察法:用自己的感官和輔助工具直接觀察研究對象從而得到有關信息。
實驗法:通過主支變革、控制研究對象來發(fā)現與確認事物間的因果關系。
文獻研究法:通過調查文獻來獲得資料,從而全面的、正確的了解掌握研究方法。
實證研究法:依據現有的科學理論和實踐的需要提出設計。
定性分析法:對研究對象進行“質”的方面的研究,這個方法需要計算的數據較少。
定量分析法:通過具體的數字,使人們對研究對象的認識進一步精確化。
跨學科研究法:運用多學科的理論、方法和成果從整體上對某一課題進行研究。
功能分析法:這是社會科學用來分析社會現象的一種方法,從某一功能出發(fā)研究多個方面的影響。
模擬法:通過創(chuàng)設一個與原型相似的模型來間接研究原型某種特性的一種形容方法。
三、中國中部地區(qū)大尺度電離層行擾的傳播特性(論文提綱范文)
(2)電離層等離子體泡的識別與分析(論文提綱范文)
摘要 |
英文摘要 |
第1章 緒論 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 電離層簡介 |
1.1.2 電離層等離子體泡簡介 |
1.2 等離子體泡的觀測方法 |
1.3 等離子體泡的時空分布規(guī)律 |
1.4 研究目的與意義 |
1.5 研究內容及章節(jié)安排 |
第2章 近地軌道衛(wèi)星的地磁測量 |
2.1 地磁場介紹 |
2.1.1 內源場 |
2.1.2 外源場 |
2.2 地磁場模型 |
2.2.1 國際地磁參考場(IGRF) |
2.2.2 地磁建模對數據的要求 |
2.3 Swarm衛(wèi)星 |
2.3.1 Swarm背景介紹 |
2.3.2 Swarm數據介紹 |
2.4 本章小結 |
第3章 等離子體泡的磁場特征 |
3.1 等離子體泡的形成 |
3.2 等離子體泡的磁場特征 |
3.3 等離子體泡磁場特征的觀測 |
3.3.1 與等離子體泡相關的磁場擾動 |
3.3.2 磁場特征的形成機制 |
3.4 本章小結 |
第4章 等離子體泡的識別 |
4.1 等離子體泡的矢量磁場特征 |
4.2 等離子體泡的標量磁場特征 |
4.3 兩種識別等離子體泡的方法對比 |
4.4 影響等離子體泡識別的情況分析 |
4.4.1 非物理原因引起的磁場波動 |
4.4.2 沒有磁場波動的等離子體泡 |
4.4.3 磁場數據缺失 |
4.4.4 不規(guī)則形態(tài)的等離子體結構 |
4.5 與其他常見電離層中小尺度擾動的比較 |
4.5.1 等離子體團 |
4.5.2 小尺度電離層行擾 |
4.5.3 地磁脈動 |
4.6 用磁場數據識別等離子體泡的不足 |
4.7 本章小結 |
第5章 總結與展望 |
5.1 總結 |
5.2 未來展望 |
參考文獻 |
致謝 |
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果 |
(3)2017年9月強磁暴及引發(fā)的電離層擾動(論文提綱范文)
0 引 言 |
1 “中元節(jié)”太陽風暴 |
2 極區(qū)電離層暴 |
3 LSTID在中低緯的傳播特性 |
4 結 論 |
(4)2017年9月磁暴期間大尺度電離層行進式擾動的傳播特性研究(論文提綱范文)
0 引言 |
1 數據和研究方法 |
2 觀測結果和討論 |
2.1 地磁活動情況 |
2.2 暴時電離層擾動變化 |
2.3 LSTID傳播特性 |
3 結論 |
(5)基于SWARM和DEMETER衛(wèi)星電子密度數據的地震電離層現象研究(論文提綱范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 緒論 |
1.1 引言 |
1.2 地震電離層現象研究現狀 |
1.2.1 同震電離層擾動 |
1.2.2 震前電離層擾動 |
1.2.2.1 震例研究 |
1.2.2.2 統(tǒng)計研究 |
1.2.2.3 耦合機制的研究 |
1.3 地震電離層現象研究總結 |
1.3.1 主要研究參量總結 |
1.3.2 電離層異常特征總結 |
1.4 研究目的和意義 |
1.5 研究思路與內容 |
第二章 地震電離層現象概述 |
2.1 地震活動概述 |
2.1.1 地震成因及震級 |
2.1.2 地震過程及前兆現象 |
2.1.3 地震孕育區(qū) |
2.2 電離層概述 |
2.2.1 電離層 |
2.2.2 電離層活動特征 |
2.3 電離層對地震的響應 |
2.3.1 地震電離層現象對震級敏感性 |
2.3.2 地震電離層現象的空間分布特征 |
2.3.3 地震電離層現象的多樣性和瞬時性 |
2.3.4 地震電離層現象在電離層各分層中的響應特征 |
2.4 小結與討論 |
第三章 基于DEMETER衛(wèi)星數據的分析 |
3.1 DEMETER衛(wèi)星及數據 |
3.1.1 DEMETER衛(wèi)星簡介 |
3.1.2 DEMETER衛(wèi)星數據 |
3.2 DEMETER衛(wèi)星觀測數據的背景特征 |
3.2.1 空間分布背景的構建方法及特征分析 |
3.2.2 固定區(qū)域的觀測數據時間序列構建方法及其變化特征 |
3.2.2.1 時間序列構建方法 |
3.2.2.2 數據隨緯度的變化特征 |
3.2.2.3 數據隨經度的變化特征 |
3.2.4 結論與討論 |
3.3 地震電離層現象的震例研究 |
3.3.1 空間分布分析方法 |
3.3.2 時間序列分析方法 |
3.3.3 典型震例分析與總結 |
3.4 地震電離層現象的統(tǒng)計研究與驗證 |
3.4.1 基于多地震事件分類的分析 |
3.4.1.1 異常的空間分布分析 |
3.4.1.2 異常的時間序列分析 |
3.4.2 基于隨機事件的驗證 |
3.4.3 基于多地震事件的定量評估 |
3.4.3.1 異??臻g分布的統(tǒng)計分析 |
3.4.3.2 異常時間序列的統(tǒng)計分析 |
3.5 小結與討論 |
第四章 基于SWARM星座數據的分析 |
4.1 SWARM星座及數據 |
4.1.1 SWARM星座簡介 |
4.1.2 SWARM星座數據 |
4.1.3 SWARM星座衛(wèi)星軌道的差異 |
4.2 SWARM星座觀測數據的背景分析 |
4.2.1 固定研究區(qū)域觀測數據的時序分析 |
4.2.2 觀測數據的空間分布特征 |
4.2.3 基于三顆衛(wèi)星軌道差異的特征分析 |
4.2.4 結論與討論 |
4.3 地震電離層快速擾動的分析方法及震例研究 |
4.3.1 快速擾動的分析方法 |
4.3.2 震前的快速擾動現象 |
4.4 快速擾動現象與地震活動的相關性研究 |
4.4.1 快速擾動的空間分布特征 |
4.4.2 太陽和地磁活動的影響 |
4.4.3 有震區(qū)與無震區(qū)的對比分析 |
4.4.4 地震前與地震后的對比分析 |
4.5 小結與討論 |
第五章 地震電離層現象的耦合機制 |
5.1 常見的耦合機制模型 |
5.1.1 重力波模型 |
5.1.2 電動力學模型 |
5.1.3 電磁輻射模型 |
5.1.4 化學模型 |
5.2 地震電離層耦合途徑 |
5.2.1 重力波途徑 |
5.2.2 電動力學途徑 |
5.3 基于耦合機制對震例研究結果的分析 |
5.3.1 對DEMTER衛(wèi)星震例研究結果的分析 |
5.3.2 對SWARM星座震例研究結果的分析 |
5.4 小結與討論 |
第六章 總結與展望 |
6.1 研究結果總結 |
6.2 DEMETER和 SWARM的研究對比 |
6.3 創(chuàng)新點 |
6.4 展望 |
6.4.1 星座觀測設想 |
6.4.2 研究工作展望 |
參考文獻 |
致謝 |
作者簡歷及發(fā)表文章 |
(6)電離層擾動的指數研究及模擬(論文提綱范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 電離層概述 |
1.1.1 電離層基本結構 |
1.1.2 光化學過程與輸運過程 |
1.2 背景電離層 |
1.3 電離層擾動 |
1.3.1 太陽活動及其地磁效應對電離層的擾動 |
1.3.2 低層大氣活動對電離層的擾動 |
1.4 研究意義 |
1.5 本文主要內容 |
1.6 章節(jié)安排 |
第2章 電離層擾動的研究方法 |
2.1 電離層指數 |
2.1.1 電離層指數的研究歷史 |
2.1.2 白譜法原理及具體算法 |
2.2 電離層模式 |
2.2.1 電離層模式的研究歷史 |
2.2.2 GITM-R模式簡介 |
第3章 磁暴期間電離層擾動的指數研究 |
3.1 引言 |
3.2 數據與方法 |
3.3 結果與分析 |
3.3.1 “圣帕特里克”事件 |
3.3.2 “中元節(jié)”事件 |
3.3.3 兩個事件中空間天氣因果鏈的指數化分析 |
3.3.4 小結 |
第4章 臺風期間電離層擾動指數化研究 |
4.1 引言 |
4.2 數據 |
4.3 結果和分析 |
4.4 小結 |
第5章 利用GITM模擬臺風期間電離層擾動 |
5.1 引言 |
5.2 研究方法 |
5.2.1 模式描述及網格設置 |
5.2.2 同心重力波強迫估算 |
5.3 結果與討論 |
5.3.1 對臺風“莫蘭蒂”的模擬 |
5.3.2 不同波長及頻率的重力波下TEC擾動大小 |
5.4 小結 |
第6章 總結與展望 |
6.1 本文工作總結 |
6.1.1 主要研究結果 |
6.1.2 創(chuàng)新性分析 |
6.2 未來工作展望 |
參考文獻 |
致謝 |
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果 |
(7)基于GPS TEC的同震電離層擾動研究(論文提綱范文)
作者簡介 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
第一章 緒論 |
1.1 研究背景與意義 |
1.2 國內外研究現狀 |
1.3 研究內容與技術路線 |
1.3.1 主要研究內容 |
1.3.2 技術路線 |
1.3.3 論文章節(jié)安排 |
第二章 電離層基本特性與TEC探測原理 |
2.1 電離層的基本特性 |
2.1.1 電離層的定義 |
2.1.2 電離層的變化與其影響因素 |
2.1.3 電離層的觀測方式 |
2.2 地震-大氣-電離層耦合原理 |
2.3 基于GPS觀測解算電離層TEC |
2.3.1 電離層延遲 |
2.3.2 克羅布歇電離層模型 |
2.3.3 GPS雙頻觀測解算TEC |
第三章 同震電離層擾動分析研究 |
3.1 同震電離層擾動序列的獲取方法 |
3.1.1 觀測數據預處理 |
3.1.2 Savitzky-Golay滑動濾波 |
3.1.3 數據整理 |
3.2 同震電離層擾動的時頻分析 |
3.2.1 CID時間序列的統(tǒng)計分析 |
3.2.2 CID的傅里葉頻譜分析 |
3.3 CID時空傳播特性的探究 |
3.3.1 CID水平傳播速率計算方法 |
3.3.2 CID傳播方向獲取方法 |
3.3.3 擾動類型的判斷方法 |
第四章 尼泊爾震例的CID分析 |
4.1 尼泊爾地震與GPS數據概述 |
4.2 GPS數據計算TEC的結果 |
4.2.1 雙頻解算獲得的TEC原始值 |
4.2.2 S-G濾波提取的CID值 |
4.3 CID的時頻統(tǒng)計分析與對比 |
4.3.1 時間序列的統(tǒng)計結果 |
4.3.2 FFT頻譜分析結果 |
4.3.3 CID時頻圖的比對分析 |
4.4 探究CID的時空特性與類型 |
4.4.1 水平傳播速率的計算結果 |
4.4.2 穿刺點軌跡的方向 |
4.4.3 CID類型的探究 |
第五章 研究成果與展望 |
5.1 研究成果與結論 |
5.2 展望 |
致謝 |
參考文獻 |
(8)磁暴期間電離層熱層對電動力學和輻射冷卻的響應(論文提綱范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 緒論 |
1.1 熱層概述 |
1.1.1 大氣垂直結構 |
1.1.2 熱層的輻射加熱和冷卻 |
1.1.3 熱層大氣環(huán)流 |
1.2 電離層概述 |
1.2.1 電離層垂直分層 |
1.2.2 動力學過程 |
1.3 電離層-熱層耦合 |
1.3.1 離子拖曳 |
1.3.2 發(fā)電機效應 |
1.4 電離層和熱層對磁暴的響應 |
1.4.1 熱層對磁暴的響應 |
1.4.2 電離層對磁暴的響應 |
1.5 本文研究目的和主要內容 |
第二章 電離層-熱層耦合模式與機器學習介紹 |
2.1 電離層-熱層耦合模式介紹 |
2.1.1 模型簡介 |
2.1.2 熱力學方程 |
2.1.3 電離層方程 |
2.1.4 模式輸入 |
2.2 機器學習簡介及其在空間物理的應用 |
2.2.1 機器學習簡介 |
2.2.2 機器學習常用模型及其在空間物理的應用 |
第三章 磁暴期間夜間電離層的模擬研究 |
3.1 研究背景 |
3.2 TIEGCM的參數設置 |
3.3 模擬實驗結果與討論 |
3.4 本章總結 |
第四章 磁暴恢復相熱層過冷卻現象的模擬研究 |
4.1 研究背景 |
4.2 CHAMP和TIMED/SABER衛(wèi)星數據介紹 |
4.3 TIEGCM模式中NO的化學過程 |
4.4 TIEGCM模擬結果和討論 |
4.4.1 太陽輻射通量變化對熱層密度的影響 |
4.4.2 N(~2D)+O_2不同反應系數的模擬結果 |
4.4.3 NO輻射的高度分布 |
4.4.4 中性溫度的恢復過程以及中性風的作用 |
4.5 本章總結 |
第五章 基于深度神經網絡的一氧化氮輻射三維模型 |
5.1 研究背景 |
5.2 三維卷積神經網絡及損失函數 |
5.2.1 三維卷積神經網絡 |
5.2.2 損失函數 |
5.3 NOE3D模型結果 |
5.3.1 相關性分析 |
5.3.2 測試集的誤差分布 |
5.4 2010年4月5日磁暴事件 |
5.5 討論和小結 |
第六章 工作總結與展望 |
6.1 本文工作總結 |
6.2 未來工作展望 |
參考文獻 |
致謝 |
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果 |
(9)臺風過程電離層擾動的形態(tài)特征與顧及地形的可能耦合機理(論文提綱范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 緒論 |
1.1 研究意義 |
1.2 國內外研究進展 |
1.2.1 電離層對臺風響應的國內外研究進展 |
1.2.2 電離層擾動耦合機理的國內外研究進展 |
1.3 本文的研究內容 |
第二章 研究數據與方法 |
2.1 研究數據 |
2.2 研究方法 |
2.2.1 電離層TEC變化率指數 |
2.2.2 二階算子法 |
2.2.3 GIM與 IRI-Plas2017的TEC差值算法 |
2.2.4 電離層振幅閃爍指數 |
2.3 本章小結 |
第三章 登陸不同地形區(qū)域臺風過程電離層擾動的形態(tài)特征 |
3.1 臺風與太陽、地磁活動 |
3.2 基于ROTI分析臺風過程電離層的不規(guī)則性擾動 |
3.3 本章小結 |
第四章 基于多源數據分析臺風過程電離層的擾動特征 |
4.1 電離層振幅閃爍指數 |
4.2 電離層數字測高儀 |
4.3 單站GPS-TEC時間序列 |
4.4 本章小結 |
第五章 顧及地形的臺風-電離層擾動的耦合機理 |
5.1 電離層擾動的耦合機理-聲重力波 |
5.2 臺風在不同地形登陸過程中電離層TEC的形態(tài)特征 |
5.3 不同地形條件下臺風-電離層擾動的可能耦合機理 |
5.4 本章小結 |
第六章 總結與展望 |
6.1 主要結論 |
6.2 創(chuàng)新點 |
6.3 下一步研究 |
參考文獻 |
致謝 |
個人簡介 |
(10)基于多分辨率GPS層析技術的電離層暴時LSTID特征研究(論文提綱范文)
引 言 |
1 磁暴地磁指數分析 |
2 觀測數據及多分辨率層析技術 |
2.1 觀測數據 |
2.2 多分辨率層析技術 |
3 層析結果與測高儀數據對比 |
4 美國東部地區(qū)TID層析觀測結果 |
4.1 TID水平特性分析 |
4.2 TID垂向特性分析 |
5 結 論 |
四、中國中部地區(qū)大尺度電離層行擾的傳播特性(論文參考文獻)
- [1]SWARM衛(wèi)星觀測到的一次臺風消亡產生的電離層擾動[J]. 杜曉輝,張學民. 地球與行星物理論評, 2021(06)
- [2]電離層等離子體泡的識別與分析[D]. 李博. 中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心), 2021(01)
- [3]2017年9月強磁暴及引發(fā)的電離層擾動[J]. 尹匯民,孔建,安家春,王澤民. 地球物理學進展, 2021(01)
- [4]2017年9月磁暴期間大尺度電離層行進式擾動的傳播特性研究[J]. 魏樂惠,姜春華,趙正予. 地球物理學進展, 2021(02)
- [5]基于SWARM和DEMETER衛(wèi)星電子密度數據的地震電離層現象研究[D]. 何宇飛. 中國地震局地球物理研究所, 2020(03)
- [6]電離層擾動的指數研究及模擬[D]. 趙瑜馨. 中國氣象科學研究院, 2020(03)
- [7]基于GPS TEC的同震電離層擾動研究[D]. 馬玉. 中國地震局地震研究所, 2020(01)
- [8]磁暴期間電離層熱層對電動力學和輻射冷卻的響應[D]. 陳雪濤. 中國科學技術大學, 2020(01)
- [9]臺風過程電離層擾動的形態(tài)特征與顧及地形的可能耦合機理[D]. 齊小嫚. 南京信息工程大學, 2020(02)
- [10]基于多分辨率GPS層析技術的電離層暴時LSTID特征研究[J]. 尹萍,李博,任丹丹. 電波科學學報, 2019(05)
標簽:電離層論文; 磁場強度論文; gps定位系統(tǒng)論文; 通信衛(wèi)星論文; 空間分析論文;