国际电离层模型磁暴模式的适用性分析
磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析
0254-6124/2020/40(6)-1007-07Chin.J.Space Sci.空间科学学报MEI Dengkui,WEN Debao.Analysis of ionospheric irregularities and disturbances at middle and low latitudes in China during the magnetic storm(in Chinese).Chin.J.Space Sci.,2020,40(6):1007-1013.DOI:10.11728/cjss2020.06.1007磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析s梅登奎1闻德保21(长沙理工大学交通运输工程学院长抄410114)2(广州大学地理科学学院广州510006)摘要2017年9月8日发生了一次强磁暴、Kp指数最大值达到8.利用区域电离层格网模型(Region-al Ionosphere Map,RIM)和区域ROTI(Rate of TEC Index)地图，分析了磁暴期间中国及其周边地区电离层TEC扰动特征和低纬地区电离层不规则体的产生与发展情况，同时利用不同纬度IGS(International GNSS Service)测站BJFS(39.6°N,115.9°E),JFNG(30.5°N,114.5°E)和HKWS(22.4°N,114.3°E)的GPS双频观测值，获取各测站的ROTI和DROT(Standard Deviation of Differential ROT)指数变化趋势.结果表明：此次磁暴发生期间电离层扰动先以正相扰动为主，主要发生在中低纬区域，dTEC(differential TEC)最大值达到14.9TECU,随后电离层正相扰动逐渐衰减，在低纬区域发生电离层负相扰动，dTEC最小值达到-7.2TECU;在12:30UT—13:30UT时段，中国南部低纬地区发生明显的电离层不规则体事件；相比BJFS和JFNG两个测站，位于低纬的HKWS测站的ROTI和DROT指数变化更为剧烈，这表明电离层不规则体结构存在纬度差异.关键词总电子含量,ROTI,电离层不规则体，电离层扰动，磁暴中图分类号P352Analysis of Ionospheric Irregularitiesand Disturbances at Middle and Low Latitudesin China during the Magnetic StormMEI Dengkui1WEN Debao2'(School of Traffic and Transportation Engineering,Changsha University ofScience and Technology,Changsha410114)2(School of Geographical Science,Guangzhou University,Guangzhou510006)Abstract A strong magnetic storm occurred on8September2017with the Kp index reaching its maximum of8.The Regional Ionosphere Maps(RIM)were utilized to analyze the ionospheric TEC (Total Electron Content)disturbances over China and its adjacent areas,and the ROTI(Rate of TEC Index)maps were utilized to analyze the ionospheric irregularities in the low-latitude areas of China during the magnetic storm.Furthermore,the dual-frequency GPS observations of three IGS*国家自然科学基金项目资助(41674040)2019-05-20收到原稿，2019-11-03收到修定稿E-mail:**************.通信作者闻德保、E-mail:*****************.cn1008Chin.J.Space Sci.空间科学学报2020,40(6)stations at BJFS(39.6°N,115.9°E),JFNG(30.5°N,114.5°E)and HKWS(22.4°N,114.3°E)were used to obtain the trends of ROTI and DROT(standard deviation of differential ROT)indexes for each station.The results showed that during this magnetic storm,the ionospheric positive phase disturbances dominated in the beginning and mainly occurred at middle-and-low latitudes of China, and the dTEC(differential TEC)reached its maximum of14.9TECU at about04:00UT.Then the ionospheric positive phase disturbances gradually declined,the ionospheric negative phase distu—bances began to occur at low latitudes of China with the dTEC reaching its minimum of—7.2 TECU at about12:00UT.There were obvious ionospheric irregularities observed at lower latitudes in southern China during12:30UT—13:pared with the BJFS and JFNG stations,the ROTI and DROT indexes of HKWS station at low latitude exhibited instability,indicating the latitudinal differences of ionospheric irregularities.Key words Total Electron Content(TEC),ROTI,Ionospheric irregularities,Ionospheric disturbance,Magnetic storm0引言磁暴期间电离层暴扰动和低纬不规则体事件是两种主要的电离层天气现象⑴，二者均对无线电通信和全球导航定位等技术系统有严重影响12,3】.电离层状态受太阳或地磁暴活动影响较大，由电离层不规则体结构引起的电离层闪烁发生率和强度与地磁活动的关系是一个值得关注的复杂问题I"】.中国大部分地区处于中低纬度，磁暴期间电离层TEC扰动复杂,是电离层不规则体事件的高发区域I%因此，对中国区域电离层不规则体和扰动的暴时响应特征进行研究尤为必要.关于磁暴期间中国低纬度地区电离层不规则体和电离层扰动的暴时响应特性已有相关研究.Zhang 等冏分析了磁暴期间不同纬度测站上空的垂直TEC扰动特征;Xu等【7］和Li等同利用GPS TEC 和电波闪烁监测仪的数据，分析了强磁暴期间武汉及其周边邻近区域电离层TEC的扰动响应和电波闪烁特征；Li等【9)和Shang等I10)利用海南三亚的数字测高仪和GPS电离层闪烁数据，研究了中国中低纬和赤道地区的电离层不规则体在强磁暴事件中的变化特征;Li等利用三亚的GPS短基线接收机阵以及VHF电离层相干散射雷达，进行了不同尺度低纬电离层不规则体漂移特性的观测研究.但是，上述单站电离层不规则体观测技术手段均比较单一.Hu 等⑷和Shang等凹利用子午工程中120°E附近的多种地基或空基监测手段，对中国中低纬度地区电离层不规则体的暴时演变特和扰动机制进行了研究.磁暴和电离层不规则体在时间和空间上都具有高可变性.GNSS技术已成为进行高时空分辨率电离层动态监测的有效手段，利用GNSS技术获取的电离层总电子含量可以作为电离层空间天气监测的重要物理参量33】.其中,TEC变化率ROT(Rate of TEC)的标准差ROTI指数可以作为电离层不规则体监测的有效参数，利用全球分布的GNSS观测数据开展电离层不规则体和闪烁研究已成为可能［14］-国际GNSS服务组织对外提供北半球(50°-90°N)的ROTI地图，可用于高纬度地区电离层不规则体监测研究.中国科学院光电研究院2017年开始对外提供覆盖全球范围的ROTI地图【"I,该地图是监测电离层不规则体的重要数据源.由ROT计算得到的ROTI指数可能包含趋势变化项.Wang等【闵通过对ROT作差分，计算得到一种用于探测电离层不规则体结构的新指数.本文利用中国地震局GNSS数据产品服务平台提供的区域电离层格网模型，以及中国科学院光电研究院提供的ROTI地图,分别分析了中国中低纬度地区暴时电离层扰动与电离层不规则体的变化特性,同时利用不同纬度IGS测站的GPS双频观测值研究电离层不规则体的纬度变化规律.1数据与处理方法中国大陆构造的环境监测网络(简称陆态网络)梅登奎等：磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析1009为中国电离层天气监测研究提供了观测数据⑴.利 用陆态网络260个测站以及分布在中国及周边区域 的IGS 测站的GNSS 观测数据，采用12x8阶球谐函数1161描述中国区域电离层TEC.由高精度GNSS 数 据处理软件Bernese 5.2解算得到球谐函数系数，并 生成中国及其周边区域（70°-140°E, 15°-55°N ）电离层TEC 格网模型，其时间分辨率为2h,空间分辨 率为l°xl°.目前中国区域电离层TEC 格网数据由中国地震局GNSS 数据产品服务平台*公开发布,其TEC 解算精度优于2.5TECU,可用于监测中国电 离层TEC 扰动的时空变化特性.本文采用TEC 绝对 变化值 dTEC （differential Total Electron Content ）作 为表征电离层扰动强度的指标，定义符号§dTEC,其计算表达式为* ddTEC = §TEC,obs — §TEC,ref ・(1)式中:§TEC,ref 为磁暴发生期间电离层总电子含量，取磁暴发生前5天平均值作为参考值;^TEC.obs 为磁暴 发生时的电离层总电子含量.利用GPS 双频载波观测值可以获取卫星信号 传播路径上电离层总电子含量变化率ROT,单位为 TECU-min-1 （1TECU = 1016m-2）.卫星信号传播路径上的总电子含量S tec 及i 历元时刻s 卫 星的S tec 变化率ROT 表达式为【以切：论=（#_鲁）冶島务⑶式中:L x 和厶2分别表示卫星信号频率/1和/2上的载波相位观测值;c 为光速；K = 40.3m3.s-2； g 为 历元间隔，单位为min. S tec 的单位为TECU.在一定时间间隔内（如5 min ） TEC 变化率的标 准差ROTI 为§ROTI （0） = \ 帀 工 伍（j ）-KmeanF ， ⑷\ j=i — N其单位为 TECU-min-1.当 5RO ti 2 0.5TECU-min-1 时，即认为发生电离层不规则体事件XL N 为该时间段内参与计算的历元个数，与GPS 采样间 隔有关，本文N 取10.对ROT 参数进行差分计算，从而尽量消除趋势项.差分计算公式为dROT （i ） = R （i ） 一 R （： - 1）. （5）为得到D rot 指数,计算G rot 的标准差冋，其计算公式为D rot (2)=百 52 [dROT (J) - “ROTmeaf.⑹j=i —N2实验结果与分析受2017年9月6日爆发的大耀斑及伴随的日 冕物质抛射影响，2017年9月8日发生一次G4级 双主相急始型强磁暴Ml.图1给出了此次磁暴地磁活动指数Dst 和Kp 的变化情况.从图1可以看出,00000000087654322 2468024二一 一 -7-1-1' (a)1 ■ 1* 1 i 1Luii iillhi II(b)III . hlllllhll:00)()00g00:00 00:0() 00:00 00:00Universal Time(UT)图1 2017年9月5—11日地磁活动指数Dsf 和Kp 变化Fig. 1 Variations of geomagnetic activity indices Dst and Kp from 5 to 11 in September20171010Chin.J.Space Sci.空间科学学报2020,40(6)2017年9月8日01:00UT左右进入磁暴主相阶段, Dst急剧下降至最小值-142nT,同时，Kp指数达到最大值&之后进入磁暴恢复相，逐渐恢复至正常水平.2017年9月8日发生的强磁暴造成了中国大部分地区的电离层TEC扰动.图2给出了该磁暴发生期间不同时刻的电离层TEC二维扰动变化.从图2可以看出：在00:00UT左右，电离层正相扰动开始发生，但扰动范围较小，之后电离层正相扰动逐渐增强.扰动范围逐渐扩大；在04:00UT,中低纬度(20°-40°N)区域TEC明显增大，其中电离层扰动指数dTEC最大达到14.9TECU.随着磁暴的发展，中国大部分地区电离层正相扰动逐渐衰减•在10:00UT左右电离层负相扰动开始发生,之后负相扰动增强；在12:00UT左右，低纬度区域(15°-20°N)电离层TEC明显减小.dTEC最小达到-7.2TECU,而在较高纬度区域仍有电离层弱正相扰动发生；此后，电离层扰动强度衰减，电离层逐渐恢复至正常水平，并从18:00UT开始，电离层扰动基本消失.结果表明：电离层TEC暴相与纬度密切相关;在不同的磁暴发生阶段，电离层暴相与扰动强度均存在差异.本文在全球ROTI地图的基础上，提取得到中国及其周边区域的ROTI地图.提取到的ROTI地图经度和纬度分辨率分别为5。
地球磁爆现象
地球磁爆现象地球磁场全球性的剧烈扰动现象。
地磁暴，是地球磁场全球性的剧烈扰动现象。
以地磁指数来表征地磁暴的大小。
地磁暴是高速等离子体云到达地球空间后，引发的最具代表性的全球空间环境扰动事件。
地磁暴的强度可以表征太阳风暴中高速等离子体云的影响大小。
地磁暴的强度等级一般用Kp指数和Dst指数这两类地磁指数来划分。
在研究中通常采用Dst指数分级，而在预警应用中采用Kp指数。
发现19世纪30年代，在德国科学家高斯和韦伯建立地磁台站之初，他们就发现地磁场经常有微小的起伏变化，但当时他们并没有认识到这是由太阳引起的。
之后，1859年9月1日，英国人卡林顿在观察太阳黑子时，首先观测到了太阳耀斑。
第二天，地磁台站记录到1600纳特斯拉的强烈地磁扰动。
这个偶然的发现和巧合，使他认识到地磁扰动居然与太阳爆发活动有关。
成因CME与冕洞高速等离子体云从太阳日冕抛射出来，相对背景太阳风速度更高，携带着日冕磁场冲击地球磁层，使磁层压缩变形。
并且它通常携带南北方向转动的磁场，当磁场转为南向和地磁场相互作用时，太阳风会将巨大的能量倾泄到磁尾的大尺度空间中，使磁尾等离子体片中大量的带电粒子注入到环电流中，使环电流强度发生变化，而变化的电流会产生变化的磁场，从而引起全球范围剧烈的地磁扰动——地磁暴。
能够产生高速太阳风并引发强的行星际磁场南向分量的源有两类，一类是太阳日冕物质抛射（CME），另一类是太阳冕洞。
发展过程磁暴发生前后磁层示意图地磁暴发生时，这种全球性的剧烈扰动会在整个磁层持续十几个小时到几十个小时的时间，所有地磁要素都发生剧烈变化。
其中地磁水平分量H变化最大，其扰动幅度通常在几十纳特斯拉到几百纳特斯拉之间，最能代表磁暴过程特点（其变化在中低纬度地区表现得最为突出），所以，磁暴的大部分形态学和统计学特征是依据中低纬度H分量的变化得到的。
典型磁暴的发展过程也是按照H分量的变化来划分的，通常可分为三个阶段：初相、主相和恢复相。
电离层——精选推荐
电离层00000目录简介研究简史形成内部分层综述D层E层F层结构模式异常综述冬季异常赤道异常扰乱X射线:突发电离层骚扰质子:极冠吸收地磁风暴测量电离层图太阳流研究项目和电波传播综述无线电的诞生和地震预测综述研究发现监测方法得到验证汶川地震震前异常简介电离层(Ionosphere)是地球大气的一个电离区域。
由于受地球以外射线(主要是太阳辐射)对中性电离层与磁层原子和空气分子的电离作用，距地表60千米以上的全部地球大气层都处于部分电离或完整电离的状况，电离层是部门电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。
也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一局部。
除地球外，金星、火星和木星都有电离层。
在电离作用产生自由电子的同时，电子和正离子之间碰撞复合，以及电子附着在中性分子和原子上，会引起自由电子的消失。
大气各风系的运动、极化电场的存在、外来带电粒子不断入侵，以及气体自身的扩散等因素，引起自由电子的迁徙。
在55公里高度以下的区域中，大气绝对浓密，碰撞频繁，自在电子消逝很快，气体坚持不导电性质。
在电离层顶部，大气异样粘稠，电离的迁移运动主要受地球磁场的把持，称为磁层。
电离层的主要特性由电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、离子温度和离子成分等空间分布的基础参数来表现。
但电离层的研讨对象主要是电子密度随高度的分布。
电子密度(或称电子浓度)是指单位体积的自由电子数，随高度的变化与各高度上大气成分、大气密度以及太阳辐射通量等因素有关。
电离层内任一点上的电子密度，决议于上述自由电子的产生、消散和迁移三种效应。
在不同区域，三者的相对作用和各自的详细作用方法也大有差别。
电离层的发现，不仅使人们对无线电波传布的各种机制有了更深刻的意识，并且对地球大气层的构造及形成机制有了更清楚的懂得。
研究简史1899年尼古拉?特斯拉试图使用电离层进行远距无线能量传送。
他在地面和电离层所谓的科诺尔里亥维赛层之间发送极低频率波。
“磁暴线圈”真实版苏联超,特高压技术传奇
打过“红色警戒（RED ALERT）”的朋友对那个“磁暴线圈”再熟悉不过了，磁暴线圈是《红色警戒》里面苏军的高级基地防卫武器，由一个感应圈（最顶上的圆球）、四个大电容器和一个初级线圈仅几圈（就是那个不断放电的线圈）的互感器组成。
它依靠发射强大的电弧打击敌人，其能等级等同于盟军的光棱塔和尤里的心灵控制塔。
磁暴线圈有着强大的抗装甲能力,对于盟军的装甲薄、机动性强的坦克来说一击足以致命,也在一定程度上起了抵抗间谍的作用。
所以当下面这张前苏联一个神秘设施的照片在网上一流传，就引起了红警迷们的惊呼：这不就是磁暴线圈真实版吗？当然不是！！尽管磁暴线圈真实世界里确实存在，但作为一种武器只是游戏设计者们的臆想，真实的磁暴线圈就是特斯拉线圈（因为英文的磁暴线圈就是Tesla coil）。
说到这里，我们不得不提及一下一个充满了神秘、争议的旷世科学技术天才，尼古拉.特斯拉。
科学界普遍认为，人类有史以来的两个旷世奇才，一个是列奥纳多·达·芬奇（Leonardo Di Ser Piero Da Vinci），另一个就是尼古拉·特斯拉（塞尔维亚文：НиколаТесла，Nikola Tesla）。
尼古拉·特斯拉，出生于克罗地亚的史密里安，后加入美国籍。
这位工程师在自己出生的斯密利杨和格斯匹奇读小学，中学毕业于卡尔洛瓦茨的拉可瓦茨。
中学毕业后的1875年,他进入了格拉孜的综合技术学院学习。
5年后,他被布拉格的查理大学技术系录取，但是由于经济原因，一年后他就工作了，在布达佩斯做设计工程师。
他在那里参加了新的电话中心的建设,并改善了电话的设备和电话的声音效果。
1884年，他因出色工作被推荐到美国，与爱迪生在一起工作，从此，这位传奇工程师开始了他惊世骇俗的一生。
特斯拉是上个世纪之初少有的科学技术通才，他在机电工程，无线电工程，流体工程，低温工程，地球物理，真空技术，飞行器技术方面等等都有专利成就。
太阳风—磁层—电离层耦合的全球MHD数值模拟研究
太阳风—磁层—电离层耦合的全球MHD数值模拟研究一、综述随着空间技术的飞速发展，太阳活动对地球空间环境的影响日益显著。
太阳风是太阳外层连续发射出的带有带电粒子的微粒流，其携带的能量巨大，能够深入影响地球空间环境。
太阳活动周期性地改变太阳风的强度和频率，引起地球空间环境的剧烈变化。
在太阳活动的高潮期，太阳风与地球空间的相互作用尤为强烈。
地球空间包括电离层、磁层和太阳风之间复杂的相互作用区域，这些区域之间的耦合对于理解地球的空间天气至关重要。
电离层是大气层中的最内层，高度约85600公里，主要通过吸收太阳辐射而加热并产生电离，对无线电波的传播有着重要影响。
磁层则是地球周围一个巨大的磁力场区域，能够引导太阳风中的带电粒子沿着磁力线运动，同时对地球磁场产生维护作用。
太阳风与电离层、磁层的相互作用是空间环境研究的核心问题之一。
传统的地球空间环境研究多采用动力学模型、统计方法和实验室模拟等方法，但这些方法往往只能描述单一过程或局地现象，难以全面揭示整个地球空间环境的动态变化过程。
随着计算数学和计算机技术的发展，全磁层大气电磁耦合的数值模拟逐渐成为研究热点。
1. 太阳活动对地球空间环境的影响太阳活动是太阳表面各种现象的总称，包括太阳黑子、耀斑、日珥等。
这些活动会产生大量的高能粒子，如电子、质子和离子，它们在太阳风的驱动下流向太阳系各个方向。
当这些高能粒子到达地球附近时，它们与地球的磁场和大气相互作用，从而影响地球的空间环境。
太阳活动产生的高能粒子会对地球的磁场产生影响。
当高能粒子进入地球的磁场时，它们会沿着磁力线运动，形成所谓的范艾伦辐射带。
这些辐射带中的高能粒子对地球的磁场产生了强烈的扰动，使得地球的磁场发生变化。
太阳活动产生的高能粒子还会影响地球的电离层。
电离层是地球大气层中的一个区域，其中空气分子被电离成离子和电子。
太阳活动产生的高能粒子可以穿透电离层的边界层，将其能量传递给电离层中的气体分子，从而改变电离层的密度和温度分布。
地磁暴对环境的影响
地磁暴对环境的影响地磁暴是指太阳活动引起的地球磁场的扰动，给地球的自然环境带来了一系列的影响。
本文将探讨地磁暴对环境的影响，涉及大气层、电离层、电磁辐射、生物圈等方面。
一、大气层的影响地磁暴会导致大气层中电离层的电子密度发生变化，进而影响大气层的传导性。
这会对无线电通信和导航系统造成干扰。
例如，地磁暴可能导致无线电信号的衰减或多径传播现象的加剧，使得通信信号受到干扰或失真。
此外，在地磁暴期间，可能会发生极光现象，给观测者带来壮丽的视觉享受。
二、电离层的影响地磁暴对电离层的变化也会对天气系统产生一定的影响。
电离层中的扰动可能导致电离层的不稳定和不对称现象，进而影响电离层的传播特性和对电波的反射，从而影响到长波和短波无线电通信。
此外，地磁暴还可能引发电离层闪烁现象，使卫星导航系统的定位精度降低，甚至导致定位信号的中断。
三、电磁辐射的影响地磁暴时太阳的高能粒子会进入地球的磁层，引发次级粒子的生成，从而增加了地球表面的辐射强度。
这对人体的健康有一定的影响。
长时间暴露在高辐射环境下可能增加患癌症和其他放射性疾病的风险。
因此，在地磁暴期间，人们应尽量减少户外活动，特别是在高海拔地区、航空器和太空飞行器上。
四、生物圈的影响地磁暴对生物圈的影响主要表现在对动物和植物的行为和生理的影响上。
一些研究表明，地磁暴可能会干扰动物的导航和迁徙行为，对鸟类、鱼类等具有地磁感应能力的动物的迁徙和导航能力产生负面影响。
此外，地磁暴还可能影响植物的光合作用过程，进而对植物的生长和发育产生一定的影响。
在总结上述内容后，我们不难发现，地磁暴对环境产生了多方面的影响，包括大气层、电离层、电磁辐射和生物圈等。
这些影响不仅对人类社会的通信、导航等基础设施造成了一定的干扰，同时也对动物、植物以及整个生态系统产生了一定程度的影响。
因此，我们需要对这些影响进行深入研究，以便更好地预测和适应地磁暴对环境带来的挑战，保护好我们的生态环境。
大地磁暴 现象描述
大地磁暴现象描述一、磁暴现象描述磁暴现象是指当太阳表面活动旺盛，特别是在太阳黑子极大期时，太阳表面的闪焰爆发次数也会增加，闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。
其中的带电粒子(质子、电子)形成的电流冲击地球磁场，引发地磁扰动现象称为磁暴。
当太阳表面活动旺盛，特别是在太阳黑子极大期时，太阳表面的闪焰爆发次数也会增加，闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。
其中的带电粒子(质子、电子)形成的电流冲击地球磁场，引发短波通讯所称的磁暴。
所谓强烈是相对各种地磁扰动而言。
其实地面地磁场变化量较其平静值是很微小的。
在中低纬度地区，地面地磁场变化量很少有超过几百纳特的(地面地磁场的宁静值在全球绝大多数地区都超过3万纳特)。
一般的磁暴都需要在地磁台用专门仪器做系统观测才能发现。
磁暴是常见现象。
不发生磁暴的月份是很少的，当太阳活动增强时，可能一个月发生数次。
有时一次磁暴发生27天(一个太阳自转周期)后，又有磁暴发生。
这类磁暴称为重现性磁暴。
重现次数一般为一、二次。
大地磁暴通常发生在太阳活动活跃期，此时太阳风等外部力量的作用会更加明显，地球磁场容易受到干扰和冲击。
在大地磁暴发生时，地球磁场的变化会导致电力、通信、卫星导航等系统的失效，同时也会对自然环境产生一定的影响，如指南针失灵、动物行为异常等。
大地磁暴是一种自然现象，其发生和变化具有一定的规律性和周期性。
通过对大地磁暴的研究和监测，可以更好地了解地球磁场的变化和影响因素，为人类活动提供更准确的气象和地质服务。
同时，也可以为地球科学研究提供重要的数据和支持。
二、磁暴形成原因大地磁暴的形成原因主要源于太阳活动。
太阳表面不断喷发出带电粒子和高能辐射，这些粒子在与地球磁场相互作用时，会激发出磁暴。
太阳耀斑是太阳活动的一种表现，能释放出大量的能量和高速粒子流，当这些粒子流到达地球周围时，也会引起磁暴现象。
此外，大地磁暴也可能由其他因素引起，如太阳风与地球磁场的相互作用、地球磁场与地壳、海洋、大气等环境的相互作用、地幔对流等。
甚低频电磁波在地-电离层波导中的传播特性研究
西安理工大学硕士学位论文strength with distance attenuation, multimode interference, radiation source parameters and waveguide media parameters on propagation characteristics are carried out.Thirdly, the IRI model and the NRLMSISE-00 atmospheric model are combined to obtain the ionospheric parameter information closer to the actual environment. Based on the analytical method, the VLF field strength daily variation prediction model is established，it can effectively realize the prediction and analysis of the variation characteristics of VLF field strength at different times in a day,the prediction results are in good agreement with the measured results, and the VLF propagation characteristics were analyzed when the ionospheric electron density, electron temperature, and neutral particle density were disturbed.The purpose of this paper is to provide a theoretical basis for VLF navigation timing and earthquake prediction for the high-precision prediction exploration method of VLF propagation characteristics.Key words：VLF；earth-ionosphere waveguide；analytical method；IRI model目录目录1绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 甚低频解析方法的理论研究 (2)1.2.2 甚低频数值方法的理论研究 (5)1.2.3 电离层参量对甚低频传播特性影响的相关研究 (6)1.2.4 甚低频的实验观测研究 (7)1.2.5甚低频在导航和地震预测中的应用 (8)1.3 论文主要研究内容 (9)1.4 本章小结 (11)2 甚低频电磁波在地-电离层波导中的传播机理及数值计算 (13)2.1 甚低频在球面地-电离层波导中的传播原理 (13)2.1.1 波型结构及边界条件 (13)2.1.2 高度增益函数求解—Airy函数近似法 (15)2.1.3 电离层的反射系数及表面阻抗的求解 (20)2.1.4 地面反射系数及表面阻抗的求解 (25)2.1.5 理想情况下模方程根的求解 (27)2.1.6 非理想情况下模方程根的求解 (29)2.1.7 垂直电偶极子辐射场的表示 (30)2.2甚低频波导边界特性介绍 (31)2.2.1 波导上边界—电离层的影响 (32)2.2.2 波导下边界—大地的影响 (34)2.3 本章小结 (35)3 甚低频电磁波在地-电离层波导中的传播特性分析 (37)3.1 电离层指数模型 (37)3.2 VLF解析方法的正确性验证 (39)3.3 多模干涉现象 (40)3.4 VLF场强随传播距离的衰减 (42)3.5 辐射源参数对VLF传播的影响 (43)3.5.1 发射频率 (43)3.5.2 辐射功率 (45)3.5.3 接收点高度 (46)3.6 波导媒质参数对VLF传播的影响 (47)西安理工大学硕士学位论文3.6.1 电离层参数 (47)3.6.2 地面电参数 (50)3.7 本章小结 (51)4 结合IRI-MSISE模型的甚低频电磁波传播特性预测 (53)4.1 电离层IRI-MSISE模型介绍 (53)4.2 IRI-MSISE模型参数获取及算法设计 (54)4.3甚低频电波传播特性预测及分析 (56)4.3.1 VTX-Kolkata传播路径参数分析 (56)4.3.2 不同时刻场强随距离的衰减特性 (61)4.3.3 场强的日变化特性预测 (62)4.3.4 电离层扰动对甚低频传播特性的影响 (63)4.5 本章小结 (67)5 总结与展望 (69)5.1 总结 (69)5.2 展望 (70)致谢 (71)参考文献 (73)攻读硕士学位期间主要研究成果 (79)VI绪论1绪论1.1 研究背景与意义按照国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)对于无线电波频段的划分，3kHz~30kHz频段范围内的无线电波称为甚低频电磁波，对应波长为10km~100km，它是无线电频谱中极具特点的频段。
电离层模型精度比较
电离层模型精度比较巩岩，韩保民（山东理工大学建筑工程学院，山东淄博255049）摘要：为了更好的进行电离层延迟改正，使用了常用电离层模型NeQuick模型和IRI 模型，随机选取某几天的某几个时刻进行数据处理，将得到的结果与IGS分析中心结果进行比较。
结果表明，用不同的模型得到的TEC值不一样，精度不同，其中的精度更高。
关键字：NeQuick模型；IRI模型；TEC众所周知，电离层是围绕地球的一层离子化的大气，它的电子密度、稳定程度和厚度等都在不断变化着，这些变化主要是受太阳活动的影响。
太阳发生质量喷发时，可产生数以百万吨计的物质磁云飞入空间，当这些磁云到达地球电离层时，就会使电离层的电子密度发生很大变化，产生所谓的电离层暴，造成严峻的空间天气状况，严重时可以中断无线电通信系统和损害地球轨道卫星（如通信卫星）。
当GPS信号传播到地球或低轨飞行器时，必须穿透电离层，此时就会产生路径延迟（等价于相应的延迟），而电离层延迟误差是GPS定位中的一项重要误差源，特别是2000年5月美国政府宣布取消了SA政策以后，电离层延迟被认为是影响GPS定位精度的最大误差源。
因此对电离层活动的监测和预报，或许可以给出早期的预警信息，以便及时保护贵重的通信卫星，揭示太阳和电离层中某些现象发生的规律性，以及了解地球磁场及其他圈层变化和相互作用的规律。
1电离层模型方法与原理电离层活动的监测很难建立完善的理论预报模型，目前大都采用统计规律及经验模型做预报，但准确率不高。
电离层TEC的长期预报模式大致分两类，一种是利用NeQuick模型预测的电子密度计算TEC，二是利用IRI模型预测的电离层剖面计算电离层TEC。
1.1NeQuick模型NeQuick模型是由意大利萨拉姆国际理论物理中心的高空物理和电波传播实验(ARPL OICTP, Trieste)与奥地利格拉茨大学的地球物理、气象和天体物理研究所(IGAM,U2niversity of Graz) 联合研究得到的新电离层模型, 该模型已经在欧空局EGNOS项目中使用, 并建议Galileo系统的单频用户采纳来修正电离层延迟。
用新的实验资料分析电离层扰动对短波通信的影响
第19卷增刊2004年10月电波科学学报CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCEVol. 19，Sup.October»2004用新的实验资料分析电离层扰动对短波通信的影响张映辉(大连海事大学数理系，辽宁大连116026)摘要电离层的各种变化都将对无线电波的传播产生影响。
通过世界上各电离层台站几十年来的工作以及各通信台站长期的经验积累，对电离层的各种规则变化已找到一定的规律性；而各种各样的不规则变化将破坏正常的规律，给短波无线电通信带来不同程度的影响，轻则通信质量下降，重则通信中断。
本文在综述电离层电波传播一般规律的基础上，以新的实验资料论述了电离层扰动对短波通信的影响，并指出采用实时选频通信是解决远距离通信不畅的好办法。
关键词短波通信，电离$，电离层扰动，折射率1引言地球近地空间的电离层对短波无线电通信有着重大影响。
电离层是地球大气在太阳辐射能量的作用下产生的自由电子、等量的负离子同部分中性大气分子所组成的等离子体。
不同成分的气体吸收不同波长的太阳辐射而电离，从而形成了实际的电离层的水平分层结构：50〜90k m高度为D层；90〜 150km 为 E层;150~200km 为 F 层，200~1000km 为F层;再往上气体全部电离。
太阳辐射是引起地球大气电离的主要源泉，故地球大气的电离速率必然与太阳方位角（常用天顶角Z表示)有关。
即电离层各层中的电子浓度与一天内的不同时刻、一年四季变化以及太阳黑子的十一年的周期变化有关，伴w2n/c o2随太阳爆发而产生的电离层突然骚扰、F层扩展、电离层暴以及突发E层的形成都将引起电离层的不规则变化。
此外地震、台风、核爆炸等地球物理因素 及人为因素也将对电离层产生一定的影响。
电离层 的各种各样的不规则变化给短波无线电通信带来不 同程度的影响，轻则通信质量下降，重则通信中断。
2电离层中无线电波的折射率在地球磁场作用下，电离层为一各向异性随机 介质。
2022下半年事业单位联考C类《综合应用能力》真题
2022下半年事业单位联考C类《综合应用能力》真题材料一（一）极区电离层等离子体云块及其影响等离子体是由分别的离子和电子组成的一种物质。
它广泛存在于字宙中，常被视为物质的第四态。
等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。
太阳风是从太阳上层大气喷射出的超高速等离子体流，它携带能量巨大带电粒子流，不断撞击着包括地球在内的太阳系全部行星的大气层。
而地球等行星具有的全球性磁场可以有效地阻挡和偏转大多数太阳风的带电粒子，防止它们与地球等行星大气层进一步发生直接相互作用。
然而，地球磁力线在两极地区高度汇聚并几近垂直向太空开放，太阳风携带的高能粒子能直接“撞”进两极的大气层，形成极光。
较之地球其他地区，极区电离层等离子体的运动和演化过程极为简单，并伴随着众多不匀称体结构的形成，其中等离子体云块最为常见。
极区电离层等离子体云块的形成和演化经常引起极端空间天气环境，给人类的通信、导航、电力设施和航天系统等造成很大的危害。
形成和演化中的等离子体云块与背景等离子体间的密度梯度会对通信和导航信号产生很大的干扰。
例如，会使得人类的超视距无线通信和卫星—地面间的通信中断，直接影响近地飞行器（飞机、宇宙飞船等）和低轨卫星等的正常运行及其与地面的通信，甚至威逼航天员的生命平安。
因此，相关讨论是国际空间天气学领域中最重要的课题之一。
（二）____________地球大气中的某些成分会因太阳光的照耀而被电离，在向阳侧形成密度较高的电离层等离子体。
这些等离子体受到地球自转和电离层对流的影响后，部分被“甩”成一个“舌状”的窄带，即舌状电离区。
讨论表明，极区电离层等离子体云块可能源自舌状电离区。
目前，极区电离层等离子体云块的形成机制被归纳为以下三种：1.地球磁力线分为向阳侧磁力线和背阳侧磁力线两部分，而南北半球的这两部分磁力线之间都存在一个漏斗型的区域，被称为极隙区，该区域内磁场几乎为零。
来自太阳风的等离子体能通过极隙区直接侵入地球极区大气层中，即：极隙区的对流模式受行星际磁场调制，导致不同密度的等离子体先后进入极隙区而形成等离子体云块。
电离层模型
哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）摘要随着现代通信科学、计算机科学、空间科学、海洋科学、地球科学等学科在众多相关领域的交叉研究和集成应用的迅速发展，人们能更多地利用电波在电离层中的传播特性，来完成远距离通信、超视距探测、大范围导航等活动，因此电离层对人类生产与生活的影响也日益突出。
同时，由于电离层自身结构的复杂性，导致对其模型的刻画和预测带来了诸多不便和较大的误差。
为了能更好的利用电离层，进一步研究电离层模型显得尤为重要。
本文所做的工作主要包括以下几个方面：1.关于电离层的概述。
包括电离层的形成、结构、探测方法以及影响因素等几个方面的介绍。
从而比较全面地了解电离层物理状态和相关的特性，为进一步的研究奠定基础。
2.电离层模型的研究方法。
由于课题研究的目的是研究误差小的电离层模型，所以深入探讨一下模型的研究方法还是很有必要的。
首先简要说明了电离层模型概况，然后重点阐述了两种有代表性的研究方法，并对每种方法列举了几个有代表性国家所采用的研究方法和一些有代表性的模型。
3.研究适合我国电离层的特点的电离层模型，重点针对模型的相关参数进行了仿真和讨论。
首先分析了我国电离层的特点和选择了一种较适合的研究方法；然后选取了一组测量数据，并根据数据特点建立了一个统计模型；最后利用Matlab对模型的相关参数进行仿真实验，还与IRI模型比较，探讨了误差情况。
关键词电离层；电离层模型；研究；统计模型I哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）AbstractWith explosive growth and integration of many interfacing discipline, such as communication, computer science, space science, marine sciences, geosciences and so on, people have made the most use of the ionosphere to establish long distance communications, over-the-horizon detection , large-scale activities such as navigation, ionosphere and the human impact on the lives of production also have become increasingly prominent. At the same time, due to the ionosphere to the complexity of their structure, leading to the characterization and prediction model has brought a lot of inconvenience and greater error. To be able to make better use of the ionosphere, and further study the ionosphere model it is particularly important.The thesis consists of the bellowing parts:1. Ionosphere on the outline. Ionosphere, including the formation, structure, methods of detection and the impact of several factors, such as the introduction. Thus more comprehensive understanding of the physical state of the ionosphere and the related properties, to further lay the foundation for the study.2. Ionosphere model of research methods. Since the purpose of the research is to study the ionosphere error on the model, the model in-depth study or research methods is necessary. First a brief description of the ionosphere model profile, and then focused on two representative research methods, and each method representative cited a number of countries used by the research method and number of representative models.3. Suited to China's ionosphere on the characteristics of the ionosphere model, focused on the model of the relevant parameters of the simulation and discussion. China's first analysis of the characteristics of the ionosphere and choose a more appropriate method and then select a set of measurements and data features based on the establishment of a statistical model and finally the use of Matlab model of the relevant parameters simulation, And the IRI model, the circumstances of the error.Keywords ionosphere;ionosphere model;disquisition;statistical modelII哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状据分析 (1)1.3 研究电离层模型的必要性 (2)1.3.1 电离层与电波传播（雷达） (3)1.3.2 电离层与卫星通信 (3)1.3.3 电离层与天气预报 (4)1.4 课题研究的内容 (4)第2章电离层概述 (5)2.1 电离层的形成理论 (5)2.1.1 Chapman理论 (5)2.1.2 等离子体理论 (5)2.2 电离层的结构 (6)2.3 电离层的测量 (7)2.3.1 垂测法 (7)2.3.2 返回斜向探测法 (8)2.3.3 GPS探测法 (9)2.4 影响电离层的因素 (9)2.4.1 太阳活动因素 (9)2.4.2 电离层的等离子因素 (10)2.4.3 地域因素 (10)2.4.4 不规则结构因素 (10)2.4.5 中性成分和地磁因素 (10)2.5 本章小结 (11)第3章电离层模型 (12)3.1 电离层模型概述 (12)3.2 电离层模型研究的方法 (12)3.2.1 理论模型 (12)3.2.2 经验与半经验模型 (14)III哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）3.3 本章小结 (15)第4章适合我国的经验模式模型 (16)4.1 我国的电离层 (16)4.1.1 赤道异常（又称为赤道双峰） (16)4.1.2 经度效应 (16)4.1.3 声重波 (16)4.2 实验数据 (17)4.3 仿真模型的建立 (17)4.3.1 数据分析 (17)4.3.2 建立模型 (18)4.3.3 模型参数计算及仿真 (20)4.4 模型与观测数据及IRI模型计算结果的比较 (22)4.5 本章小结 (26)结论 (27)致谢............................................................................错误!未定义书签。
高大气环境中的电离层和磁暴变化研究
高大气环境中的电离层和磁暴变化研究在高大气环境中，电离层和磁暴变化一直是科学家们关注的研究领域。
电离层是地球大气层中的一个电离区域，它的变化对于无线电通讯、卫星导航等技术的正常运行都有着重要影响。
而磁暴则是指地球磁场受到太阳风等宇宙天体的影响而发生剧烈变化的现象。
本文将探讨高大气环境中电离层和磁暴变化的研究成果以及对科技应用和地球环境的影响。
电离层的变化对于无线电通讯和卫星导航系统的正常运行具有重要意义。
电离层能够反射和折射无线电波，因此，当电离层密度发生变化时，无线电信号的传播路径也会发生改变。
在夜间，电离层会变得稀薄，使得无线电波能够更远地传播。
而在白天，电离层会变得更加密集，导致无线电波的传播距离缩短。
科学家通过监测电离层的密度和变化趋势，可以预测无线电信号的传播范围和强度。
这对于通信系统的规划和设施建设具有重要意义。
同时，电离层的变化还会对卫星导航系统的精度造成影响。
卫星导航系统依赖于精确的信号传播和接收，而电离层的变化会引起信号的传播时间和路径的改变，从而影响到卫星导航的精度。
科学家们利用电离层监测站和卫星观测数据，建立了电离层的数学模型，以提供更准确的卫星导航系统定位和导航服务。
除了对通信和导航系统的影响外，电离层的变化还与地球环境的相互作用密切相关。
太阳风携带的高能粒子进入地球磁场后，在电离层中与大气层中的原子和分子发生碰撞，产生一系列电离反应，从而形成气象现象如极光等。
科学家通过对电离层的变化和活动的研究，可以更好地理解和预测地球上的大气环境变化，为应对气候变化和天气灾害等提供支持。
电离层的变化往往与磁暴事件相关。
磁暴是指地球磁场受到太阳风等宇宙天体的影响，引起磁场的剧烈变化。
太阳风中携带的高能粒子与地球磁场相互作用时，会导致大量能量释放，引发磁场的扰动。
这些磁场的扰动会在地球上形成磁暴，带来一系列不利影响，例如干扰通信设备、破坏电网设施和对宇航员和航空飞行员的危险等。
研究人员通过监测地球磁场和太阳活动等数据，可以提前预测和监测磁暴的发生和强度，为减轻磁暴对科技设施和人类活动的影响提供依据。
国际电离层参考模型
国际电离层参考模型
国际电离层参考模型（InternationalReferenceIonosphere，IRI）是一种用于描述电离层物理参数的标准模型。
它由国际科学界的专家们共同开发和维护，并得到了全球范围内的广泛应用。
该模型涵盖了电离层的高度范围从50公里到2000公里，可以提供高度、密度、温度、电子浓度、电离度等多种参数。
基于IRI模型，可以预测电离层的变化，如日夜变化、地理位置变化、太阳活动周期变化等，从而为无线电通信、导航定位、卫星通信等应用提供重要的参考。
IRI模型不断地进行更新和改进，以适应不同应用领域的需求。
目前最新版本的IRI模型是IRI-2016，它可以提供更准确的电离层
参数预测，并加入了对电离层电子密度结构的描述。
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地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响
0254-6124/2021/41(2)-26112Chin. J. Space Sci.空间科学学报WANG Ge, WANG Ningbo, LI Zishen, ZHOU Kai, LIU Ang. Impact of geomagnetic storms on ionosphere variability and precise point positioning application in high latitudes of the northern hemisphere (in Chinese). Chin. J. Space Sci.,2021, 41(2): 261-272. D01:10.11728/cjss2021.02.261地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响>王格u王宁波1李子申1周凯1刘昂w1(中国科学院空天信息创新研究院北京100094)2(中国科学院国家授时中心西安710600)3(中国科学院大学北京100〇49)争商要基于加拿大地区高纬度电离层观测网的电离层闪烁观测数据.分析了2018年8月26日地磁暴亊件引 发的北半球高纬度地区电离层总电子含量（T E C)异常变化、T E C变化率指数（R O T I)及电离层相位闪烁的变化 特征.结果表明：加拿大地区最大异常值约6T E C U,磁暴引发全球电离层T E C异常峰值高达20T E C U;加拿 大地区电离层相位闪烁发生率最大增至12.6%,而磁静日期间约为1%;强电离层闪烁期间，电离层相位闪烁指数 与R.O T I之间具有较强的一致性.对G P S双频精密单点定位（P r e c i s e P o i n t P o s i t i o n i n g,P P P)结果进行分析发 现：无闪烁期间定位误差随测站纬度的增高呈现出增大趋势，但均方根误差小于〇.4m;闪烁发生期间各测站的定 位误差均显著增大，水平和垂直方向定位误差分别增至约〇.9m及 1.7 m.关键词电离层闪烁，电离层T E C异常，T E C变化率指数,精密单点定位中图分类号P352Im p act o f G eom agnetic Storm s on Ionosphere V ariability and P recise P oin t P o sition in gA p p lication in H igh L atitu d es o f th eN orthern H em isphereWANG Ge1，2WANG Ningbo1LI Zishen1ZHOU Kai1LIU Ang1’3 l(Aerospace Inform ation Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing100094)2(National Tim e Service Center, Chinese Academy of Sciences, XVan710600)3( University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049)A b s t r a c tB a s e d o n t h e i o n o s p h e r i c s c i n t i l l a t i o n d a t a o f t h eC a n a d i a n H i g h A r c t i c I o n o s p h e r i cN e t w o r k(C H A I N),t h e v a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f i o n o s p h e r i c T o t a l E l e c t r i c C o n t e n t(T E C),p h a s e**国家自然科学基金项目（42074043, 41704038)和国家重点研究发展计划项目（2017YFGH002206, 2016YFB905)共同资助2019-12-04收到原稿，2020-08-25收到修定稿E-mail: **************.cn262Chin. J. Space Sci.空间科学学报2〇21，41(2) s c i n t i l l a t i o n a n d R a t e o f T E C I n d e x(R O T I)w e r e a n a l y z e d d u r i n g t h e26 A u g u s t2018 g e o m a g n e t i c s t o r m p e r i o d.R e s u l t s s h o w t h a t t h e T E C a n o m a l i e s r e a c h20T E C U o n g l o b a l s c a l e a n d6T E C U o v e r C a n a d i a n r e g i o n s, r e s p e c t i v e l y.T h e o c c u r r e n c e o f p h a s e s c i n t i l l a t i o n s is a b o u t12.6% d u r i n g t h e s e l e c t e d s t o r m y d a y,w h i c h is o n l y a r o u n d1%d u r i n g g e o m a g n e t i c q u i e t p e r i o d.T h e o c c u r r e n c e o f R O T I e x h i b i t s h i g h c o r r e l a t i o n w i t h t h a t o f p h a s e s c i n t i l l a t i o n s d u r i n g s t o r m y g e o m a g n e t i c c o n d it i o n s.T h e i m p a c t o f i o n o s p h e r i c s c i n t i l l a t i o n s o n p o s i t i o n i n g p e r f o r m a n c e w a s a n a l y z e d b y m e a n s o fG P S P r e c i s e P o i n t P o s i t i o n i n g(P P P).It is p r o v e d t h a t t h e 3D p o s i t i o n i n g r o o t m e a n s q u a r e e r r o r sa r e w i t h i n 0.4 m f o r all t e s t s t a t i o n s d u r i n g t h e q u i e t g e o m a g n e t i c c o n d i t i o n.W h e n it c o m e s t o t h eh i g h g e o m a g n e t i c c o n d i t i o n,t h e m a g n i t u d e o f p o s i t i o n i n g e r r o r s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e, w h i c h r e a c h e s0.9a n d 1.7m i n h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l d i r e c t i o n s,r e s p e c t i v e l y.K e y w o r d s I o n o s p h e r i c s c i n t i l l a t i o n,T o t a l e l e c t r o n c o n t e n t a n o m a l y,R a t e o f T E C i n d e x,P r e c i s e P o i n t P o s i t i o n i n g(P P P)〇引言从太阳表面喷发的等离子体通过行星际空间传 播到地球磁层顶，其辐射的巨大能董与地球磁场相互 作用引起地磁暴w.受地磁暴的影响,穿过电离层的 无线电信号振幅、相位等发生短周期不规则变化的 现象称为电离层闪烁[2,3i.电离层闪烁包括幅度（振 幅）闪烁和相位闪烁两种，已有研究表明幅度闪烁主 要集中在地磁赤道±20°范围内的低纬区域，而相位 闪烁多发生在高纬度地区[4,51.电离层闪烁效应也可 能会造成通信系统、卫星导航系统、地空目标监测系 统信号中断，严重影响各类无线电系统的应用效能与 可靠性I6-电离层电子总含t t(T E C)是表征电离层形态特 征的重要参数•随着无线电卫星信标技术发展与广泛应用，特别是全球导航卫星系统所具有的多 星座、全球覆盖、高时空分辨率和高测量精度等优 势，使其成为全球电离层T E C不规则结构、电离 层闪烁探测的有效手段l3，10，11).P i等[121提出利 用G P S双频相位观测数据计算电离层T E C变化率 指数（R O T I)，并将其用于表征电离层闪烁程度以及 电离层不规则结构变化研究.D eng等[131发现中 国地区70%电离层T E C暴扰动与地磁活动有关. 针对2〇15年3月18日地磁活动，S u n等[141综合利用电离层测高仪的观测数据、北斗地球同步轨 道（G E O)卫星T E C以及G P S电离层闪烁指数，分 析了中国中低纬地区电离层变化活动，结果显示夜 间负相暴抑制了低纬夜间电离层闪烁的发生.在北京附近地区，99%以上的磁暴活动会伴随T E C扰 动Ml.磁暴活动在闪烁少发月（2〇〇1年11月）触发 闪烁的发生，在闪烁频发月（2〇〇1年9月）则抑制闪 烁的发生丨16】_针对高纬地区，Y in等問利用南极SouthPole站 和McMurdo站G P S闪烁监测仪数据研究发现:2011 年9月24—25日磁暴使得相位闪烁活动及强度均显 著增强，与R O T I的变化非常相似；R O TI数值高时 并非代表强闪烁出现，不能将R O T I作为唯一判断 电离层闪烁强弱的标准.Krankowski等M研究发 现，2001年3月磁暴期间南半球不同测站T E C增大 了 10〜30TECU.Prikryl等_利用全球分布的GPS 电离层闪烁监测设备以及高频GPS (1Hz)接收机观 测数据，发现磁暴事件对南北半球的影响呈现出不对 称性.Smadi等t19i分析发现，磁暴期间相位闪烁强 度可增大8.3倍，T E C异常时间持续约30 h.本文针对2018年8月26 H地磁暴事件，利用加拿大高纬度电离层监测网（C a n a d i a n H i g h A r ctic I o n o s p h e r i c N e t w o r k,C H A I N)的电离层闪烁 观测数据以及国际G N S S服务组织（I n t e r n a t i o n a lG N S S S e r v i c e s,I G S)提供的全球电离层格网数据，对地磁暴期间北半球高纬度地区的电离层响应及其 对G N S S精密定位的影响进行详细分析和讨论.1数据与方法基于卫星导航的电离层监测参数主要包括电离 层TEC、电离层闪烁与扰动指数.这里以CHAIN王格等：地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响263观测网中接收机输出的G P S L1波段电离层闪烁指 数及双频G P S观测数据为基础，对磁暴期间北半 球高纬度地区的电离层闪烁、扰动特征及对导航定 位的影响开展分析.此外，电离层T E C采用I G S 提供的最终G I M数据，数据的空间经纬度分辨率 为5° x 2.5°，时间分辨率为15m i n.通过对G I M 数据在空间域进行线性内插，获取加拿大地区上空 磁暴期及磁暴前27d的T E C时间序列，并以此作 为滑动四分位距法T E C时间序列异常探测数据源. CHAIN观测网包含了 25个高频G P S电离层闪烁 接收机和6个数字电离层探测仪@1.考虑不同类型 接收机电离层闪烁指数处理方法之间的差异，本文选 取CHAIN观测网中11个装有Septentrio P o l a R x S 电离层闪烁接收机的测站，利用这些测站的观测数据 对磁暴期高纬度地区电离层响应进行分析.11个测 站位于西经84°_116°和北纬53°_73°范围内，具体 分布如图1所示.电离层相位闪烁指数是原始观测消趋势项后妁的标准差I21’22]，其表达式为av = ~\J(^i) -V i)2-(!)式中，奶由原始相位观测数据进行消趋势项处理得至丨J，〈〉为均值符号，Septentrio PolaRxS接收机输出 相位闪烁指数时间间隔为1min.电离层扰动指数R.O T I为电离层电子含M(TEC)的变化率指数112,231，即电离层扰动指 数ROTI(定义符号</»ROTI)可根据原始相位观测 值计算得到，单位为TECUTnin-1，表达式为图1加拿大地区电离层闪烁监测站地理分布Fig. 1Geographic distributions of the selected ionospheric scintillation m onitoring sites of the CHAIN0ROTI =\/(^R O t) ~(0R〇t)2,^0R O T=40.3(//-f f)[{L X"Li)t+At~, (L\-L^)t]/At.(2)式中：L，L2分别为频率/1; /2的相位观测值;i为 卫星编号;t为历元时刻；为历元间隔.滑动四分位距法具有简单快捷并可不断更新基 值的优势，这使之成为电离层T E C异常探测较为常 用的方法之一.滑动四分位距法采用滑动的中位数 作为基值，可根据数据背景选取适当长度的滑动窗口 不断更新基值，取2倍的滑动均方差作为背景范围. 以分析时刻的T E C作为检核值，前27天的T E C数 据作为背景值.将背景数据中与检核值在同一时刻的T E C组成一个T E C序列,然后对该序列T E C按 数值大小从小到大进行排序；将排序后的T E C序列 分成4份，处于三个分割点上的T E C值为该组T E C 序列的四分位数.分别为下四分位数Q i、中位数M、上四分位数Q2.四分位距记为d IQR，其表达式为<^IQR = <?2 —Q l-(3)根据中值M和四分位距d IQIl确定异常下边 界A和上边界/2,有1241I\ = M — kd\QR,I2= M + kdiQR.⑷式中，为指定系数，四分位约等于1.34倍标 准差.这里取/c为 1.5(约等于2倍标准差）作为上 下界限基于实时动态模式P P P测试结果（R T K L I B V2.4.2),进一步分析了电离层相位闪烁活动对北半球 高纬度地区精密定位精度的影响.P P P观测模型为 双频消电离层（I o n o s p h e r e-f r e e)组合，随机模型采用 卫星高度角随机定权，参数估计基于卡尔曼滤波方法.表1列出了 P P P解算过程中各项误差具体的 处理策略.2结果与讨论以电离层电子含量TEC、电离层扰动指数R O T I以及相位闪烁指数作为表征电离层活动的特征参量，对2018年8月26日强地磁暴期间全球电 离层T E C活动响应展开研究，进而分析磁暴期间加264Chin. J. Space Set .空间科学学报 2〇21, 41(2)100=〇g -100-200 C 400 32 -241 16cFig. 2拿大地区电离层相位闪烁与ROTI 变化.讨论各测站 精密单点定位误差随纬度与地磁活动强度的变化.2.1地磁活动概述2018年8月20日，日面上爆发了一次弱小的H冕物质抛射C M E，其与冕洞共同作用引发了地球磁场强烈扰动.该C ME经过大约5d的传播，在8月25日到达地球附近.8月25-28日期间，地磁暴平达到2018年的最高值'该次大磁暴过程如图2所示，横轴为2018年年 积日，从上到下分别给出了行星际磁场分量、质子 密度、地磁活动指数和太阳活动黑子数.约 在8月25日02:30UTC (图2中红色竖线之后)， 指数逐渐增大，表现为> 0,即行星际磁场（IMF ) 方向向北.进入地磁活动初相阶段，质子密度和A > 指数均增大.约在8月25日14:30U T C 进入主相阶 段（图2中绿色竖线后)，即尽指数急剧减小，艮指 数小于〇后，即行星际磁场方向转向南向，指数开始逐步减小.随后等离子体速度继续增大.约在8 月26日06:30U T C 之后（图中黄色竖线后)，K p 指 数逐渐下降，D s t 指数呈现恢复正常状态，即进入恢 复相阶段.2.2磁暴活动对全球及加拿大地区电离层T E C 的影响利用全球电离层T E C 格网数据，采用滑动四分 位距法对2〇18年8月25 H 与26 H (年积日DOY 237与238天）共一天半全球T E C 序列进行异常探表1G P S 精密单点定位处理策略Table 1 Strategies for precise singlepoint positioning序号选项处理策略1测站坐标实时估计，初始坐标由标准单 点定位得到2定位模型P P P 卡尔曼滤波3电离层改正双频消电离层组合4对流层改正Saastam oinen 模型 + 实时 估计5卫星轨道和钟差S S R 改正信息+广播星历6接收机钟差实时估计7天线 P C 0/P C V igsl4.atx 8截至高度角15°9模糊度固定浮点解10周跳探测M W 组合法和无几何相关法235236237238239240241242243Day of Year (DOY)图2 2018年DOY 235—242天地磁及太阳活动指数变化Index of geomagnetic and solar activity from DOY 235 to 242 in 2018o o o ooo o o 0086422 1123 2 1 111l u /N oa L Et p—s eU010J CLhttp://www.sohu.eom /a/291217304-610722王格等：地磁暴期间北半球高纬度地区电离层变化特征及对精密定位的影响26587.552.5 _ 17.5 1-17.5_______00:00 UTC _________________01:00 UTC _________________02:00 UTC Abnormal TEC /I n 101-52.5-87.587.552.517.5 -17.5 -52.5-87.587.5|-120 -60 0 60 120Longitude / (°)120 -60 0 60 120Longitude / (°)-120 -60 0 60 120Longitude / (°)图 42018 年 D O Y 238 天 00:00U T C _11:00U T C 全球电离层 T E C 异常Fig. 4A b n o r m a l T E C m a p g e n e r a t e d in t h e g e o g r a p h i c l a t i t u d e a n d l o n g i t u d ea t 00:00 U T C —11:00 U T C o n D O Y 238^C7' 21:00 UTC ________ _______22:00 UTC _______________23:00 UTC __________i B H I H'-120 -60 0 60 120-120 -60 0 60 120-120 -600 60 120测.DOY 237 天 12:00—23:00 UTC 全球电离层 TEC 异常探测结果如图3所示，DOY 238天00:00 UTC -23:00U T C 全球电离层T E C 异常探测结果如图4 和图5所示.图3可以看出：自DOY 237天19:00U T C 开 始，南半球中纬度、中高纬度、北半球中纬度均在 西经120°附近出现电离层T E C 正异常，全球范围 异常值最大约5TECU .此时，地磁活动处于主相阶 段.K p 指数约为4;随后，地磁活动不断增强，电离层T E C 正异常值逐渐增大，异常范围也逐渐扩大; 在22:00U T C 左右，南半球电离层T E C 异常范围比 北半球大，其异常值增至约15 TECU .图4与图5结果显示，在8月26日（DOY 238 天）00:00UTC ，120。
who国际电磁场计划”的评估结论与建议
who国际电磁场计划”的评估结论与建议1. 引言1.1 概述本篇长文主要对WHO国际电磁场计划进行评估并提出改进和加强的建议。
电磁场是当今社会中无法避免的存在，它们广泛应用于通信、医疗和能源等领域。
然而，与之相关的健康风险引发了人们的关注和担忧。
为了更好地评估和管理这些风险，WHO国际电磁场计划应运而生。
1.2 文章结构本文将按以下结构进行论述：第2部分将对WHO国际电磁场计划的评估结论进行分析。
通过对目前现状的深入分析，可以全面了解该计划在实施过程中所面临的问题与挑战，并凸显其取得的优点与成果。
第3部分将提出改进措施和加强措施，以应对评估中发现的问题和挑战。
通过针对这些问题提出具体改进建议，可以有效提高该计划的实施效果。
最后，在第4部分中，我们将总结评价WHO国际电磁场计划，并展望未来该计划可能面临的新发展机遇与挑战。
1.3 目的本文的目的是对WHO国际电磁场计划进行全面评估，并提出相应的改进和加强建议。
通过对该计划进行分析和评价，我们旨在增加人们对电磁场健康风险的认识，推动相关管理措施的完善，并为未来该领域发展提供指导性意见。
通过更好地管理与利用电磁场，我们可以确保社会持续发展的同时保护公众健康。
2. WHO国际电磁场计划的评估结论：2.1 现状分析：经过对WHO国际电磁场计划进行综合评估，可以得出如下结论。
首先，在现有的国际电磁场计划中，WHO在推动电磁场健康风险评估和规范制定方面发挥了重要作用。
其次，该计划为各国提供了一种共同的框架和指南，以帮助各国监测、评估并管理电磁辐射健康风险。
此外，该计划还促进了全球范围内的合作与信息交流，为相关研究领域提供了一个重要平台。
2.2 问题与挑战：然而，值得关注的是，在实施这一计划的过程中也面临着一些问题和挑战。
首先，尽管该计划已取得了一定成果，但仍存在一些国家未能充分利用该框架来进行风险评估和规范制定的情况。
其次，当前对于电磁辐射对人体健康潜在影响的认识仍存在差异和争议，并且缺乏统一的科学证据支持，这给制定全球性的规范和政策带来了一定困难。
磁场与地球电离层
磁场与地球电离层地球的磁场与电离层是地球大气层中重要的组成部分，它们相互作用着，并对地球的生物圈和宇宙空间的物理过程产生着深远影响。
本文将重点探讨磁场与地球电离层之间的关系，以及它们在地球物理学和大气科学中的重要性。
1. 磁场的作用地球拥有一个强大而复杂的磁场，由地球内部的液态外核所产生。
磁场可以看作是一种力场，它在地球表面形成了一个类似于巨大磁铁的磁场结构。
这个磁场对地球上的生物和人类有重要的保护作用。
它可以阻挡来自太阳风暴的高能粒子，使其无法进入地球大气层，从而减少对地表生物的危害。
2. 地球电离层的形成地球电离层是由地球大气层中被太阳辐射电离的气体分子组成的层次结构。
它的上界大约位于数百公里高的高空，下界则与地表相接触。
太阳辐射中的紫外线和X射线等高能辐射，会导致大气中的分子电离和电子的释放。
这些电离的气体分子和自由电子形成了地球电离层。
3. 磁场与电离层的相互作用地球磁场对地球电离层的形成和维持起着重要作用。
磁场可以阻挡来自太阳的带电粒子，使它们无法进入地球电离层，从而保证电离层的稳定性。
同时，地球磁场还对电离层中的带电粒子产生作用力，使它们在电离层中运动形成环形轨道。
这种轨道运动使得电离层中的带电粒子聚集在赤道附近形成电离层的最高密度区域，即所谓的电离层F 层。
4. 磁场与电离层的重要性磁场和电离层的相互作用对地球的生物圈和宇宙空间的物理过程有着重要影响。
首先，电离层是无线电通信的重要反射层，它可以对无线电信号进行反射和传播。
这一特性使得电离层在无线电通信、天气预报和卫星导航等领域具有重要应用。
其次，地球磁场的变化和电离层的扰动可以对卫星和空间探测器的运行产生影响，因此对太空飞行和宇宙探索有着重要意义。
此外，磁场和电离层的变化还与地球磁暴和极光等现象有关，它们对地球的气候和环境变化有着间接影响。
总结：地球磁场与电离层之间的相互作用是地球物理学和大气科学中重要的研究领域。
磁场能够保护地球免受太阳风暴的危害，而电离层则反过来受到磁场的影响，从而维持其稳定的结构和功能。
空间磁层与磁层亚暴研究综述
空间磁层与磁层亚暴研究综述
空间磁层（magnetosphere）是指围绕地球的带电颗粒和磁场组成的范围。
磁层亚暴（substorm）是指空间磁层中能量释放的瞬间现象。
磁层亚暴的研究对于了解磁层的物理过程以及对工程技术有着重要的意义。
磁层亚暴可以被分为三个阶段：增强期、减弱期和恢复期。
增强期是指磁层中能量累积的过程；减弱期是指磁层中能量释放的过程；恢复期是指磁层恢复到初始状态的过程。
磁层亚暴的形成与活动中心区域有关，活动中心区域通常位于地球夜侧。
磁层亚暴的主要能量来源是太阳风。
太阳风的带电粒子进入地球周围的磁层，并与磁场发生相互作用，加速磁层中的带电粒子运动，从而导致磁层中的能量释放。
磁层中的磁场强度和带电粒子的密度是磁层亚暴的重要参数。
磁层亚暴的研究有助于深入了解磁层的物理过程和宇宙天气现象。
磁层亚暴对地球上的工程技术和通信系统也有着一定的影响。
磁层亚暴还可以为太空探测提供信息，了解太阳风和地球磁层相互作用的过程。
综上所述，磁层亚暴的研究是非常重要的。
未来的研究可以通过观测磁层亚暴的活动中心，了解磁层亚暴发生的机制和规律，同时也可以探索太阳风和磁层相互作用的深层次机制。
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国际电离层模型磁暴模式的适用性分析
２ 张 啸１ ， 闻德保１， ， 汤佳明１
（ ） １ ． 长沙理工大学交通运输工程学院 ， 长沙 ４ １ ０ ０ ０ ４；２ ． 中国科学院大地测量与地球动力学国家重点实验室 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ７
摘要 ： 针对 Ｉ Ｒ Ｉ ２ ０ １ ２ 磁暴模式在中国大陆强太阳活动程度和磁扰条件下的适 用 性 问 题 ， 利 用 该 模 型 模 拟 了 电 离 层 Ｔ Ｅ Ｃ 及自由电子密度在 ２ ０ ０ ３ 年 ８ 月磁暴发生前后的时空变化 ， 并与 Ｇ Ｐ Ｓ Ｔ Ｅ Ｃ 、 测高仪数据及 Ｇ Ｐ Ｓ 电离层层析重构结果作了比 较 ， 结果表明 ： Ｉ Ｒ Ｉ ２ ０ １ ２磁 暴 模 式 能 够 反 映 强 太 阳 活 动 程 度 下 Ｔ Ｅ Ｃ 的 分 布 特 征 ， 模 拟 精 度 可 达 ʃ２ ． ３Ｔ Ｅ Ｃ Ｕ ～ ʃ７ ． ４ Ｔ Ｅ Ｃ Ｕ， 并随纬度降低而变大 ，Ｔ Ｅ Ｃ 周日峰值较实测数据提前 ２ｈ 出现 ，Ｔ Ｅ Ｃ 模拟值在白天偏高 ， 在夜间则偏低 ；Ｆ ２层自 由电子密度模拟值在峰值密度和峰值高度上与武汉 测 高 仪 数 据 有 较 好 的 一 致 性 ， 但 在 磁 扰 发 生 的 条 件 下 ， Ｉ Ｒ Ｉ ２ ０ １ ２磁暴模 式由于不能有效的反映电子密度剖面赤道异常区域的北向移动以及赤道异常 核 在 纬 度 方 向 的 收 缩 和 在 高 度 方 向 的 扩 展 ， 使 得Ｔ Ｅ Ｃ 模拟精度也出现较大衰减 ， 最大达 ʃ１ ４ ． ４Ｔ Ｅ Ｃ Ｕ。 关键词 ： Ｉ Ｒ Ｉ ２ ０ １ ２； 磁暴模式 ； 电离层 ； 差异性 中图分类号 ：Ｐ （ ） ２ ２ ８ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：２ ０ ９ ５ ４ ９ ９ ９ ２ ０ １ ５ ０ ３ ０ ０ ８ ９ ０ ６
第３卷 第３期 ２ ０ １ ５年０ ９月
导航定位学报 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆＮ ａ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄＰ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｇ
Ｖ ｏ ｌ ． ３，Ｎ ｏ ． ３ ，２ Ｓ ｅ ． ０ １ ５ ｐ
引文格式 ： 张啸 ， 闻德保 ， 汤佳明 ． 国际电离层模型磁暴模 式 的 适 用 性 分 析 ［ ］ 导 航 定 位 学 报， ： ， ， Ｊ ． ２ ０ １ ５， ３（ ３） ８ ９ ９ ４． Ｚ ＨＡＮ ＧＸ ｉ ａ ｏ ＷＥ ＮＤ ｅ Ｂ ａ ｏ ［ ］ ， Ｔ ＡＮ ＧＪ ｉ ａ Ｍ ｉ ｎ ． Ｔ ｈ ｅＡ ｌ ｉ ｃ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌＲ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅＩ ｏ ｎ ｏ ｓ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎＳ ｔ ｏ ｒ ｍＭ ｏ ｄ ｅ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌｏ ｆＮ ａ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄＰ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｐ ｙＡ ｙ ｐ ｇ ｇ （ ） ： ： ／ ２ ０ １ ５， ３ ３ ８ ９ ９ ４． Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． １ ６ ５ ４ ７ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ １ ０ ９ ６． ２ ０ １ ５ ０ ３ １ ８． ｊ