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本文利用两颗跟飞的GRACE卫星载GPS信标测量数据和基于差分相对TEC的层析算法,实现了全球范围的顶部电离层和等离子体层(450~5000 km) 层析成像.反演结果表明,利用低轨道卫星载GPS信标测量数据可以有效地重建顶部电离层和等离子体层的全球二维分布图像.对不同地磁活动条件下的天基层析反演结果表明,等离子体层电子密度随纬度的分布是不均匀的;在低纬赤道带,从顶部电离层向上延伸直到等离子体层,以及等离子体层中局地的电离增强云团,经常出现近似垂直于磁力线的电子密度柱状增强结构. 相似文献
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区别于以往GPS电离层层析研究主要关注迭代模型的思路,本文从两方面入手提高GPS电离层层析迭代算法的反演精度:一方面,顾及传统电离层层析迭代模型仅与对电子密度误差起放大作用的GPS射线截距权重相关的不足,提出考虑层析像素格网中的电子密度对GPS TEC的贡献建立新的迭代模型,在不同电子密度像素格网内重新分配GPS TEC实测值与其反演值之间的差距;另一方面,顾及电离层层析迭代算法中松弛因子对反演结果的影响,提出考虑电子密度变化构造新的松弛因子,抑制传播噪声对电子密度反演精度的影响.实验结果显示,相对于传统代数重构算法(ART),新方法反演的电离层电子密度剖面更接近于电离层测高仪观测的电子密度剖面,提高了电子密度反演精度. 相似文献
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在电离层层析成像过程中,联合迭代重构算法是一种常用的反演算法.然而,该算法迭代收敛较慢,反演结果精度不高.为此,本文发展了一种自适应的联合迭代重构算法,该算法利用上一轮的电离层电子密度反演结果,自适应地调整松弛因子和加权参数.通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行了验证,并将得到的反演结果与电离层测高仪数据进行了比较,结果表明,该算法能够有效地反演电离层电子密度,且反演结果精度优于常用的联合迭代重构算法. 相似文献
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利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔~150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异. 相似文献
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附加约束的电离层层析算法是解决电离层电子密度反演中不适定问题的主要方法,为避免此类方法中约束权阵的选取不当对电子密度分布重构产生的不良影响,本文将选权拟合法应用到电离层层析成像技术中.该方法特别设计了依据电子密度空间分布特性构造参数权矩阵的方案.新方法有明确的物理意义,挖掘了隐含的信息量,为解决电离层电子密度反演中由于观测数据的不足等因素引起的不适定问题提供了一种新途径,可以得到符合客观实际的结果.数值模拟实验和实测数据的反演结果证实了该算法有效性、可靠性和优越性. 相似文献
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《地球物理学报》2020,(9)
利用两颗伴飞的Swarm A/C卫星搭载的双频GPS接收机获取的TEC数据,在两个卫星轨道平面同时对顶部电离层电子密度进行层析成像,实现对顶部电离层电子密度的三维观测.为了能够重现扰动期间电离层电子密度的空间变化特征,在正则化求解过程中,我们引入了水平矩阵H和垂直矩阵V刻画电子密度的空间变化特征,引入整体约束矩阵C以调节不同空间对电子密度相对变化的权重.数值验证结果表明我们的算法对常见的观测误差具有较强的包容性,反演计算出的电子密度平均偏差优于10%.在不同地磁活动条件下,与第三方观测数据的对比,验证了本文反演算法的可靠性.实测数据反演结果表明我们的算法不仅能够较好地重现顶部电离层子午向百公里级别的不规则结构,还能有效分辨纬向相隔～150 km的两个卫星轨道平面的电子密度差异. 相似文献
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GNSS电离层层析技术在电离层探测中扮演着重要角色,然而,由于观测数据不足或分布不均,导致层析模型中固有的不适定性问题成为制约该技术推广应用的主要瓶颈,其主要表现在无信号射线像素的反演电子密度对初值比较依赖,而初值通常是由精度不高的经验模型给出,从而拉低了电离层层析的整体精度.针对该问题,本文提出了一种基于机器学习集成算法(XGBoost)的电离层层析新方法(XGB-CIT),即基于传统层析算法,利用多个连续时段中有信号射线像素的特征及其电子密度反演值对机器学习模型进行训练,然后预测后续时段中所有像素的电子密度,并以此作为电离层层析的迭代初值,实现对电离层层析算法迭代初值的精化以及层析精度和效率的提升.利用湖南省连续两天共46个时段的CORS观测数据进行层析反演,并以23个连续时段为滑动窗口构建机器学习模型进行初值预测,并在此基础上利用正演误差和电离层测高仪数据对XGB-CIT的精度和适用性进行检验.其结果表明：相较于IRI2016模型,XGBoost算法提供的迭代初值精度提高了68%,而基于该初值得到的XGB-CIT模型,其精度和效率也比传统层析方法有所提高,其中收敛速度提高了20%... 相似文献
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The earlier experiments of ionospheric tomography were conducted by receiving satellite signals from ground-based stations and then reconstructing electron density distribution from measures of the total electron content (TEC). In June 1994, National Central University built up the low-latitude ionospheric tomography network (LITN) including six ground stations spanning a range of 16.7° (from 14.6°N to 31.3°N) in latitude within 1° of 121°E longitude to receive the naval navigation satellite system (NNSS) signals (150 and 400 MHz). In the study of tomographic imaging of the ionosphere, TEC data from a network of ground-based stations can provide detailed information on the horizontal structure, but are of restricted utility in sensing vertical structure. However, an occultation observation mission termed the global positioning system/meteorology (GPS/MET) program used a low Earth orbiting (LEO) satellite (the MicroLab-1) to receive multi-channel GPS carrier phase signals (1.5 and 1.2 GHz) and demonstrate active limb sounding of the Earth's atmosphere and ionosphere. In this paper, we have implemented the multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) to reconstruct and compare two-dimensional ionospheric structures from measured TECs through the receptions of the GPS signals, the NNSS signals, and/or both of the systems. We have also concluded the profiles retrieved from tomographic reconstruction showing much reasonable electron density results than the original vertical profiles retrieved by the Abel transformation and being in more agreement in peak electron density to nearby ionosonde measurements. 相似文献
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参量衰减不稳定性(Parametric Decay Instability,PDI)在大功率高频(High frequency,HF)电波与电离层等离子体相互作用的过程中扮演着十分重要的角色,本文采用广义Zakharov方法对常规的等离子体流体力学方程组进行相应处理后,并在近似实际的电离层背景和电波传播模型下,构建了高频电波加热电离层激发PDI的数值计算模型.模拟结果发现:在毫秒量级的时间尺度上,大功率高频电波在寻常波(Ordinary wave,O波)反射点高度附近激发出了朗缪尔波(Langmuir wave)和离子声波(Ion-Acoustic wave)两种等离子体静电波模,模拟中产生的朗缪尔波和离子声波相应波数为5~11rad·m~(-1),结果与利用色散关系求出的理论值4~7 rad·m~(-1)近似一致,密度扰动幅值从10~6m~(-3)量级指数级增长到了10~(10)m~(-3)量级,直至能显著影响与"低频"密度背景相关的等离子体频率后,出现了等离子体"空穴"结构以及朗缪尔波被"俘获"现象,在扰动空间内的小尺度静电场幅值最高能达到100 V·m~(-1)量级,最终造成一种强烈的局地化"空穴"湍流现象.本文的研究有助于深入理解PDI的物理机制,对研究大功率高频电波与电离层等离子体之间复杂的非线性相互作用也有着非常重要的意义. 相似文献
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沙漠地区植被稀疏、干旱少雨,其陆面物理过程具有与全球其它地区显著不同的特点.本文利用巴丹吉林沙漠观测资料,分析和计算了地表反照率、比辐射率、粗糙度和土壤热容量、热传导系数等关键陆面过程参数,建立了适合于沙漠地区的陆面过程模式DLSM (Desert Land Surface Model),并与NOAH陆面过程模式的模拟结果和观测资料进行了比较.结果表明:巴丹吉林沙漠地表反照率为0.273,比辐射率为0.950,地表粗糙度为1.55×10-3 m,土壤热容量和热扩散系数分别为1.08×106 J·m-3·K-1和3.34×10-7 m2·s.辐射传输、感热输送和土壤热传导过程是影响沙漠地区地表能量平衡的主要物理过程.通过对这三种过程的准确模拟检验,DLSM能够较准确地模拟巴丹吉林沙漠地气能量交换特征;短波辐射、长波辐射和感热通量的模拟结果与观测值间的标准差分别为7.98,6.14,33.9 W·m-2,与NOAH陆面过程模式的7.98,7.72,46.6 W·m-2的结果接近.地表反照率是沙漠地区最重要的陆面过程参数,地表反照率增大5%,向上短波辐射通量随之增加5%,感热通量则减小2.8%.本文研究结果对丰富陆面过程参数化方案,改进全球陆面过程模式、气候模式具有参考意义. 相似文献
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The computerized ionospheric tomography is a method for imaging the Earth’s ionosphere using a sounding technique and computing the slant total electron content (STEC) values from data of the global positioning system (GPS). The most common approach for ionospheric tomography is the voxel-based model, in which (1) the ionosphere is divided into voxels, (2) the STEC is then measured along (many) satellite signal paths, and finally (3) an inversion procedure is applied to reconstruct the electron density distribution of the ionosphere. In this study, a computationally efficient approach is introduced, which improves the inversion procedure of step 3. Our proposed method combines the empirical orthogonal function and the spherical Slepian base functions to describe the vertical and horizontal distribution of electron density, respectively. Thus, it can be applied on regional and global case studies. Numerical application is demonstrated using the ground-based GPS data over South America. Our results are validated against ionospheric tomography obtained from the constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate (COSMIC) observations and the global ionosphere map estimated by international centers, as well as by comparison with STEC derived from independent GPS stations. Using the proposed approach, we find that while using 30 GPS measurements in South America, one can achieve comparable accuracy with those from COSMIC data within the reported accuracy (1 × 1011 el/cm3) of the product. Comparisons with real observations of two GPS stations indicate an absolute difference is less than 2 TECU (where 1 total electron content unit, TECU, is 1016 electrons/m2). 相似文献
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给出了１９８９年３月罕见的超级太阳活动区（ＮＯＡＡ，ＡＲ５３９５）的多次爆发，在远东地区诱发了一系列强烈的、甚至是首次观测到的电离层扰动事件：（１）重庆站以北地区ＴＥＣ增量达５５×１０１６ｅｌ／ｍ２的突增事件；同期武昌、仑坪和知本等站的ＴＥＣ负增量达６５×１６ｅｌ／ｍ２的突降事件；（２）兰州以南地区的强ＴＩＤ；（３）持续时间较长的Ｌａｃｕｎａ现象；（４）微粒Ｅ层事件等。作者结合同期远东和巴西地区的电离层扰动，多颗卫星探测结果和全球中低纬区极光的出现，对此次电离层事件的部分异常变化及其形成机制作了初步讨论，并指出东向电场剧增和粒子沉降可能是此次事件的主要因素。 相似文献
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按照地球膨胀学说进行全球构造动力物理模拟的相似性研究，得到了膨胀地球岩石层弹性球壳力学模型的方程分析相似准则和地幔物质沿膨胀裂谷通道上涌流动的方程分析相似准则．按照各相似准则的约束，计算得到了满足与膨胀地球原型相似的模型参数：膨胀初始半径为０．４６ｍ；原始岩石层的厚度、密度分别为３×１０－３ｍ和（１．２－１．８）×１０ｋｇ／ｍ３，其强度为１０４Ｐａ；原始地球膨胀内压为４．２５×１０４Ｐａ；原始地表重力为－１．２５×１０－２Ｎ／ｋｇ；上涌物质密度、粘度分别为１．２×１０２ｋｇ／ｍ３和２×１０２Ｐａ·ｓ；原始地幔物质上涌厚度、速度和加速度分别为２．５×１０－２ｍ，２．０×１０－３ｍ／ｓ和３×１０２ｍ／s2．由此表明材料物性等条件能够较好地满足原型要求的模型条件． 相似文献
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基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析问题的数学基础，在简化电离层电子密度随时间变化的条件下，导出了三维平行束层析重建公式. 在二维情况下，本文导出的三维平行束层析重建公式与Yeh等给出的二维电离层层析重建公式相同. 文中还讨论了有限视角和有限接收机孔径对重建图像的影响. 根据文中给出的三维平行束层析重建公式，在这些非理想条件下，对一个脉冲源函数进行CT重建的结果表明，基于GPS信标观测数据重建电离层电子密度的时变三维电离层层析是可行的. 相似文献
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通过在SAMI2模式的电子能量方程中添加人工加热项,数值模拟了在加热条件下磁场线上电子温度与电子密度的扰动情况,并对比了不同加热条件下的扰动效应.结果表明,入射到电离层中的大功率无线电波与等离子体相互作用,能够有效造成整条磁场线上电子温度的升高而产生电子温度扰动,尤其是加热点处,温度可增加3倍多;由于电子温度升高,压力平衡受到破坏,引发等离子体扩散进而导致电子密度扰动;电子密度扰动使得垂直于磁场线的电子密度梯度发生变化,这有可能形成电离层管(Ionosphere duct);电子温度和电子密度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动逐渐趋于稳定.电子温度与密度的扰动与加热率存在一种非线性关系. 相似文献
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本文讨论了地球膨胀过程的初始半径R0、膨胀起始时间t0以及半径R、转动惯量I、地表重力加速度g和反映地球内部物质分布状态参数y等膨胀基本参数的平均变化率。研究结果表明,在地球的地质年龄之内,地球膨胀的初始半径R0>4619km,膨胀的起始时间t0>43.8×102Ma,膨胀过程中的地球半径R、物质分布状态参数y、转动惯量I、地表重力加速度g和表面积S随时间的平均变化率分别为:dR/dt=4×10-4m/a,dy/dt=-6.7×1012/a,dI/dt=8.49×1027kg·m~2/a,dg/dt=-1.23×10-10kg·s-2/a和ds/dt=6.41×104m2/a。地球膨胀过程中的半径平均增长率,是首次用天文学方法研究得出,且该值介于其他作者用古地磁、古地理等方法所求得的地球半径增长率若干数值之间。 相似文献
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利用1988—2010年小时平均的GOES卫星数据,对地球同步轨道(GEO)相对论电子变化进行了统计分析,研究了相对论电子通量(Fe)增强事件的发展过程,探讨了利于相对论电子通量增强的太阳风和地磁活动条件.主要结论如下:(1)GEO相对论电子通量即使是峰值,也具有明显的地方时特性,最大电子通量出现在磁正午时.午/夜电子通量比率随着太阳风速度(Vsw)增加而增大;在Dst-50nT时相对论电子具有规则的地方时变化.在太阳活动下降相,电子通量与各参数的相关性较好,与其相关性最好的Vsw、Kp指数以及三次根号下的太阳风密度(N)分别出现在电子通量前39~57h、57~80h和12~24h.(2)强(日平均电子通量峰值Femax≥104 pfu)相对论电子事件,在距离太阳活动谷年前两年左右和春秋分期间发生率最高,较弱(104Femax≥103 pfu)事件无此特点;大部分强相对论电子事件中,电子通量在磁暴主相开始增加,较弱事件中则在恢复相开始回升.(3)太阳风密度变化对相对论电子事件的发展具有重要指示作用.电子通量在太阳风密度极大值后0~1天达到极小值,太阳风密度极小值后0~2天达到极大值.(4)90%以上相对论电子事件是在磁暴及高速太阳风的条件下发生的,与其伴随的行星际参数和地磁活动指数极值满足以下条件:Vswmax516km/s,Dstmin-31nT,Nmin2.8cm-3,Nmax14.1cm-3,Bzmin-2.9nT,AEmax698nT.(5)磁暴过程中,Dstmin后日平均电子通量大于103 pfu的发生概率为53%左右,强/弱相对论电子事件占总数比例分别为36%/64%左右,磁暴强度对其无影响.磁暴过程中的Vsw、N和AE指数大小对于能否引起相对论电子增强起着指示作用. 相似文献