基于GPS掩星觀測的全球電離層偶發(fā)E層形態(tài)學研究.pdf

1、電離層偶發(fā)E層（Sporadic E layer，簡稱Es層）是指在距地面90～120 km高度上不定時出現(xiàn)的高電子密度薄層結構。對全球Es層形態(tài)學特征的了解對于高頻無線通信和導航定位等應用領域非常重要。過去幾十年間對于Es層的研究主要是基于地基觀測，由于地基觀測站主要分布在陸地上，其空間覆蓋范圍有限，只能提供局地的Es層信息。利用近年來發(fā)展起來的GPS無線電掩星技術，可以實現(xiàn)對全球Es層的有效監(jiān)測。
　　本文利用2008年12月

2、至2010年12月期間COSMIC和GRACE-A掩星觀測系統(tǒng)提供的50Hz采樣率的C/A碼信噪比（signal noise ratio，簡稱SNR）數(shù)據(jù)，通過分析歸一化SNR擾動的標準差隨時間、空間變化的特征，研究全球范圍內(nèi)Es層的統(tǒng)計學分布特征。本文以北半球劃分季節(jié)，春季、夏季、秋季和冬季分別指3～4月、5～8月、9～11月和12～2月。本文的主要研究結果如下。
　?。?）歸一化SNR擾動標準差的夏季峰值現(xiàn)象十分明顯，其較大數(shù)

3、值出現(xiàn)在距地面95~110 km高度范圍的中緯地區(qū)，且北半球夏季的數(shù)值明顯大于南半球夏季。歸一化SNR擾動標準差的夏季峰值現(xiàn)象與Es的強度在夏季出現(xiàn)峰值相一致，也與以往觀測得到的上層大氣突發(fā)流星數(shù)在夏季最大相吻合。
　　（2）在北半球夏季，與同緯度其他地區(qū)相比，歸一化SNR擾動標準差的數(shù)值在中國和地中海地區(qū)明顯較大，在美國上空則明顯減小。在北半球中緯地區(qū)，地磁場強度的水平分量在中國和地中海地區(qū)最大，在美國最小。因此，北半球夏季的歸

4、一化SNR擾動標準差的分布特征與地磁場強度水平分量的分布較一致。在南半球夏季，與同緯度其他地區(qū)相比，非洲南部地區(qū)的歸一化SNR擾動標準差的數(shù)值明顯減小，這與地磁場強度水平分量在這一地區(qū)顯著減小相一致。歸一化SNR擾動標準差的上述分布特征與以往利用地基探測手段總結得到的Es全球分布特征比較一致，也與經(jīng)典風剪切理論的預言相吻合。
　?。?）在一年各季節(jié)中，歸一化SNR擾動標準差的數(shù)值在高緯地區(qū)和磁赤道附近1°~2°緯度帶內(nèi)明顯減小，這

5、些特征與風剪切形成Es的機制在高緯地區(qū)和磁赤道附近不起作用是一致的。
　?。?）夏季的歸一化SNR擾動標準差在中緯地區(qū)具有明顯的半日變化特征，在中低緯地區(qū)則同時具有半日和周日變化特征，在低緯地區(qū)則呈現(xiàn)出周日變化特征。此外，較大的歸一化SNR擾動標準差出現(xiàn)的高度隨著時間推移逐漸下降。在電離層E區(qū)高度上中性大氣風以日潮為主，且半日潮分量在中高緯地區(qū)占主導地位，周日潮分量在低緯地區(qū)占主導地位，潮汐風能量向上傳播，而相速度向下傳播。較大的