地质地球所采用EOF分解技术对电离层参量进行全球建模

2010-11-29 09:32 来源: 中国科学院
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  电离层是近地空间环境中的重要圈层,它是大多数空间飞行器运行轨道所在的区域。电离层对无线电波会产生折射、反射、吸收以及穿透等效应,因而它对卫星通信、导航、定轨、定位等有着重要的影响。在许多科研和实际应用中都要用到电离层经验模型,因此电离层参量的经验建模技术研究具有重要的学术意义与应用价值。

  电离层F2层峰高参量hmF2是各种电离层参量中最为关键的重要参量之一。历史上,由于hmF2观测资料非常缺乏,其值通常是通过它与电离层传播因子M(3000)F2参量之间的经验关系式计算得到。在实际应用中,计算hmF2值时用到的M(3000)F2之值一般由目前国际上通用的CCIR-M(3000)F2全球模型提供,这也是国际参考电离层(IRI)模型中所采用的方法。但近年来的一些研究结果表明,CCIR-M(3000)F2全球模型与实际观测结果存在显著差异,特别是在低纬和赤道地区。因此国际参考电离层组织特意倡导开展改进M(3000)F2全球模型或对hmF2参量直接建模的研究工作。

  中科院地质与地球物理研究所地磁与空间物理研究室电离层物理学科组张满莲副研究员等人采用经验正交函数(EOF)分解与谐波函数和回归分析相结合的方法,尝试对M(3000)F2和hmF2参量进行全球经验建模技术研究。他们利用分布于全球的所有可用的电离层垂测台站长期积累的历史观测资料,尝试了采用三种不同的EOF分解技术,建立M(3000)F2和hmF2参量的全球模型。所建模型包含了M(3000)F2和hmF2参量随地理位置、地方时、季节以及太阳周活动水平的变化。他们采用独立年份(不同于建模所用数据的年份)的观测数据对三种不同的建模方法所建的模型进行了有效性检验。结果表明,无论是太阳活动低年还是高年所建模型都能较好地再现观测结果。对模型计算结果与实际观测数据进行统计分析的结果表明,三种不同的建模方法所建的全球模型与实际观测结果的符合程度均高于现有版本国际参考电离层所用模型与实际观测结果的符合程度。

  该研究成果近期发表在国际空间物理领域权威刊物Advances in Space Research(Zhang et al. Evaluation of Global Modeling of M(3000)F2 and hmF2 Based on Alternative Empirical Orthogonal Function Expansions. Advances in Space Research, 2010, 46(8): 1024-1031)。

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