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南北极电离层F层观测与国际参考电离层对比研究

作　者: 苏洋
导　师: 黄际英；张北辰
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 无线电物理
关键词: 极区电离层国际参考电离层 ESR雷达 DPS-4测高仪
分类号: P352
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

我国南极中山站和北极Longyearbean的Svalbard站构成地磁共轭,利用国际极地年(IPY,2007-2008)期间数据共享的便利条件,通过对比分析南北半球共轭台站的电离层F层特性的异同,有利于了解极区电离层F层的变化特性及其形成机理。进一步将南极中山站测高仪观测数据以及北极Svalbard站的非相干散射雷达观测数据与最新的国际参考电离层模型IRI-2007进行比较,能够更好的考察IRI-2007对极区电离层的预测情况,以便为进一步改善模型在极区预测发挥建设性作用。本文首先处理了太阳活动低年(2007年)南北两极地磁共轭的中山站DPS-4测高仪观测数据与北极EISCAT-Svalbard雷达观测数据,分析两个台站不同季节电离层F层临界频率(foF2)和峰值高度(hmF2)日变化特性,探讨其共同形成机理。然后进一步利用与最新的国际参考电离层模型IRI-2007预测和观测结果对比分析,考察国际参考电离层在极隙区电离层的适用情况。本文南北地磁共轭的两站观测与IRI模式对比结果表明,IRI模型应用在极区还需进一步改善,并给出了建议。论文的主要研究工作与结果归纳如下:1.南北极电离层F层季节日变化特性研究对于foF2,中山站秋季和Svalbard站春季季节都有明显的磁中午现象出现,且两分季日变化幅度较其它季节大。夏季日变化趋势都比较平缓,日变化幅度较小。冬季曲线都出现双峰结构,但中山站在磁中午附近出现明显主峰,次峰位于17:00MLT附近,且明显小于主峰值;Svalbard站在磁中午附近无峰值出现,两峰值分别位于08:00MLT和18:00MLT附近,且数值大小接近。中山站冬季foF2大小整体比Svalbard站foF2大,与太阳的10.7厘米射电通量(F10.7)大小无关。这说明中山站冬季主峰与较低纬度受太阳电离的高密度等离子体经过极隙区有关,而Svalbard站F层电离层主要受极光粒子沉降作用。对于hmF2,两分季节日变化具有不对称的“W”形状特点,日变化幅度都比较大。夏季日变化幅度都相对较小,曲线比较平缓。较其它季节,无论在变化趋势还是数值大小上,夏季两站hmF2都非常相似。冬季日变化较为平缓。中山站hmF2平均高度要比Svalbard站hmF2平均高度高。2.南北极观测与国际参考电离层对比研究夏季foF2无论中山站还是与其地磁共轭Svalbard站IRI模式预测与观测符合较其它季节要好。这可能是因为IRI模式日变化特性主要基于中低纬度观测结果,较好的考虑了考虑太阳光辐射电离的影响,而两站夏季由于太阳光辐射电离占主导作用。冬季中山站与Svalbard站观测与IRI模式相对偏离很大,IRI模式无法反映出午后峰值的变化。这是由于两站在冬季太阳全天都处于地平线以下,太阳光辐射影响不明显,极光粒子沉降在两分季节和冬季对F层的影响IRI模式未能很好地体现。本文结果还显示,IRI预测的hmF2普遍要比实际观测大。3.改善IRI模型在极区适用情况的建议IRI模型需要单独的模块描述极区极光粒子沉降和极区等离子体对流共同作用下的极区电离层经验模型。IRI作为依赖观测数据的经验模型,需要增加极区的观测台站,为IRI模型的进一步完善提供长期可靠的观测依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究的目的及意义  11-14
  1.2 国内外研究历史及现状  14-16
  1.3 本文内容概要  16-17
第二章极区电离层概述  17-25
  2.1 电离层简介  17-18
  2.2 电离层内部的物理、化学过程  18-20
  2.3 极区电离层的特点  20-23
    2.3.1 等离子体对流  20-21
    2.3.2 能量粒子沉降  21-23
  2.4 本章小结  23-25
第三章南北极电离层F 层季节日变化特性研究  25-45
  3.1 前言  25-26
  3.2 数字式电离层垂直测高仪探测技术  26-29
    3.2.1 电离层垂直测高仪探测基本原理  27-28
    3.2.2 中山站DPS-4 型数字式测高仪简介  28-29
  3.3 中山站DPS-4 测高仪观测数据的选取及处理  29-31
  3.4 南极中山站foF2、hmF2 季节日变化特性  31-33
    3.4.1 中山站foF2 变化特性  31-32
    3.4.2 中山站hmF2 变化特性  32-33
  3.5 非相干散射雷达探测技术  33-37
    3.5.1 非相干散射雷达探测基本原理  34-37
    3.5.2 EISCAT- Svalbard 雷达简介  37
  3.6 EISCAT- Svalbard 雷达观测数据的选取及处理  37-38
  3.7 Svalbard 站foF2、hmF2 变化特性  38-41
    3.7.1 Svalbard 站foF2 变化特性  38-39
    3.7.2 Svalbard 站hmF2 变化特性  39-41
  3.8 中山站与Svalbard 站电离层F 层季节日变化特性比较  41-43
    3.8.1 foF2 季节日变化特性比较  41-42
    3.8.2 hmF2 季节日变化特性比较  42-43
  3.9 本章小结  43-45
第四章南北极电离层F 层观测与国际参考电离层对比研究  45-59
  4.1 IRI-2007 模式简介  45-47
  4.2 南极中山站观测与IRI-2007 对比研究  47-51
    4.2.1 foF2 对比分析  47-49
    4.2.2 hmF2 对比分析  49-51
  4.3 Svalbard 站观测与IRI-2007 对比研究  51-55
    4.3.1 foF2 对比分析  51-53
    4.3.2 hmF2 对比分析  53-55
  4.4 观测与IRI模式差异探讨  55-56
  4.5 本章小结  56-59
第五章总结  59-63
致谢  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间参加的科研项目及发表论文情况  68-69

南北极电离层F层观测与国际参考电离层对比研究

内容摘要

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