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武汉地区电离层电子浓度总含量的模式研究

陈艳红  
【摘要】: 电离层电子浓度总含量(TEC)是一个非常重要的电离层参量,对电波传播修正以及电离层理论研究都具有十分重要的意义。本文利用武汉电离层观象台1980-1990年间一个太阳黑子周期的TEC资料,从形态分析、模式研究等方面对电离层TEC的主要特征进行了详细的探讨。 TEC不仅具有很强的日变化规律,也存在着非常明显的半年变化和季节异常。同时,TEC的变化与太阳活动存在着很好的相关性。基于这些特征,我们利用最小二乘法,得出一个适合武汉地区的TEC经验模式,该模式采用傅立叶级数展开TEC随当地时间的变化,采用线性函数描述TEC随太阳活动参数的变化,结果能很好地再现武汉地区的TEC观测值。其预测误差在太阳活动高年稍大,低年较小;在春秋两季稍大,冬夏两季较小;在当地时间白天和傍晚稍大,夜间和早晨较小。此外,与国际参考电离层模式IRI的计算结果比较,本模式预测的TEC值更接近于实际观测结果。采用同样的方法,我们也可以较好的预测电离层F2层的临界频率foF2和3000km传输因子M(3000)F2。通过分析TEC和NmF2的相关性,证明了TEC与NmF2、也就是与foF2的相关关系,应用它们之间的经验公式,可以得到不同时刻的氧原子标高。而利用M(3000)F2,可以比较准确的求出F2层的峰高hmF2。这样,在假定电离层电子浓度满足Chapman函数形式的前提下,我们采用经验方法模拟电子浓度的高度剖面,根据电子浓度的高度剖面,可以求得任意高度范围内的电子含量。 为了更进一步研究TEC,我们从电子连续性方程出发,推导出了相应的TEC连续性方程,利用Chapman层近似简化该方程并进行求解,计算的结果能得到TEC的初步形态,但是季节异常和半年变化不明显。利用武汉地区实测的TEC,通过该方程计算TEC连续性方程中通量项的大小。计算的通量在高年约为10~(14)m~(-2)s~(-1),在低年约为10~(13)m~(-2)s~(-1)。在夏季白天通量通常向上,而冬季通常向下,夜间在各个季节都向下。 总之,本文在分析TEC变化的基础上,建立了一个适合中纬地区的TEC经验模式。该模式的构建方法同样适用于F2层的其他两个重要的参数foF2和M(3000)F2。另外,本文建立了TEC的连续性方程,并初步讨论了方程的应用,这些对TEC理论模式的研究具有非常重要的意义。


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