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利用GPS对太阳耀斑电离层响应的监测和研究

张健  
【摘要】: 本文探讨了利用双频GPS接收机的观测值监测太阳耀斑的有关理论和方法,主要工作包括: 总结了影响电离层电子总量的因素,介绍了太阳耀斑的有关知识,阐明了太阳耀斑对电离层的影响及耀斑爆发对GPS测量的影响。 分析了当前研究电离层的方法及其特点,指出利用GPS研究太阳耀斑的可能性及其优点。根据现在研究太阳耀斑的实际情况,提出了利用GPS研究太阳耀斑的数据处理方法:利用双频观测值确定出仪器偏差后,再利用码和相位观测值,结合导航电文就可以求出电离层交叉点的沿天顶方向上的电子总量VTEC值。指出在计算VTEC值的过程中,消除仪器偏差的重要性。 新的求解VTEC的方法具有以下优点:考虑了GPS卫星和接收机的仪器偏差的影响,计算的电子总量随时间的变化更接近电离层的实际情况;提高了求解电子总量的精度,计算出的VTEC值更能反映耀斑引起的电子总量的增加情况。 对2000年7月14日大耀斑爆发前后一周时间内,中国地壳运动观测网络的GPS资料进行了分析。从时间域、空间域上分析了这次耀斑爆发时,电离层电子总量变化的特点:①、在耀斑爆发后10分钟左右,所有向日面的GPS测站的资料求解的VTEC都有一个明显的“抖动”,即:各测站卫星交叉点的VTEC在耀斑爆发后都迅速增长,持续一段时间后逐渐下降,且各站计算的VTEC增降过程在时间上基本一致;②、耀斑引起的电子总量的增加不仅随地方时的不同而不同,在同一经度带上,不同纬度的增量也是不一样的,纬度高的地方比纬度低的地方电子总量的增量大;③、发现了在耀斑爆发前,纬度在20°~35°之间的某些测站电子总量的“异常”增加现象。1998年11月22日耀斑期间的GPS资料计算结果也发现这种异常现象。 介绍了利用载波相位观测值求解电子总量变化率的方法,并利用这种方法的计算结果对耀斑进行了分析。比较了这种数据处理方法和求解VTEC方法各自的优缺点,指出利用这种方法可以监测到级别更小的耀斑爆发。


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