中国低纬地区电离层闪烁逐日变化的控制因素研究

In recent years the study of the controlling factors for the day-to-day variability of low-latitude ionospheric scintillations and equatorial F layer electron density irregularities causing scintillations is a subject of great interest in ionospheric research. This project will investigate the occurrence and variability features of low-latitude L-band ionospheric scintillations in the Chinese longitude sector and the dependence of scintillations on local time, season, geomagnetic activity, solar activity etc. by using long-time and continuous GPS ionospheric scintillations and total electron content (TEC) data recorded at Guilin, which is located near the northern crest of the equatorial ionization anomaly (EIA). And then GPS ionospheric scintillations and TEC data recorded at Guilin, C/NOFS (Communication/Navigation Outage Forecasting System) satellite measurements, and the observations of ground-based magnetometers and a network of GPS receivers in the region surrounding Guilin will be analyzed under quiet geomagnetic condition to investigate the effects of several major controlling factors on the day-to-day variability of low-latitude L-band ionospheric scintillations in the Chinese longitude sector. The emphasis of this project will be placed on the controlling effects of such factors as F layer vertical plasma drift (F layer zonal electric field) over the magnetic equator around sunset, the features of daytime equatorial electrojet, the EIA features between daytime and sunset, and so on. The research work of this project is helpful to understand the physical mechanisms for the day-to-day variability of low-latitude L-band ionospheric scintillations. Moreover, it can provide fundamental information for developing the prediction model of low-latitude L-band ionospheric scintillations in the Chinese longitude sector.

低纬地区电离层闪烁和引起闪烁的赤道F层电子密度不规则结构的逐日变化的控制因素是近年电离层研究的热点之一。本项目拟利用位于赤道异常北峰附近的桂林的长期、连续的GPS电离层闪烁与TEC观测资料，研究中国低纬地区L波段电离层闪烁发生与变化的特征及对地方时、季节、地磁活动、太阳活动等的依赖。在此基础上，结合C/NOFS卫星观测资料和桂林周边区域的地基地磁观测及GPS台网观测资料，重点研究磁平静条件下日落期间磁赤道上空的F层等离子体垂直漂移（F层纬向电场）、白天赤道电激流的特征、白天至日落期间的赤道异常特征等因素在控制中国低纬地区L波段电离层闪烁逐日变化过程中的作用。本项目的研究不仅可以加深对低纬地区L波段电离层闪烁逐日变化的物理机制的理解，还可以为开发适合中国地域特征的低纬地区L波段电离层闪烁预报模型提供基础信息。

电离层闪烁可对GPS、北斗卫星导航系统等L波段天基导航和通信系统的性能造成不利影响。电离层闪烁的影响在低纬地区非常严重。低纬地区L波段电离层闪烁和引起闪烁的F层电子密度不规则体具有显著的逐日变化特征，使得难以实现准确的电离层闪烁预报。本项目利用地处低纬的桂林、深圳、三亚的长期、连续的L波段电离层闪烁观测资料研究了中国低纬地区L波段电离层闪烁发生的特征与规律，利用地基GPS观测资料和C/NOFS卫星观测资料对磁平静条件下的赤道异常特征和日落期间磁赤道上空的F层等离子体垂直漂移在控制中国低纬地区L波段电离层闪烁逐日变化过程中的作用进行了研究，并研究了利用在磁赤道电离层F层观测到等离子体不规则结构预报低纬地区L波段电离层闪烁发生这一方法的可行性。主要研究结果如下。1.与非闪烁日相比，闪烁日日落后的赤道异常复苏现象更为明显，主要表现为日落后复苏的赤道异常结构持续的时间更长，南、北峰所处的地磁纬度更高，且南、北峰的VTEC峰谷比数值更大。2.闪烁日日落期间磁赤道上空的电离层F层等离子体垂直漂移速度较非闪烁日更大，即闪烁日日落期间磁赤道上空的F层东向电场反向前增强的强度更大。3.利用在磁赤道电离层F层观测到等离子体不规则结构预报低纬地区L波段电离层闪烁发生这一方法预报较低纬度地区（即三亚和深圳）发生L波段电离层闪烁的准确率较高（预报准确率大于80%），但预报赤道异常峰区附近地区（即桂林）发生L波段电离层闪烁的准确率较低（预报准确率为53.3%）。本项目研究了中国低纬地区L波段电离层闪烁的逐日变化的可能原因，为开发适合中国地域特征的低纬地区L波段电离层闪烁预报方法做了有益的尝试。