第 52 卷 第 3 期
2006 年 6 月
武汉大学学报
(
理学版
)
J . Wuhan Univ.
(
Nat. Sci. Ed.
)
Vol. 52 No. 3
June 2006 ,375～379
收稿日期 : 2006201205 g通讯联系人 E2mail :dengxhnew @hotmail. com
基金项目 : 国家自然科学基金
(
40574073 ,40574074 ,40390152
)
; 国家杰出青年基金
(
40325012
)
; 中国博士后科学基金 ; 长江学者特聘教
授基金资助项目
作者简介 : 沈
韦
华
(
19802
)
,男 ,硕士生 ,现从事电离层、磁层观测研究. E2mail :sw801221 @hotmail. com
文章编号 :167128836
(
2006
)
0320375205
电离层对耀斑响应的 GPS 观测分析
沈
韦
华
, 袁志刚 , 邓晓华
g
, 李世友 , 刘 琨 , 唐荣欣
(
武汉大学 电子信息学院 , 湖北 武汉 430072
)
摘 要 : 利用全球定位系统
(
GPS
)
台网数据 ,研究了耀斑爆发期间电离层总电子含量
(
Q
TEC
)
的突然增强
(
SITEC
)
现象. 基于 GPS 差分群时延和差分载波相位联合数据处理方法 ,利用双频的 GPS 数据计算了 2003 年 10
月 28 日大耀斑期间各 GPS 台站 Q
TEC
,其最大增量达到 17. 7 TECU
(
1 TECU = 10
16
e·m
- 2
)
. 结果表明 ,当观测点太
阳天顶角 > 40°时 ,Q
TEC
增量与观测点太阳天顶角成线性反比例关系 ,对这种关系进行拟合 ,确定了反比例系数. 进
而与 2003 年 10 月 29 日和 11 月 4 日两次耀斑事件进行了比较 ,可以确定上述反比例系数与耀斑对电离层的影响
程度有关. 同时对 Q
TEC
的时空变化问题进行了定量分析 ,证实了对于耀斑事件 ,可以忽略 GPS 卫星的空间变化对
Q
TEC
随时间变化的影响.
关 键 词 : 耀斑 ; 总电子含量 ; 全球定位系统 ; 太阳天顶角
中图分类号 : P 352 文献标识码 :A
0
引 言
太阳耀斑对地球电离层以及高层大气层有着非
常重要的影响. 耀斑期间伴随有各种电磁和粒子辐
射 ,其中 ,远紫外辐射
(
EUV
)
和 X 射线会离化电离
层中性成分 ,导致电离层电子密度的增大 ,从而产生
突然频移
(
SFD
)
、突然相移
(
SPA
)
、短波衰减
(
SWF
)
和总电子含量的突然增大
(
SITEC
)
等电离层突然骚
扰
(
SID
)
现象
[1 ,2 ]
.
电离层总电子含量
(
Q
TEC
)
的测量是研究太阳耀
斑对电离层影响的一种有效的观测手段. 早期一般
利用非相干散射雷达和法拉第旋转观测得到 Q
TEC
和分析电离层骚扰
[3 ]
,以及利用高频多普勒方法对
耀斑期间电离层 Q
TEC
的变化进行估算
[4 ]
. 由于 GPS
观测时间的连续性、空间分布的广阔性等优点 ,利用
GPS 得到 Q
TEC
是研究 SITEC 现象的一种十分有效
的手段. 近年来 ,利用 GPS 数据研究电离层骚扰成
为一个新的课题. 国内外利用此方法对电离层进行
了广泛的研究 ,其中包括利用 GPS 数据对耀斑引起
的全球电离层效应
[5 ]
、电离层各层对耀斑的响应
[6 ]
、
磁暴期间的电离层扰动形态以及磁活动期间电离层
行扰
(
TID
)
进行的分析
[7 ,8 ]
.
从 2003 年 10 月 28 日至 11 月 4 日有数次耀斑
事件 ,其中等级大于 X10 级的有 3 次 ,而 10 月 28 日
的耀斑是近 10 年来对地球影响最剧烈的一次. 这是
研究全球电离层对耀斑响应的很好的机会. 而且
Q
TEC
增量大小与观测点太阳天顶角的关系是研究电
离层对耀斑响应的一个重要指标. 以往的文献资料
中对此只是进行了定性分析
[9 ]
. 本文正是利用国际
GPS 台站
(
IGS
)
网络全球分布的 GPS 台站的观测
数据 ,定量地分析了 2003 年 10 月 28 日耀斑事件 ,
并与随后发生的两次耀斑事件进行比较 ,分析了
Q
TEC
增量大小与观测点太阳天顶角的关系和 Q
TEC
的时空变化问题.
1
GPS 数据处理
IGS 提供近实时数据 , GPS 台站以 30 s 的分辨
率接收双频信号数据. Q
TEC
可通过双频 GPS 信号
提供的双频电磁波在电离层中的相对延时获得.
1. 1 差分群时延和差分载波相位
GPS 信号时延指信号穿过电离层时会有较真
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