2004年11月強(qiáng)磁暴期間中國地區(qū)電離層TEC擾動(dòng)特性分析

馮健　鄧忠新　甄衛(wèi)民　吳振森

(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,西安 710071;2.中國電波傳播研究所,青島 266107)

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2004年11月強(qiáng)磁暴期間中國地區(qū)電離層TEC擾動(dòng)特性分析

馮健1鄧忠新2甄衛(wèi)民2吳振森1

(1.西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,西安 710071;2.中國電波傳播研究所,青島 266107)

摘要利用28個(gè)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)觀測站獲取的電離層總電子含量(Total Electron Content, TEC)測量數(shù)據(jù),分析了2004年11月一次強(qiáng)磁暴期間的中國中低緯地區(qū)電離層TEC暴擾動(dòng)特性,結(jié)果表明:電離層TEC以正相暴擾動(dòng)響應(yīng)為主,中緯地區(qū)的暴變擾動(dòng)要強(qiáng)于低緯,以北緯35°附近擾動(dòng)最為強(qiáng)烈;暴時(shí)電離層空間相關(guān)性變強(qiáng),電離層相關(guān)距離由寧靜日的約5 500 km提升到暴變?nèi)盏募s8 000 km;在8日的主暴擾動(dòng)期間,發(fā)現(xiàn)伴有自東北向西南的電離層TEC暴擾動(dòng)傳播,自東向西的經(jīng)向傳播速度約為120 m/s,要高于緯向傳播. 初步探討表明,向赤道中性風(fēng)、日側(cè)東向急劇穿透電場以及噴泉效應(yīng)等可能是導(dǎo)致此次電離層TEC正相暴在北緯35°附近擾動(dòng)最為強(qiáng)烈的關(guān)鍵因素,也進(jìn)一步揭示了電離層與太陽風(fēng)、磁層之間以及電離層不同緯度區(qū)之間有著復(fù)雜的耦合過程.

關(guān)鍵詞電離層;總電子含量;電離層暴;地磁暴

DOI10.13443/j.cjors.2015020501

Ionospheric TEC disturbances over China during the intense magnetic storm of November, 2004

FENG Jian1DENG Zhongxin2ZHEN Weimin2WU Zhensen1

(1.SchoolofPhysicsandOptoelectronicengineering,XidianUniversity,Xi’an710071,China;2.ChinaResearchInstituteofRadiowavePropagation,Qingdao266107,China)

AbstractIonospheric total electron content(TEC) disturbance characteristics are obtained during a strong geomagnetic storm in November 2004 based on the TEC data from 28 GPS observation stations in China. It is shown that the responses of the ionospheric TEC are mainly positive phase disturbances with the most intensity in the vicinity of latitude 35°N. It is found that the spatial correlation of TEC becomes stronger on disturbed days than on quiet days, and the correlative distance increases from 5 500 km on November 2nd to 8 000 on November 8th. During the main phase of the storm on the 8th, an accompanied TEC disturbance spread from northeast to southwest, with a meridian velocity about 120m/s, much higher than that of the zonal speed. Preliminary study has shown that the neutral wind, the dayside eastward penetrating electric field and the fountain effect may be the key factors to cause this positive disturbance with the most intensity in the vicinity of latitude 35°N. It is also revealed the complex coupling processes among the ionosphere, the solar wind and the magnetosphere, and also among the different latitude zones of the ionosphere.

Keywords ionosphere; total electron content(TEC); ionospheric storm; geomagnetic storm

引言

電離層總電子含量(Total Electron Content, TEC)的時(shí)空變化對(duì)地空無線電通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、雷達(dá)等無線電信息系統(tǒng)電波信號(hào)傳播有著重要影響[1-4],特別是對(duì)于穿越電離層的電波信號(hào),電離層引起的傳播效應(yīng)直接正比于TEC的數(shù)值. 因此,TEC是表征電離層電波傳播特性的最重要的環(huán)境參數(shù)之一[5].

隨著無線電衛(wèi)星信標(biāo)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展, 特別是全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)等的廣泛應(yīng)用,利用相干雙頻衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)可以獲取星地路徑上電離層TEC值. 相較于電離層測高儀等傳統(tǒng)探測技術(shù)而言,GPS TEC測量具有全球覆蓋、數(shù)據(jù)連續(xù)、時(shí)空分辨率和測量精度高、運(yùn)行方便等顯著優(yōu)勢,使得TEC已成為開展電離層及其擾動(dòng)的特性和預(yù)報(bào)等電離層天氣研究的有力工具[6-11]. Jakowski 等人提出了基于TEC參數(shù)發(fā)展一種新型電離層活動(dòng)指數(shù)來服務(wù)于空間天氣系統(tǒng)[12]. 電離層暴是最重要的空間天氣現(xiàn)象之一, 它具有劇烈的擾動(dòng)幅度和較長的持續(xù)時(shí)間. Michael曾對(duì)TEC在電離層暴研究方面的進(jìn)展和前景進(jìn)行了綜述,建議加強(qiáng)電離層TEC暴擾動(dòng)的形態(tài)特性、產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)報(bào)方法等研究[13-14]. 鄧忠新等人基于中國地區(qū)電離層TEC觀測數(shù)據(jù), 分析了電離層TEC擾動(dòng)變化特性, 并提出了電離層TEC暴事件的判定依據(jù)[15].

太陽爆發(fā)所輻射的巨大能量使得地球空間磁場產(chǎn)生劇烈擾動(dòng)現(xiàn)象(即磁暴), 伴隨強(qiáng)磁暴的發(fā)生,電離層中將出現(xiàn)強(qiáng)烈的暴變事件,因此電離層暴與強(qiáng)磁暴活動(dòng)有著緊密的相關(guān)性. Mangalathayil等人研究了2003年10月大磁暴事件期間中低緯電離層的經(jīng)度響應(yīng)特性[16]. 夏淳亮等人基于GPS觀測數(shù)據(jù)討論了大磁暴期間東亞地區(qū)中低緯電離層TEC的響應(yīng)特性[17]. 徐繼生等人分析了2004年11月強(qiáng)磁暴期間武漢地區(qū)電離層TEC的響應(yīng)變化[18]. Balan等人探討了中低緯地區(qū)電離層正相暴產(chǎn)生的物理機(jī)制[19]. Erickson等人也曾針對(duì)2004年11月強(qiáng)磁暴事件中北美扇區(qū)電離層和熱層響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探討[20].

本文利用GPS觀測網(wǎng)獲取電離層TEC測量數(shù)據(jù),分析研究了2004年11月一次強(qiáng)磁暴期間的中國地區(qū)電離層TEC暴擾動(dòng)的變化特征,并初步探討了其可能的擾動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理.

1數(shù)據(jù)和分析方法

地面GPS雙頻接收機(jī)在每一時(shí)間歷元能接收到多顆衛(wèi)星信號(hào),原始觀測數(shù)據(jù)采樣時(shí)間為30 s. 為了減少低仰角帶來的電離層TEC測量誤差,本文所用觀測數(shù)據(jù)限定仰角大于45°. 電離層TEC數(shù)據(jù)獲取主要過程如下:首先,采用載波相位方法計(jì)算出每一時(shí)間歷元各星地路徑上的電離層斜向TEC(sTEC);然后,依據(jù)電離層薄殼模型,取電離層電子密度質(zhì)心高度為400 km,將sTEC轉(zhuǎn)換為星下點(diǎn)電離層垂直TEC(vTEC);最后,將每15 min時(shí)間間隔內(nèi)的所有時(shí)間歷元星下點(diǎn)電離層vTEC,采用高斯方法擬合出GPS觀測站上空每15 min的電離層vTEC.

采用電離層vTEC的相對(duì)變化(dTEC)和絕對(duì)變化(ΔTEC)來描述電離層TEC擾動(dòng)特征,其表達(dá)式為:

(1)

式中: TECobs(t)為t時(shí)刻的電離層vTEC的觀測值； TECmed(t)為該月去除磁暴期間觀測數(shù)據(jù)后的對(duì)應(yīng)時(shí)刻月中值.

對(duì)中國及周邊地區(qū)28個(gè)GPS觀測站的測量數(shù)據(jù)按上述方法進(jìn)行處理,獲得了各站15 min時(shí)間間隔的電離層vTEC、ΔTEC和dTEC數(shù)據(jù).在做區(qū)域電離層TEC變化分析時(shí),采用Kriging插值方法來獲取各網(wǎng)格點(diǎn)(1°×1°)的相應(yīng)電離層TEC值[11, 21-23]. 表1給出了各GPS觀測站的地理位置分布情況.

表1　中國及周邊地區(qū)GPS觀測站位置分布

2分析結(jié)果

2.1暴時(shí)電離層TEC擾動(dòng)響應(yīng)

2004年11月7-11日發(fā)生了一次雙主相強(qiáng)磁暴事件,Dst指數(shù)在8日07:00UT和9日10:00UT左右分別達(dá)到極小值-373 nT和-289 nT,見圖1(a). 圖1(b)給出了磁暴期間沿115°E經(jīng)度線上不同緯度電離層vTEC隨時(shí)間的發(fā)展變化. 可以看出,電離層vTEC仍呈現(xiàn)出周日變化一般特征,在北京時(shí)間午后(BJT=UT+8h)為極大,最大電離層vTEC值達(dá)到了90 TECu(1 TECu=1016m-2). 圖1(c)和(d)分別給出了沿115°E經(jīng)度線上和沿37°N緯度線上的電離層ΔTEC的發(fā)展變化,總體上表現(xiàn)為正相擾動(dòng)響應(yīng). 8日電離層ΔTEC出現(xiàn)了兩個(gè)增強(qiáng)峰,前一個(gè)位于06:00 UT前,后一個(gè)處于11:00 UT前后,最大增強(qiáng)約為50 TECu, 且電離層ΔTEC增強(qiáng)在中國東部地區(qū)持續(xù)時(shí)間要長于西部地區(qū). 圖1(e)和(f)分別給出了沿115°E經(jīng)度線上和沿37°N緯度線上的電離層dTEC的發(fā)展變化. 圖1(e)顯示出在8日11:00UT和10日13:00UT前后分別發(fā)生了強(qiáng)電離層TEC暴擾動(dòng),前者最大擾動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到了600%,后者也接近450%,兩個(gè)暴變最強(qiáng)擾動(dòng)中心位置均出現(xiàn)在北緯35°附近. 若以50%的相對(duì)變化值來考察,8日電離層暴變事件的開始時(shí)間在低緯度赤道異常區(qū)要早于中緯度區(qū),且在低、中緯過渡區(qū)的暴變持續(xù)時(shí)間超過了24 h. 圖1(f)可以看出在8日東部地區(qū)暴變擾動(dòng)的開始時(shí)間要早于西部,自東向西有響應(yīng)時(shí)間上的延遲,且在持續(xù)時(shí)間上也要長于西部地區(qū).

圖2給出了四個(gè)相近緯度帶(39.6°N～43.8°N,36.2°N～37.3°N,28.9°N～31.2°N及23.2°N～25.0°N)上不同經(jīng)度區(qū)(121.2°E～127.1°E,113.3°E～117.1°E及100.2°E～105.4°E)3個(gè)站共12站的電離層dTEC在7日12：00 UT至9日12:00 UT期間變化曲線.可以看出: 1) 中緯度臺(tái)站的最大電離層TEC暴變擾動(dòng)強(qiáng)度隨經(jīng)度自東向西有先增強(qiáng)后減弱,如圖2中的上兩排. 而低緯度臺(tái)站的最大電離層TEC暴變擾動(dòng)強(qiáng)度隨經(jīng)度自東向西逐漸減弱,如圖2中的下兩排. 2) 三個(gè)相近經(jīng)度帶上不同緯度4站的最大電離層TEC暴變擾動(dòng)強(qiáng)度隨緯度從北到南均表現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱,以36.2°N～37.3°N緯度帶內(nèi)的擾動(dòng)最強(qiáng),且中緯度區(qū)擾動(dòng)強(qiáng)度總體上要高于低緯度區(qū). 3) 低緯度臺(tái)站在8日存在兩個(gè)明顯區(qū)隔的電離層TEC暴擾動(dòng)增強(qiáng)峰,前一個(gè)處于00:00 UT-06:00 UT間的日側(cè),后一個(gè)處于11:00 UT前后的日落時(shí)段,并隨著緯度升高兩個(gè)暴變擾動(dòng)逐漸合一. 4) 在中國東北部的CHUN站在日落前后卻出現(xiàn)兩個(gè)區(qū)隔明顯的電離層TEC暴擾動(dòng)響應(yīng)峰,且隨著經(jīng)度向西(如BJFS站)和隨緯度向南(如SUWN站)兩個(gè)暴變響應(yīng)峰合二為一. 5) 12個(gè)觀測站中以TAIN站電離層TEC暴變擾動(dòng)強(qiáng)度為最大,相對(duì)變化達(dá)到了600%,以KMIN站為最小,但其最大擾動(dòng)強(qiáng)度值也達(dá)到了100%.

圖1　2004年11月強(qiáng)磁暴期間電離層TEC擾動(dòng)響應(yīng)

圖2　相近經(jīng)(緯)度帶內(nèi)不同緯(經(jīng))度觀測站電離層dTEC變化

2.2暴時(shí)電離層TEC空間相關(guān)性

考慮到電離層參數(shù)經(jīng)、緯向的空間變化差異,引入電離層距離d[11]為

d=

(2)

式中:Lon和Lat分別表示觀測站A和B的地理經(jīng)緯度;SF為描述緯經(jīng)向差異的尺度因子,體現(xiàn)了局部區(qū)域內(nèi)電離層參量之間的相關(guān)距離. 對(duì)電離層TEC參數(shù)通常取SF=5, 它反映了緯/經(jīng)度向上的空間距離對(duì)電離層TEC影響的相關(guān)度. 式中電離層距離單位為度,對(duì)處于中低緯度的中國地區(qū)而言,在電離層質(zhì)心高度上相隔1度的空間距離大約為100 km,本文采用100 km作為電離層距離單位.

(3)

(4)按照上述方法,可以計(jì)算出中國地區(qū)所有28個(gè)觀測站兩兩之間的電離層距離和相關(guān)系數(shù). 圖3給出了寧靜日(2日)和暴變?nèi)?8日)的相關(guān)系數(shù)隨電離層距離變化的比較圖,圖中小圓圈和虛線分別表示寧靜日的觀測和線性擬合結(jié)果,小黑塊和實(shí)線分別表示暴變?nèi)盏挠^測和線性擬合結(jié)果. 取相關(guān)系數(shù)等于0.8對(duì)應(yīng)的電離層距離為空間相關(guān)距離[24]. 可以看出: 寧靜日的空間相關(guān)距離約為 5 500km. 由于電離層TEC的緯經(jīng)向差異尺度因子取值為5, 表示相應(yīng)于經(jīng)向的相關(guān)距離為5 500km,而緯向的相關(guān)距離為1 100km;但在暴變?nèi)盏目臻g相關(guān)距離約為8 000km,即相應(yīng)于經(jīng)向的相關(guān)距離為8 000km,而緯向的相關(guān)距離為1 600km. 這不僅表明此

圖3　寧靜日和暴變?nèi)针婋x層空間相關(guān)距離比較

次強(qiáng)磁暴期間是一種大尺度的電離層正相暴擾動(dòng)事件, 也預(yù)示著期間電離層TEC的空間相關(guān)性有所增強(qiáng).

2.3暴時(shí)電離層TEC擾動(dòng)傳播

為了考察磁暴期間電離層暴擾動(dòng)傳播特性,圖4給出了11月8日電離層TEC暴期間09:00 UT-15:00 UT時(shí)段間每15 min的電離層dTEC變化曲線.

圖4(a)為115°E經(jīng)度線上不同緯度電離層dTEC隨時(shí)間演變,曲線間在垂直軸依次作了等間隔的平移.可以看出在此期間電離層TEC暴變擾動(dòng)峰呈現(xiàn)出隨時(shí)間從中緯向低緯區(qū)的似波狀傳播,期間擾動(dòng)峰由38°N到達(dá)32°N附近,其平均傳播速度約為30 m/s.

圖4　8日09:00 UT-15:00 UT期間電離層TEC暴擾動(dòng)傳播

圖4(b)為37°N緯度線上不同經(jīng)度電離層dTEC隨時(shí)間演變,曲線間在垂直軸依次作了等間隔的平移.可以看出在此期間電離層TEC暴變擾動(dòng)也呈現(xiàn)出似波狀結(jié)構(gòu),且其擾動(dòng)峰隨時(shí)間自東向西移動(dòng),經(jīng)估算經(jīng)向平均傳播速度約為120 m/s,明顯要大于緯向傳播.

3討論

圖5分別給出了7日12:00 UT至9日12:00 UT期間的太陽風(fēng)速度、行星際磁場Bz分量、極光電集流AE指數(shù)以及較高中緯度地區(qū)的CHUN、HLAR和URUM三站電離層dTEC的變化曲線.可以看出,在太陽風(fēng)速度在7日18:00 UT左右有一個(gè)急遽大幅度提升,由約450 km/s劇增到了約650 km/s,隨后太陽風(fēng)速度一直處于550 km/s以上,并在7日22:00 UT和8日04:00 UT前后各有一次小幅度增強(qiáng),其峰值速度均超過了700 km/s,如圖5(a);緊隨太陽風(fēng)速度劇變后,行星際磁場Bz分量也發(fā)生了劇烈變化,約在7日19:30 UT前后Bz南向翻轉(zhuǎn)并持續(xù)了約1 h.Bz分量在22:00UT前后再次南向翻轉(zhuǎn),隨后南向持續(xù)時(shí)間長達(dá)近12 h,

且在7日22:30 UT后有近6 h時(shí)間維持在-40 nT上下,如圖5(b);極光電集流AE指數(shù)在8日01:00 UT-12:00 UT期間也出現(xiàn)強(qiáng)烈擾動(dòng),在04:00 UT和10:00 UT前后分別超過了2 500 nT,如圖5(c).

在2.1節(jié)中,注意到CHUN站(43.8°N,125.4°E)電離層TEC呈現(xiàn)出兩個(gè)區(qū)隔明顯的強(qiáng)擾動(dòng)峰,分別位于8日的08:00 UT和13:00 UT前后.從圖5(d)中看出,處于相近經(jīng)度帶內(nèi)的更高緯度地區(qū)的HLAR站(49.3°N, 119.7°E)的電離層dTEC與CHUN站有著相似的變化趨勢,也表現(xiàn)出區(qū)隔明顯的兩個(gè)強(qiáng)擾動(dòng)峰;而處于同緯度有著較大經(jīng)度差異的西部地區(qū)URUM站(43.8°N,87.6°E)卻只出現(xiàn)了13:00 UT前后的單峰結(jié)構(gòu). 從AE指數(shù)變化上能夠看出在04:00 UT-10:00 UT之間曾出現(xiàn)了一個(gè)由強(qiáng)烈擾動(dòng)回復(fù)到平靜趨勢的過程,這與CHUN和HLAR兩站電離層dTEC擾動(dòng)的雙峰結(jié)構(gòu)極為相似,意味著中國東北部較高中緯度地區(qū)的電離層TEC擾動(dòng)與極區(qū)電離層擾動(dòng)有著密切聯(lián)系, 也暗示著電離層與太陽風(fēng)、磁層以及不同緯度區(qū)電離層之間有著復(fù)雜的耦合過程.

圖5　太陽風(fēng)速度、IMF-Bz分量、極光AE指數(shù)及較高中緯臺(tái)站電離層dTEC的變化

圖6　不同緯度電離層vTEC和dTEC隨時(shí)間演變曲線

圖6(a)和(b)分別給出了11月2日和8日00:30 UT-06:30 UT期間115°E經(jīng)度線上不同緯度的電離層vTEC隨時(shí)間的變化曲線,曲線間在垂直軸依次作了等間隔的平移.可以看出,在2日的電離層寧靜條件下,赤道異常北駝峰區(qū)大致處于地理北緯17°附近;而在8日的擾動(dòng)情況下,其駝峰區(qū)位置向北側(cè)移動(dòng)到了北緯25°附近. 圖6(c)給出了8日00:30 UT-06:30 UT期間115°E經(jīng)度線上不同緯度的電離層dTEC隨時(shí)間演變曲線,曲線間在垂直軸依次作了等間隔的平移. 可以看出,期間dTEC也呈現(xiàn)出似波狀結(jié)構(gòu),并伴有從較低緯度向中緯度區(qū)的較緩慢傳播過程.

綜合上述分析,太陽活動(dòng)爆發(fā)增強(qiáng)了吹向地球磁層的太陽風(fēng)粒子的速度和濃度,行星際磁場引起地磁場劇變發(fā)生磁暴. 伴隨地磁暴的大量能量以增強(qiáng)的電場、電流和能量粒子沉降等方式影響到高層大氣,從而導(dǎo)致電離層暴擾動(dòng)事件發(fā)生. 在此過程中,極區(qū)電場穿透到赤道低緯地區(qū),在日側(cè)東向急劇穿透電場(Prompt Penetration Electric Field, PPEF)和向赤道中性風(fēng)作用下,噴泉效應(yīng)得到了進(jìn)一步增強(qiáng),使得等離子體向更高的緯度區(qū)堆積和赤道異常北駝峰向北側(cè)移動(dòng),這可能是導(dǎo)致此次電離層TEC正相暴在35°N附近擾動(dòng)最為強(qiáng)烈的主要原因.

4結(jié)論

2004年11月強(qiáng)磁暴期間,中國地區(qū)電離層TEC暴事件的主要擾動(dòng)特性總結(jié)如下:

1) 總體上以電離層TEC正相暴擾動(dòng)為主,中緯地區(qū)的暴變擾動(dòng)要強(qiáng)于低緯,以北緯35°附近擾動(dòng)最為強(qiáng)烈,電離層TEC暴擾動(dòng)的最大絕對(duì)偏差超過了50 TECu,相對(duì)偏差達(dá)到600%.

2) 發(fā)現(xiàn)此次電離層TEC暴是一次大尺度擾動(dòng)事件,暴時(shí)電離層TEC空間相關(guān)性變強(qiáng),電離層經(jīng)向相關(guān)距離由約5 500 km提升到約8 000 km,相應(yīng)的緯向相關(guān)距離由1 100 km增強(qiáng)到1 600 km.

3) 期間伴有電離層TEC暴擾動(dòng)傳播現(xiàn)象,在北京時(shí)的黃昏-子夜時(shí)段有自東向西的經(jīng)向傳播和自中緯到低緯的緯向傳播,經(jīng)向擾動(dòng)傳播速度約為120 m/s,要明顯高于緯向傳播,且在日側(cè)時(shí)段有從低緯向中緯的緩慢擾動(dòng)傳播.

4) 向赤道中性風(fēng)、日側(cè)東向急劇穿透電場以及噴泉效應(yīng)等可能是導(dǎo)致在北緯35°附近擾動(dòng)最為強(qiáng)烈的關(guān)鍵因素. 此次電離層TEC正相暴擾動(dòng)事件也揭示了電離層與太陽風(fēng)、磁層以及電離層不同緯度區(qū)之間有著復(fù)雜的耦合過程.

參考文獻(xiàn)

[1] RADICELLA S M, NAVA B, COISSON P. Effects of gradients of the electron density on earth-space communications[J]. Annales geophysicae, 2004, 47: 1227-1246.

[2] KOMJATHY A, SPARKS L, MANNUCCIA J, et al. The ionospheric impact of the October 2003 storm event on Wide Area Augmentation System [J]. GPS solut, 2005, 9: 41-50.

[3]劉鈍, 甄衛(wèi)民. 中國區(qū)域電離層特性對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的影響[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 27(1): 95-101.

LIU D, ZHEN W M. The effects of China regional ionosphere on satellite augmentation system[J]. Chinese journal of radio science, 2012, 27(1): 95-101. (in Chinese)

[4] 丁宗華, 陳春. 電離層色散效應(yīng)對(duì)線極化雷達(dá)信號(hào)的影響分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 26(1):30-34.

DING Z H, CHEN C. Preliminary analysis of the ionospheric dispersion effect on linear polarization radar signal[J]. Chinese journal of radio science, 2011, 26(1):30-34. (in Chinese)

[5] KERSLEY L, MALAN D, PRYSE S E, et al. Total electron content-a key parameter in propagation: measurement and use in ionospheric imaging [J]. Annales geophysicae(Sup), 2004, 47: 1067-1091.

[6] COSTER A, KOMJATHY A. Space weather and the global positioning system [J]. Space weather, 2008, 5(2): 15-19.

[7] JAKOWSKI N, WILKEN V, SCHLUETER S, et al. Ionospheric space weather effects monitored by simultaneous ground and space based GNSS signals[J]. Journal of atmospheric and solar-terrestrial Physics, 2005, 67(12): 1074-1084.

[8] ARAUJO-PRADERE E A, FULLER-ROWELL T J, SPENCER P S J. Consistent features of TEC changes during ionospheric storms[J]. Journal of atmospheric and solar-terrestrial physics, 2006, 68(16): 1834-1842.

[9] KRANKOWSK I A, SHAGIMURATOV I I, BARAN L W, et al. The structure of the mid-and high-latitude ionosphere during the November 2004 storm event obtained from GPS observations[J]. Acta geophysica, 2007, 55(4): 490-508.

[10]DENG Z X, LIU R Y, ZHEN W M, et al. Ionospheric TEC disturbances based on GPS observations[C]//9th International Symposium on Antennas Propagation and EM Theory. Guangzhou: IEEE, 2010: 395-398.

[11]劉瑞源, 王建平, 武業(yè)文, 等. 用于中國地區(qū)電離層總電子含量短期預(yù)報(bào)方法[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 26(1):18-23.

LIU R Y, WANG J P, WU Y W, et al. Method for short-term forecsating of ionospheric total electron content in Chinese region[J]. Chinese journal of science, 2011, 26(1):18-23. (in Chinese)

[12]JAKOWSKI N, STANKOV S M, SCHLUETER S, et al. On developing a new ionospheric perturbation index for space weather operations [J]. Advance in space research, 2006, 38: 2596-2600.

[13]MENDILLO M. Storms in the ionosphere: patterns and processes for total electron content[J]. Reviews of geophysics, 2006, 44: 4001.

[14]MENDILLO M, KLOBUCHAR J A. Total electron content: synthesis of past storm studies and needed future work[J]. Radio Science, 2006, 41: RS5S02.

[15]鄧忠新, 劉瑞源, 甄衛(wèi)民, 等. 中國地區(qū)電離層TEC暴擾動(dòng)研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2012, 55(7): 2177-2184.

DENG Z X, LIU R Y, ZHEN W M, et al. Study on the ionospheric TEC storms over China[J]. Chinese journal of geophysics, 2012, 55(7): 2177-2184. (in Chinese)

[16]夏淳亮, 萬衛(wèi)星, 袁洪, 等. 2000年7月和2003年10月大磁暴期間東亞地區(qū)中低緯電離層的GPS TEC的響應(yīng)研究[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 25(4): 259-266.

XIA C L, WAN W X, YUAN H, et al. Analysis of the intense magneticstorm of July, 2000 and of October, 2003 using the technique for nowcasting of GPS TEC data[J]. Chinese journal of spale science, 2005, 25 (4): 259-266. (in Chinese)

[17]ABDU M A, TAKASHI M, BATISTA I S, et al. Ionospheric responses to the October 2003 superstorm: longitude/local time effects over equatorial low and middle latitudes [J]. Journal of geophysics research, 2007, 112:A10306.doi: 10.1029/2006JA012228

[18]徐繼生, 朱詰, 程光暉. 2004年11月強(qiáng)磁暴期間武漢電離層TEC的響應(yīng)和振幅閃爍特征的GPS觀測[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2006, 49(4):950-956.

XU J S, ZHU J, CHENG G H. GPS observations of ionospheric effects of the major storm of Nov. 7-10, 2004[J]. Chinese Journal of Geophyics, 2006, 49(4): 950-956. (in Chinese)

[19]BALAN N, SHIOKAWA K, OTSUKA Y, et al. A physical mechanism of positive ionospheric storms at low latitudes and midlatitudes[J]. Journal of geophysics research, 2010, 115: A02304. DOI: 10.1029/2009JA014515.

[20]ERICKSON P J, GONCHARENKO L P, NICOLLS M J, et al. Dynamics of North American sector ionospheric and thermospheric response during the November 2004 superstorm[J]. Journal of atmospheric and solar-terrestrial Physics, 2010,72(4):292-301. DOI:10.1016/j.jastp.2009.04.001.

[21]STANISLAWSKA I, JUCHNIKOWSKI G, CANDER L R. Kriging method for instantaneous mapping at low and equatorial latitudes[J].Advance in space research, 1996, 18(6): 172-176.

[22]STANISLAWSKA I, JUCHNIKOWSKI G, CANDER L R, et al. The kriging method of TEC instantaneous mapping [J]. Advance in space research, 2002, 29(6): 945-948.

[23]毛田, 萬衛(wèi)星, 孫凌峰. 用Kriging方法構(gòu)建中緯度區(qū)域電離層TEC地圖[J]. 空間科學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 27(4): 279-285.

MAO T, WAN W X, SUN L F. Central and northern China TEC map using the Kriging method[J]. Chinese journal of space science, 2007, 27 (4): 279-285. (in Chinese)

[24]CANDER L R. Spatial correlation of foF2and vTEC under quiet and disturbed ionospheric conditions: a case study[J]. Acta geophysica, 2007, 55(3): 410-423.

馮健 (1981-)，男，山東人，高級(jí)工程師，西安電子科技大學(xué)在讀博士研究生，主要從事電離層物理及電波傳播應(yīng)用方面的研究.

鄧忠新 (1971-)，男，湖南人，博士，高級(jí)工程師，主要從事電離層物理及電波傳播應(yīng)用方面的研究.

甄衛(wèi)民(1963-)，男，河北人，中國電波傳播研究所研究員，博士生導(dǎo)師. 現(xiàn)任中國GPS協(xié)會(huì)理事，中國空間學(xué)會(huì)空間物理專業(yè)委員會(huì)委員，《全球定位系統(tǒng)》雜志編委等.主要從事空間環(huán)境、電磁環(huán)境和衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究.

吳振森(1946-)，男，湖北人，西安電子科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，主要從事隨機(jī)介質(zhì)中電磁(光)波傳播和散射、目標(biāo)激光散射特性研究.

作者簡介

中圖分類號(hào)P352

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1005-0388(2016)01-0157-09

收稿日期：2015-02-05

馮健, 鄧忠新, 甄衛(wèi)民, 等. 2004年11月強(qiáng)磁暴期間中國地區(qū)電離層TEC擾動(dòng)特性分析[J]. 電波科學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(1):157-165. DOI: 10.13443/j.cjors.2015020501

FENG J, DENG Z X, ZHEN W M, et al. Study of ionospheric TEC disturbances over China during the intense magnetic storm of November, 2004[J]. Chinese journal of radio science,2016,31(1):157-165. (in Chinese).DOI:10.13443/j.cjors.2015020501

資助項(xiàng)目: 國家國際科技合作專項(xiàng)(2011DFA22270)

聯(lián)系人： 馮健 E-mail: fengjian428@163.com