[发明专利]一种电离层总电子含量长期变化分析方法

说明书

本发明涉及一种电离层总电子含量长期变化分析方法，首先考虑太阳活动、地磁活动与中性大气成分的影响，在此基础上建立电离层总电子含量随时间变化的模型，然后利用全球观测系统获得的电离层总电子含量长期观测结果建立方程组，计算模型系数；进一步利用长期的电离层总电子含量观测值计算模型值与观测值之间的相关性，并以此作为模型精度的评价标准。分别对多源电离层总电子含量长期观测值进行模型相关性分析，判断各影响因素对电离层总电子含量长期变化的作用权重。分别对全球不同区域进行上述分析，判断各区域的电离层总电子含量随时间变化的差异性。本方法可对全球电离层总电子含量的长期变化进行有效分析。

技术领域

本发明属于电离层领域，具体涉及一种电离层总电子含量长期变化分析方法。

背景技术

电离层是位于地球上空60km至1000km的高层大气，是重要的空间战略资源。电离层中充斥着大量的带电粒子和自由电子，其对穿透地球大气层的无线电波有一定的影响，是大气层中卫星导航信号测距误差的重要来源之一。电离层总电子含量是反映电离层活动和状态的重要物理量，其受太阳活动、空间磁场的影响，在太阳风暴、地磁暴期间会发生强烈的扰动。电离层总电子含量可以通过穿过电离层的卫星导航信号双频观测量反演得到，为了更有效地描述电离层总电子含量的时空分布特征，全球卫星导航服务(IGS)电离层工作组利用全球地基近400多个GNSS观测站的全天观测量反演了电离层总电子含量的全球分布，所形成的产品为研究和分析电离层总电子含量的时空变化趋势提供了有效的技术支撑。尽管对于电离层总电子含量的短期变化特征，目前已开展了大量的研究工作，但是其长期变化趋势和影响仍是相关领域人员关注的焦点。深入了解电离层总电子含量的长期变化特征和趋势，才可能进一步分析低层大气和人类活动对电离层的影响。同时，掌握电离层总电子含量的长期变化规律有助于更清晰地认识空间天气事件对电离层和人类相关活动的影响，对于空间天气所导致的电离层导航误差异常、导航完好性风险和空天信号传播畸变等潜在的危害进行有效预报和防范。因此，分析并掌握电离层总电子含量的长期变化特征是相关领域亟待解决的关键技术问题，是相关领域研究人员致力攻克的难点之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种电离层总电子含量长期变化的分析方法，该方法充分考虑了太阳活动、地磁活动和中性大气成分对电离层总电子含量变化的影响，建立了相关的电离层总电子含量随时间变化的长期趋势模型。进而利用该模型计算值与实际电离层总电子含量观测值之间的相关性来分析模型的精度，通过多源实际电离层总电子含量观测值与模型计算值的相关性分析来推断太阳活动、地磁活动和中性大气成分对电离层总电子含量变化影响的权重；同时，对全球不同区域的活动情况展开分析，以掌握不同区域电离层总电子含量长期变化的差异性。

本发明采用的技术方案如下：一种电离层总电子含量长期变化分析方法，具体实现步骤为：

步骤(1)、考虑太阳活动、地磁活动与中性大气成分的影响，建立电离层总电子含量随时间变化的模型。其中，太阳活动由太阳活动指数F10.7来描述，地磁活动由地磁活动指数Ap来描述，地磁扰动用地磁扰动指数AE来描述，中性大气成分变化由氧原子和氮气的比例来描述。电离层总电子含量TEC随时间t的变化模型描述为如下形式：

其中，γ_i,i＝1,2,…,12和f_j,j＝1,2,3,4是相关系数。Ap表示地磁指数，F10.7表示太阳活动指数，AE表示极区电激流扰动，α_O/N是中性大气的氧氮比，TEC₀为背景电离层总电子含量，其不随时间变化；d为天数，其值为从1到365(非闰年)或者366(闰年)。

步骤(2)、利用全球观测系统获得的电离层总电子含量长期观测结果建立方程组，求解模型中的待定系数，进而求解模型。其中，模型中的待定系数采用最小二乘法进行求解，具体如下：