抽象性

这份科学报告介绍了在低纬度电离层传感器网络框架内进行的专门实验结果,以测量流经低纬度电离层时流出电离层时的中尺度特征(百公里)。三组全球定位系统接收器小数组相隔四至五千米三角配置后安装在秘鲁万卡约附近,拥有数个射电插计特征运动日,即2008年7月17-30日,每日观察tID2008年7月20日, 22至24天间数组移动GPS接收器小数组,速度近130m/s,向北方向移动波长近450km离万卡约数百公里运行的其他GPS接收器也显示类似的TEC轨迹并提供相位速度等于150m/sPiura、Cuzco和Huancayo使用GPS测量此值基于这一积极结果,我们得出结论,小数组和/或区域GPS接收器可用于低纬度研究重力波对播种等离子泡的作用

开工导 言

运动电离层扰动为中密度振荡的电离层表达法,称为大气重波(AGWs或GWs)。AGW发源对流层或平流层,并常常传播到F区高度,通过离子中值联动诱发等离子密度振荡AGW风沿磁场线驱动等离心相交时,TID结果一号-3..夜间电动学偏向产生F层结果[4-6..到达F区高度的TID划分为两类:中型级和大型级MSTID主要来自对流层天气系统与山乱视背景风条件和其他因素而定,这些条件可向任何方向传播LSTID由地磁风暴时注入极能生成通常从极地向赤道传播AGW多波长传播速度,常横向波长达数百公里,速度达每秒数百米由低高度传播时 振荡成倍增长中纬度时发现AGW偏向传播方位数随季节变化7万事通逻辑假设低纬度存在相似季节模式

重力波被广泛认为对夜间低纬度电离层中赤道等离散开发具有关键作用当前理解认为两种有利的电离层条件8和初始种子扰动底端 生成耗竭通道Rayleigh-Taylor不稳定性在扰动内产生极分电场,导致内部耗竭等离子 上移到顶端九九,10..重力波11并渗透电场 后日落旋流相关动态12电子区域结构沿磁场线绘制F区域高度13均被引用为可能的播种机制

拆分重波播种机制的重要性,重要的是观察和描述早期重波和晚间赤道等离子耗竭然而,当前大多数观察技术都有严重的局限性。ionosides测量GW垂直周期,但对其他参数不敏感Altair等可控波束雷达可测量大区波长和振幅,但GW必须大致正向向雷达波束检测分片数组雷达系统,如日本MU系统14,15敏感GW水平波长、传播方位和振幅,但这些系统部署操作费用昂贵OI(557.7牛顿高空~96千米)和OH波段(720-910牛顿,~86千米)空气映射器可测量GW水平波长、传播方位和振幅,但在底部极下方[16,17..OI(630纳米发射量)光学测量用于描述MSTID的季节周期和太阳周期变异性18号,19号..OI排放层约200-300千米,离底部非常近20码..即使是在这里,气流成像器只在夜间操作并需要良好的视觉条件操作(无云操作)。

无线电信标技术7,21号-23号克服其他观察方法的许多局限性,使关键GW参数同时定性成为可能卫星无线电信标信号由静止地面接收器测量TID显见自信标信号产生的全电子内容波动24码..TEC综合量化,各种过程,包括风过滤7并破解25码防止AGW深入热层意见[26和模型结果27号显示大多数tID不上升超过300千米技术执委会大部分扰动发生在F区底层和上E区此外,电子区晚衰变后,技术执委会波动在底端区域高度局部化射线信标技术EC测量集成电离层全高度范围时,GW诱发技术EC波动的狭垂直定位使技术成为研究早入时TDD的强工具射线信标技术中,也称射电插图中,使用不同站点测相差来确定TID速度、传播方位和振荡

最近,对射电接口技术进行了改编供GPS卫星使用28码-30码..这一新创新使得有可能使用廉价易部署GPS接收器在各种地点研究重力波轨道上多颗GPS卫星使得有可能持续监控底端区域,覆盖给定接收器阵列

论文描述用定位于秘鲁万卡约附近的三站全球定位系统接收器阵列观测的测量接收器构成首个低纬度射电插数组,专研究tID硬件布局和分析技术用于推导TEC扰动与tID相关联,下一节描述相位速度、尺度大小和TID运动方向使用SADM-GPS方法计算3.TID波特征取自交叉关系法4.交叉关系法还应用在其他低纬度电离层传感器网络记录TEC测量http://lisn.igp.gob.pe/GPS接收器运行数以百计离万卡约分析结果解析5.讨论和结论分节6并7.

二叉观察

自90年代末以来,多家出版物报告中纬度GW使用GPS射线干涉法[GPS-RI28码,30码..基于这一成功经验,我们在南美开展了一场运动,旨在描述秘鲁磁赤道相邻GW局部时间、持续时间和波特性万卡约市附近安装2个GPS接收器75.321W),因为它邻近磁赤道,该市有永久GPS接收器并有邻近城镇附加GPS接收器临时安装,Chupaca市安装75.292摄氏度高温75282小型GPS网络所有3个GPS接收器由GSV4004BNovatel使用测地天线GPS组成Novatel全球定位系统接收器也在Piura市和Cuzco市安装Iquitos接收器由CRS1000LEICAGPS组成,GPS使用锁环天线图一号表示这三个站点的地理位置,GPS接收器从2008年7月17-30日到7月30日运行图中显示一号GPS接收机间距离为3.9至4.8千米分布式组成等分三角形以提供相位速度的精度估计值接收器距离相对较短,而GW相位速度相对较大,可能介于100米至500米/秒之间[31号L1和L2频率每秒(1赫兹)采样一次

四大图框2TEC当前值由2008年7月20日在万卡约附近操作的所有3个GPS接收器测量不同接收者TEC值用颜色编码区分并显示相似性TEC值按标准程序计算,该程序涉及使用差相和伪值L1和L2频信号[32码并分级平均差分码值消除相位歧义TEC绝对值计算方法为引入伯尔尼大学发布差分卫星偏差并计算接收器偏差最小化过程技术EC0200至0600局部时间变异薄黑线显示图四边框2表示背景值或无扰 TEC值估计估计值计及典型日变异性TEC值函数由太阳EUV辐射生成的局部时间变异性、潮差变化性、外部电场存在性,更重要的是由连续采样跨度和经度的GPS卫星运动引入TEC变异性后台TEC值用于估计TEC扰动或换句话说,取重波传递生成物与卫星传递相匹配的TEC曲线安装为第四阶-极分过滤二元变异并消除TEC中因GPS卫星运动而发生的空间变化并评价TEC扰动3小时或更短时间尺度Valladares等进行了类似分析[24码估计TEC扰动可归因于大规模重波流赤道等离子泡还可能在技术执委会微量中产生重大的扰动它们的效应包括快速深入反射技术执委会轨迹,常用称技术执委会耗竭为了避免任何可能的错误识别,GW/TID运动是在最小泡活动期间展开的,没有观察到TEC耗竭如下图所示,所有分析方法都基于测量值与估计背景“不受扰动”技术EC值之差差值称TEC扰动

图3显示TECP值3个不同日顶端面板对应2008年7月17日显示扰动达20至22UT间1 TEC单元较小振荡TEC扰动(++0.4TEC单元)观察时间介于13至19UT之间声波水平约++0.2 TEC单元TEC扰动板(2008年7月20日)超过1TEC单元22至24UT并显示14至16UT扰动中度注意本面板使用的不同放大尺度底层面板对应7月15日,第一次发生在晚间(00-04UT),第二次发生在下午(19-24UT)。简言之,TEC扰动活动优先观察日落前数小时(24UT)。TEC二次扰动发生时间不等

3级使用SADM-GP算法分析TID特征

水平相速度计算 和方模传播方向 相位前 Afraimovich等开发的GPS插片法使用统计角运抵多普勒法[28码-30码..这种方法假设电离层因TID或一包tID而以非分布式方式变化Afraimovich等[28码,30码计算中纬度TD包在静态电离层条件下传播速度和方向SADM-GPS表示TEC扰动表 .表示式表示单色或多为支配式tID通过小接收器网络视图传播多台量传播事件时,表示无效,对台量描述比较合适使用Afraimovich等方程[28码可证明TID波参数可用下列方法计算: 去哪儿 , 并 空间时间衍生物TECP值 并 相位前端传播速度 -(东)和 环形轴居万卡约站 并 有 并 电离层相交点速度投影注意 并 图中使用符号4等值 并 衍生物亚电层交叉速度(80-100m/s)与GWs速度相似,从估计相位速度中减去这一效果势在必行 .方程分解5包括此校正,即从向直切到相位前方的卫星速度组件去算以确定TID真实水平速度符号化 , , 并 图中定义一号并对应坐标距离西卡亚 和Chupaca 笛卡尔系统为消除含5分钟以下时间段的噪声波动,对后续图显示的所有TECP轨迹应用低通滤波

图4显示应用结果一号通达7TECP数值于2008年7月20日测量21至24UT下图紧随Afraimovich等[28码.. 图中九九.面板(a)和(e)显示时间衍生 TECP分别在万卡约从GPS卫星13和25测量面板b和f显示东西 使用固线和北南空间衍生 空间派生点备注6) 并7) 函数TECP由小数组所有3GP接收器测量面板(c)和(g)显示波前角 计算使用一号)注意按时序测量北地理角面板(d)和(h)介绍TID计算使用相位速度5)大片分布 并 值由TECP值的非局部性产生平均线表示3摄氏至6摄氏度间对TID相位速度最优估计横向速度估计压倒式TID下降107米至143米/秒比较 13号卫星和25号卫星的轨迹显示大相径庭这是因为两颗GPS卫星的视角取向不尽相同。GPS卫星13距离万卡约200千米远,GPS25几乎覆盖万卡约高空Mercier和Jacobson三十三判定最大TECP值发现时视线用相位前小角GPS25卫星轨迹接近相向

图5显示时序前角统计图 和横向速度 由所有GPS卫星组成 环游万卡约2124UT共6颗GPS卫星观测到与TID相关的重要TEC扰动每一图框5内含垂直箭头指针统计平均位置传播角tIDs(左框)表示向北一致相位速度介于60至120m/s不等,最大值介于22至23UT之间

4级TID特征交叉校正算法分析

本节描述交叉关系法并介绍TID相位速度结果、传播方向和尺度大小CCM方法的目的是使用TECP轨迹计算运行交叉函数,这些轨迹出自GPS卫星中的任何一颗卫星,但用两个不同的接收器测量交互关系函数使用TECP数据段一小时计算分钟数使用同一颗GPS卫星的TECP值是因为卫星运动产生与近距离安装接收器相同的延时或推送时间卫星运动效果在我们计算相位速度后可去除如果使用来自不同GPS卫星的信号,则有必要在CCM方法应用前消除卫星运动效果图6显示CCM方法结果基于万卡约和丘帕卡记录GPS13信号右边图框6显示使用在万卡约和西卡亚测量的TECP值的相同分析下面板显示TECPGS13轨迹,技术执委会单元于2008年7月20日观察,20至24UT观察左下角显示万卡约(蓝线)和丘帕卡(绿线)测值微量间小延时隐形交叉关系函数显示上框架显示延时顺序10秒注意交叉关系函数的颜色尺度介于0.9至1.0之间,因为两个信号高度一致性获取TECP尺度大小时,我们为段段长一小时安装单色异同下框架打印数字表示尺度大小分优于TECP数据时数受GPS卫星运动影响的这些结果需要通过从相位前侧方向去掉次电层交叉点表面运动来纠正。传播方向和速度TID使用:

并 万卡约和西卡亚TEC扰动之间的延时时间和万卡约和ChupacaTECP轨迹之间的折合时间同前一节一样 并 投影次电层交叉点速度左上角显示逆偏角正延迟,右上角显示万卡约TECP领先西卡亚基于定时关系,可以得出结论,先在Chupaca看到与TID相联的扰动,后在万卡约靠近数组中心,后后在西卡亚向北偏移(图示Fuore一号)事件序列显示TID运动向北

获取对TID相位速度的更多量化估计8)和(b)九九)图7显示由箭头表示的TID相位速度的尺度和方向向量大小与相位速度成比例,向量的方形旋转是传播角函数指向顶端的箭头表示向北传播方向22至24UT之间,TID向北移位值为449千米的波长使用TID真实相位速度和卫星次电层交叉点速度获取相位速度从84m/s到144m/s不等,接近24UT值与SADM-GPS方法结果一致3)

5级利用GPS接收器空间分析TID特征

使用GPS接收器调查TID形态特征,GPS属于低纬度电离传感器网络(LISN),在不同城市运行数百公里LISN是一个分布式天文台,旨在即时播送南美低纬度电离层状态和动态LISN天文台由全球定位系统接收器、通量磁计和垂直分布式电离层雷达组成观测站的一个特征是所有工具都有能力通过互联网近实时传输可观测到的东西。论文编写时(2011年11月),44个双频全球定位系统接收器是LISN网络的一部分运动期间共有126个GPS接收器-包括LISNG接收器-在南美大陆运营TEC扰动接收器,特别是万卡约附近的接收器,被用来为TID动态特征提供支持性证据,并用区域视图显示南美是否有tID

图8显示TECP数值80.63摄氏度,Iquitos(3.77摄氏度)73.27W)和Cuzco(13.52S,71.96W)。TEC扰动皮乌拉主要见21至24UT位于秘鲁东北端的Iquitos注册大TECP值16至24UTCuzco靠近磁赤道和万卡约东250公里,观察14至24UT之间的大型技术EC值这三个站显示TECP值比噪声水平几乎同时大TECP放大率在不同站不同图8表示21至24UT南美西部区域存在tID下方,我们进一步讨论这一发现

下图面板九九显示TECP值为Huancayo(蓝版)、Cuzco(红版左面板)和Piura(红版右面板)。左上角框架显示CCF使用Huancayo和CuzcoTECP计算,显示延迟时间相对较短,介于+10至-15分间不等。注意,由于站间距离长,这些站间TECP值之间的延迟时间顺序为数十分钟。右上方图九九显示万卡约和皮乌拉CCFTECP值间延迟为~45分钟值与下层板所观察到的时间偏移完全一致2230UT观察蓝曲线最小值视觉检验UT和2315UT显示红色微值最小值显示HuancayoTECP值引导PiuraTECP值45分注意上层板上CCF显示二级最大值小得多放大数(~0.6)并空格约50-55分钟距离初级最大值完全弦振荡, 间距等于弦波长然而,由于MS-TID更容易被看成波包30码间距对称tID包大小还指出CCF放大尺度限于0.4以上值,不包括负值,因为它们表示反关联性假设使用CCF放大尺度介于-1-1之间,则初级和二级最大值间会观察到负峰值

图10显示相位速度使用8)和(b)九九)和时间延迟图九九.相似角 取自全球定位系统接收器测量数 基于GPS接收器计算只安装几千米相距图解7并10显示显示 近距离向北定向水平相速度的放大 ,2230UT显示图百米/秒不等7和160m/s图10.差间 值2300UT下降,图中显示135m/s7147m/s图10.

TEC扰动2008年7月20日在南美运营的所有126GP接收器11.GPS接收器在整个南美大洲提供良好的覆盖范围,除向南纬度40摄氏度图11显示红色TECP值,以卫星轨迹为中心(深黑线),振幅大于0.4 TEC单元基准值约四倍于噪声水平TEC波动TECP图迹11显示tID限制在南美西北部2200至2300UT类似数字对应前几段时间,此处不显示,显示TECP迹位向南显示TID向北传播并可能发源智利北部=20S)

6级讨论

在秘鲁万卡约开展了一场运动,评估GPS接收器检测和测量低纬度流转TID形态学和特征的有效性实现这一点时,我们在万卡约站附近临时安装了2个附加GPS接收器,组成3个近距离GPS接收器,几何可用作GPS射线插图运动期间观察到的tID可归为中型扰动水平级速度100米至250米/秒,波长数百公里,时长15分钟至60分钟34号..显示2008年7月20日观察的TID与AGW相关联,后者可能在下层大气中生成

获取tID特征时,我们应用两种不同方法(SADM-GPS和CCM)并使用两种不同的数据集SADM-GPS统计法提供正确相位速度和角传播tIDs然而,它需要平均取出参数一小时和所有GPS卫星均值,视角超过35摄氏度CCM方法似乎比较强健,它受以下事实的影响较小,即不止一个AGW可能在GP接收器检测卷中流转详细比较SADM-GPS和CCM方法提供的结果显示在传播角上极佳一致,因为两者都表示传播角等于+3°+5相位速度计算SADM-GPS表示平均速度120m/s介于22-23UTCCM法更为精确,并显示相位速度在同一区间介于84-130m/s之间

CCM方法还应用到LISN网络内其他GP接收器收集的TECP值上,这些接收器正在Piura、Cuzco和Iquitos操作,所有这些接收器都分布在秘鲁发现TECP轨迹间极好相关关系 超过0.9我们能够计算出传播角 接近0度(向北传播)和水平相速度 130米至160m/s后一值大于使用3GPS接收器小插图数组获取数组然而,几何因素需要更精确地计算其中一个事实是,对TID传播方向的表面卫星运动投影可能在LISN站间45分钟行程期间变化也有可能TID可能不是平面波,波前可能有圆形图11显示由tIDs聚居的区域似乎扩展至大区TECP图前获取11表示TEDs发源近纬度=20度S或响应智利北部的方位特征成功达成良好协议的部分原因是TID规模超过400千米距离大于GPS站点分离深入研究将确定优先规模大小、相位速度和TID使用南美所有GPS接收器传播方向

GPS射线交换法是低纬度观察GW/TID活动的最有效技术之一广度识别器难定性臭名昭著GPS-RI可方便地描述大尺度特征,包括横向波长、相位速度和传播方位GPS-RI基于射频测量,技术不受天气因素限制数据可随时取用,不同于光学观察GPS接收器部署费用远比对TID类似或较低敏感度的其他工具低得多,包括相位数雷达、可控波束雷达系统以及ionosides此外,已经存在广泛的全球全球定位系统接收器阵列,允许对TID活动进行广泛持续监测。前所未有

附加观察加上GPS-RI观察后产生甚至更完整的TID特征描述光层中性风测量可使用关系计算TID固有频率 中位 即固有频率 tID横向波数 中度平均风向TID传播此外,如果已知固有频度,TID垂直波长可使用一种分散关系计算[35码,36号..完全全图TID结果,仅使用GPS-RI和热层风观察:TID水平波长、垂直波长、固有频度、振荡度和传播方向都具体说明GPS-RI接收器与其他仪表合用时,观察和计算参数可交叉验证最重要的是,TID横向波长和传播方位比值可比对GPS-RI结果内位频率和垂直波长计算值可与ionsonde派生值比较

低纬度TID对学习很重要,因为它们是能量和动向沉入热层的关键机制。tID观测高度接近破损地首次直接调查进程此外,TID被认为是等离子耗竭的关键种子机制扩展FEx运动期间发现tID树苗37号难得能持续监控F区底部活动调查底端TID活动的存在/缺失将有助于确定TID相对于其他机制对播种赤道等离子耗竭的重要性

TID大规模特征特征特征化应帮助确定哪类tID最有效种子比方说,种子耗竭需要最小扰动放大吗?TID波长传播方位图也以GPS-RI数组为特征,也被认为影响播种效果意见[38号表示tID必须最小水平波长才能有效耗竭种子模型结果和播种理论显示TID必须传播近似与地磁赤道相平行,才能对播种等离子耗竭产生最大效果GPS-RI使得有可能直接调查水平波长变化和传播方位对等离子耗损形成的影响

7结论

相位速度、尺度大小和角传播TID的计算结果 可能出自重波 南美大陆西北部传播使用SADM-GPS和CCM方法获取的值与其他作者观察的中型TID值一致我们计算出2008年7月20日传播速度和方位方位图TIDs为140ms

并使用CCM方法分百数千米站点,如万卡约市、库斯科市和皮乌拉市出乎意料地发现所有相邻站点TECP轨迹之间的大一致性,使我们能够判断TID的形态特征结果是有可能使用已部署南美的GPS接收器测量TID扰动由三台接收器组成小网络,我们又开展了两次运动,这三个接收器贴近一个新的ionosonede,该接收器于2009至2010年间在Jicamarca雷达站点运行期望在不久的将来发布这些结果

感知感知

作者想感谢GNSS国际服务公司、美洲地心参考系统公司Michael Bevis来自俄亥俄州立大学-Central and South AndesGPS项目提供GPS数据作者之一CE.Valladares部分得到FA8718-09-C-0041NSFGrantATM-0521487和美国航天局LWSGrantNNX11AP02G的支持低纬度电离层传感器网络项目由波士顿学院牵头,与秘鲁地球物理研究所和为科学界提供信息的其他机构协作实施。感谢所有支持并操作LISN接收器的组织和个人感谢Robert Sheehan对论文的帮助性评论和建议