基于GPS技术的极区电离层特征及层析模型研究

作为日地空间环境的重要组成部分，电离层直接影响人类生活，而极区电离层由于与磁层、太阳风、行星际磁场等耦合，变化更加复杂，随着第24个太阳活动周期的到来和十二五期间我国极地科考事业的推进，极区电离层的研究日益迫切。本项目极区电离层具体研究三个方面的内容：1）利用地基和空基GPS资料建立适合极区环境的电离层层析模型；2）利用GPS技术监测电离层极区云块的方法；3）极区电离层环境对于GNSS系统的影响。本课题的研究是将GPS技术应用于极区电离层环境的积极尝试，克服传统探测手段时空不连续、传统研究方法只适用于中低纬电离层等缺点，对于空间天气的研究具有重要的科学意义；同时本研究对于我国北斗卫星导航系统在极区的可靠性和我国极地科考事业的通讯导航保障等具有重要的应用价值。

极区电离层在日地空间环境中扮演着重要角色，由于与中低层大气、磁层、太阳风、行星际磁场等耦合其变化复杂，本项目的执行期间也恰逢第24个太阳活动高峰年的到来和十二五期间我国极地科考事业的蓬勃开展，因此，本项目的研究工作有助于深化对极区电离层的认识和评估。本项目基于地基和空基GPS数据，反演了电子总含量、电子密度等电离层参数，研究了极区电离层特征及其影响。主要研究成果包括以下几个方面：（1）利用地基和空基GPS资料等建立电离层二维和三维模型，模型具有较好的内、外符合精度，并与后向散射雷达、电离层垂测仪等反演结果进行比较，进一步验证了算法的可行性。研究了不同模型在极区的精度及其适用性。研究了极区电离层模型长期和短期的预报方法。（2）利用所建立的电离层模型和收集的GPS数据，研究了极区电离层梯度特征、北极地区电离层云块特征、南极威德尔海电离层异常特征等。研究了空基GPS大气反演中的电离层改正问题，进而分析了南极对流层顶的变化特征。研究了地震中的电离层效应。（3）研究了极区电离层对于GNSS系统的影响，利用广播电离层模型分析了北斗系统在海洋区域和南极地区的定位效果，讨论了现有广播电离层模型的精度并提出了改进方法。本项目的研究成果是将GPS技术应用于极区电离层环境的积极探索，克服传统探测手段时空不连续、传统研究方法只适用于中低纬电离层等缺点，对于空间天气的研究具有重要的科学意义。同时，本项目的研究成果对于提高我国北斗卫星导航系统在极区的可靠性和我国极地科考事业的通讯导航保障等具有重要的应用价值。