第23~24太阳周电离层Klobuchar模型在中国区域的适用性研究

Ionospheric time delay is one of the main error sources in satellite navigation system and radio observations. Ionospheric model is an important mean of correcting the ionospheric delay. Due to the complex temporal and spatial variations, ionosphere Klobucharmodel, which are based on observation data in Europe and USA, cannot correct the ionospheric delay well in China, especially in the south of China. But the validation of the models in China has not been fully evaluated.. In this project, dual-frequency observations from 35 global navigation satellite system (GNSS) receivers in China from 2003 to 2014 (23rd ~24th solar cycle) are used to calculate the ionospheric time delay. At the same time, the ionospheric delay is estimated by the Klobuchar model. The residual error of the ionospheric model is defined as the difference between the observations and the estimation from the Klobuchar model. And then the relationship between the residual error and the solar radiation flux F10.7, the longitude, the latitude is studied. And the functions are established by data fitting. Finally, the validation of the model under different solar activity events is evaluated, and a modified Klobuchar model is proposed in China.

电离层时延是卫星导航及射电观测的主要误差源之一，电离层模型是校正电离层时延的重要手段。因电离层复杂的时空变化特性，基于欧美观测数据建立的Klobuchar模型在中国区域、尤其是低纬地区的校正精度有待提高，但该模型在中国不同的区域、不同太阳活动情况下的适用性尚未得到全面评估。. 本项目利用我国境内35个GNSS接收机在第23~24太阳周（2003-2014年）的双频观测数据，计算电离层时延，同时利用电离层Klobuchar模型计算电离层时延估计值，得到模型估计值相对于观测值的残差。进而分析模型残差与太阳辐射通量F10.7的相关性、以及随经纬度的变化；建立模型残差与F10.7和经纬度的函数关系，并考察不同太阳活动情况下模型的适用性。依此构建适用于中国区域的Klobuchar修正模型。

本项目利用IGS网上中国站点的数据，研究了电离层Klobuchar模型在中国区域的适用性。考虑到电离层TEC在赤道异常峰最大，所用的站点覆盖中国的中低纬地区。时间跨度覆盖了一个太阳活动周期内的太阳活动高年、中年和低年，以研究一个太阳活动周内模型的适用性。研究中采用电离层模型残差来表征模型校正的绝对效果，定义为电离层时延观测值与电离层模型时延的差值；rms校正百分比来表征模型纠正的相对效果，定义为1-rms(残差)/rms(观测值)。. 研究表明，在中低纬地区，电离层Klobuchar模型总体上低估了电离层TEC，低估量与太阳活动呈正相关变化，在太阳活动高年低估量大，在太阳活动低年低估量小。同时模型残差随纬度变化，在22N出现最大值，在该纬度附近太阳活动高年和低年模型都低估了TEC；而模型残差最小值出现的纬度随太阳活动的变化而变化，太阳活动高年，30~32N估计值最接近观测值，而在太阳活动低年，26N附近估计值最接近观测值。这可能是由于赤道异常峰的位置和范围的变化引起。赤道异常峰的位置和范围不仅受太阳活动的影响，还与地磁扰动、中性风、电场等多种因素相关，需要进一步的研究。. rms校正百分比随太阳和纬度变化的变化基本与残差的变化相反，残差最小的年份，rms校正效果最差；残差最小的纬度，rms校正效果最差。月统计结果表明，在5.5%的月份rms校正效果并未达到模型最初设定的50%的指标。rms校正误差随纬度的变化在不同太阳活动年份也不尽相同，需要考虑风、电场等多种因素的影响。