馮建迪

山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東 淄博 255000

總電子含量TEC是電離層物理學(xué)中的重要參數(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于修正GNSS衛(wèi)星信號(hào)的電離層延遲和電離層時(shí)空變化特性的研究。在實(shí)際應(yīng)用中，電離層經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪谦@取TEC的重要途徑之一。以TEC數(shù)據(jù)為背景建立的電離層經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂稍谡w上體現(xiàn)TEC的時(shí)空變化特性。但是，有些TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木炔桓?，在某些局部區(qū)域上不能準(zhǔn)確描述電離層的時(shí)變特性。制約電離層TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途鹊闹饕蛩赜校孩傥茨苋婵紤]電離層的變化規(guī)律(特別是異?，F(xiàn)象)，并將其合理模型化；②TEC建模數(shù)據(jù)(如GIMs TEC)的精度在全球范圍內(nèi)不統(tǒng)一，建模過程采用等權(quán)方式是不合理的。本文針對(duì)制約電離層TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途鹊囊蛩兀瑥膯握?、區(qū)域和全球的角度，建立了若干電離層TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：

(1) 基于GPS-TEC數(shù)據(jù)和非線性最小二乘擬合法，提出了一種單站電離層TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?SSM-T1)。在法國(guó)的巴黎站(OPMT)、印度的班加羅爾站(IISC)、澳大利亞的塞杜納站(CEDU)和南極半島的奧伊金斯站(OHI3)對(duì)SSM-T1模型進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，SSM-T1模型在巴黎站、班加羅爾站、塞杜納站上表現(xiàn)得很好，而在南極半島的奧伊金斯站上空，SSM-T1模型卻無法有效地描述TEC變化特性。模型的預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果同樣表明了SSM-T1模型在巴黎站、班加羅爾站、塞杜納站上表現(xiàn)出了良好的預(yù)測(cè)能力，而在奧伊金斯站上空，該模型基本不具備對(duì)TEC的預(yù)測(cè)能力。分析發(fā)現(xiàn)：奧伊金斯站(OHI3)位于典型的MSNA區(qū)域，由于SSM-T1模型未考慮MSNA現(xiàn)象的影響，所以該模型不適合MSNA區(qū)域內(nèi)的測(cè)站。

(2) 針對(duì)MSNA區(qū)域內(nèi)的測(cè)站，本文相繼提出另外兩種單站電離層TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e是SSM-T2模型和SSM-month模型。其中，SSM-T2模型是建立在SSM-T1的基礎(chǔ)上，在TEC日變化分量中添加了MSNA改正項(xiàng)。模型測(cè)試結(jié)果表明，在南極半島的奧伊金斯站上，SSM-T2模型與建模數(shù)據(jù)GPS-TEC擬合得很好，較好地描述了MSNA現(xiàn)象。另外一個(gè)模型為SSM-month，該模型是一個(gè)集合，包含了12個(gè)子模型，分別描述12個(gè)月的電離層TEC變化特性。SSM-month也可有效地描述奧伊金斯站上空的MSNA現(xiàn)象。最后，模型評(píng)估結(jié)果表明，SSM-T2-OHI3和SSM-month模型得到的TEC日變曲線與CODE GIMs符合得很好，具有較好的預(yù)測(cè)能力，優(yōu)于IRI2016模型。

(3) 基于CODE GIMs和非線性最小二乘擬合法，分別建立了中國(guó)東北地區(qū)和京津唐地區(qū)的TEC區(qū)域經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e將其命名為TECM-NEC模型和TECM-JJT模型。這兩個(gè)模型分別代表了MSNA區(qū)域和中緯度其他區(qū)域的建模方法。評(píng)估結(jié)果表明：TECM-JJT模型與GPS-TEC數(shù)據(jù)符合得很好，優(yōu)于NTCM-GL模型和IRI2016模型；TECM-NEC模型能有效地描述MSNA現(xiàn)象和冬季夜間TEC增強(qiáng)現(xiàn)象，模型預(yù)測(cè)能力優(yōu)于IRI2016模型。

(4) 針對(duì)全球TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木窒扌?，提出了網(wǎng)格點(diǎn)式建模的思想，構(gòu)建了一個(gè)全球TEC經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，命名為TECM-GRID。該模型包含了5183個(gè)子模型，分別對(duì)應(yīng)全球范圍內(nèi)的5183個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)。根據(jù)位置的不同，在MSNA區(qū)域選取SSM-T2模型作為子模型，其他區(qū)域選取SSM-T1作為子模型。基于每個(gè)子模型的模型殘差、殘差的RMS值和相對(duì)RMS值，測(cè)試了TECM-GRID模型對(duì)建模數(shù)據(jù)的擬合能力。最后，在建模時(shí)間以外的時(shí)間點(diǎn)上，利用IRI2016、NTCM-GL模型和CODE GIMs，對(duì)TECM-GRID模型進(jìn)行了驗(yàn)證及模型比較。結(jié)果表明，TECM-GRID能較好地描述電離層EIA現(xiàn)象和MSNA現(xiàn)象，與CODE GIMs符合得很好，預(yù)測(cè)能力優(yōu)于IRI2016和NTCM-GL模型。