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全球电离层TEC数据统计分析与全局趋势分析_刘康

2013年第1期刘康,等:全球电离层TEC数据统计分析与全局趋势分析

中图分类号:P228.4

文献标识码:B

29

0911(2013)01-0029-04文章编号:0494-

全球电离层TEC数据统计分析与全局趋势分析

康,王

枫,翟

(中国地质大学(北京)土地科学技术学院,北京100083)

StatisticalAnalysisandGlobalTrendAnalysisofIonosphericTECData

LIUKang,WANGFeng,ZHAIXu

摘要:以IGS发布的电离层TEC数据为样本,通过三维图、等值线图、频率直方图等对数据进行统计分析,得出电离层TEC在时间

和空间上的变化规律。对全球电离层数据进行球谐函数拟合,并通过分析找出其最合适的阶数。

关键词:电离层;TEC;全局趋势;球谐函数

一、引言

电离层是指距地面60~2000km的大气范围,

在这一区域,自由电子、离子大量存在,严重影响无线电波等的传播。电离层总电子含量(totalelectroncontent,TEC)是反映电离层特性的主要参数。电离层TEC空间数据的挖掘与分析对消除GPS电离层延迟,保证无线电通信、广播电视、超视距雷达等系统的可靠运行,保障航天活动的安全,开发利用太空及维护人类的生存环境提供依据等诸多方面都有着重要的应用价值和科学意义。

电离层TEC是底面积为一个单位面积时,沿信号传播路径贯穿整个电离层的一个柱体内所含的

2

电子总数,单位为电子/m,有时也以TECU来表示,1TECU=1电子/m2。电离层TEC与日地关系非常

TEC随每天的时间、密切,用户位置、卫星仰角、季节、电离通量、磁活动性、日斑周期和闪烁而变化。

图1

TEC日变化规律分析

2.电离层TEC三维空间分析

图2为2010年第80天(春分)两小时为一历元的TEC三维分布图。由图2可知全球电离层TEC形成峰值,图2(a)~(f)中TEC的峰值位置与当地时间14:00太阳直射点位置重合。

3.电离层TEC统计特性分析

下面以2010年第80天(春分)的14:00的电离层TEC为例说明其统计特性。结合图3具体分析

该时刻全球TEC的均值(132.1713TECU)大如下,

于中位数(97TECU),说明存在部分离群的大值影说明数据分布响其分布的对称性;偏度为1.6903>0,形态与正态分布相比为正偏或右偏,即有一条长尾巴拖在右边,数据右端有较多的极端值;峰度为5.4501>0,说明该数据总体与正态分布比较为陡峭,数据分布为尖顶峰。由此可得出结论:电离层TEC为长尾、非对称的非正态过程变量。

二、全球电离层TEC数据统计分析

某一天的TEC数据为0:00—24:00每两小时

间隔分为12个时间段,每两小时的数据都是经度从-180°每隔5°变化到180°,纬度从-87.5°变化到87.5°,形成全球格网数据。下面以IGS发布的TEC数据为样本作时间和空间上的统计分析。

1.电离层TEC随时间日变化规律分析

图1是2010年5月20—22日这3天电离层TEC与地方时t之间的关系图。从图1可以看出,白天TEC含量随t逐渐增大,在下午4时左右达到最大值,随后又逐渐减小,在凌晨达到最小值

全球电离层TEC数据统计分析与全局趋势分析_刘康

三、全球电离层TEC全局趋势分析

球谐函数分析是地球物理分析中的一个重要

11-11;修回日期:2012-03-15收稿日期:2011-作者简介:刘康(1991—),女,山东临沂人,硕士生,主要研究方向为地理信息技术。

第1页

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