於曉 王妍 甄衛(wèi)民 劉鈍 蔡紅濤

（1. 中國(guó)電波傳播研究所,青島 266107；2. 武漢大學(xué)電子信息學(xué)院,武漢 430072）

引 言

當(dāng)電離層中有不均勻體出現(xiàn)時(shí)，經(jīng)過(guò)其傳播的無(wú)線電信號(hào)的幅度和相位等會(huì)產(chǎn)生快速隨機(jī)起伏，這種現(xiàn)象稱為電離層閃爍.電離層閃爍現(xiàn)象會(huì)對(duì)多種電子信息系統(tǒng)的性能產(chǎn)生影響.如對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，電離層閃爍會(huì)導(dǎo)致信號(hào)幅度快速衰落，當(dāng)信號(hào)幅度衰落至超過(guò)接收系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，將造成通信障礙和誤碼率增加，嚴(yán)重時(shí)甚至造成通信鏈路中斷.就全球范圍來(lái)說(shuō)，低緯地區(qū)的電離層閃爍強(qiáng)度大、出現(xiàn)頻繁且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，影響尤為嚴(yán)重[1].近年來(lái)，隨著通信和導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)空間環(huán)境的依賴日益增長(zhǎng)，電離層閃爍的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)成為空間天氣研究的重要課題.

無(wú)線電波的閃爍現(xiàn)象與電離層不均勻體密不可分.電離層不均勻體和閃爍探測(cè)手段包括：電離層垂直探測(cè)(垂測(cè)儀)、地面大功率雷達(dá)(相干散射雷達(dá)和非相干散射雷達(dá))、氣輝成像儀、地基衛(wèi)星信標(biāo)電離層總電子含量(total electron content,TEC)/閃爍監(jiān)測(cè)儀、基于衛(wèi)星和火箭的天基原位測(cè)量、基于掩星的空基衛(wèi)星信標(biāo)技術(shù)等.電離層垂直探測(cè)的長(zhǎng)期資料是其重要優(yōu)勢(shì)，其頻高圖上反映的偶發(fā)E 層和擴(kuò)展F 等現(xiàn)象，記錄了電離層不均勻體的發(fā)展演變過(guò)程，可以為電離層不均勻體的產(chǎn)生機(jī)制提供重要依據(jù)[2-3].相干散射雷達(dá)集中分布在高緯和赤道地區(qū)，主要用于探測(cè)電離層中沿地磁場(chǎng)排列的小尺度不均勻體[4-5].非相干散射雷達(dá)是空間環(huán)境探測(cè)的有力工具，可提供整個(gè)電離層E 區(qū)和F 區(qū)的電子密度、等離子體漂移速度、電子和離子溫度等信息[6].美國(guó)西北研究所(North West Research Associate,NWRA)開發(fā)的WBMOD 電離層閃爍模型內(nèi)置的不均勻體漂移速度模型就是基于Jicamarca 非相干散射雷達(dá)的測(cè)量結(jié)果[7].現(xiàn)今，全天空多波段氣輝成像系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用，可獲得觀測(cè)站附近較寬視場(chǎng)的等離子體泡的二維圖像、緯向等離子體漂移速度隨時(shí)間的變化[8-9].地基衛(wèi)星信標(biāo)電離層TEC/閃爍探測(cè)技術(shù)，基于固定(或移動(dòng))信標(biāo)觀測(cè)站對(duì)站點(diǎn)上空衛(wèi)星過(guò)境期間的多頻點(diǎn)相干信號(hào)或單頻點(diǎn)信號(hào)的幅度、相位、多普勒頻移、法拉第旋轉(zhuǎn)等觀測(cè)，獲得星-地鏈路電離層TEC/閃爍等參數(shù)，如早期的ATS-6、ETS-II 地球同步衛(wèi)星和極軌Wide Band 衛(wèi)星信標(biāo)試驗(yàn)等[7,10-11]，提供了多重相干頻率的振幅閃爍和相位閃爍數(shù)據(jù)，可用作分析電離層閃爍現(xiàn)象對(duì)頻率的依賴關(guān)系.天基原位測(cè)量一般是在衛(wèi)星或火箭上安裝測(cè)量等離子體成分、密度和溫度、電場(chǎng)和磁場(chǎng)等專用的探針進(jìn)行當(dāng)?shù)販y(cè)量，隨衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，可獲得衛(wèi)星軌道高度附近的空間環(huán)境參數(shù)隨時(shí)間、經(jīng)度和緯度的分布[12].基于掩星的空基衛(wèi)星信標(biāo)技術(shù)，可探測(cè)獲得地球上空近似均勻分布的電子密度剖面和閃爍等信息.

上述地球空間環(huán)境電離層探測(cè)手段各有其特點(diǎn)：傳統(tǒng)的地基無(wú)線電和地基衛(wèi)星信標(biāo)觀測(cè)的共同優(yōu)勢(shì)是全天時(shí)、觀測(cè)時(shí)間連續(xù)，缺點(diǎn)是觀測(cè)范圍受地面站分布的限制，難以獲得全球范圍的變化；地基光學(xué)手段(氣輝觀測(cè))容易受到氣象和環(huán)境的影響，難以實(shí)現(xiàn)全天時(shí)觀測(cè).而天基原位觀測(cè)和COMSIC 掩星觀測(cè)可以較好地彌補(bǔ)這一不足(海洋、沙漠、極地等特殊地區(qū)觀測(cè)資料缺乏)，可獲得地球上空近似均勻分布的電離層不均勻體信息.實(shí)際上，在廣大的低緯海域地區(qū)難以布設(shè)常規(guī)的地基觀測(cè)站.因此，若要實(shí)現(xiàn)全球低緯地區(qū)的電離層不均勻體觀測(cè)，必須依賴于衛(wèi)星的原位觀測(cè)或掩星探測(cè).

近年來(lái)，COMSIC 掩星觀測(cè)技術(shù)獲得快速發(fā)展.它借助于搭載在低地球軌道(low earth orbit,LEO)衛(wèi)星上的監(jiān)測(cè)儀，臨邊接收COMSIC 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)幅度和相位.由于大氣折射指數(shù)的變化，COMSIC信號(hào)穿過(guò)地球電離層和大氣層時(shí)，信號(hào)路徑會(huì)發(fā)生彎曲.因此，COMSIC 折射率剖面包含大氣溫度、水蒸氣、壓力和電子密度等信息.不同于這些參數(shù)，閃爍指數(shù)測(cè)量可以直接獲得.氣象、電離層和氣候星座觀測(cè)系統(tǒng)(Constellation Observing System for Meteorology,Ionosphere and Climate,COSMIC)衛(wèi)星是美國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣合作的衛(wèi)星計(jì)劃，由6 顆小衛(wèi)星組成.衛(wèi)星軌道高度800 km，傾角72°，其星載GPS 接收機(jī)每天能提供2 500 多個(gè)電子密度剖面.它們均勻分布在地球上空，同時(shí)具有垂直分辨率高、接收信號(hào)不易受來(lái)自地面環(huán)境的多徑干擾等優(yōu)勢(shì)，能彌補(bǔ)特殊地區(qū)(海洋、沙漠、極地等)觀測(cè)資料的缺乏，因而被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電離層研究.

最近，有學(xué)者開始利用COSMIC 掩星觀測(cè)的振幅閃爍指數(shù)(S4)或GPS L1 和/或L2 頻點(diǎn)信號(hào)的幅度和相位數(shù)據(jù)，來(lái)研究全球L 波段電離層閃爍、赤道F 區(qū)不均勻體和偶發(fā)E 層(sporadic E layer,Es)的氣候?qū)W特征[13-18].Chen 等基于COSMIC 閃爍指數(shù)數(shù)據(jù)，分析得到電離層F 層閃爍指數(shù)的三維全球形態(tài)和季節(jié)變化[13].Arras 等由CHAMP、GRACE-A 和COSMIC掩星觀測(cè)得到的50 Hz 的信噪比(signal to noise ratio,SNR)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到不同季節(jié)Es 出現(xiàn)率的全球變化[14].Tsai 等研究了不同經(jīng)度扇區(qū)F 區(qū)電離層不均勻體隨季節(jié)、地方時(shí)、地磁活動(dòng)和太陽(yáng)活動(dòng)的變化[15].Brahmananda 等給出太陽(yáng)活動(dòng)低年(2008 年)期間，S4中值三維全球形態(tài)特征和它的季節(jié)變化[16].Carter 等分析了F 區(qū)不均勻體出現(xiàn)率的季節(jié)/經(jīng)度變化特征，揭示了太陽(yáng)和地磁活動(dòng)對(duì)F 區(qū)不均勻體出現(xiàn)率時(shí)空變化的影響[17].Yu 等利用COSMIC 掩星和?？谡镜鼗W爍監(jiān)測(cè)儀兩種手段的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了?？谡倦婋x層不規(guī)則體的出現(xiàn)特征，發(fā)現(xiàn)掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)可反映區(qū)域尺度的電離層閃爍特征[18].這些研究或者側(cè)重于分析極端空間環(huán)境下(太陽(yáng)活動(dòng)極小年)的電離層不均勻體形態(tài)，或者單獨(dú)分析電離層E 區(qū)或F 區(qū)不均勻體的時(shí)空變化，或者側(cè)重于區(qū)域尺度的電離層不均勻體特征，缺少基于長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的全球大尺度電離層E 區(qū)和F 區(qū)不均勻體的平均形態(tài)分析.

本文將利用大半個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周的COSMIC 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同高度全球電離層不均勻體的形態(tài)特征，重點(diǎn)對(duì)比分析電離層E 區(qū)和F 區(qū)不均勻體隨時(shí)間、空間、太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的變化特征，并與天基的原位觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.

1 觀測(cè)數(shù)據(jù)及其處理方法

本文所用掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自COSMIC 衛(wèi)星.COSMIC 衛(wèi)星于2006-04 發(fā)射升空，每顆小衛(wèi)星搭載有3 套探測(cè)設(shè)備：GPS 掩星實(shí)驗(yàn)(GPS occultation experiment,GOX)設(shè)備、小型電離層光度計(jì)和三頻信標(biāo)機(jī).本文研究所用數(shù)據(jù)來(lái)自GOX 設(shè)備，從COSMIC數(shù)據(jù)獲取和分析中心(COSMIC Data Acquisition and Analysis Center，CDAAC)網(wǎng)站獲取.觀測(cè)文件記錄了S4指數(shù)的最大值，觀測(cè)衛(wèi)星的經(jīng)度、緯度、高度、世界時(shí)(UT)和地方時(shí)(LT)，以及掩星遮掩點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、高度和地方時(shí).

在對(duì)大量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，假定電離層不均勻體位于遮掩點(diǎn)位置并不會(huì)改變統(tǒng)計(jì)結(jié)果[13,16-18].這里我們認(rèn)為引起閃爍的電離層不均勻體位于背景電子密度值最大的區(qū)域，即掩星觀測(cè)的遮掩點(diǎn).2007 年初COSMIC 衛(wèi)星完成部署，此后觀測(cè)數(shù)據(jù)的地方時(shí)覆蓋比較均勻.因此，本文選用2007-01-01—2013-12-31 COSMIC 掩星觀測(cè)的幅度閃爍指數(shù)最大值(S4max)及相關(guān)的位置信息.實(shí)際上，COSMIC 星載GPS 接收機(jī)并不直接計(jì)算S4指數(shù)，只記錄由L1 頻點(diǎn)50 Hz 幅度數(shù)據(jù)得到的1 Hz 信號(hào)SNR 強(qiáng)度波動(dòng)的均方根值.S4指數(shù)在該數(shù)據(jù)傳至地面后，經(jīng)后處理計(jì)算獲得，該計(jì)算過(guò)程中假定信號(hào)強(qiáng)度的波動(dòng)服從高斯分布[13,16].該后處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致一些不可靠的S4max，如超過(guò)10的S4max值.參考ITU(ITU-R P.531-11，2012)[19]給出的信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)Pfluc與S4的經(jīng)驗(yàn)公式：Pfluc=27.5×S41.26，可知當(dāng)S4為1.5 時(shí)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)為45.8 dB.為避免這部分?jǐn)?shù)據(jù)的影響，本文剔除了S4max＞1.5 的觀測(cè)值.

如前文所述，伴隨低軌衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，COMSIC 掩星和天基原位觀測(cè)均可反映全球尺度的電離層不均勻體變化特征.但是，掩星觀測(cè)可反映電離層不均勻體隨高度的變化，而天基原位觀測(cè)主要反映衛(wèi)星軌道高度附近的不均勻體變化.這里用作對(duì)比分析的天基原位測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)自德國(guó)CHAMP 衛(wèi)星星載郎繆爾探針的電子密度探測(cè)數(shù)據(jù)，其測(cè)量范圍為108～1012el/m3，時(shí)間分辨率為15 s.CHAMP 衛(wèi)星于2000-07-15 發(fā)射升空，2010-09-19 日停止飛行.衛(wèi)星軌道平面傾角為87.3°，其衛(wèi)星高度在發(fā)射初期約為450 km，2003 年降到400 km 以下，到2010 年降到320 km 左右.因此，CHAMP 衛(wèi)星測(cè)量的是電離層F 層峰值高度及以上的電子密度值.兩種測(cè)量手段對(duì)比時(shí)，需要將COMSIC 掩星的遮掩點(diǎn)高度限定為原位測(cè)量的衛(wèi)星軌道高度附近.因此，COSMIC 衛(wèi)星的掩星觀測(cè)的遮掩點(diǎn)高度取為300～500 km.

這里，CHAMP 衛(wèi)星原位測(cè)量判定電離層不均勻體是否出現(xiàn)的方法采用熊超的方法[20]：將低緯地區(qū)(45°S～45°N)的電子密度測(cè)量值經(jīng)高通濾波后再取絕對(duì)值，如果結(jié)果出現(xiàn)峰值，并在連續(xù)的40 s 內(nèi)超過(guò)了較高的閾值(0.05×1012m-3)，且峰值前后均低于較低閾值(0.02×1012m-3)，將其視為有不均勻體出現(xiàn)，并將其極大值出現(xiàn)的位置作為不均勻體出現(xiàn)的位置.對(duì)比時(shí)參考現(xiàn)有的研究做法[17-18]：將S4max是否大于0.3 作為COSMIC 掩星觀測(cè)電離層F 層不均勻體出現(xiàn)的判據(jù).

2 掩星觀測(cè)電離層不均勻體變化特性分析

基于COSMIC 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析全球低緯地區(qū)電離層不均勻體的形態(tài)特征，包括它隨時(shí)間、空間、太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的變化.將電離層不均勻體按高度分為E 區(qū)不均勻體和F 區(qū)不均勻體，對(duì)應(yīng)的高度分別取為80～130 km 和150～550 km.

電離層不均勻體隨時(shí)間的變化，主要考慮它的周日變化和季節(jié)變化.將觀測(cè)數(shù)據(jù)按時(shí)間劃分為4 個(gè)季節(jié)，分別包括以03-22、06-22、09-22 和12-22為中心的前后45 天(以下簡(jiǎn)稱為3 月、6 月、9 月和12 月)，合計(jì)91 天，對(duì)應(yīng)于北半球的春季、夏季、秋季和冬季，以及南半球的秋季、冬季、春季和夏季.

2.1 電離層不均勻體隨空間的變化

圖1 給出不同高度電離層S4max均值的全球分布.可以看出：電離層E 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于100～120 km，尤其是110 km 附近；電離層F 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)在150～00 km 高度，尤其是200～300 km附近.就地理分布來(lái)說(shuō)，電離層E 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于南北半球的中緯地區(qū)，(磁)赤道附近的閃爍強(qiáng)度弱于低緯地區(qū)，北半球的強(qiáng)度略高于南半球.隨著高度的增加，E 區(qū)閃爍沿緯圈向的分布略有彎曲.F 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于南北半球的低緯和赤道地區(qū)，且沿磁緯圈向排列非常明顯.同時(shí)，在南半球(0°E，30°N)附近區(qū)域有一個(gè)電離層E 區(qū)閃爍的低發(fā)區(qū).

圖1 不同高度電離層S4max 均值隨地理位置的全球分布Fig.1 Geographic distribution of S4max mean value at different altitudes

2.2 電離層不均勻體隨時(shí)間的變化

圖2 給出不同季節(jié)電離層E區(qū)S4max均值隨地方時(shí)和地理緯度的變化.可以看出：E 區(qū)閃爍在北半球6 月的中緯地區(qū)最強(qiáng)，峰值出現(xiàn)于35°N～45°N，其次是南半球12 月的中緯地區(qū)，峰值出現(xiàn)于40°S～50°S.9 月電離層E 區(qū)的閃爍形態(tài)與6 月比較相似，3 月電離層E 區(qū)閃爍形態(tài)與12 月比較相似，但是強(qiáng)度較低，且緯度范圍較小.至點(diǎn)(6 月和12 月)有兩個(gè)比較明顯的E 區(qū)閃爍極大值，分別出現(xiàn)于上午—正午和午后—日落，以及上午—午后和日落前后；分季(3 月和9 月)只有一個(gè)較明顯的E 區(qū)閃爍極大值，出現(xiàn)于午后—日落.

圖2 不同季節(jié)E區(qū)S4max 均值隨時(shí)間和地理緯度的變化Fig.2 Latitude profile of S4max mean value at the E layer as a function of local time

圖3 給出不同季節(jié)電離層F區(qū)S4max均值隨地方時(shí)和地磁緯度的變化.可以看出，F(xiàn) 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于南北半球的磁赤道和低緯地區(qū)，且呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化，即3 月和9 月(分季)最強(qiáng)，其次是12 月，6 月較弱.F 區(qū)閃爍于日落后出現(xiàn)，極大值出現(xiàn)于子夜前(22:00LT 左右)，持續(xù)到子夜后.

圖3 不同季節(jié)F區(qū)S4max 均值隨時(shí)間和地磁緯度的變化Fig.3 Geomagnetic latitude profile of S4max mean value at the F layer value as a function of local time

2.3 電離層不均勻體隨太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的變化

太陽(yáng)活動(dòng)用F10.7指數(shù)來(lái)表征，地磁活動(dòng)用Kp 指數(shù)來(lái)表征.圖4 給出2007—2013 年期間，F(xiàn)10.7指數(shù)和Kp 指數(shù)隨時(shí)間的變化，紅線分別對(duì)應(yīng)F10.7指數(shù)為100 和Kp 指數(shù)為3.可以看出：2007—2009 年期間，太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)均較為平靜，F(xiàn)10.7指數(shù)不超過(guò)100，Kp 指數(shù)很少超過(guò)3；2010 年期間，太陽(yáng)活動(dòng)仍較為平靜，但是地磁活動(dòng)已經(jīng)比較活躍，經(jīng)常有Kp 指數(shù)超過(guò)3；2011—2013 年期間，太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)均較為活躍，F(xiàn)10.7指數(shù)經(jīng)常超過(guò)100，Kp 指數(shù)也經(jīng)常超過(guò)3.下面將2007—2009 年和2011—2013 年的數(shù)據(jù)分別用作分析太陽(yáng)活動(dòng)低年和太陽(yáng)活動(dòng)高年的情形，將Kp＜3 和Kp＞3 的數(shù)據(jù)分別用作分析地磁平靜和地磁擾動(dòng)的情形.

圖4 2007—2013年F10.7 和Kp 指數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.4 Temporal variations of F10.7 and Kp indices during the period of 2007—2013

圖5 給出太陽(yáng)活動(dòng)低年和高年不同季節(jié)電離層E區(qū)S4max均值隨時(shí)間和地理緯度的變化，從上到下依次為太陽(yáng)活動(dòng)低年、太陽(yáng)活動(dòng)高年及兩者的差值.從左到右依次為3 月、6 月、9 月和12 月.總體來(lái)說(shuō)，無(wú)論哪個(gè)季節(jié)，太陽(yáng)活動(dòng)低年的E 區(qū)閃爍隨緯度和地方時(shí)的分布，與太陽(yáng)活動(dòng)高年非常相似.對(duì)比發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)活動(dòng)低年期間，中低緯地區(qū)(45°S～45°N)電離層E 區(qū)閃爍的強(qiáng)度和緯度范圍比太陽(yáng)活動(dòng)高年略大，但是6 月南半球低緯地區(qū)(0°S～45°S)的E 區(qū)閃爍強(qiáng)度和緯度范圍卻與太陽(yáng)活動(dòng)高年比較接近.

圖5 太陽(yáng)活動(dòng)低年和高年不同季節(jié)E區(qū)S4max 均值隨時(shí)間和地理緯度的變化Fig.5 Seasonal and latitudinal profile of S4max mean value at the E layer value as a function of local time,during the high and low solar activity years

作為對(duì)比，圖6 給出太陽(yáng)活動(dòng)低年和高年不同季節(jié)電離層F區(qū)S4max均值隨時(shí)間和地磁緯度的變化.可以看出：太陽(yáng)活動(dòng)低年，電離層F 區(qū)閃爍在3 月最強(qiáng)，其次是12 月，9 月較低，6 月最低；太陽(yáng)活動(dòng)高年，F(xiàn) 區(qū)閃爍在9 月和3 月最強(qiáng)，6 月較低，12 月最低.總體來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)活動(dòng)高年期間，電離層F 區(qū)閃爍隨地方時(shí)和地磁緯度的變化，與太陽(yáng)活動(dòng)低年比較相似.但是，每個(gè)月夜間的閃爍強(qiáng)度值，都大于相應(yīng)的太陽(yáng)活動(dòng)低年，同時(shí)閃爍影響的區(qū)域也由磁赤道和低緯地區(qū)擴(kuò)展到更高的緯度.這表明電離層F區(qū)閃爍的強(qiáng)度和緯度范圍均隨太陽(yáng)活動(dòng)的增加而增強(qiáng).

圖6 太陽(yáng)活動(dòng)低年和高年不同季節(jié)F區(qū)S4max 均值隨時(shí)間和地磁緯度的變化Fig.6 Seasonal and geomagnetic latitude profile of S4max mean value at the F layer value as a function of local time,during the high and low solar activity years

兩者結(jié)果對(duì)比表明，除季節(jié)因素外，太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)E 區(qū)閃爍的影響并不是基本的，而赤道異常區(qū)和磁赤道區(qū)的電離層F 區(qū)閃爍受到太陽(yáng)活動(dòng)的顯著控制.

為進(jìn)一步分析不同時(shí)間地磁活動(dòng)對(duì)電離層閃爍的影響，將觀測(cè)數(shù)據(jù)劃分為4 個(gè)時(shí)段：00:00—06:00LT、06:00—12:00LT、12:00—18:00LT、18:00—24:00LT.圖7 給出了地磁平靜和擾動(dòng)期間不同時(shí)段電離層E區(qū)S4max均值的全球分布.從上到下依次為地磁平靜時(shí)、地磁擾動(dòng)時(shí)及兩者的差值.從左到右依次對(duì)應(yīng)00:00 —06:00LT、06:00 —12:00LT、12:00—18:00LT、18:00—24:00LT 時(shí)段.總體來(lái)說(shuō)，地磁擾動(dòng)時(shí)，中低緯地區(qū)電離層E 區(qū)閃爍的全球分布與地磁平靜時(shí)比較相似，但是閃爍強(qiáng)度總體上略有增加，尤其是凌晨時(shí)段(00:00—06:00LT).

圖7 地磁平靜和擾動(dòng)期間不同時(shí)段E區(qū)S4max 均值的全球分布Fig.7 Global distribution of S4max mean value at the E layer,for different LT period during the geomagnetic quiet and active years

作為對(duì)比，圖8 給出地磁平靜和擾動(dòng)期間不同時(shí)段電離層F區(qū)S4max均值的全球分布.總體來(lái)說(shuō)，地磁擾動(dòng)時(shí)的中低緯地區(qū)電離層F 區(qū)閃爍的全球分布與地磁平靜時(shí)比較相似；但是閃爍強(qiáng)度明顯增加且擴(kuò)展至更高的緯度，尤其是00:00—06:00LT 和18:00—24:00LT的太平洋扇區(qū)(160°E～130°W).

圖8 地磁平靜和擾動(dòng)期間不同時(shí)段F區(qū)S4max 均值的全球分布Fig.8 Global distribution of S4max mean value at the F layer,for different LT period during the geomagnetic quiet and active years

3 與衛(wèi)星原位測(cè)量的對(duì)比

CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)間為2000—2010 年，而COSMIC 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)覆蓋時(shí)間為2007—2013 年，兩組觀測(cè)數(shù)據(jù)的重合時(shí)段比較短，且主要在太陽(yáng)活動(dòng)低年(2007—2009 年).本文將所有可用時(shí)段的兩種數(shù)據(jù)分別用作電離層不均勻體出現(xiàn)率的計(jì)算，然后進(jìn)行分析.

3.1 年際變化

圖9 給出CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COSMIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率的年際變化.可以看出：CHAMP 衛(wèi)星觀測(cè)到的電離層不均勻體在2001—2002 年出現(xiàn)率較高，超過(guò)20%；在2003—2006 年下降，接近6%～10%；2007—2009 年最低，接近5%.總體來(lái)說(shuō)，電離層不均勻體出現(xiàn)率依賴于太陽(yáng)活動(dòng)：在太陽(yáng)活動(dòng)高年出現(xiàn)率較高，隨太陽(yáng)活動(dòng)水平的降低，出現(xiàn)率逐漸降低；在太陽(yáng)活動(dòng)低年，出現(xiàn)率也較低.

圖9 不同衛(wèi)星觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率的年際變化Fig.9 Yealy mean values of the ionospheric irregularities occurrence for in-situ and radio occultation observations

COSMIC 掩星觀測(cè)的電離層不均勻體出現(xiàn)率在2007 年最高，超過(guò)20%；在2008—2010 年較低，接近7%；在2011—2013 年較高，接近10%～12%.可見(jiàn)除2007 年外，COSMIC 掩星觀測(cè)的不均勻體出現(xiàn)率隨太陽(yáng)活動(dòng)的增強(qiáng)而增強(qiáng)，趨勢(shì)與CHAMP 衛(wèi)星原位測(cè)量結(jié)果一致.Chen 等也發(fā)現(xiàn) 2007 年350 km 以上高度的電離層閃爍活動(dòng)比其他年都要活躍，甚至比太陽(yáng)活動(dòng)極大年都高，認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象需要聯(lián)合更多其他手段的觀測(cè)進(jìn)行研究[13].下面對(duì)比分析時(shí)，暫不考慮2007 年的COSMIC 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù).

3.2 季節(jié)/經(jīng)度變化

圖10 給出CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COMSIC掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化.可以看出：CHAMP 衛(wèi)星觀測(cè)到電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值出現(xiàn)在12 月的美洲扇區(qū)，達(dá)到40%，而在該經(jīng)度扇區(qū)的其他月份(如4—8 月)，不均勻體出現(xiàn)率則低于10%；亞洲扇區(qū)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值出現(xiàn)在9—10 月和3—4 月，幅值接近15%～20%；而在太平洋的西海岸，極大值出現(xiàn)在6—10 月，幅值接近15%.

圖10 不同衛(wèi)星觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)和經(jīng)度的變化Fig.10 Seasonal/longitudinal variations of the ionospheric irregularities occurrence for in-situ and radio occultation observations

COMSIC 掩星觀測(cè)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的季節(jié)/經(jīng)度變化與CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)結(jié)果一致：極大值出現(xiàn)于12 月的美洲扇區(qū)，幅值達(dá)到并超過(guò)20%；亞洲扇區(qū)的電離層不均勻體出現(xiàn)率極大值出現(xiàn)于3—4 月和9—10 月，幅值接近15%；而太平洋的西海岸附近，極大值則出現(xiàn)在6—10 月，幅值接近12%.

3.3 隨太陽(yáng)活動(dòng)變化

圖11 給出太陽(yáng)活動(dòng)高年和低年，COMSIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化.可以看出，太陽(yáng)活動(dòng)高年期間，COMSIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化與整個(gè)觀測(cè)期間的結(jié)果非常相似，極大值仍出現(xiàn)于12 月的美洲扇區(qū)，但是幅值更大，超過(guò)25%；亞洲扇區(qū)和太平洋的西海岸的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別出現(xiàn)在3—4 月和9—10 月、6—10 月，幅值接近20%.太陽(yáng)活動(dòng)低年，COMSIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值，出現(xiàn)于美洲扇區(qū)的11—2 月，幅值接近20%.同時(shí)，1—2 月的電離層不均勻體出現(xiàn)率高于其他季節(jié)，且沿經(jīng)度較為均勻分布，幅值接近10%.

圖11 太陽(yáng)活動(dòng)高年和低年GNSS 掩星觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)和經(jīng)度的變化Fig.11 Seasonal/longitudinal variations of the ionospheric irregularities occurrence for GNSS radio occultation observations,during the high and low solar activity years

3.4 隨地方時(shí)變化

圖12 給出太陽(yáng)活動(dòng)低年和高年期間日落—次日凌晨，CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COSMIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨地方時(shí)的變化.可以看出，CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COSMIC 掩星觀測(cè)無(wú)論是太陽(yáng)活動(dòng)低年還是高年，電離層不均勻體出現(xiàn)率均在日落后迅速增加，極大值均出現(xiàn)在子夜前(20:00—22:00LT)，然后緩慢下降直至次日凌晨.但是太陽(yáng)活動(dòng)高年的電離層不均勻體出現(xiàn)率高于太陽(yáng)活動(dòng)低年，在子夜前尤為明顯.太陽(yáng)活動(dòng)高年CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COMSIC 掩星觀測(cè)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別接近28%和32%，04:00LT 幅值分別接近3%和8%；太陽(yáng)活動(dòng)低年CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)和COMSIC 掩星觀測(cè)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別接近20% 和14%，04:00LT 的幅值分別接近3%和5%.

圖12 不同衛(wèi)星觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨時(shí)間的變化Fig.12 Variations of the ionospheric irregularities occurrence versus local time for in-situ and radio occultation observations

3.5 隨磁緯和經(jīng)度變化

為便于分析不同經(jīng)度扇區(qū)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化，將全球分為不同的扇區(qū)：非洲(0°E～45°E)、印度(45°E～105°E)、太平洋(105°E～210°E)、美洲(210°E～315°E)和大西洋(315°E～360°E).

圖13 給出不同經(jīng)度扇區(qū)CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化.可以看出，太陽(yáng)活動(dòng)高年期間的電離層不均勻體出現(xiàn)率顯著高于太陽(yáng)活動(dòng)低年，尤其是在赤道異常區(qū)附近，且呈現(xiàn)出赤道異常現(xiàn)象，即赤道異常處的閃爍出現(xiàn)率高于磁赤道處.在非洲和大西洋扇區(qū)，電離層不均勻體出現(xiàn)率較高，且在太陽(yáng)活動(dòng)高年北半球的電離層不均勻體出現(xiàn)率顯著高于南半球.在太陽(yáng)活動(dòng)極大年，非洲扇區(qū)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別出現(xiàn)于18°S 和0.5°S，幅值分別為10%和7%；大西洋扇區(qū)的電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別出現(xiàn)在23°S 和1°N，幅值分別為12%和7%.在印度、太平洋和美洲扇區(qū)，電離層不均勻體出現(xiàn)率較低，且南北半球近似對(duì)稱分布，在太陽(yáng)活動(dòng)高年呈現(xiàn)赤道異?，F(xiàn)象：電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值分別出現(xiàn)在8°N 和8°S，幅值接近5%左右.

圖13 不同經(jīng)度扇區(qū)CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化Fig.13 Variations of the ionospheric irregularities occurrence at different longitudinal sectors vs.geomagnetic latitude for insitu observations of CHAMP satiuate

作為對(duì)比，圖14 給出不同經(jīng)度扇區(qū)COSMIC 掩星觀測(cè)的電離層不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化.可以看出，在磁赤道附近和高緯地區(qū)，太陽(yáng)活動(dòng)高年期間的不均勻體出現(xiàn)率高于太陽(yáng)活動(dòng)低年.在中緯地區(qū)，太陽(yáng)活動(dòng)高年期間的電離層閃爍出現(xiàn)率和低年的差別不大.無(wú)論是太陽(yáng)活動(dòng)低年還是高年，電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值均出現(xiàn)于磁赤道附近.就經(jīng)度分布來(lái)說(shuō)，電離層不均勻體出現(xiàn)率在非洲和大西洋扇區(qū)較高，太陽(yáng)活動(dòng)高年的極大值接近50%；太陽(yáng)活動(dòng)低年的極大值接近或超過(guò)20%.在印度、太平洋和美洲扇區(qū)，電離層不均勻體出現(xiàn)率較低，太陽(yáng)活動(dòng)高年的極大值接近35%，太陽(yáng)活動(dòng)低年的極大值接近15%.

圖14 不同經(jīng)度扇區(qū)COSMIC 掩星觀測(cè)不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化Fig.14 Variations of the ionospheric irregularities occurrence at different longitudinal sectors versus geomagnetic latitude for radio occultation observations

4 討 論

本文基于COSMIC 掩星觀測(cè)閃爍指數(shù)數(shù)據(jù)，取遮掩點(diǎn)的位置為掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)的位置，按高度將電離層不均勻體分為了E 區(qū)不均勻體和F 區(qū)不均勻體，對(duì)應(yīng)的高度分別為80～130 km 和150～550 km，對(duì)比分析了它們隨時(shí)間、空間、太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的變化.同時(shí)取遮掩點(diǎn)位于300～500 km高度的COSMIC 掩星觀測(cè)數(shù)據(jù)，并將S4max大于0.3 作為COSMIC 掩星觀測(cè)電離層F 層不均勻體出現(xiàn)的判據(jù)，將掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率與CHAMP 衛(wèi)星原位測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析了電離層F 區(qū)不均勻體出現(xiàn)率的年際變化、季節(jié)/經(jīng)度變化、隨太陽(yáng)活動(dòng)、地方時(shí)以及磁緯和經(jīng)度的變化.得到一些有趣的結(jié)果.

4.1 電離層E 區(qū)和F 區(qū)閃爍對(duì)比

電離層E 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于100～120 km 高度，尤其是110 km 附近，略高于現(xiàn)有太陽(yáng)活動(dòng)極小年期間的掩星Es 觀測(cè)結(jié)果[14].太陽(yáng)活動(dòng)極小年期間，夏季Es 主要出現(xiàn)在95～110 km，春秋季和冬季主要出現(xiàn)在90～105 km.這種差異可能來(lái)源于本文觀測(cè)期間的平均太陽(yáng)活動(dòng)水平較高，電離層高度也較高.電離層F 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)在150～400 km，尤其是200～300 km 附近，與Chen 等 2017 的觀測(cè)結(jié)果[13]基本一致.電離層E 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)在南北半球的中緯地區(qū)，(磁)赤道附近的閃爍強(qiáng)度弱于低緯地區(qū)，且沿緯圈向的分布略有彎曲，表明E 區(qū)閃爍受到地磁場(chǎng)的影響.

電離層F 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于南北半球的低緯和赤道地區(qū)，沿磁緯圈向排列非常明顯(尤其是200～300 km 高度)，與現(xiàn)有結(jié)果一致[13]，表明F 區(qū)閃爍受到地磁場(chǎng)的強(qiáng)烈控制.

電離層E 區(qū)閃爍在夏季半球(北半球6 月和南半球12 月)的中緯地區(qū)最強(qiáng)，峰值出現(xiàn)于35°N～45°N 和40°S～50°S；極大值出現(xiàn)于日落前后，在至點(diǎn)(6 月和12 月)還有一個(gè)極大值，出現(xiàn)于上午.總體來(lái)說(shuō)，除日出前后外，全天都有可能出現(xiàn)E 區(qū)閃爍.本文觀測(cè)的電離層E 區(qū)閃爍隨時(shí)間的變化與2012年Brahmanandam 等的觀測(cè)結(jié)果[16]較為一致.但是，地基較少觀測(cè)到電離層E 區(qū)閃爍，造成這些差異的原因可能有：1)兩種觀測(cè)手段的幾何學(xué)不同.電離層閃爍現(xiàn)象實(shí)際是沿星-地鏈路(或星-星鏈路)信號(hào)傳播路徑的積分效應(yīng)，它與路徑上電子密度的起伏成正比.如前文所述，引起電離層E 層閃爍的不均勻體(Es)是位于110 km 附近的電離密度增強(qiáng)的薄層，水平尺度為200 m～100 km，有時(shí)可能在更大范圍內(nèi)連續(xù).地基觀測(cè)基本沿垂直方向，觀測(cè)路徑經(jīng)過(guò)電離層不均勻體的概率遠(yuǎn)低于沿水平方向的掩星觀測(cè).因此，掩星觀測(cè)出現(xiàn)電離層E 區(qū)閃爍的概率更大.Arras等發(fā)現(xiàn)掩星觀測(cè)Es 夏季極大值出現(xiàn)率接近45%[14].2)掩星觀測(cè)不均勻體位于遮掩點(diǎn)位置的假設(shè)造成的位置(時(shí)間)誤差.研究表明，當(dāng)遮掩點(diǎn)高度與F 區(qū)峰值高度相差不大時(shí)，將遮掩點(diǎn)作為引起掩星閃爍的電離層不均勻體位置是合理的[21].但是當(dāng)遮掩點(diǎn)位于E 區(qū)高度時(shí)，可能誤差較大.

本文發(fā)現(xiàn)在南半球(0°E，30°S)附近區(qū)域有一個(gè)電離層E 區(qū)閃爍的低發(fā)區(qū).Arras 等也觀測(cè)到了太陽(yáng)活動(dòng)極小年期間南大西洋附近電離層Es 出現(xiàn)率較低[14]，認(rèn)為這可能與地磁場(chǎng)的分布有關(guān).

總體來(lái)說(shuō)，無(wú)論哪個(gè)月份，太陽(yáng)活動(dòng)低年的低緯地區(qū)(45°S～45°N)電離層E 區(qū)閃爍隨緯度和地方時(shí)的分布均與太陽(yáng)活動(dòng)高年非常相似；但低年期間的閃爍強(qiáng)度和緯度范圍比太陽(yáng)活動(dòng)高年略大，6 月南半球低緯地區(qū)(0°S～45°S)除外，其閃爍強(qiáng)度和緯度范圍與太陽(yáng)活動(dòng)高年比較相近.

電離層F 區(qū)閃爍主要出現(xiàn)于南北半球的磁赤道和低緯地區(qū)，且呈現(xiàn)顯著的季節(jié)變化：分季最強(qiáng)，其次是12 月，6 月較弱.就地方時(shí)變化來(lái)說(shuō)，F(xiàn) 區(qū)閃爍于日落后出現(xiàn)，極大值出現(xiàn)于子夜前(22:00LT 左右)，持續(xù)到子夜后.太陽(yáng)活動(dòng)低年電離層F 區(qū)閃爍在3 月最強(qiáng)，其次是12 月，在9 月較低，6 月最低.太陽(yáng)活動(dòng)高年F 區(qū)閃爍在9 月和3 月最強(qiáng)，6 月較低，12 月最低.總體來(lái)說(shuō)，F(xiàn) 區(qū)閃爍隨地方時(shí)和緯度的變化在太陽(yáng)活動(dòng)高年與太陽(yáng)活動(dòng)低年比較相似.但是夜間F 區(qū)閃爍的強(qiáng)度和緯度范圍均隨太陽(yáng)活動(dòng)的增加而增強(qiáng).本文觀測(cè)的6 月和12 月期間，電離層F 區(qū)閃爍對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)的依賴關(guān)系與Chen 等觀測(cè)結(jié)果一致[13].

兩者結(jié)果對(duì)比表明，除季節(jié)因素外，太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)E 區(qū)閃爍的影響并不是基本的，而赤道異常區(qū)和赤道區(qū)的電離層F 區(qū)閃爍受太陽(yáng)活動(dòng)的顯著控制.

地磁擾動(dòng)時(shí)，中低緯地區(qū)電離層E 區(qū)閃爍的全球分布與地磁平靜時(shí)比較相似，但是閃爍的強(qiáng)度總體上略有增加，尤其是凌晨時(shí)段(00:00―06:00LT)；中低緯地區(qū)電離層F 區(qū)閃爍的全球分布也與地磁平靜時(shí)比較相似，但是閃爍強(qiáng)度明顯增加，且擴(kuò)展至更高的緯度，尤其是00:00―06:00LT 以及18:00―24:00LT 的太平洋扇區(qū).兩者對(duì)比表明，電離層F 區(qū)閃爍對(duì)地磁活動(dòng)更為敏感.

4.2 電離層F 區(qū)閃爍與衛(wèi)星原位測(cè)量對(duì)比

除2007 年外，掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)的依賴關(guān)系，與CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)結(jié)果一致：在太陽(yáng)活動(dòng)高年出現(xiàn)率較高，隨太陽(yáng)活動(dòng)水平的降低，出現(xiàn)率逐漸降低；在太陽(yáng)活動(dòng)低年，出現(xiàn)率也較低.

掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化與CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)結(jié)果一致：極大值出現(xiàn)于12 月的美洲扇區(qū)，3—4 月和9—10 月的亞洲扇區(qū)、6—10 月的太平洋西海岸附近.掩星觀測(cè)美洲和亞洲扇區(qū)電離層閃爍出現(xiàn)率的季節(jié)變化、對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)的依賴關(guān)系，與地基觀測(cè)結(jié)果一致[22-23].掩星觀測(cè)電離層閃爍隨季節(jié)/經(jīng)度的變化可以用Tsunoda 提出的理論來(lái)解釋[24].該理論認(rèn)為，在晝夜分界線與磁子午線平行的地方，磁力線在南北半球同時(shí)進(jìn)入夜間，急速減小的E 區(qū)電導(dǎo)率會(huì)導(dǎo)致R-T 不穩(wěn)定性的增長(zhǎng)，有利于赤道不均勻體的生成，從而造成電波閃爍.

太陽(yáng)活動(dòng)高年期間，掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化與整個(gè)觀測(cè)期間的平均結(jié)果非常相似.太陽(yáng)活動(dòng)低年，COMSIC 掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值，出現(xiàn)于美洲扇區(qū)的11—2 月份.此外，1—2 月期間的電離層不均勻體出現(xiàn)率高于其他季節(jié)，且沿經(jīng)度分布較為均勻.

掩星觀測(cè)電離層不均勻體的出現(xiàn)率隨地方時(shí)的變化與CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)結(jié)果一致：在日落后迅速增加，極大值均出現(xiàn)于子夜前(20:00—22:00LT)，隨后緩慢下降直至次日凌晨.

不同經(jīng)度扇區(qū)掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率隨磁緯的變化與CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)結(jié)果一致：電離層不均勻體出現(xiàn)率在非洲和大西洋扇區(qū)較高，在印度、太平洋和美洲扇區(qū)較低.

此外，兩種手段的不均勻體變化特征存在一些差異：1)CHAMP 衛(wèi)星原位觀測(cè)電離層不均勻體隨磁緯的分布呈現(xiàn)赤道異?，F(xiàn)象，即赤道異常處的電離層閃爍出現(xiàn)率高于磁赤道，且在太陽(yáng)活動(dòng)高年非洲和大西洋扇區(qū)觀測(cè)到南北半球不對(duì)稱性現(xiàn)象.而掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率沒(méi)有出現(xiàn)赤道異?，F(xiàn)象或南北半球不對(duì)稱性現(xiàn)象.2017 年Tsai 等也沒(méi)有觀測(cè)到赤道異常駝峰，認(rèn)為可能與掩星觀測(cè)經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的臨邊觀測(cè)基線導(dǎo)致的平滑過(guò)程有關(guān)[15].2)不同經(jīng)度扇區(qū)，掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率(峰值～40%)明顯高于CHAMP 衛(wèi)星觀測(cè)的出現(xiàn)率(峰值～15%)，約為后者的2～3 倍.Tsai 等觀測(cè)到2006—2014 年期間150～500 km 高度平均的電離層F 區(qū)不均勻體出現(xiàn)率在中太平洋(磁緯-20°N～ 20°S，經(jīng)度160°E～130°W))、南美(磁緯-20°N～20°S，經(jīng)度100°W～30°W)和非洲(磁緯-20°N～20°S，經(jīng)度30°W～50°E)的峰值接近25%[15]，與本文觀測(cè)結(jié)果一致.初步猜測(cè)差異可能部分來(lái)源于掩星觀測(cè)電離層不均勻體位于遮掩點(diǎn)位置產(chǎn)生的定位誤差，但需要結(jié)合兩種探測(cè)手段的特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步分析.

5 結(jié) 論

本文基于COSMIC 掩星觀測(cè)閃爍指數(shù)數(shù)據(jù)，取遮掩點(diǎn)的位置為掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)的位置，對(duì)比分析了電離層E 區(qū)不均勻體和F 區(qū)不均勻體隨時(shí)間、空間、太陽(yáng)活動(dòng)和地磁活動(dòng)的變化.得到以下結(jié)論：

1)除季節(jié)因素外，太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)E 區(qū)閃爍的影響并不是基本的，而赤道異常區(qū)和赤道區(qū)的F 區(qū)閃爍受到太陽(yáng)活動(dòng)的顯著控制：相比太陽(yáng)活動(dòng)低年，高年的F 區(qū)閃爍強(qiáng)度更大，且擴(kuò)展至更高的緯度.

2)地磁擾動(dòng)時(shí)，中低緯地區(qū)電離層E 區(qū)閃爍的全球分布與地磁平靜時(shí)比較相似，但是閃爍的強(qiáng)度總體上略有增加，尤其是凌晨時(shí)段(00:00—06:00LT)；中低緯地區(qū)電離層F 區(qū)閃爍的全球分布也與地磁平靜時(shí)比較相似，但是閃爍強(qiáng)度明顯增加，且擴(kuò)展至更高的緯度，尤其是00:00—06:00LT 及18:00—24:00LT的太平洋扇區(qū).兩者對(duì)比表明，電離層F 區(qū)閃爍對(duì)地磁活動(dòng)更為敏感.

3)掩星觀測(cè)可較好地反映電離層峰值高度及以上電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度、地方時(shí)和太陽(yáng)活動(dòng)的變化.電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值出現(xiàn)在12 月的美洲扇區(qū)、春秋分的亞洲扇區(qū)、6—10 月的太平洋的西海岸附近.電離層不均勻體出現(xiàn)率在非洲和大西洋扇區(qū)較高，在印度、太平洋和美洲扇區(qū)較低.太陽(yáng)活動(dòng)高年，電離層不均勻體出現(xiàn)率隨季節(jié)/經(jīng)度的變化與整個(gè)觀測(cè)期間的平均結(jié)果非常相似.太陽(yáng)活動(dòng)低年，電離層不均勻體出現(xiàn)率的極大值，出現(xiàn)于美洲扇區(qū)的11—2 月.此外，1—2 月期間的電離層不均勻體出現(xiàn)率高于其他季節(jié).

上述結(jié)果表明，COMSIC 掩星不僅可以反映全球尺度的電離層不均勻體變化特征，且可以反映電離層不均勻體隨高度的變化.但掩星觀測(cè)結(jié)果也呈現(xiàn)出一些不同的特征：如沒(méi)有觀測(cè)到赤道異常現(xiàn)象、某些經(jīng)度扇區(qū)的南北半球不對(duì)稱性不太顯著等.以往也有研究發(fā)現(xiàn)掩星觀測(cè)電離層不均勻體出現(xiàn)率的春秋分不太顯著等[18].