华南地区GPS-TEC监测产品的设计与实现.pdfVIP

华南地区GPS—TEC监测产品的设计与实现 赵文化，单海滨，黄江，曹静，郭建道，翁俊铿 广‘州气象卫星地面站，J1。州，510640 摘要 利用双频GPS观测数据建立区域电离层TEC模型是电离层探测研究领域的重要方向。华南地区处于我国南部 低纬电离层赤道异常区内，是各种电离层活动高发区。本文利用广州GPS综合应用接收网观测数据，探讨如何研制 区域级TEC监测产品。分析盟示，基于广州GPS综合应用接收网观测数据可以得到一个区域平均TEC产品和一个 耩于观测格点数据的区域TECmap产品。对瞬时样本的分析表明，五山站在24小时内瞬时捕获卫星数基本上稳定 在10颗，反演获得的TEC格点样本可以比较好地表征华南地区以及中国南海海域的TEC数值和分布状况。由此可 以得到～个区域平均TEC产品和一个基于观测格点数据的区域TECmap产品，具体操作过程为，利用监测系统获 得的经过定标的华南地区(10—35N，1 定时间的平均TEC变化曲线，通过插值和等值线技术得到华南地区指定时问的TEC分布地图。华南地区TEC监测 产。铺在未来空间天气业务开展过程中需要不断改进与完善，TEC地图产品精细度有待提高，这有赖于观测站点的进 一步完善。在现有产品基础t，TEC现报水平有待进一步提高，TEC预报产品有待研究开发，需要开发用户，级特定 应用i肚品。 关键词：华南地区，TEC，}I!：c测，设计 1 引言 利用双频GPS观测数据建立区域电离层TEC模型是电离层探测研究领域的热点方向。电离层 电子浓度总含量(TEC)又称电离层电子浓度柱含量、积分含量等，是一个非常重要的电离层参量，对 电离层物理的理论研究及电离层电波传播的应用研究均具有十分重要的意义11J~【1¨。理论上，TEC的 空间分布及时间变化，反映了电离层的主要特性，因此通过探测与分析电离层TEC参量，可以研究 电离层不同时空尺度的分布与变化特性，如电离层扰动，电离层的周日、逐日变化，电离层年度变 化，以及电离层的长期变化等。应用中，电离层的TEC与穿透电离层传播的无线电波时间延迟与相 位延迟密切相关，因此可用于在卫星定位、导航等空间应用工程中的电波传播修正。电离层TEC探 测手段以卫星信标测量为主，如微分多普勒方法、法拉第旋转方法等。随着全球定位系统(GPS) 的使用，采用GPS双频信标的测量获取电离层TEC参量成为当前最为重要的和广泛采用的方法。 利用局域与全球的GPS台网观测，通过实时处理与传输，并采用不同的TEC mapping方法，可以 进行大范围电离层TEC的现报，这在当前空间天气研究中具有特别意义。本文选取华南地区为研究 对象，利用广砂HGPS观测网络双频观测数据提取华南地区TEC数据，进而获得初步的华南地区TEC 地图和华南地区TEC日变化曲线产品。 2研究地区概况 华南地区处于我国南部低纬电离层赤道异常区内，是各种电离层活动高发区，从科学上对研究 电离层空间天气具有特殊的意义，是开展电离层观测研究的理想地点，对华南地区电离层进行观测 研究有利于研究我国特定地理条件下电离层的基本地域特征，分析扰动电离层和不规则结构对高频 传播和数据传输的影响，为电离层不规则结构及电波吸收预测模型的建立奠定物理基础。 广州区域气象中心GPS网络建设总体原则是以现有站点为基础，协调配合国家空问天气预警中 心国家级网点建设布局，开展多部门联合的数据可分解重用的多用途多功能网点建设。广州气象卫 星地面站、广州市气象局与广州市测绘局合作建立了一个八站点广州GPS综合应用接收网，深圳市 气象局建设的三站点GPS接收网也已经投入运行，用于解析可降水水汽含量数据。虽然这些站点的 地理布局对于反演电离层电子总含量TEC而言存在数据利用率不高的缺点，但是对于广州区域中心 空间天气业务建设打下了良好的基础与合作建设的示范性局面。广州地区GPS综合应用网自2006 年正式开始运行，该网由8个地面GPS基准站和中心处理站组成，站点分别位于广州气象卫星地面 站、番禺、花都、从化、增城、南沙、萝岗，统一配置Tr．mbleNETRS双频GPS接收机，采样间 隔设置为15秒，单站瞬时捕获卫星数量一般达到约10颗，很好满足TEC反演的需要，如表1所 示。在电离层SLM．400薄层模型下，广州地区GPS综合应用网单站TEC经过投影覆盖区域 (