VLF波从大气层到低电离层的传输特性分析 被引量：11

1

作者 赵庶凡 申旭辉 +1 位作者 潘威炎 张学民 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期194-200,共7页

基于传播矩阵法计算了均匀半空间电离层的反透射系数,同时解Booker复系数四次方程得到电离层的复折射指数,分别研究了电离层反射透射系数及折射指数随VLF频段入射电波频率、入射角和地磁倾角、电离层电子浓度及碰撞频率的变化规律.计算... 基于传播矩阵法计算了均匀半空间电离层的反透射系数,同时解Booker复系数四次方程得到电离层的复折射指数,分别研究了电离层反射透射系数及折射指数随VLF频段入射电波频率、入射角和地磁倾角、电离层电子浓度及碰撞频率的变化规律.计算结果表明,在VLF频段,垂直电偶极子辐射的横磁(Traverse Magnetic)波更易透射进入电离层,而水平电偶极子辐射的横电(Traverse Electric)波易被限制在地-电离层波导内来回反射.电离层电子密度较低时(如夜间),在高纬度地区,观测到地震电离层VLF异常的概率更大.当考虑地磁场的影响时,电离层将允许地震辐射的超低频(Ultra Low Frequency,ULF)/甚低频(Very Low Frequency,VLF)部分的电磁波透射进入电离层,这一点已有很多卫星观测事实为证,但其进一步的物理机制尚需深入研究. 展开更多

关键词 甚低频电磁波 低电离层 反射系数 透射系数 复折射指数

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VLF电波渗透到卫星高度电离层传播的全波计算 被引量：7

2

作者 赵庶凡 申旭辉 +1 位作者 张学民 潘威炎 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期178-184,共7页

考虑斜向地磁场的影响将电离层设为多层水平分层各向异性有耗介质,利用传播矩阵法求解全波方程,进而研究分析VLF频段电离层反射系数随电波频率的变化,电离层中两种特征极化波的折射和极化特性,两特征波的电磁场水平分量以及坡印廷能流... 考虑斜向地磁场的影响将电离层设为多层水平分层各向异性有耗介质,利用传播矩阵法求解全波方程,进而研究分析VLF频段电离层反射系数随电波频率的变化,电离层中两种特征极化波的折射和极化特性,两特征波的电磁场水平分量以及坡印廷能流密度随传播高度的变化.数值计算结果表明,地-电离层波导中的垂直极化波比平行极化波易渗透进入电离层;电离层中两种特征极化波可分为左旋和右旋圆极化波,左旋分支由于D层强吸收作用表现为速衰减模,而右旋分支表现为可传播模,在传播过程中电磁波的能量主要存储在磁场中;电波频率越低,其在电离层中的传播损耗越小.由数值模拟结果发现,卫星监测VLF频段的低频部分及更低频段的水平磁场变化对于发现地震电离层电磁前兆异常可能更为有效. 展开更多

关键词 VLF电波 各向异性平面电离层 全波计算

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地面甚低频辐射渗透进电离层的数值模拟分析 被引量：2

3

作者 赵庶凡 廖力 +1 位作者 张学民 申旭辉 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期825-833,共9页

利用全波解模型进行数值模拟实验,研究了具有不同辐射源参数(辐射频率和功率)的地面甚低频(Very Low Frequency,VLF)辐射源在不同地磁场参数(地磁场强度和倾角)和电离层参数(电子密度和碰撞频率)条件下激发的地球-电离层波导和电离层中... 利用全波解模型进行数值模拟实验,研究了具有不同辐射源参数(辐射频率和功率)的地面甚低频(Very Low Frequency,VLF)辐射源在不同地磁场参数(地磁场强度和倾角)和电离层参数(电子密度和碰撞频率)条件下激发的地球-电离层波导和电离层中的电磁场能量空间分布,并重点研究了电离层D/E区对电磁辐射能量的吸收.模拟结果发现:VLF辐射在波导中衰减只受辐射源频率的影响,不受辐射功率、地磁场参数和电离层参数变化影响,波导中的衰减随频率的增大而减小,而电离层D/E区吸收随频率增大而增大,两者总衰减量随频率增大而增大.辐射源功率对电离层D/E区的吸收也无影响.地磁强度和地磁倾角越大,电离层D/E区吸收越小;电离层碰撞频率和电子密度越大,电离层中能量衰减越大. 展开更多

关键词 地基 VLF 人工源 全波解 电离层吸收

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汶川8级地震前空间电离层VLF电场异常现象 被引量：38

4

作者 张学民 申旭辉 +4 位作者 欧阳新艳 蔡晋安 黄建平 刘静 赵庶凡 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期1024-1032,共9页

基于法国DEMETER卫星记录的空间电场频谱资料,提取分析了汶川地震前可能存在的电场异常信息。首先利用轨道的重访特性分析了四川汶川8级地震前震中上空固定纬度点(31°N)的VLF电场信号2年多的正常频谱变化背景,结果显示1～6月各频... 基于法国DEMETER卫星记录的空间电场频谱资料,提取分析了汶川地震前可能存在的电场异常信息。首先利用轨道的重访特性分析了四川汶川8级地震前震中上空固定纬度点(31°N)的VLF电场信号2年多的正常频谱变化背景,结果显示1～6月各频点变化比较稳定,但在7～10月份各频点谱值扰动比较剧烈,存在整体幅度上升或者下降的现象,因此电场可能存在年周期变化。在背景分析的基础上,收集了2008年4月1日～5月12日震中区上空2000km范围内所有夜间的降轨轨道在北纬31°记录的电场所有频点资料,计算结果显示震前1周内即5月6～10日相对4月份呈现明显的电场能量增强现象,增强幅度达到3σ,频率集中分布在2～6kHz范围内,异常区域的空间统计分布反映该电场增强现象位于震中以南较大范围内。这次异常发生在空间电磁活动平静时期,可能与汶川地震的孕育过程有关。最后讨论了空间地震电场异常的可能形成机理,对地震电离层耦合机理的深入认识还需要地基和空间的联合立体观测来支持。 展开更多

关键词 汶川地震 VLF电场 DEMETER卫星 电离层异常

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新疆于田7.2级地震前的电离层电磁扰动 被引量：20

5

作者 张学民 钱家栋 +4 位作者 欧阳新艳 蔡晋安 刘静 申旭辉 赵庶凡 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期213-221,共9页

利用法国DEMETER卫星观测的电磁、等离子体等参量的观测数据分析了2008年3月21日新疆于田7.2级地震前离子温度(T_i)、离子密度(N_i)、甚低频(VLF)磁场等出现的异常变化.T_i分析显示震中区上空出现的突变信号在更大空间多次重复出现,作... 利用法国DEMETER卫星观测的电磁、等离子体等参量的观测数据分析了2008年3月21日新疆于田7.2级地震前离子温度(T_i)、离子密度(N_i)、甚低频(VLF)磁场等出现的异常变化.T_i分析显示震中区上空出现的突变信号在更大空间多次重复出现,作为地震异常的信度不高.通过多次重访轨道对比发现H^+离子密度整体变化形态一致,但夏秋季节的峰值变化幅度是冬春季节的1倍.通过把2008年的数据与2007年和2006年同期的重访轨道数据进行对比,发现2008年在于田地震前1个月左右N_i在峰值区呈现了显著增强的变化趋势,并一直持续到地震前,2008年2月以后的峰值幅度是其他两年同期的1倍多.对于磁场频谱数据,抽取了震中区域上空2000km范围内多个轨道的单频(400Hz)信息,并在研究区域统一纬度空间(0～60°N)进行了时间序列对比,结果发现地震前2日内震中区域上空400Hz谱密度增加了近一个数量级,反映空间存在明显的VLF电磁辐射现象.对于3月20日极低频段(ELF)三分量电磁场的矢量分析显示观测时段内存在一些左旋极化电磁信号,反映了空间电离层离子密度变化伴随ELF电磁辐射信息.综合分析认为,这次地震前各参量的变化过程与目前地震孕育及电离层耦合机理相吻合. 展开更多

关键词 DEMETER卫星 电离层 离子密度 电磁信号 地震异常

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一种融合天地基多源数据的电离层反演方法 被引量：8

6

作者 欧明 甄卫民 +3 位作者 张时生 赵庶凡 於晓 徐继生 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期713-719,共7页

数据融合是观测数据稀疏条件下电离层精确反演的重要技术途径.文中提出了一种融合天地基多源数据的电离层反演方法.选择地基GNSS、低轨卫星(Low Earth Orbiting,LEO)掩星、卫星信标及垂测仪等手段为观测系统,国际参考电离层(Internation... 数据融合是观测数据稀疏条件下电离层精确反演的重要技术途径.文中提出了一种融合天地基多源数据的电离层反演方法.选择地基GNSS、低轨卫星(Low Earth Orbiting,LEO)掩星、卫星信标及垂测仪等手段为观测系统,国际参考电离层(International Reference Ionosphere,IRI)为背景模型,利用改进的克里格插值及乘法代数重构方法实现多源数据的有效融合.以中国区域为例,观测系统模拟试验的结果表明:文中提出的方法能将各类观测资料有效地融合到背景模式中,反演得到的总电子含量及电子密度误差相比经验模型均有显著降低;在地基GNSS观测的基础上,融入地基垂测与天基掩星可有效提升电子密度的反演精度.相关研究结果可为中国现有电离层观测系统的优化提供科学依据. 展开更多

关键词 数据融合 电离层 克里格插值 乘法代数重构 观测系统模拟试验

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DEMETER卫星探测到的强震前O^+浓度变化 被引量：9

7

作者 欧阳新艳 张学民 +4 位作者 申旭辉 黄建平 刘静 泽仁志玛 赵庶凡 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期607-617,共11页

利用DEMETER卫星观测数据,采用level-2图像目视解译的方法和重访轨道对比方法,对2006年5月3日发生在汤加群岛的7.9级地震进行分析.从震前6天、震前2天、震前1天和震后2天的level-2图像可看到,电场和等离子体参量在震中上空偏北的位置出... 利用DEMETER卫星观测数据,采用level-2图像目视解译的方法和重访轨道对比方法,对2006年5月3日发生在汤加群岛的7.9级地震进行分析.从震前6天、震前2天、震前1天和震后2天的level-2图像可看到,电场和等离子体参量在震中上空偏北的位置出现扰动信号,震前的扰动信号幅度随地震时间临近有所增强,扰动持续时间也相应增加;震后2天扰动信号依然存在,其幅度并未减弱.通过对比震前1天的轨道在2006年至2008年内的重访轨道,发现O^+浓度存在三类较规律的变化特征,即在夏季时,北半球的值高于南半球;冬季时则相反;二分季节时,南北半球含量相当.本文给出了地震和磁暴对O+浓度的不同影响,地震影响最靠近震中位置轨道上的O+浓度,而磁暴影响全球轨道上O^+浓度分布.同时获取了DEMETER卫星上朗缪尔探针在上述重访轨道同步探测的电子浓度数据,发现电子浓度与O^+浓度存在同步增加.等离子体浓度增加的现象可能与地震产生异常电场进而影响电离层结构有关. 展开更多

关键词 O^+浓度 DEMETER卫星 地震电离层效应

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DEMETER卫星记录到的电离层加热现象 被引量：3

8

作者 张学民 FROLOV V L +5 位作者 申旭辉 RUZHIN Y 赵庶凡 泽仁志玛 徐维东 钱庚 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期25-39,共15页

在法国DEMETER卫星运行期间,地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验,记录到各类电离层异常信息,发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、EL... 在法国DEMETER卫星运行期间,地基电离层加热装置SURA和HAARP开展了一系列加热试验,记录到各类电离层异常信息,发现电离层加热过程中卫星观测的电离层扰动信号包括HF发射泵波及边带泵波、VLF人工源增强及频谱拓展、ULF/ELF/VLF调制波、ELF电磁扰动、ULF谐振波、等离子体特征参量扰动及高能粒子沉降等.由于传播及耦合机制的差异,发射泵波可以穿透电离层直达卫星高度,其观测概率最高达到68%以上,其他扰动受发射调制模式及当地电磁环境等影响,观测概率相对较低,均在40%左右,有些甚至是某次试验中出现的个别事例.结合中国地震电磁监测试验卫星飞行轨道设计及载荷配置等,对未来开展加热试验进行了分析论证,并参考DEMETER,卫星试验结果给出了一些建议. 展开更多

关键词 DEMETER卫星 SURA HAARP 等离子体参量 电磁波

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VLF波渗透电离层传播计算研究进展 被引量：2

9

作者 廖力 赵庶凡 张学民 《空间科学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期277-283,共7页

3~30 kHz的甚低频(Very-Low-ITcquency,VLF)电磁波对近地空间的高能粒子分布具有非常重要的作用.闪电和地面VLF通信台等VLF波主要辐射源产生的VLF波能够渗透进入电离层,并以哨声波模式继续传播至磁层与高能粒子发生相互作用.本文从VLF... 3~30 kHz的甚低频(Very-Low-ITcquency,VLF)电磁波对近地空间的高能粒子分布具有非常重要的作用.闪电和地面VLF通信台等VLF波主要辐射源产生的VLF波能够渗透进入电离层,并以哨声波模式继续传播至磁层与高能粒子发生相互作用.本文从VLF电磁波渗透电离层传播计算方法的发展、计算模型验证以及模型在电离层现象研究中的应用等方面对VLF波渗透进电离层之后的传播计算的研究进展进行综述,并对未来研究进行初步展望. 展开更多

关键词 甚低频电磁波 计算方法 模型应用

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张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测 被引量：2

10

作者 鲁恒新 申旭辉 +6 位作者 赵庶凡 廖力 林剑 黄建平 泽仁志玛 孙芳 郭峰 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期426-433,共8页

“张衡一号(简称ZH-1)”卫星搭载的三频信标机(tri-band beacon,TBB)载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量.为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法... “张衡一号(简称ZH-1)”卫星搭载的三频信标机(tri-band beacon,TBB)载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量.为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F_(2)层峰值电子密度(N_(m)F_(2))数据进行处理,分析N_(m)F_(2)的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征.结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据. 展开更多

关键词 张衡一号卫星 三频信标(TBB) 电子密度 电离层观测 磁暴

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张衡一号卫星观测的地基VLF波电离层加热扰动特征 被引量：3

11

作者 刘大鹏 申旭辉 +1 位作者 杨德贺 赵庶凡 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期970-976,共7页

电离层扰动主要由太阳活动和地球表面活动引起,通过对已知地基甚低频(very low frequency,VLF)波发射源引发的等离子体扰动进行特征研究,对于认识电离层环境变化具有重要的参考意义.文中主要介绍了张衡一号01卫星原位探测科学载荷等离... 电离层扰动主要由太阳活动和地球表面活动引起,通过对已知地基甚低频(very low frequency,VLF)波发射源引发的等离子体扰动进行特征研究,对于认识电离层环境变化具有重要的参考意义.文中主要介绍了张衡一号01卫星原位探测科学载荷等离子体分析仪(plasma analyzer package,PAP)观测系统和数据产出,对该载荷在507 km轨道原位观测的、由地基NWC站大功率VLF人工源辐射引起的电离层加热扰动现象及特征进行了总结和分析.观测结果表明:氧离子密度、离子温度、离子漂移速度等多个原位观测量在夜侧轨道均同时记录到NWC站上空北侧约50~500 km区域出现的电离层加热扰动现象,扰动持续范围约为300~400 km;通过对相同轨道电场数据进行功率谱计算可知,该区域电场增强主要频率与NWC站发射频率相同.上述观测结果验证了张衡一号01卫星PAP对电离层离子参量扰动现象具有一定的探测分辨能力,地基大功率VLF电波能够对电离层等离子体环境产生明显的扰动影响,且扰动区域相对于发射源位置向磁赤道方向发生偏移. 展开更多

关键词 张衡一号 电磁监测卫星 等离子体 电离层加热扰动 NWC VLF人工源

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中国“张衡一号”电磁监测卫星计划进展 被引量：3

12

作者 申旭辉 泽仁志玛 +12 位作者 袁仕耿 张学民 王兰炜 吴云 黄建平 赵庶凡 杨艳艳 颜蕊 张振霞 林剑 刘大鹏 郭峰 谭巧 《城市与减灾》 2021年第4期27-32,共6页

世纪之交,国际上围绕地震是否可以预测开展了一场学术大讨论。以这次大讨论为契机,国内外科学家前所未有地展示了大量的观测数据和分析结果并开展了系统深入的交流互动,陈运泰院士借用戈达德的话总结认为:"慎言不可能,昨日之梦想,... 世纪之交,国际上围绕地震是否可以预测开展了一场学术大讨论。以这次大讨论为契机,国内外科学家前所未有地展示了大量的观测数据和分析结果并开展了系统深入的交流互动,陈运泰院士借用戈达德的话总结认为:"慎言不可能,昨日之梦想,今日有希望,明日变现实。"2003年2月18—19日,中国地震局联合国家国防科工局、科技部和国家自然基金委在北京组织香山论坛,叶叔华、许厚泽、宁津生、刘经南、马宗晋、马瑾等院士专家与会讨论并呼吁发展专用的地震卫星,以建设地震立体观测系统,提升多物理场三维观测能力,为推进地震预测科学研究突破奠定基础(图1)。 展开更多

关键词 交流互动 立体观测 中国地震局 国家自然基金 戈达德 陈运泰 电磁监测 马宗晋

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