尹 萍，李清宇

（中國(guó)民航大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300）

電離層距地面高度約60～1 000 km，其內(nèi)部含有大量的自由電子和離子，由于受到太陽(yáng)輻射等各種物理因素影響，電離層存在明顯的分層結(jié)構(gòu)，自下而上依次分為 D、E、F 層，F(xiàn) 層又分為 F1、F2層[1]。電離層中電子密度分布并不均勻，導(dǎo)致穿越其中的無(wú)線電信號(hào)幅度和相位發(fā)生快速、隨機(jī)起伏變化，稱為電離層閃爍。電離層閃爍主要發(fā)生在低緯磁赤道區(qū)、高緯極區(qū)，并與地方時(shí)、季節(jié)、地磁及太陽(yáng)活動(dòng)等相關(guān)[2-4]，但追其根源，與電離層中存在各種尺度的電子密度不規(guī)則體密切相關(guān)，包括偶發(fā)E層、擴(kuò)展F層等，其對(duì)無(wú)線電信號(hào)有強(qiáng)烈的影響，主要表現(xiàn)在電波信號(hào)的幅度和相位會(huì)發(fā)生快速?gòu)?qiáng)烈的擾動(dòng)，造成信號(hào)時(shí)延、多徑效應(yīng)等[5]。因此，根據(jù)電離層閃爍對(duì)電波信號(hào)不同方面的影響，通常又將其分為幅度閃爍和相位閃爍，并分別用幅度閃爍指數(shù)（S4）和相位閃爍指數(shù)（σφ）表征其閃爍強(qiáng)弱程度。

基于GPS的電離層閃爍探測(cè)技術(shù)是監(jiān)測(cè)電離層閃爍的重要手段，可分為地基GPS電離層閃爍探測(cè)技術(shù)和無(wú)線電掩星（RO,radio occultation）電離層閃爍探測(cè)技術(shù)。其中，前者應(yīng)用已十分成熟，文獻(xiàn)[6]提出利用雙頻GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算所得GPS TEC的變化率指數(shù)（ROTI，rate of change of TEC index）來(lái)研究電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的存在及閃爍強(qiáng)弱；文獻(xiàn)[7]研究表明春秋分月的午夜前，赤道異常北峰區(qū)域發(fā)生強(qiáng)閃爍（S4＞0.5）時(shí)，TEC約降低20 TECU（指TEC突然減少，然后恢復(fù)到接近TEC值的水平，降低過(guò)程被認(rèn)為是等離子體泡在GPS接收機(jī)和衛(wèi)星視線上的漂移），ROTI＞2TECU/min，大約在午夜時(shí)，異常北峰區(qū)域邊緣未發(fā)生閃爍，TEC降低小于10TECU，此時(shí)ROTI＜1TECU/min。因此，當(dāng)無(wú)法直接獲取S4指數(shù)時(shí)，可以通過(guò)利用ROTI來(lái)表征閃爍強(qiáng)度，但由于地基設(shè)備的局限性，ROTI能否表征電離層不同高度層的閃爍強(qiáng)度，這將是研究的核心問(wèn)題。此外，氣象、電離層和氣候的星座觀測(cè)系統(tǒng)（COSMIC，constellation observing system for meteorology，ionosphere and climate）作為GPS RO探測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)電離層閃爍方面的一個(gè)典型應(yīng)用，憑借其全球均勻覆蓋、精度高、垂直分辨率高等優(yōu)點(diǎn)很好地彌補(bǔ)了地基GPS探測(cè)技術(shù)受空間區(qū)域限制的缺陷[8]，逐步成為近年來(lái)電離層閃爍研究中的另一個(gè)重要手段，尤其在沿電離層高度方向的閃爍監(jiān)測(cè)方面更是發(fā)揮著獨(dú)一無(wú)二的作用。

雖然電離層閃爍與GPS ROTI的關(guān)聯(lián)已有大量研究，但從不同電離層高度層（E/F層）所出現(xiàn)的閃爍角度出發(fā)，通過(guò)直接借助COSMIC觀測(cè)的電離層閃爍數(shù)據(jù)，并結(jié)合中國(guó)香港地區(qū)的高速率GPS雙頻大地測(cè)量數(shù)據(jù)，研究其對(duì)GPS TEC變化率的不同影響。同時(shí)還探討了全球電離層閃爍（GISM，global ionospheric scintillation model）模型[9]對(duì)電離層E/F層閃爍的預(yù)測(cè)能力。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 GPS大地測(cè)量數(shù)據(jù)及其處理

中國(guó)香港是典型的低緯地區(qū)，是全球電離層閃爍的高發(fā)區(qū)域之一。2010年2月，香港特別行政區(qū)地政總署在香港啟用了一個(gè)衛(wèi)星定位參考站網(wǎng)，該參考網(wǎng)中共包含18個(gè)站點(diǎn)，幾乎覆蓋香港全區(qū)，如圖1所示。研究采用的高速率GPS雙頻大地測(cè)量數(shù)據(jù)，取自其中的小冷水站（HKSL）、沙田站（HKST）以及黃石站（HKWS），如圖1中▲所示。之所以選擇這3個(gè)站，是由于其均在山頂處布設(shè)有同一型號(hào)的GPS接收機(jī)，相距10～15 km，且連續(xù)運(yùn)行，并以 RINEX（receiver independent exchange）格式記錄采樣速率為1 s或5 s的GPS大地測(cè)量數(shù)據(jù)。

圖1 香港衛(wèi)星定位參考站網(wǎng)Fig.1 Satellite positioning reference station network in Hong Kong

根據(jù)S4指數(shù)大小，通常將閃爍劃分為3個(gè)等級(jí)：S4?0.3為弱閃爍或無(wú)閃爍；0.3＜S4?0.6為中等強(qiáng)度閃爍；S4＞0.6為強(qiáng)閃爍。主要研究香港區(qū)域的強(qiáng)閃爍（S4＞0.6），在具體處理高速率GPS雙頻大地測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)還涉及到3個(gè)概念，分別是電離層薄殼模型、穿刺點(diǎn)以及GPS TEC。電離層薄殼模型指電離層中所有的自由電子都集中在300～400 km之間某一高度處的一個(gè)薄層（球面）上；穿刺點(diǎn)（IPP,ionospheric pierce point）指GPS接收機(jī)和衛(wèi)星連線與薄殼模型的交點(diǎn)；GPS TEC為描述電離層物理特性的重要物理量，通過(guò)采用偽距觀測(cè)法或載波相位觀測(cè)法，可得到關(guān)于TEC的兩個(gè)方程

其中：Pi（i=1，2）為從精密碼中獲得的偽距；ε為接收機(jī)和衛(wèi)星硬件誤差分量；n和λ分別為整周模糊度和載波波長(zhǎng)；Li（i=1，2）則分別為兩個(gè)頻點(diǎn)信號(hào)的載波相位。

式（1）和式（2）分別利用偽距觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量計(jì)算得到TEC，區(qū)別在于前者由于受多徑效應(yīng)的影響，信噪比小，導(dǎo)致所得TEC的隨機(jī)誤差較大，而后者則精度相對(duì)較高[10]。此外，在預(yù)處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中進(jìn)行了周跳（即由信號(hào)失鎖而導(dǎo)致整周計(jì)數(shù)的跳變或中斷）探測(cè)，衛(wèi)星在可見(jiàn)范圍內(nèi)，若未發(fā)生周跳，其整周模糊度恒定；若發(fā)生周跳，則采用偽碼平滑載波相位的方法進(jìn)行檢測(cè)。另外，計(jì)算所得TEC為斜向TEC，應(yīng)轉(zhuǎn)換為穿刺點(diǎn)處的垂直TEC（VTEC，vertical TEC），計(jì)算公式為

其中：RE為地球半徑；θ為衛(wèi)星仰角；hmax為相對(duì)地面電離層最大垂直高度；IVTEC為IPP處VTEC的值；且TEC與VTEC的單位均為T(mén)ECU，1 TECU=1016el/m2。

其中：ΔTEC為相對(duì) TEC；Δt為1 s或 5 s的時(shí)間間隔；〈〉為某物理量的平均值；ROT、ROTI的單位均為T(mén)ECU/min。

后續(xù)研究中所涉及的TEC均指IPP處的VTEC，且IPP高度設(shè)為300 km；另外，考慮到多徑干擾和低仰角帶來(lái)的其他效應(yīng)，分析時(shí)只選取了仰角高于30°的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 COSMIC數(shù)據(jù)和處理方法

除了利用高速率GPS大地測(cè)量數(shù)據(jù)外，還采用了COSMIC數(shù)據(jù)存案與分析中心（CDAAC，cosmic data analysis and archive center）提供的掩星數(shù)據(jù)用于研究。所謂掩星，以GPS-LEO為例，LEO衛(wèi)星上的GPS接收機(jī)能夠接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的不同頻點(diǎn)載波信號(hào)，但由于電離層和中性大氣折射作用，電波路徑會(huì)發(fā)生彎曲和延遲，即形成掩星觀測(cè)，隨著兩者相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將會(huì)完成一次完整的掃描過(guò)程，稱為一次掩星事件。GPSLEO掩星觀測(cè)如圖2所示，圖中A點(diǎn)為RO射線路徑的切點(diǎn)；B點(diǎn)為切點(diǎn)在地面的投影；O為地球中心；r為地球中心到RO射線路徑切點(diǎn)的距離。為實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，在定義香港區(qū)域電離層閃爍時(shí)，文獻(xiàn)[11]中海口區(qū)域出現(xiàn)閃爍時(shí)限定切點(diǎn)處的地理經(jīng)緯范圍，將香港區(qū)域電離層E/F層發(fā)生強(qiáng)閃爍時(shí)，切點(diǎn)的地理經(jīng)緯范圍限于 16°～24°N，112°～120°E。

圖2 GPS-LEO掩星觀測(cè)示意圖Fig.2 GPS-LEO occultation observation schematic diagram

CDAAC提供一種掩星一級(jí)產(chǎn)品scnLv1文件，該文件中不僅含有S4、L1頻率的SNR，還包含GPS和LEO衛(wèi)星軌道等數(shù)據(jù)信息。因此，選取2012—2016年中30個(gè)月的scnLv1文件數(shù)據(jù)用于分析，此數(shù)據(jù)段內(nèi)不僅含有太陽(yáng)活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)的月份，也含有相對(duì)較弱的月份，且每天包含大約3 000個(gè)、總計(jì)約270萬(wàn)個(gè)掩星數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)研究目的提供了足夠的數(shù)據(jù)支持。

此外，利用掩星數(shù)據(jù)研究電離層E/F層在香港區(qū)域發(fā)生強(qiáng)閃爍時(shí)，首先提取scnLv1文件中GPS和LEO的衛(wèi)星軌道位置坐標(biāo)信息，計(jì)算出掩星事件發(fā)生時(shí)切點(diǎn)分別位于電離層E層和F層高度范圍內(nèi)時(shí)在地面投影的位置，其次篩選出落在香港區(qū)域且S4指數(shù)高于0.6的切點(diǎn)，最后分別畫(huà)出切點(diǎn)處的S4在香港區(qū)域隨時(shí)空變化的軌跡，從而完成進(jìn)一步研究分析。

1.3 GISM模型

國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線電通信委員會(huì)ITU-R采用的GISM模型是一種氣候/物理混合模型，其作為幅度和相位閃爍均可預(yù)測(cè)的通用模型，已被眾多學(xué)者研究，具有良好的適用性。文獻(xiàn)[12-13]研究表明，雖然GISM模型結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相比存在一定偏差，但在一定程度上能體現(xiàn)出中國(guó)低緯地區(qū)電離層閃爍的主要特征，也證明該模型在中國(guó)低緯地區(qū)具有很好的適用性。因此，在相同時(shí)間內(nèi)，結(jié)合GISM模型分別與COSMIC觀測(cè)到的電離層E/F層幅度閃爍結(jié)果相比較，從而進(jìn)一步探討GISM模型對(duì)電離層E/F層在香港區(qū)域閃爍的預(yù)測(cè)能力。

（3）稀漿混合料攤鋪：攤鋪前應(yīng)對(duì)路表進(jìn)行放樣劃線，確保攤鋪機(jī)沿路面標(biāo)線行駛。根據(jù)施工路幅寬度，調(diào)整好攤鋪機(jī)的攤鋪槽寬度。攤鋪車(chē)應(yīng)控制好施工起點(diǎn)位置，并在攤鋪車(chē)下方放置油毛氈，實(shí)現(xiàn)攤鋪槽與路面緊貼[3]。打開(kāi)各料門(mén)控制開(kāi)關(guān)，將礦料、乳液、水、集料、纖維按實(shí)驗(yàn)室配合比進(jìn)行配合。攤鋪車(chē)行進(jìn)過(guò)程中應(yīng)保持混合料的攤鋪量與輸出量基本一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 電離層E層閃爍影響

表1列出了30個(gè)月中COSMIC觀測(cè)到電離層E層在香港區(qū)域出現(xiàn)強(qiáng)閃爍的全部情況。表中“開(kāi)始時(shí)間”與“持續(xù)時(shí)間”為單個(gè)scnLv1文件記錄的時(shí)間，“最大高度”則為S4取最大值時(shí)，切點(diǎn)距離地面的空間高度。表1顯示COSMIC觀測(cè)到電離層E層強(qiáng)閃爍共出現(xiàn)12天，每天滿足條件的切點(diǎn)軌跡幾乎只有1條，約占研究總量270萬(wàn)條切點(diǎn)軌跡的二十萬(wàn)分之一，出現(xiàn)概率極低，且E層全天均有可能出現(xiàn)閃爍，但主要發(fā)生在白天（當(dāng)?shù)貢r(shí)（LT）=世界時(shí)（UT）+8 h），最大高度在95～122 km范圍內(nèi)，平均高度為105 km。

為進(jìn)一步研究E層閃爍對(duì)GPS TEC變化率的影響，分別以2012年8月7日和2016年4月13日為例進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖3所示。由于部分切點(diǎn)的完整軌跡持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，橫跨范圍廣，且不在研究的區(qū)域范圍內(nèi)，因此，在不影響研究效果的情況下，只選取落在定義的香港區(qū)域范圍內(nèi)的切點(diǎn)軌跡來(lái)表征COSMIC觀測(cè)到的強(qiáng)閃爍。

表1 COSMIC觀測(cè)到的香港E層強(qiáng)閃爍Tab.1 E-layer scintillation observed by COSMIC in Hong Kong

圖3（a）給出了2012年8月7日COSMIC觀測(cè)到的香港附近E層強(qiáng)閃爍及3個(gè)地面站觀測(cè)到的GPS衛(wèi)星IPP軌跡空間分布，圖3（b）給出了同一天COSMIC觀測(cè)的 S4指數(shù)隨時(shí)空變化的結(jié)果；圖 3（c）、圖 3（d）則為2016年4月13日相應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果。在圖3（a）、圖3（c）中，散點(diǎn)代表COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍時(shí)切點(diǎn)處S4指數(shù)的空間分布，色棒代表S4指數(shù)（0＜S4≤1），三角內(nèi)的數(shù)字 1、2、3 分別代表 HKSL、HKST、HKWS 這 3個(gè)站；從西向東的依次為3個(gè)站在相同的0.5 h內(nèi)觀測(cè)到同一可見(jiàn)星的IPP軌跡；箭頭方向表示軌跡運(yùn)動(dòng)方向；而在圖 3（b）、圖 3（d）中，實(shí)線、虛線則分別代表COSMIC觀測(cè)的S4指數(shù)隨時(shí)間和空間變化的趨勢(shì)。

圖 3（a）、圖 3（c）顯示，COSMIC 觀測(cè)到的 E 層強(qiáng)閃爍（S4＞0.6）出現(xiàn)在整條切點(diǎn)軌跡的中部位置，此時(shí)，3個(gè)地面站觀測(cè)到同一可見(jiàn)星的IPP軌跡也在其附近，且3條IPP軌跡幾乎平行，相鄰兩條軌跡間相差0.1個(gè)經(jīng)度左右，這可能與地面站的空間距離有關(guān)。圖3（b）、圖 3（d）給出了 COSMIC 觀測(cè)的 S4 指數(shù)隨時(shí)空變化的結(jié)果。其中，圖3（b）顯示2012年8月7日，電離層E層強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在4.64～4.655 UT（12.64～12.655 LT），為當(dāng)?shù)匕滋欤襍4取最大值時(shí)，切點(diǎn)高度約為95 km；圖3（d）顯示2016年4月13日，E層強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在 15.18～15.205 UT（23.18～23.205 LT），為當(dāng)?shù)匾归g，在15.197 UT左右時(shí)S4取到最大值，此時(shí)高度約為108 km。

表2給出了這兩天COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍發(fā)生的0.5 h內(nèi)，3個(gè)地面站觀測(cè)到GPS可見(jiàn)星IPP處的ROTI最大值，從表中可清晰看到，所有可見(jiàn)星ROTI最大值均未超過(guò)0.02 TECU/min，由此表明COSMIC觀測(cè)到電離層E層出現(xiàn)強(qiáng)閃爍時(shí)，3個(gè)地面站觀測(cè)所得的GPS TEC并未隨時(shí)間出現(xiàn)較大變化，因此GPS ROTI指數(shù)并不能體現(xiàn)E層的強(qiáng)閃爍現(xiàn)象。

圖3 COSMIC觀測(cè)的香港E層強(qiáng)閃爍及3個(gè)地面站觀測(cè)的GPS衛(wèi)星IPP軌跡空間分布、COSMIC觀測(cè)的S4指數(shù)隨時(shí)空變化結(jié)果Fig.3 E-layer strong scintillation observed by COSMIC over HongKong and IPP tracks of GPS satellites observed by three stations，temporal and spatial variations of S4 observed by COSMIC

表2 3個(gè)站觀測(cè)到相同可見(jiàn)星IPP處ROTI最大值Tab.2 Max ROTI along IPP tracks of visible satellites observed at three stations

2.2 電離層F層閃爍影響

表3給出了30個(gè)月中COSMIC觀測(cè)到電離層F層在香港附近出現(xiàn)強(qiáng)閃爍的全部情況，表中顯示F層強(qiáng)閃爍主要出現(xiàn)在當(dāng)?shù)匾归g，且最大高度在252～366 km范圍內(nèi)。

表3 COSMIC觀測(cè)到香港F層強(qiáng)閃爍Tab.3 F-layer strong scintillations observed by COSMIC in Hong Kong

為進(jìn)一步研究F層閃爍對(duì)GPS TEC變化率的影響，選擇2013年3月11日和2016年9月9日作為典例進(jìn)行詳細(xì)分析，如圖4所示。

圖4（a）給出了2013年3月11日COSMIC觀測(cè)到的香港附近F層強(qiáng)閃爍及地面站觀測(cè)的GPS衛(wèi)星IPP軌跡空間分布，圖4（b）給出了同一天COSMIC觀測(cè)的S4指數(shù)隨時(shí)空變化的觀測(cè)結(jié)果；圖4（c）、圖4（d）則為2016年9月9日相應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果。圖4（a）、圖4（c）顯示F層強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在整條切點(diǎn)軌跡的尾部位置，且由東南向西北方向移動(dòng)，此時(shí)，可見(jiàn)星的IPP軌跡也在其附近；圖4（b）、圖4（d）則分別給出了這兩天COSMIC觀測(cè)到閃爍發(fā)生時(shí)S4指數(shù)隨時(shí)空的變化；圖4（b）顯示F 層強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在 13.46～13.56 UT（21.46～21.56 LT），為當(dāng)?shù)匾归g，S4在13.56 UT附近時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)切點(diǎn)高度為375 km；而圖4（d）表明強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在13.76～13.81 UT（21.76～21.81 LT），也為當(dāng)?shù)匾归g，S4出現(xiàn)最大值時(shí)，切點(diǎn)高度為327 km。

圖4 COSMIC觀測(cè)的香港F層強(qiáng)閃爍及3個(gè)地面站觀測(cè)的GPS衛(wèi)星IPP軌跡空間分布，COSMIC觀測(cè)的S4指數(shù)隨時(shí)空變化結(jié)果Fig.4 F-layer strong scintillation observed by COSMIC over HongKongandIPPtracksofGPSsatellitesobservedbythreestations，temporal and spatial variations of S4 observed by COSMIC

圖5（a）、圖5（b）進(jìn)一步給出了2013年3月11日3個(gè)站觀測(cè)到PRN13衛(wèi)星相對(duì)TEC（ΔTEC）以及ROTI隨時(shí)間變化的結(jié)果，其中，ΔTEC通過(guò)式（4）計(jì)算得到；圖5（c）、圖5（d）則為 2016年 9月 9日 3個(gè)站觀測(cè)到PRN25衛(wèi)星相應(yīng)的觀測(cè)值。圖5中，、、依次為3個(gè)站相應(yīng)的觀測(cè)值；粗體點(diǎn)畫(huà)線則為各自COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍的時(shí)間。從圖5（a）、圖5（b）中不難看出，在COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍的0.5 h內(nèi)，3個(gè)站觀測(cè)所得PRN13衛(wèi)星的ΔTEC、ROTI均出現(xiàn)了較大波動(dòng)，但并未同步出現(xiàn)，究其原因可能與測(cè)站間的地理位置以及夜間不規(guī)則結(jié)構(gòu)沿緯圈東向漂移有關(guān)[14-15]。圖5（c）、圖5（d）中掩星觀測(cè)到強(qiáng)閃爍的時(shí)間為13.8 UT，而3個(gè)站觀測(cè)所得PRN25衛(wèi)星的ΔTEC、ROTI出現(xiàn)較大波動(dòng)的時(shí)間早于13.8 UT，由此表明電離層閃爍可能在掩星觀測(cè)到之前就已存在，而COSMIC S4數(shù)據(jù)則可作為驗(yàn)證閃爍出現(xiàn)的證據(jù)。此外，由于PRN13、PRN25衛(wèi)星仰角在各自0.5 h內(nèi)始終高于30°，故可排除多徑干擾的影響。綜上，GPS ROTI可相對(duì)表征電離層F層閃爍的強(qiáng)弱。

圖5 3個(gè)地面站觀測(cè)到的可見(jiàn)星相對(duì)TEC、ROTI隨時(shí)間變化Fig.5 Relative TEC change and ROTI of visible GPS satellites at three stations over time

2.3 GISM模型預(yù)測(cè)

針對(duì)2.1、2.2節(jié)中所涉及的電離層E/F層發(fā)生強(qiáng)閃爍的情況，圖6給出了距離COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍空間位置最接近的可見(jiàn)星GISM模型的S4預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果。其中，圖6（a）為2016年4月13日電離層 E 層結(jié)果；圖 6（b）、圖 6（c）則分別為 2013年3月11日與2016年9月9日電離層F層結(jié)果。注意，2012年8月7日COSMIC觀測(cè)到E層強(qiáng)閃爍出現(xiàn)在當(dāng)?shù)匕滋?，在運(yùn)行GISM模型后發(fā)現(xiàn)S4預(yù)測(cè)結(jié)果均為0，并未在圖6中顯示。

圖6 COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍發(fā)生的較短時(shí)間內(nèi)GISM模型預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果Fig.6 Comparison between predicted and observed data of GISM when strong scintillation observed by COSMIC within short time

圖6 （a）給出了2016年4月13日COSMIC觀測(cè)到E層夜間出現(xiàn)強(qiáng)閃爍時(shí)，PRN28衛(wèi)星的S4預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果，在15.195 UT（23.195 LT）時(shí)，其預(yù)測(cè)所得的 S4 值約為 0.61。同樣，圖 6（b）和圖 6（c）則分別給出了2013年3月11日與2016年9月9日COSMIC觀測(cè)到F層夜間出現(xiàn)強(qiáng)閃爍時(shí)，PRN11衛(wèi)星和PRN25衛(wèi)星預(yù)測(cè)所得S4值分別約為0.62和0.6。

經(jīng)分析，COSMIC觀測(cè)到香港地區(qū)電離層E/F層夜間發(fā)生強(qiáng)閃爍時(shí)，GISM模型也能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，且距離COSMIC觀測(cè)到強(qiáng)閃爍空間位置最接近的可見(jiàn)星的S4預(yù)測(cè)值≥0.6，但對(duì)于白天發(fā)生的閃爍模型預(yù)測(cè)S4結(jié)果均為0。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，GISM模型設(shè)計(jì)之初用于地面單點(diǎn)觀測(cè)，且其對(duì)高度并不敏感，導(dǎo)致模型預(yù)測(cè)結(jié)果中對(duì)電離層E/F層閃爍并未區(qū)分。

3 結(jié)語(yǔ)

電離層閃爍是一種能夠引起穿越其中的無(wú)線電信號(hào)幅度、相位和偏振方向發(fā)生快速隨機(jī)起伏變化的現(xiàn)象，可出現(xiàn)在電離層E層及F層中，且E層閃爍出現(xiàn)的概率往往不少于F層[16]。但是，目前借助GPS觀測(cè)值研究電離層閃爍時(shí)，并沒(méi)有區(qū)分不同電離層高度層閃爍的影響，因此通過(guò)直接借助COSMIC觀測(cè)所得電離層閃爍數(shù)據(jù)，并結(jié)合中國(guó)香港地區(qū)的高速率GPS雙頻大地測(cè)量數(shù)據(jù)，研究電離層E/F層閃爍對(duì)地面站GPS ROTI的不同影響。主要得到以下結(jié)論。

1）電離層E層全天均有可能出現(xiàn)閃爍，但主要發(fā)生在白天，而且GPS ROTI并未出現(xiàn)較大波動(dòng)（ROTI≈0.02 TECU/min）。

2）電離層F層閃爍主要發(fā)生在當(dāng)?shù)匾归g，COSMIC觀測(cè)到300 km左右高度的F層強(qiáng)閃爍（S4＞0.6）時(shí)，地面站也觀測(cè)到GPS TEC出現(xiàn)了較大的時(shí)間變化（ROTI≥2TECU/min），說(shuō)明 GPS ROTI可以相對(duì)表征電離層F層閃爍的強(qiáng)弱。

3）GISM模型能夠預(yù)測(cè)香港區(qū)域電離層夜間發(fā)生的強(qiáng)閃爍（預(yù)測(cè)值S4≥0.6），但對(duì)于白天閃爍，模型S4預(yù)測(cè)結(jié)果均為0，此外，GISM模型預(yù)測(cè)結(jié)果中也不能區(qū)分閃爍是發(fā)生在E層還是F層。

綜上研究與分析，COSMIC能夠觀測(cè)到香港區(qū)域電離層E/F層發(fā)生的強(qiáng)閃爍，其中，E層全天均有可能發(fā)生閃爍，但主要發(fā)生在白天，而F層閃爍主要發(fā)生在夜間；GPS ROTI并不能表征電離層E層的閃爍強(qiáng)度，但在F層尤其在300 km左右高度發(fā)生的強(qiáng)閃爍，GPS ROTI則可以相對(duì)表征電離層F層閃爍的強(qiáng)弱；GISM模型能夠預(yù)測(cè)香港地區(qū)電離層夜間發(fā)生的強(qiáng)閃爍，但對(duì)于白天閃爍，模型S4的預(yù)測(cè)結(jié)果均為0，此外，模型預(yù)測(cè)結(jié)果中對(duì)電離層E/F層閃爍并無(wú)區(qū)分。