foF2(NmF2,NmF2 = 1.24ⅹ1010ⅹfoF2)是描述電離層F2層最為關(guān)鍵的參量。地面觀測和天基探測都為foF2的研究提供了大量的信息:自20年代以來,地面探測(例如,測高儀)就為電離層NmF2的研究提供全天覆蓋的NmF2數(shù)據(jù),地面觀測可靠且精度高,且隨著時間的推移,全球已建立200多個觀測臺站;衛(wèi)星觀測(例如COSMIC和CHAMP)也為NmF2的全球分布做出了重要貢獻(xiàn),可提供高精度的時空分布。但這兩種觀測手段都存在一定的局限性,地面觀測的臺站分布不均勻,無法給出詳細(xì)的經(jīng)緯度分布;衛(wèi)星觀測在給定位置的當(dāng)?shù)貢r覆蓋通常需要2個月的數(shù)據(jù)來給出。
為了解決這兩種問題,我室博士后余優(yōu)等人試圖利用foF2和TEC的良好的線性相關(guān)性,和TEC的高精度、高時空分辨率和全覆蓋的特點,基于典型相關(guān)分析方法(CCA)分別建立單站模式和全球模式,給出各臺站NmF2的連續(xù)分布和全球范圍內(nèi)與TEC具有相同時間分辨率的NmF2的時空分布(全球NmF2地圖, NmF2-GIMs)。結(jié)果表明:
(1) 單站模式。CCA中的統(tǒng)計本征模——CCA基函數(shù)和對應(yīng)的CCA幅度具有較明確的物理意義,表征了TEC和NmF2的短期變化(周日變化)和長期變化(太陽活動依賴性、年變化、半年變化以及季節(jié)變化等)。將CCA模式值和觀測值及國際參考電離層(IRI)的結(jié)果進行比較,結(jié)果表明,基于CCA的映射算法收斂速度快,精度略高于IRI結(jié)果。該模式的意義在于,可以利用連續(xù)TEC的觀測驅(qū)動合理地填補單站NmF2的觀測缺失值,得到單站NmF2的連續(xù)變化。
(2) 全球模式。NmF2-GIMs具有與TEC-GIMs相同的時空分辨率。NmF2-GIMs與IRI-07所得結(jié)果大小相當(dāng),主要結(jié)構(gòu)一致。由模式值和觀測值對比可以發(fā)現(xiàn),NmF2-GIMs很好地重現(xiàn)了全球測高儀臺站(57個長期觀測的臺站)的NmF2的變化特性;與IRI-07的預(yù)測值相比,NmF2-GIMs精度略高。該模式的意義在于,可以利用高時空分辨率的TEC-GIMs驅(qū)動預(yù)測同時空分辨率的NmF2-GIMs,獲得觀測上無法得到的NmF2全球分布(如圖1)。

圖1. 2000年3月(第一行)、6月(第二行)、9月(第三行)和12月(第四行)14:00 LT JPL全球電離層TEC地圖(左列)、CCA構(gòu)建的NmF2地圖(第二列)和IRI07模式結(jié)果。
該成果發(fā)表近期發(fā)表于國際空間科學(xué)期刊Space Weather(Yu, Y., W. Wan, B. Zhao, Y. Chen, B. Xiong, L. Liu, J. Liu, Z. Ren, and M. Li (2013), Modeling the global NmF2 from the GNSS-derived TEC-GIMs, Space Weather, 11, doi:10.1002/swe.20052.).