2014, Vol. 57
2. 中国科学院空间天气学国家重点实验室, 北京 100190;
3. 中国科学院地质与地球物理研究所, 中国科学院地球与行星物理重点实验室, 北京 100029;
4. 地壳运动监测工程研究中心, 北京 100036;
5. 中国科学院大学, 北京 100049
, WAN Wei-Xing3, NING Bai-Qi3, HU Lian-Huan3,5, DING Feng3, ZHAO Bi-Qiang3, LI Jian-Yong4
2. State Key Laboratory of Space Weather, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;
3. Key Laboratory of Earth and Planetary Physics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
4. National Earthquake Infrastructure Service, Beijing 100036, China;
5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
1 引言
电离层是人类空间活动最重要的区域之一，它是在太阳X射线、EUV等辐射作用下，离地面约60~1000 km高度上地球中性大气被部分电离而形成的区域.在这一区域除了中性大气外，还存在着大量的、能显著影响无线电波传播的自由电子和离子，整个区域宏观上呈现电中性.电离层是近地大气与外层空间连接的纽带，下与中高层大气相连，上与磁层相接，是整个日地空间中承上启下的重要部分和关键环节.作为描述电离层结构、状态和变化的电离层总电子含量(TEC)一直是空间物理学界关注的最重要的参量之一.早在1959年，Altchison和Weeks在假设电离层折射指数各向同性、电离层球面分层以及忽略地磁场影响的条件下，首次求出了电离层TEC.随着1973年美国国防部批准研制GPS，到1978年第一颗GPS卫星发射升空，为高效率的电离层TEC的探测提供了可能.尽管GPS是作为一个功能强大的卫星定位导航系统设计研制的，但作为副产品的GPS-TEC在电离层研究中的应用，一直受到空间物理学家的青睐.随着全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展，GNSS卫星因其覆盖面广，观测实时性强，时空分辨率好，测量精度高，以及不受天气影响等优点，在当前电离层气候与电离层天气诸方面均得到了广泛的应用.
国内外诸多学者利用GNSS卫星观测数据反演的TEC参量，对电离层进行了广泛的研究(Ma and Maruyama， 2006)，其主要研究内容包括：电离层的周日、逐日变化，年度变化以及长期变化(Yu et al., 2004; Yue et al., 2007)；电离层的异常现象，例如，年异常、半年异常、季节异常和赤道异常等(Millward et al., 1996; Liu et al., 2004; Mansilla et al., 2005; Liu et al., 2006)；电离层TEC对太阳耀斑、日食、台风和地震等的响应(Afraimovich，2000; Zhang et al., 2011; Xiong et al., 2014; Le et al., 2010;Zhao et al., 2008)；磁暴期间的电离层形态、电离层的大尺度行扰、电离层不规则结构的 运动和演化等(Liu et al., 2010; Wang et al., 2007; Ding et al., 2012; Pi et al., 1997; Li et al., 2009)； 另外，在电离层TEC地图、监测和预报 等方面也开展了大量的研究工作(Juan et al., 1997; Ping et al., 2002; Wielgosz et al., 2003; Meggs et al., 2004; 万卫星等，2007).因此，通过GNSS观测数据准确反演获得的电离层TEC参量，在科学研究和工程应用上都有着重要的意义.随着北斗卫星导航系统的不断发展和完善，中国地区的GNSS用户在同一个时刻，可以接收到超过30颗GNSS卫星的信号，这极大地增强和丰富中国地区电离层研究的观测资料. 同时，随着具有北斗接收功能的多系统GNSS观测站的广泛建设，将为我国进一步开展电离层空间天气的预警和预报工作奠定坚实的观测基础，并将在电离层气候学研究和卫星定位导航电波修正等方面发挥重要的作用. 因此，本文的主要目的是针 对增加了北斗系统的GNSS三系统(BDS、GLONASS和GPS)在电离层研究中的应用和特点进行初步的探索，为下一步大范围开展GNSS三系统的电离层探测研究打下一定的基础.
2 基于GNSS三系统的电离层TEC反演 2.1 伪距TEC的计算伪距测量的观测方程可表示为
载波相位测量的观测方程可表示为
伪距观测量的精度相对较差，但其绝对值结果可靠性高；载波相位观测量相对精度很高，但载波信号是一种周期性的信号，其相位测量只能测定不足一个波长部分，存在着整周数不确定性的问题，因此，其观测量只能反映相对变化情况.为了充分利用伪距测量的高可靠性和载波相位观测的高精度，可将它们进行有效的组合，形成载波相位平滑伪距的组合观测，获取高精度的电离层斜TEC.在载波相位平滑伪距的过程中，平滑值采用在一次卫星连续过顶弧内，为各观测点的伪距观测量与载波相位观测量之差的算术平均值，因此，在连续N次历元观 测中第i次观测的斜TEC(TECS)，具体表达式如下：
斜TEC是电子密度沿各卫星信号传播路径上的积分，为了便于分析全球TEC的分布以及形态变化，需把斜TEC转化成垂直TEC(TECV).从公式(8)中可以看出，在斜向TEC中包含着卫星和接收机在两个频率上差分的硬件延迟项，在转换成垂直TEC之前，需将该硬件延迟项的影响消除.目前，同时解决卫星和接收机硬件延迟的方法主要有以下两种方法(张东和和萧佐，2000)，一种是把卫星和接收机的硬件误差作为未知的两个常数，利用最小二乘法对多颗卫星和多个站的观测数据联合进行求解，获得卫星和接收机的硬件延迟值；另外一种方法是利用GNSS卫星的观测量，通过特定的电离层模型求出卫星与接收机硬件延迟.在本文中，主要是通过GNSS的观测量，结合美国加利福尼亚喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)提供的全球电离层地图，对比高仰角时刻GNSS的观测量与JPL全球电离层地图对应时刻和位置的TEC，求解出卫星和接收机硬件延迟偏差，从而计算出真实的电离层斜TEC.同时，在转换垂直TEC的过程中，我们将电离层的带电粒子看成集中在与地球同心的薄层中，此薄层位于F层的峰值电子密度区域，其离地高度随昼夜、地理位置、太阳活动等因素变化，典型取值为350~480 km(Hernández-Pajares et al., 2011； Xiong et al., 2014).斜TEC转垂直TEC的公式具体如下：
 | 图 1 GNSS三系统电离层TEC反演流程图 Fig. 1 -process diagram of ionosphere TEC inversion based on GNSS |
根据电离层观测的需要，结合目前国内外开发的比较成熟的具有北斗功能的GNSS三系统芯片，中科院地质与地球物理研究所基于NovAtel OEM628板卡和威强工控板集成了一款功耗低(20 W)、自动化程度高、操作简便和性价比高的BG2接收机.该款接收机实现了数据采集、传输和处理的全程自动化；在数据采集方面具有稳定性强、交互性好的特点；在数据传输方面具有设置简单、传输稳定的优点；在数据处理方面具有准实时读取北斗、GLONASS和GPS的观测数据，并反演出基于GNSS三系统观测的电离层TEC等参量的功能.图 2中给出了BG2接收机和相应的数据采集、传输与处理的工作状态图.目前该款接收机已经在北京设置了4个观测点，分别位于中科院地质与地球物理研究所，中科院光电研究院，中科院高能物理研究所和中科院地质与地球物理研究所十三陵台站，形成了一个短基线观测阵.同时，BG2接收机也被设置到中科院地质与地球物理研究所的三亚台站，用于电离层闪烁的观测.
 | 图 2 BG2接收机(a)和数据采集(b)、传输(c)与处理(d)的工作状态图 Fig. 2 State diagram of BG2(a)receiver，(b)data collection，(c)transmission and (d)processing |
本文中采用的数据主要由中科院地质与地球物理研究所的BG2接收机在国内5个观测站采集的数据和中国大陆构造环境监测网络提供236个GNSS台站的数据(包含5个带有北斗功能的接收站)，其采样周期为30 s(李强等，2012).图 3给出了所有接收机在2013年12月10日12时接收到的GNSS三系统卫星在电离层高度上的分布图.目前，由于具有北斗卫星接收功能的观测站相对较少(10个接收站)，因此，大部分站接收的北斗卫星的分布图是通过仿真结果获得.从图 3中可以看出，如果中国大陆构造环境监测网络所有台站都具备了GNSS三系统卫星的观测能力，其某一时刻的观测数据基本上能覆盖中国地区的电离层.同时，从图 3中可以看出，GNSS三系统卫星的观测点分布具有明显的差异：GPS偏重于全球分布，GLONASS更偏重于覆盖中高纬地区，为更好地满足俄罗斯的定位精度需求；北斗系统目前更多地分布在中低纬地区，北斗卫星系统的分布为位于中低纬地区的中国电离层研究提供了有利的条件.对比图 3中北斗、GLONASS和GPS卫星观测的分布可以发现，三系统卫星较单系统GPS卫星在观测点的分布上具有明显的优势，三系统卫星的观测更有利于电离层TEC的监测和电离层TEC地图的构建.
 | 图 3 接收机在2013年12月10日12 ∶ 00LT观测的GPS、GLONASS和北斗卫星穿透点的分布图 Fig. 3 Distribution of the intersection points between the ionospheric shell and the line from satellite to receiver over China at 12 ∶ 00 LT on 10 December 2013 |
利用GNSS三系统的观测数据反演的电离层TEC的主要研究内容集中于以下四个方面.
4.1 电离层周日变化、逐日变化和TEC地图图 4给出了2014年5月1日至7日期间，北京地区BG2接收机通过GPS和北斗地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星获取的电 离层垂直TEC的分布.从图中可以清晰看出，北京地区电离层TEC具有明显的周日和逐日变化.电离层TEC的变化主要受光化学过程的控制，而光化学过程随太阳天顶角变化，太阳天顶角呈现出以天为周期的波动，因此，电离层TEC具有明显的周日变化规律(Mao et al., 2008).由于电离层的延迟效应，TEC的最大值一般出现在正午过后的14LT时左右，最小值一般出现在04LT时左右，图 4中不同北斗GEO卫星观测的TEC分布都证实了这一点.同时，从图中还可以看出在TEC的周日变化中，还存在日出增强和日落增强的现象.在日出时段，随着太阳辐射的增加，电离层TEC随之也出现了一个快速增加的过程.日落增强则主要是由于赤道地区日落时的东向电场的突然增强使得电子产生很大的向上漂移，导致赤道区F层快速抬升并沿磁力线水平输运，这样，赤道地区的TEC迅速降低，电子沿着磁力线输运到中低纬地区，导致中低纬地区电离层TEC的增强.另外，在周日变化中上午与午后TEC极大值之间以及极大值和黄昏之间会有一个次极小 出现，称之为bite-out现象(Huang and Jeng， 1978). 从图 4中可以看出，5月2日02UT时(10LT时)左右，4颗GEO卫星观测的电离层TEC都出现了一个次极小值.电离层TEC除了有规律性的重复出现的周日变化外，TEC还存在着很强的逐日变化性.从图 4中可以发现，在5月1日至7日期间每颗GEO卫星每天观测的TEC，虽然其周日变化趋势相同，但每天TEC的峰值和峰值附近TEC的变化率都存在明显的差异.引起TEC逐日变化的因素主要有太阳辐射、地磁活动和低层大气；其中，低层大气对TEC逐日变化在定量上的贡献，目前还不是十分清楚.从图 4中GPS和北斗GEO卫星观测的TEC分布我们还可以看出，中国地区单站对某一颗GPS卫星的观测在一天中有中断，而对北斗GEO卫星的观测十分连续，并且在电离层TEC周日和逐日变化上，北斗GEO观测结果相对于GPS卫星的观测更加清晰.因此，拥有北斗卫星的三系统较GPS卫星的单系统在电离层TEC周日和逐日变化研究上有较明显的优势.
 | 图 4 2014年5月1—7日BG2接收机在北京地区通过GPS和北斗GEO卫星获取的电离层垂直TEC的分布 Fig. 4 Distribution of the vertical TEC derived by the data of GPS and Beidou GEO satellites observed by BG2 receiver at Beijing during May 1—7th 2014 |
根据全球或局域GNSS跟踪站观测的电离层TEC，按一定的模型如球谐函数模型、球冠谐函数模型、三角级数模型、多项式模型等，可获得全球或局域电离层TEC的分布.目前国际上主要是在国际全球导航卫星系统服务中心(International GNSS Service，IGS)主持下，由美国加利福尼亚喷气动力实验室，瑞士伯尔尼的欧洲定轨中心，加拿大渥太华资源、矿山与能源中心，德国达姆施塔特的欧洲空间局以及西班牙卡塔卢尼亚理工大学等机构利用IGS的全球GNSS观测站的数据，结合各自不同算法，建立起了准实时的全球电离层TEC地图(Global Ionosphere Map，GIM)，监测全球范围内TEC的变化(李强等，2012).同时，越来越多区域性GNSS观测站，构建适合自己国家或地区的局域电离层地图(Regional Ionosphere Map，RIM).中科院地质与地球物理研究所利用经验正交函数方法，结合准实时的GNSS观测数据，建立了首个覆盖我国全境的电离层TEC现报系统(万卫星等，2007).在此基础上，将多种插值方法如三角网格插值、Kriging插值等应用到电离层TEC地图的研究中(Mao et al., 2008).图 5给出了利用中科院地质与地球物理研究所和中国大陆构造环境监测网络GNSS观测数据获得的中国地区电离层TEC地图.图中分别给出了穿透点处的TEC，Kriging插值的TEC以及观测数据驱动统计本征模算法的TEC分布.从三幅子图中可以看出，TEC整体分布比较一致，在地理纬度20°左右都明显的存在一个峰值区(赤道异常区)，都能较好地反映中国地区电离层TEC的分布.准确的电离层TEC地图的建立，在研究电离层暴、电离层行进式扰动(Traveling Ionospheric Disturbances，TID)等对时空分辨率要求较高的电离层扰动现象方面具有重要意义.
 | 图 5 2014年2月22日12 ∶ 30 UT中国地区电离层TEC的分布图 (a)穿透点处的TEC地图；(b)Kriging插值的TEC地图；(c)观测数据驱动统计本征模算法的TEC地图. Fig. 5 TEC distribution of ionosphere over China at 12 ∶ 30 UT on 22 February 2014 (a)TEC map of ionospheric penetration points;(b)TEC map by Kriging interpolation; (c)TEC map derived by empirical orthogonal function analysis. |
TID是电离层F层中重要的大气波动过程之一，它是电离层对声重力波的响应.TID的传播规律主要受大气重力波的支配，其频率、波长和传播的相速度都与激发它的重力波相同.在电离层TID的研究中，GNSS由于具有低成本、高时空分辨率，全球覆盖等特点一直是TID探测的重要方式.国内外学者主要通过GNSS密集台站建立二维TEC地图分析不同尺度TID的传播特征和触发机制(Ding et al., 2012).同时，部分学者基于短基线GNSS接收阵的数据，研究了电离层TID的扰动周期和传播速度等参量的分布特征(万卫星等，1998).基于北京地区BG2接收机组成的短基线接收阵(中科院光电研究院(BJOE)、中科院地质与地球物理研究所(BJGG)和中科院高能物理研究所(BGHE)组成的 短基线接收阵分布如图 6所示)，我们分析了2014 年5月4日期间的一次TID事件.图 6给出了5月4日00 ∶ 00—04 ∶ 00 UT期间北斗1号GEO卫星在北京3个台站观测到的经过滤波后电离层TEC扰动分布，为了便于分析3个站的扰动时序，我们在BJOE和BJGG的TEC扰动时序上分别增加和减去了0.2 TECU(1TECU=1016el/m2).从图中可以看出，扰动的峰值最大可达0.56 TECU；同时，不同站的扰动时序存在明显的时延，这表明扰动以一定的速度传播.基于3个台站的扰动时序数据，结合最大熵动态互谱方法，我们计算出了TID在这段时间的扰动周期、水平相速度和传播的方位角(以正北为0°，顺时针为正)，如图 7所示.从图 7的下图可以看出，在01 ∶ 40—02 ∶ 10 UT期间电离层TID传播的方位角位于280°附近，保持相对稳定，几乎没有变化，这表明此段时间内的TID传播方向为西北方向；另外，TID传播的周期在30 min左右，相速度位于125~230 m·s-1.根据以上分析结果可以看出，此次扰动是一次发生在夏季日出后的中尺度TID.以往的研究表明，日出时日夜交替线激发的中尺度TID主要是由于低层大气受太阳辐射加热膨胀，温度、压力和浓度产生一定的梯度，诱发重力波从低层大气上传到已受太阳辐射的电离层F层高度，从而引起TID(Wang et al., 2007).
 | 图 6 滤波后三个站的TEC扰动时序 Fig. 6 TEC curves of ionospheric disturbances observed by three receivers |
 | 图 7 由短基线GNSS阵观测到的电离层TID的周期(上)、水平相速度(中)和传播的方位角(下) Fig. 7 The period(top)，horizontal phase velocity(middle) and propagation azimuth(bottom)of ionospheric disturbances deduced from the observation of short baseline GNSS array |
电离层闪烁是指当电波穿越电离层时，由于电离层结构的不均匀性和随机时变性，造成信号的振幅、相位、到达角等特性短周期变化，形成电离层闪烁(熊波等，2007).电离层闪烁与工作频率、地理位置、太阳活动情况、季节和地方时等有关.在频率上，从10 MHz到6 GHz都能观测到电离层闪烁现象，3 GHz频率以下，电离层闪烁是最为严重的电离层现象.在纬度方面主要发生在低纬和高纬地区.在季节方面，电离层闪烁主要发生在春秋分前后，而每一次闪烁其持续时间可为30 min到数小时.在地方时上，发生的时间通常在日落后(18 ∶ 00 LT)至深夜(24 ∶ 00 LT).引起电离层闪烁的不规则结构尺度从几十厘米到上千公里，各种形式的电离层不规则结构会对无线电信号的传播产生扰动和衰落，造成信息失真；因此，研究电离层不规则结构的分布对电波传播具有重要的现实意义.
在GNSS中，电离层幅度闪烁可以造成数据丢失和跳周，相位闪烁则会引起信号的多普勒频移，从而可能超出锁相环的带宽而导致相位失锁.衡量闪烁强度最重要的指数有幅度闪烁指数S4，相位闪烁 指数δφ和基于TEC观测提出的TEC时间变化率标准差的ROTI指数(Aarons et al., 1996; Pi et al., 1997；Xu et al., 2007).基于中国地区GNSS三系统的观测数据，我们利用ROTI指数初步分析了电离层大尺度不规则结构的变化.图 8给出了中国大陆构造环境监测网络MMNS站北斗卫星在2014年2月26日电离层闪烁期间观测的ROTI指数.从图中可以看出了13 ∶ 00 UT左右电离层不规则体在中国的东部出现，随后逐渐在西部产生，ROTI在闪烁期间最大达到了2.7，并且不规则体引起的电离层闪烁造成北斗1号卫星信号失锁长达174 min.同时，利用中科院地质与地球物理研究所和中国大陆构造环境监测网络的GNSS观测数据，在图 9中给出了中国地区电离层ROTI指数的分布.图 9详细给出了不同强度的ROTI指数(青色：ROTI 0—0.1；绿色：ROTI 0.1—0.3；蓝色：ROTI 0.3—0.5；红色：ROTI 0.5—1；黑色：ROTI≥1)在不规则体结构产生前(11 ∶ 00—12 ∶ 00 UT)、中(12 ∶ 00—14 ∶ 00 UT)和后(22 ∶ 00—23 ∶ 00 UT)的分布.从图 9中可以看出ROTI大于0.3的闪烁主要出现在90°E—130°E和10°N—30°N之间，并且不规则体产生的位置与图 8中北斗GEO卫星观测的结果一致.综合图 8和图 9的观测结果可以看出，此次不规则体主要是F区不规则体，发生在春季的20 ∶ 00 LT到午夜前后，其主要由顶部等离子体泡受广义的Rayleigh Taylor不稳定性激发演化形成的(Li et al., 2011).
 | 图 8 中国大陆构造环境监测网络MMNS站北斗卫星在2014年2月26日期间观测的ROTI指数 Fig. 8 ROTI index distribution observed by the receiver at MMNS station of Crustal Movement Observation Network of China based on BDS on 26 February 2014 |
 | 图 9 2014年2月26日期间中国地区电离层ROTI指数的分布(单位：TECU/min) Fig. 9 ROTI index distribution observed by the GNSS receivers over China on 26 February 2014(unit: TECU/min) |
太阳耀斑是发生在太阳上剧烈的扰动之一，在几分钟到几小时之内向外空间喷发大量的能量；同时，耀斑期间太阳X射线和EUV辐射显著增加，造成电离层突然骚扰.这些突然扰动一般会以短波衰减、宇宙噪声突然吸收、突然相位异常、总电子浓度含量突然增强(Sudden Increase in Total Electron Content，SITEC)等现象被观测到(Xiong et al., 2011).由于GNSS卫星观测具有高时空分辨率的特点，其系统已成为监测和研究太阳耀斑期间电离层扰动的一个重要工具.图 10a给出了2014年2月 25日X4.9级太阳耀斑期间GOES卫星观测的0.1~0.8 nm和0.05~0.4 nm的辐射通量的变化，此次耀斑开始于00 ∶ 39 UT，在00 ∶ 49 UT达到峰值，结 束于01 ∶ 03 UT，耀斑位于太阳日面的边缘(12°S，82°E).图 10b给出了位于北京的中科院地质与地球物理研究所BG2接收机在耀斑期间所有北斗卫星观测的电离层TEC随时间的变化.从图中可以看 出，所有北斗卫星都监测到了太阳耀斑事件的发 生，并且耀斑事件引起TEC变化率从耀斑前的 0.2 TECU/min左右，增加到耀斑期间的0.8 TECU/min 左右.
 | 图 10 2014年2月25日X4.9级耀斑期间GEOS卫星观测的X射线通量的变化(a) 和北京地区单站北斗卫星观测的TEC变化率(b) Fig. 10 Temporal variation of the X-ray flux measured by GOES satellite during the X4.9 class flare on 25 February 2014(a); Variation rate of TEC observed by the receiver at Beijing based on BDS during the flare(b) |
同时，我们利用中科院地质与地球物理研究所和中国大陆构造环境监测网络的241个GNSS观测站的数据，分析了耀斑峰值时刻(00 ∶ 49 UT)TEC相对于耀斑前(00 ∶ 30 UT)的变化，如图 11所示.从图中可看出，耀斑峰值时刻中国地区位于天顶角50°~100°的范围内，TEC的增加随天顶角的增加而减弱(Wan et al., 2005)；在相同太阳天顶角的情况下(天顶角60°~80°范围内)，低纬地区TEC的绝对增加明显大于中纬地区，在低纬地区TEC的增加主要为5 TECU左右，而中纬地区为3 TECU左右，增幅的差异主要与背景TEC的大小有关.基于图 10和图 11显示的结果可以看出，增加了北斗系统观测卫星的GNSS不仅增加了电离层TEC的覆盖范围，而且可以为监测和研究太阳耀斑的电离层效应提供更准确、更精细的数据支持.
 | 图 11 2014年2月25日X4.9级耀斑期间中国地区电离层TEC的变化 Fig. 11 Temporal variation of TEC during the X4.9 class flare on 25 February 2014 over China |
利用GNSS三系统的观测数据对电离层周日变化、逐日变化，TEC地图、行进式扰动、不规则体结构和电离层的太阳耀斑响应等方面进行了初步的研究，其主要分析结果如下：
(1)基于GNSS三系统获取的电离层TEC能 清晰地反映周日变化中的日出、日落增强和bite-out现象，以及逐日变化特征；同时，利用两种不同算法建立的中国地区电离层TEC地图与穿透点处的TEC地图比较一致，并且都能较好地反映中国地区电离层的分布特征.
(2)利用GNSS三系统中北斗GEO卫星短基线观测阵的数据，结合最大熵动态分析方法，对2014年5月4日的一次中尺度TID事件进行了分析，分析发现TID的传播方向为西北方向，水平相速度为200 m·s-1左右，传播周期为30 min左右.
(3)利用中国地区GNSS观测数据获取的ROTI指数对2014年2月26日期间的闪烁事件进行了分析，研究表明在13 ∶ 00 UT左右电离层不规则体在中国的东部出现，随后逐渐在西部产生，ROTI在闪烁期间最大达到了2.7，并且不规则体引起的电离层闪烁造成北斗1号卫星信号失锁长达174 min.
(4)基于中科院地质与地球物理研究所和中国大陆构造环境监测网络的241个GNSS观测站的数据分析了2014年2月25日X4.9级太阳耀斑期间电离层TEC的响应.分析结果表明：耀斑峰值时刻中国地区位于天顶角50°~100°的范围内，TEC的增加随天顶角的增加而减弱；在相同太阳天顶角的情况下，低纬地区TEC的绝对增加明显大于中纬地区，在低纬地区TEC的增加主要为5 TECU左右，而中纬地区为3 TECU左右.
通过以上的初步研究表明：基于GNSS三系统较GPS单系统在电离层研究方面具有以下几方面的优势.首先，增加了北斗卫星的GNSS三系统在中国中低纬地区的观测数据成倍增加，使得该区域电离层研究在时空分辨率上较其他区域具有明显的优势；其次，利用北斗GEO卫星获取的电离层TEC与GPS相比，能更清晰和完整地显示电离层TEC的周日变化、逐日变化和扰动；同时，由于北斗GEO卫星与动态GPS卫星相比，其卫星速度几乎保持不变，因此，基于北斗GEO卫星观测提取的电离层TID传播方向和速度参量，与GPS卫星相比更准确；最后，增加了北斗卫星的GNSS三系统的观测数据将极大提高中国地区电离层TEC地图的时空分辨率和精度.
综上所述，随着具有北斗接收功能的多系统GNSS观测站的广泛建设，将为我国电离层空间天气监测工作打下坚实的基础；同时，也将在电离层与低层大气耦合、中国电离层区域特性等科学问题研究方面，以及中国地区高精度电离层TEC地图和导航电波修正等方面发挥重要的作用.
致谢 感谢中国科学院光电研究院、中国科学院高能物理研究所对短基线观测阵提供的协助与支持.
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