电离层预测

[外文]：ionospheric prediction

根据电离层特性参量随时间和空间的变化规律，对正常状态下的电离层的特性参量值作出的预先推断。

20世纪40年代初期，由于迫切需要改善短波通信的质量，开始研究适宜工作频率的选择方法。40年代中期，一些国家出版了预测电离层特性参量的电离层预测图。我国于40年代后期也出版了《短波无线电信应用频率之预测》。随着电离层垂直探测站的增加，电离层特性数据的大量积累，对电离层物理特性的深入研究以及计算机技术的发展，电离层预测方法不断得到改进，预测精度不断提高。由电离层预测给出的随时空变化的电离层特性参量，通信、广播部门可以求得所需的电波传播的路径，及在路径上可能使用的较高频率和较低频率、接收场强等。在电离层物理及电波传播研究中也常用到电离层预测。空间科学技术及通信的发展将对电离层预测不断提出更高的要求。

通常预测的电离层参量有：f0F1 (F1层的临界频率)、f0F2（F2层的临界频率）、f0E（E层的临界频率）、f0Es（Es层的极限频率）、fbEs（Es层的遮蔽频率）、h′F（F层的较低虚高）、h′F2(F2层的较低虚高)和M(3000) F2（F2层3000公里传输因子，即传输距离为3000公里时，F2层可以传播的较高频率与 F2层临界频率的比值）等。这些参量随地理位置、周日、季节、太阳活动11年周期等因素而有规律地变化（见电离层形态）。由于电离层的变化规律主要受太阳活动所控制，所以某地、某月份、某一小时的电离层特性参量，与历年相应月份表示太阳活动周期变化的指数存在一定关系。表示太阳活动周期变化的指数，最常用的是黑子相对数月平均值的12个月流动平均值R12(12个月流动平均为一种统计方法)。此外，用于预测电离层特性参量的11年周期性变化的指数，还有10.7厘米波长太阳射电噪声通量月平均值的12个月流动平均值φ12，和由分布地区较广的电离层垂直探测站的f0F推算出的IF2（F2层的一个指数）等。因此，可从长期、大量的观测数据先预测出未来某月的11年周期变化指数的值，再利用这些指数与电离层参量的相关关系，推算或预测出某地、某月、某小时的电离层特性参量。整个预测工作可借助电子计算机进行。

20世纪60年代，琼斯(W.B.Jones)等给出一个可求电离层任一特性参量的经验公式，但一般多用于预测F2层和Es层的各特性参量。若用Ω（λ，θ，T）来表示电离层某一特性参量，则对于一定太阳活动年份的某一月份，可以用地理纬度λ、地理经度 θ和世界时T的正交多项式来表示：

式中H为日变化谐振项的较大阶数。系数α和 b是纬度和经度的函数，定义为：

，

式中 Gk是λ、θ和修正磁倾角的三角函数。U是根据某一时间预测的太阳活动指数（如R12）等统计确定的一组常数。K值随特性参量的不同而不同。用这种方法计算出的F2层零公里较高可用频率等值线图，即相当于垂直探测电离层所得的F2层较高频率的等值线图，如图所示。

计算f0E一般常用1974年CCIR推荐的马格尔顿(L.M.Muggleton)给出的方法，它是根据指数═12来预测f0E的。计算f0F1则用1974年CCIR推荐的杜查姆(E.D.Ducharme)等给出的方法。