人們依賴導航定位、無線通信等技術，對這些技術的應用穩定性、精確性需求越來越高。因此，亟需進一步認識電離層的空間結構特徵。地球電離層具有隨緯度和經度變化的複雜空間結構。這些空間結構對人們精確描述電離層的狀態存在挑戰，也對導航定位、電波通信、衛星遙感等技術具有重要影響。電離層總電子含量（TEC）和電子密度剖面等觀測資料在反演過程中都假設局域水平均勻，在存在空間結構時無疑會嚴重影響從探測資料提取電離層信息的準確性。
以往的研究聚焦於垂直結構和緯度結構，對經度結構的認識主要關注大尺度結構。多種等離子體參量在赤道及低緯地區表現出波狀結構，在中緯地區也展現出顯著的扇區內東西差異。但是，人們不了解更小尺度的電離層空間結構特徵。
中國科學院地質與地球物理研究所研究員劉立波團隊基於研究所架設的GNSS接收機探測網絡的TEC數據，研究了電離層夜間增強事件和強梯度事件。他們發現了更為精細的電離層空間結構特徵，在與GIM等全球電離層產品的比對驗證中，提出了提升這些數據產品描述能力的建議。
研究利用了北斗導航系統特有的同步軌道衛星（GEO）信號所反演的TEC數據。相較於傳統的GPS TEC將時間信息與空間信息交織在一起，GEO衛星相對於地面靜止，可以提供純粹的時間與空間信息。分析結果顯示，電離層夜間增強事件發生在非常有限的經度緯度範圍內，最大擴展範圍約為17°×25°(經度×緯度)，表現出了非常顯著的沿經度和緯度的演變特徵（圖1）。
對GDGZ台站2年TEC數據分析，研究人員發現有四種類型經度梯度，伴隨着顯著的逐日變化。對顯著的強梯度事件分析，發現這些強梯度結構主要出現在北半球低緯狹窄的緯度範圍內，存在着強烈的半球不對稱特徵（圖2）。對比分析各機構發布的TEC產品，研究人員發現各機構的數據產品均無法呈現夜間增強的結構。多數機構的數據產品難以呈現這些顯著的經度梯度結構（圖3）。因此，需要提高時空分辨率來提升人們對電離層水平結構及其時間演變的描繪能力。研究成果發表在Remote Sensing上。
圖1夜間增強事件期間沿110°E（a）和21°N（b）的絕對TEC變化圖和相對TEC變化圖
圖2 兩次事件中的TEC梯度值分布圖。三角形的大小表示經度梯度的大小，顏色表示經度梯度的方向，位置表示每個接收機所接收到的信號範圍的中心點
圖3 TEC觀測值（黑色圓點）、CODE發布的GIM TEC（橙色虛線）和MIT TEC（綠色加號）的經度變化對比圖
來源：中國科學院地質與地球物理研究所
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