電離層的電子密度波狀結(jié)構(gòu)擾動(dòng)，是頻繁影響全球?qū)Ш健酢跸到y(tǒng)（GNSS）精確處理的小尺度延遲分量之一。利用這種效應(yīng)，可將廣泛部署的GNSS觀測站作為全球電離層傳感器來進(jìn)行觀測。本書的研究涉及電離層此類擾動(dòng)的探測和表征，并將其應(yīng)用于由自然事件引起的行進(jìn)式電離層擾動(dòng)（TID），特別是找出圓形TID和海嘯之間的關(guān)系。該探測和表征是通過區(qū)域去趨勢垂直總電子含量（VTEC）觀測數(shù)據(jù)完成的，源于一組GNSS□□到地面觀測站視線路徑上的斜向電離層延遲。從數(shù)學(xué)和信號處理的角度來看，電離層波的檢測表征存在兩個(gè)難點(diǎn)：①電離層GNSS采樣是非均勻的，即具有不同的采樣密度，在某種程度上反映了GNSS地面觀測站的分布；②估計(jì)方法不能對TID的數(shù)量及其傳播參數(shù)引入任何約束。
　　本書的具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，我們提出了一種方法，從經(jīng)過高通濾波的VTEC地圖的時(shí)間序列中檢測同時(shí)發(fā)生的TID數(shù)量及其傳播參數(shù)。該方法被稱為TID原子分解檢測器，即ADDTID，在□□大型密集GNSS網(wǎng)絡(luò)（全球定位系統(tǒng)地球觀測網(wǎng)GEONET）的模擬TID場景中進(jìn)行了測試。ADDTID的主要貢獻(xiàn)是可從電離層穿刺點(diǎn)IPP的非均勻采樣中檢測到獨(dú)立TID的確切數(shù)量。該問題的解算模型被設(shè)定為從橫跨可能的TID線性空間的原子字典中估計(jì)具有代表性的TID擾動(dòng)，其估計(jì)方案是通過改進(jìn)的□□絕對收縮和選擇算法LASSO的稀疏分解完成的。這些原子由平面波組成，其特點(diǎn)是波長、方位角和相位定義在同一個(gè)模型化的電離層二維平面上，即在GNSS網(wǎng)絡(luò)觀測區(qū)域內(nèi)基于單層或多層電離層模型投影的某高度水平區(qū)域。其地球物理學(xué)貢獻(xiàn)顯示，ADDTID可探測到幾個(gè)同時(shí)存在的具有不同特征的行進(jìn)式電離層擾動(dòng)，且其傳播速度持續(xù)□化。
　　其次，我們將ADDTID應(yīng)用于實(shí)際觀測的去趨勢VTEC數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自□□GEONET網(wǎng)絡(luò)，超過1200個(gè)地面觀測站收集的雙頻全球定位系統(tǒng)GPS觀測數(shù)據(jù)�；�于ADDTID，研究了2011年3月21日□□地區(qū)春分日期間的中尺度TID。在地球物理學(xué)方面的特色貢獻(xiàn)為：①檢測到與特定地震時(shí)間和位置相匹配的圓形中尺度TID波；②兩個(gè)不同的中尺度TID同時(shí)疊加，其方位角幾乎相同；③夜間存在速度范圍在400-600m/s的快速中尺度TID。這些結(jié)果可以在去趨勢VTEC地圖的時(shí)間演□序列中得到直觀驗(yàn)證。需要強(qiáng)調(diào)的是，此研究證實(shí)了ADDTID具備檢測表征低幅度和短時(shí)傳播的中尺度TID事件的能力。
　　再次，我們提供了受2017年8月21日北美日全食驅(qū)動(dòng)的多尺度TID的詳細(xì)演□特征。在該日全食事件中，本影產(chǎn)生于太平洋，快速穿過美國，最后在大西洋消失。該分析也是通過ADDTID模型完成的。與月影冷卻效應(yīng)直接產(chǎn)生的沖擊波相比，日全食產(chǎn)生的這組TID擾動(dòng)具有更豐富、更多樣的行為。這在一定程度上可以被模擬成日全食的本影和半影，且它們是移動(dòng)的圓柱體，與彎曲表面以不同的仰角相交。這種投影產(chǎn)生了形狀類似于橢圓的半影區(qū)域，其中心和焦點(diǎn)都不同。其結(jié)果反映在日全食產(chǎn)生的TID波長的時(shí)間演□上，它取決于本影中心的太陽天頂角，同時(shí)也反映了雙弓形波現(xiàn)象，即弓形波提前產(chǎn)生于本影。結(jié)果表明，擾動(dòng)的出現(xiàn)和日食過境的延遲與擾動(dòng)的不同起源有關(guān)。最后，我們檢測到一個(gè)清晰的中尺度TID，它出現(xiàn)在半影之前，被假設(shè)為與弓波相關(guān)的孤子波。
　　最后，我們描述了2011年3月11日□□東北大地震期間產(chǎn)生的TID復(fù)雜傳播特征。應(yīng)用ADDTID對TID傳播參數(shù)的高精度估計(jì)，將使其更容易區(qū)分不同的來源，特別是符合地震海嘯驅(qū)動(dòng)的聲學(xué)重力波的特征。這種方法不假定擾動(dòng)遵循圓形的傳播模式，可通過海嘯波陣面的傳播模式和相關(guān)TID來估計(jì)位置。通過ADDTID模型，我們描述了：①同時(shí)發(fā)生的不同特征TID，其檢測對擾動(dòng)的波前曲率和估計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性是穩(wěn)健的，慢速TID傳播參數(shù)與海嘯波形測量結(jié)果一致；②震中西側(cè)和東側(cè)TID波峰不同，且在時(shí)空特征上與海嘯呈現(xiàn)高一致性；③GNSS觀測區(qū)域內(nèi)海嘯驅(qū)動(dòng)的圓形TID的完整演□；④與地震聲波有關(guān)的快速而短暫的圓形TID事件；⑤一組快速向西的平面TID構(gòu)成的偽震前活動(dòng)；⑥近海海嘯波前位置估計(jì)以及用作早期海嘯預(yù)警的可能性研究。最后，介紹了以前未報(bào)道過的擾動(dòng)和應(yīng)用于本地實(shí)時(shí)海嘯檢測的巨大潛力。
　　本書對電離層類波擾動(dòng)的檢測與表征方法及其應(yīng)用進(jìn)行了探討，主要內(nèi)容可供研究生與相關(guān)科研人員參考。由于筆者水平有限，錯(cuò)誤與疏漏之處在所難免，真誠希望廣大讀者批評指正。