電離層預測

　　根據電離層特性參量隨時間和空間的變化規律，對正常狀態下的電離層的特性參量值作出的預先推斷。

　　20世紀40年代初期，由於迫切需要改善短波通信的品質，開始研究適宜工作頻率的選擇方法。40年代中期，一些國傢出版瞭預測電離層特性參量的電離層預測圖。中國於40年代後期也出版瞭《短波無線電信應用頻率之預測》。隨著電離層垂直探測站的增加，電離層特性資料的大量積累，對電離層物理特性的深入研究以及電腦技術的發展，電離層預測方法不斷得到改改進，預測精度不斷提高。由電離層預測給出的隨時空變化的電離層特性參量，通信、廣播部門可以求得所需的電波傳播的路徑，及在路徑上可能使用的最高頻率和最低頻率、接收場強等。在電離層物理及電波傳播研究中也常用到電離層預測。空間科學技術及通信的發展將對電離層預測不斷提出更高的要求。

　　通常預測的電離層參量有：f₀F₁ (F₁層的臨界頻率)、f₀F₂（F₂層的臨界頻率）、f₀E（E層的臨界頻率）、f₀Es（Es層的極限頻率）、f_bEs（Es層的遮蔽頻率）、h′F（F層的最低虛高）、h′F₂(F₂層的最低虛高)和M(3000) F₂（F₂層3000公裡傳輸因子，即傳輸距離為3000公裡時，F₂層可以傳播的最高頻率與 F₂層臨界頻率的比值）等。這些參量隨地理位置、周日、季節、太陽活動11年周期等因素而有規律地變化（見電離層形態）。由於電離層的變化規律主要受太陽活動所控制，所以某地、某月份、某一小時的電離層特性參量，與歷年相應月份表示太陽活動周期變化的指數存在一定關系。表示太陽活動周期變化的指數，最常用的是黑子相對數月平均值的12個月流動平均值R₁₂(12個月流動平均為一種統計方法)。此外，用於預測電離層特性參量的11年周期性變化的指數，還有10.7厘米波長太陽射電噪聲通量月平均值的12個月流動平均值ϕ₁₂，和由分佈地區較廣的電離層垂直探測站的f₀F推算出的IF₂（F₂層的一個指數）等。因此，可從長期、大量的觀測數據先預測出未來某月的11年周期變化指數的值，再利用這些指數與電離層參量的相關關系，推算或預測出某地、某月、某小時的電離層特性參量。整個預測工作可借助電子計算機進行。

　　20世紀60年代，瓊斯(W.B.Jones)等給出一個可求電離層任一特性參量的經驗公式，但一般多用於預測F₂層和Es層的各特性參量。若用Ω（λ，θ，T）來表示電離層某一特性參量，則對於一定太陽活動年份的某一月份，可以用地理緯度λ、地理經度 θ和世界時T的正交多項式來表示：

式中H為日變化諧振項的最大階數。系數α和 b是緯度和經度的函數，定義為：

，

式中 G_k是λ、θ和修正磁傾角的三角函數。U是根據某一時間預測的太陽活動指數（如R₁₂）等統計確定的一組常數。K值隨特性參量的不同而不同。用這種方法計算出的F₂層零公裡最高可用頻率等值線圖，即相當於垂直探測電離層所得的F₂層最高頻率的等值線圖，如圖所示。

　　計算f₀E一般常用1974年CCIR推薦的馬格爾頓(L.M.Muggleton)給出的方法，它是根據指數ø₁₂來預測f₀E的。計算f₀F₁則用1974年 CCIR推薦的杜查姆(E.D.Ducharme)等給出的方法。