位于地面60~1000 km的电离层是日地空间环境中承上启下的重要环节和关键层次，电离层含有的带电粒子成分显著改变了大气的运动行为，会对穿越其中的电波造成很大的影响.其中，电离层F₂层峰值密度N_mF₂和峰值高度H_mF₂是表征电离层形态的重要参数，一直是电离层理论和工程应用领域的重点研究对象.

利用电离层测高仪能够测量给定观测点电子密度的高度分布剖面，从而进一步获取电离层峰值密度N_mF₂和峰值高度H_mF₂.利用测高仪反演得到的电离层特征参数具有较高的精度，是电离层研究中广泛采用的探测技术之一.但由于河流、雪域以及极区等自然条件的限制很可能导致某些地区无法布站，这会造成局部电离层形态描述的缺失.国内外学者通过构建电离层模式能够有效补偿观测数据缺失的问题，其中最具代表性的电离层经验模式是由国际空间委员会和国际无线电联盟共同发起的项目——国际参考电离层模型(IRI)(Bilitza，2001; Bilitza et al.，2014).IRI利用测高仪、非相干散射雷达、卫星观测资料以及探空火箭的观测数据，同时引入太阳活动和地磁指数，并融合多个大气参数模型，给定年份、日期、时间、地理(磁)纬度和经度等，能够较为准确地描述全球范围内特定时间和地点的电离层形态变化.目前IRI已广泛应用于电离层形态学和空间工程电波修正研究，但它毕竟是电离层的经验模式，如果缺乏某一特定时间和空间区域内的观测数据，模型的性能很可能会降低.

2006年4月，由美国和中国台湾地区联合开发的空间科学项目气象、电离层和气候卫星联合观测系统COSMIC(F3/C)正式投入运行.COSMIC发射6颗卫星，分布于距离地面800 km高度、倾角为72°的轨道面上.每颗卫星均装有4根天线，接收GPS卫星L1和L2频段信号.GPS卫星信号穿越电离层和大气层因电子密度、水汽和温度等因素影响而发生折射，产生时间延迟，从而推算电离层和大气层中与之相关的物理参数.由于COSMIC不受海陆空间分布的限制，不仅为全球范围的电离层观测提供了有效的途径，同时为电离层模式的完善补充数据.但COSMIC掩星探测采用的反演方法是利用传播路径上积分总电子含量或弯曲角，基于局部球对称、直线传播、顶部梯度一阶近似等假设，采用Abel积分变化得到电离层电子密度高度分布剖面(Lei et al.，2007).反演的电子密度剖面由于地理位置的差异，与真实分布情况会有不同程度的偏差.国内外部分学者针对电离层特征参量对COSMIC观测数据进行了评估.Lei等(2007)利用Millstone Hill非相干散射雷达观测数据和SPIDR发布的垂直探测数据比较分析了COSMIC反演电离层参数N_mF₂和H_mF₂的探测精度，结果发现地基观测与天基掩星观测具有较好的一致性.Liu等(2010)利用电离层数字测高仪Jicamarca的垂测数据，比较分析了2007年COSMIC掩星反演电离层特征参数的性能，并解释了白天高估垂测值N_mF₂的原因.Chuo等(2011)针对Jicamarca观测站太阳低年2006年5月至2008年4月期间的垂测资料与COSMIC掩星反演得到的电离层参数B₀、N_mF₂和H_mF₂之间的关系进行了深入细致的分析与探讨.利用2006—2008年期间巴西低纬及赤道地区三个观测站数据，Ely等(2012)对电离层垂测数据和COSMIC掩星两种探测技术得到的电离层参数进行了比较，结果发现二者之间尽管具有较好的相关性，但也存在明显的差异，并分析了引起差异的原因.孙凌峰等(2014)分析了中国地区三个位于不同纬度观测站的垂测数据与COSMIC探测参数在太阳活动高年2012的相关性，结果表明二者之间的相关性和纬度分布、季节变化密切相关.Hu等(2014)利用中国地区120°E经线上不同纬度的测高仪观测数据详细分析了COSMIC反演参数峰值密度和峰值高度的精度，结果发现峰值密度的误差与纬度密切相关，峰值高度的相对误差小于峰值密度.

上述研究取得了一些有意义的结果，为合理利用天基掩星开展电离层形态研究提供了有价值的参考.但上述研究大都集中在COSMIC系统运行初期即太阳活动低年，缺乏长期观测数据的统计分析.COSMIC掩星自2006年4月成功运行以来，迄今为止已积累了大量原始观测数据，为电离层特征参量在不同太阳活动条件下的性能评估提供了丰富的数据资源.低纬地区的电离层结构较为复杂，不仅具有较高的电子密度，且存在较大的时间和空间梯度，一直是电离层模式研究的关注对象.近年来，以电离层经验模式或理论模式为背景场，吸收包含COSMIC 在内的多类观测数据，构建低纬同化模式成为电离层领域研究的重点和难点问题.因此，有必要全面考察COSMIC掩星和IRI模型得到的电离层特征参数在低纬地区的精度，为未来电离层模式IRI进一步完善以及利用IRI为背景场开展同化研究提供参考信息.由于测高仪垂测数据具有较高的精度，本文以磁赤道观测站Jicamarca(11.95°S，76.8°W，地磁纬度为1°N)电离层测高仪垂直探测参量为真实值，评估2007—2013年COSMIC掩星和国际参考电离层模型IRI获取的电离层特征参量N_mF₂和H_mF₂的精度.文中以下第二部分描述了数据资源和数据处理方法；第三部分探讨了COSMIC掩星和IRI模型得到的电离层特征参量与垂测数据的相关性、不同太阳活动条件下的回归分析结果，并进一步统计分析了COSMIC掩星和IRI模型高估或低估垂测数据的变化特征.第四、五部分分别对结果进行了讨论和总结.

文中电离层垂测资料来自磁赤道观测站Jicamarca，该台站拥有长期持续的数字测高仪观测记录，相关电离图数据可以通过数字电离层图数据中心下载获取.利用SAO软件包(http://ulcar.uml.edu/digisonde.html)能够读取测高仪原始探测数据，并对观测结果进行人工标定，生成标定后的数据文件，其时间分辨为15 min.由F2层临界频率f_oF₂测量结果，根据以下数学表达式：

(1)

计算得到峰值密度N_mF₂的大小，单位为el·m^-3.

COSMIC掩星探测资料来自于COSMIC数据存档与分析中心CDAAC提供的后处理数据文档ionProf.文档包含单次掩星事件随高度变化的电子密度、地理纬度和经度、高度、世界时信息.文中分析高度在100 km以上的数据，以剔除电子密度剖面的负值观测数据.此外，由于地磁活动或电离层中不规则体等因素可能造成电子密度剖面剧烈的扰动.为消除扰动数据对分析结果的负面影响，COSMIC反演参数N_mF₂的选取采用以下标准(Guo et al.，2011)：

(2)

式中，δ是噪声因子，n_e(i)为电子浓度剖面，n_e(i)为平滑后的电子浓度剖面，k为数据的个数.文中以电离层测高仪观测站的地理位置为中心，选取10°×10°正方形区域内δ＜0.01的同一时段观测数据，其时间分辨率为1 h.IRI自20世纪60年代以来，一直处于不断更新和完善的过程，目前已陆续发布近十个版本.文中采用模型的最新版本IRI 2012用于输出参数N_mF₂和H_mF₂.

为全面分析COSMIC掩星和IRI模型在不同太阳活动条件下的性能，文中选取2007—2013年连续7年的观测数据.图 1描述了太阳活动指数F_10.7的变化.由图可见，2007—2009年为太阳活动低年，F_10.7指数的最大值不超过100 SFU，平均值约为71 SFU，特别是2008—2009年F_10.7指数明显偏小，太阳活动进入极小期；2011—2013年F_10.7指数明显升高，最大值约为190 SFU，平均值约为117 SFU，太阳活动进入活跃期.

图 1

Fig. 1

图 1 太阳辐射指数F10.7在2007—2013期间的变化 Fig. 1 Variation of F10.7 index during the period of 2007—2013

首先探讨不同季节COSMIC掩星探测、IRI模型输出特征参量与电离层垂直探测结果的相关性.其季节划分如表 1所示.图 2给出了2007—2013年电离层测高仪、COSMIC掩星和IRI模型不同季节电离层N_mF₂中值日变化的比较结果，同时分别给出了COSMIC掩星探测N_mF₂、IRI模型输出 N_mF₂与测高仪垂测参数N_mF₂的相关性.由图可见，太阳活动低年，COSMIC掩星反演结果更接近于测高仪垂测值，相关性较高；IRI模型输出N_mF₂与测高仪垂测参数N_mF₂的变化较为一致，但在1600 LT—2400 LT的输出结果具有较为明显的偏差(冬季除外).与太阳活动低年的观测相比，太阳活动高年电离层峰值密度明显增大，COSMIC探测值和测高仪垂测值的偏差有所增加，相关性降低；但IRI模型输出N_mF₂与垂测参数N_mF₂的偏差减小，相关性略有增加.无论太阳活动极小年还是太阳活动高年，COSMIC反演参数N_mF₂、IRI输出参数N_mF₂与垂测参数N_mF₂之间的相关系数大都在0.9以上.图 3与图 2类似，但给出的是电离层参数H_mF₂中值日变化的比较结果和相关性分析.COSMIC探测H_mF₂与垂测H_mF₂的变化基本一致，春秋两季具有较高的精度，相关系数大都在0.9以上，但在夏冬两季相关性降低，特别是太阳活动低年夏季午夜后(0000 LT—0500 LT)与垂测值的偏差增大，其相关系数约为0.66.与COSMIC掩星的分析结果类似，IRI模型输出H_mF₂与垂测H_mF₂在春秋的相关性好于夏冬季，但白天时段与垂测结果有较大的偏差，以太阳活动低年的夏季最为显著，相关系数降低至0.5以下.需要指出的是由于COSMIC某一时段观测数据的缺失，导致相关系数不定值NaN的出现，但少量缺失数据应当不会影响文中的分析结果.

图 2

Fig. 2

图 2 2007—2013年电离层峰值密度NmF2中值的季节变化和日变化(黑色实线为测高仪垂测值，叉号 × 为 COSMIC探测值，圆圈 ○ 为IRI输出值； C-S为COSMIC探测NmF2和测高仪垂测NmF2的相关系数，I-S为IRI输 出NmF2和测高仪垂测NmF2的相关系数) Fig. 2 Seasonal and diurnal variation of the ionospheric median NmF2 during the period of 2007—2013(black solid line denotes digisonde measurements，×denotes COSMIC measurements and○denotes IRI outputs; C-S is the correlation coefficients between COSMIC-derived NmF2 and digisonde observations，I-S is the correlation coefficients between IRI-derived NmF2 and digisonde observations)

图 3

Fig. 3

图 3 2007—2013年电离层峰值高度HmF2中值的季节变化和日变化(黑色实线为测高仪垂测值，叉号 × 为COSMIC探测值，圆圈 ○ 为IRI输出值； C-S为COSMIC探测HmF2和测高仪垂测HmF2的相关系数，I-S为IRI输出HmF2和测高仪垂测HmF2的相关系数) Fig. 3 Seasonal and diurnal variation of the ionospheric median HmF2 during the period of 2007—2013(black solid line denotes digisonde measurements，×denotes COSMIC measurements and○denotes IRI outputs; C-S is the correlation coefficients between COSMIC-derived HmF2 and digisonde observations，I-S is the correlation coefficients between IRI-derived HmF2 and digisonde observations)

表 1(Table 1)

表 1 季节划分范围 Table 1 The definition of four seasons 季节 春 夏 秋 冬 年中天数 220~310 1~35，320~365 36~126 128~218

表 1 季节划分范围 Table 1 The definition of four seasons

COSMIC掩星探测能够给出全球范围电离层特征参量的变化，但对于给定观测点难以获取连续的观测很容易导致某些时刻数据的缺失.为全面分析COSMIC掩星和IRI模型在不同太阳活动条件下的性能，文中利用测高仪垂测参数分别对太阳活动低年2007—2009和太阳活动高年2011—2013不同季节所有COSMIC探测和IRI模型输出参数与测高仪垂测值的中位数进行回归分析，其N_mF₂散点分布图如图 4所示.图中m为回归直线(黑色)的斜率，斜率越接近于1，意味二者测量值越接近；c为相关系数.太阳活动低年，COSMIC掩星和IRI模型得到的N_mF₂与测高仪垂测值相关系数的最大值约为0.98，最小为0.88.从图上可以看出回归直线的斜率都超过了1，意味着COSMIC掩星和IRI模型都不同程度高估电离层参数N_mF₂.与太阳活动低年的观测相比，太阳活动高年COSMIC探测N_mF₂和测高仪垂测N_mF₂的相关性略有降低，但也都在0.8以上；IRI模型输出参数N_mF₂与测高仪垂测N_mF₂的相关性则略有升高，所有季节都在0.9以上.二者的回归直线斜率与太阳低年的结果相比，其值明显降低，位于0.76~1之间.与图 4类似，但图 5给出的是电离层参数H_mF₂的散点分布.由图可见，COSMIC掩星和IRI模型在春秋两季的精度高于夏冬两季，在太阳活动高年得到的结果略好于太阳活动低年的结果.与COSMIC的探测结果相比，IRI模型输出H_mF₂的精度偏低，特别是在太阳活动低年的夏季，其斜率和相关系数仅约为0.39和0.27.太阳活动低年，COSMIC掩星和IRI模型除夏季外同样存在高估垂测参数H_mF₂的现象.

图 4

Fig. 4

图 4 COSMIC掩星探测和IRI模型得到的NmF2与测高仪垂测NmF2在太阳低年(上半图)和太阳高年(下半图)的散点分布图(m为回归直线的斜率，c为相关系数) Fig. 4 Scatter plots of the NmF2 from COSMIC/IRI and the NmF2 from ionosonde during the period of 2007—2013(the upper pane denotes the solar minimum of 2007—2009，the lower pane denotes the solar maximum of 2011—2013; m is the slope of the regress line and c is the correlation coefficient)

进一步将一天划分为凌晨(0400 LT—0800 LT)、白天(0800 LT—1600 LT)、傍晚(1600 LT—2000 LT)和夜间(2100 LT—0400 LT)4个时段，分析不同时段内COSMIC掩星探测和IRI模型输出电离层参数与测高仪垂测参数的相关性.在太阳活动低年(2007—2009)和高年(2011—2013)条件下，峰值密度和峰值高度在各时段的相关性如表格2所示.从表中可见，COSMIC反演得到的N_mF₂与测高仪垂测值在太阳活动低年相关系数都高于0.9，太阳活动高年凌晨时段约为0.98，其他时段分布在0.82~0.89之间.IRI模型输出N_mF₂与垂测N_mF₂在太阳低年和高年的凌晨时间相关系数都在0.95以上，其他时段则分布在在0.83~0.89之间.除傍晚时段，太阳活动高年IRI模型得到的相关系数略高于太阳活动低年的计算结果.与N_mF₂的计算结果相比，COSMIC掩星和IRI模型得到的H_mF₂与垂测值H_mF₂ 之间的相关系数都明显下降.COSMIC探测H_mF₂与垂测H_mF₂之间的最大相关系数发生在夜间，大小约为0.83，最小相关系数发生在白天或凌晨，大小约为0.50.太阳高年IRI模型输出参数H_mF₂与垂测H_mF₂得到的相关系数在夜间时段相关系数接近0.90，凌晨和白天在0.5以上；太阳活动低年除白天时段为0.51，其他时间都低于0.5.无论太阳活动低年还是高年，IRI模型在傍晚时段相关系数最低，大小约为0.22.

图 4和图 5中回归直线的斜率在太阳活动低年大都明显高于1，意味着COSMIC掩星和IRI模型都高估电离层特征参数N_mF₂和H_mF₂.分别利用太阳活动低年2007—2009和太阳活动高年2011—2013期间的数据，对不同地方时COSMIC掩星探测值、IRI模式输出值与测高仪垂测值求差值，并统计正负差值的数量.图 6给出了COSMIC掩星和IRI模型得到的电离层参数N_mF₂高于垂测值或低于垂测值数量的条形分布图，图中黑色曲线为高于垂测值数量和低于垂测数量之间的差值.从图 6可以看出，太阳活动低年，COSMIC探测N_mF₂在夜间和凌晨前后的时间段内大都低于垂测N_mF₂，白天(1000LT—1800LT)高于垂测N_mF₂，但冬季在夜间22时呈现稍微高估垂测值的现象.IRI模型输出的N_mF₂约在午夜至凌晨前后低于垂测N_mF₂，其他时段(0800 LT—2300 LT)大都高于垂测值，但秋季0000LT—1400LT时间段内呈现持续低估现象.从太阳活动高年期间的变化曲线可以看出，COSMIC掩星探测N_mF₂约在0600 LT—1000 LT低估垂测N_mF₂，但在午夜后(0000 LT—0500 LT)与太阳活动低年正好相反，呈现高估N_mF₂的现象.此外，太阳高年COSMIC掩星在春夏秋白天的不同时段内探测值略微高于垂测值，夏季没有明显差别.IRI模型的估计情况与COSMIC探测有些相似，特别是在0000 LT—1000 LT时间内都呈现了先高估后低估的现象.在夏冬两季，两者的变化也基本一致，且冬季1500 LT都略高估垂测值.但春秋季1000LT后的白天时段与COSMIC探测不同，IRI模型大都低估垂测值N_mF₂.与图 6类似，但图 7给出的是电离层参数H_mF₂ 的高估或低估变化.太阳低年COSMIC掩星和IRI模型在午夜至凌晨前后均低估H_mF₂，其他时段大都呈现高估的现象.太阳活动高年COSMIC掩星和IRI模型在凌晨0500 LT左右低估H_mF₂，白天(1000 LT—1600 LT)则高估H_mF₂，在傍晚至夜间时段内与垂测值的统计结果接近0. 需要指出的是无论是电离层参数N_mF₂还是H_mF₂，太阳活动高年相对太阳低年其数据量均偏少，这主要是由于COSMIC探测数据缺失造成的，未来有必要利用更丰富的探测数据验证结果的可靠性.

图 5

Fig. 5

图 5 COSMIC掩星探测和IRI模型得到的HmF2与垂测HmF2在太阳低年(上半图)和太阳高年(下半图)的散点分布图(m为回归直线的斜率，c为相关系数) Fig. 5 Scatter plots of the HmF2 from COSMIC/ IRI and the HmF2 from ionosonde during the period of 2007—2013(the upper pane denotes the solar minimum of 2007—2009，the lower pane denotesthe solar maximum of 2011~2013; m is the slope of the regress line and c is the correlation coefficient)

表 2(Table 2)

表 2 不同时段COSMIC探测和IRI模型输出参数与测高仪垂测参数相关性分析(低年/高年) Table 2 Correlation coefficients for the ionospheric parameter between COSMIC/IRI and ionosonde during the different time periods(solar minimum/solar maximum) 参数 凌晨 白天 傍晚 夜间 COSMIC NmF2 0.9798/0.9820 0.9099/0.8181 0.9494/0.8665 0.9416/0.8904 IRI NmF2 0.9548/0.9706 0.8261/0.8630 0.8781/0.8393 0.8705/0.8894 COSMIC HmF2 0.6764/0.5084 0.5045/0.7088 0.6633/0.6456 0.6109/0.8320 IRI HmF2 0.3244/0.5047 0.5118/0.6416 0.2699/0.2265 0.4502/0.8997

表 2 不同时段COSMIC探测和IRI模型输出参数与测高仪垂测参数相关性分析(低年/高年) Table 2 Correlation coefficients for the ionospheric parameter between COSMIC/IRI and ionosonde during the different time periods(solar minimum/solar maximum)

图 6

Fig. 6

图 6 COSMIC掩星和IRI模型得到的NmF2与垂测NmF2正负差值的数量分布(上半图为太阳活动低年，下半图为太阳活动高年，黑色曲线为高于垂测值数量和低于垂测数量之间的差值；C-S为COSMIC探测值和测高仪垂测值之间的高估/低估结果，I-S为IRI输出值和测高仪垂测值之间的高估/低估结果) Fig. 6 Counts of the difference of the COSMIC/IRI-derived NmF2 and the ionosonde-derived NmF2(the upper panel denotes the solar minimum，the lower panel denotes the solar maximum; black line denotes thedifferences between overestimation and underestimation; C-S denotes estimation between COSMIC and digisonde measurements and I-S denotes estimation between IRI outputs and digisonde measurements)

图 7

Fig. 7

图 7 COSMIC掩星和IRI模型输出HmF2与垂测HmF2正负差值的数量分布(上半图为太阳活动低年，下半图为太阳活动高年，黑色曲线为高于垂测值数量和低于垂测数量之间的差值；C-S为COSMIC探测值和测高仪垂测值之间的高估/低估结果，I-S为IRI输出值和测高仪垂测值之间的高估/低估结果) Fig. 7 Counts of the difference of the COSMIC/IRI-derived HmF2 and the ionosonde-derived HmF2(the upper panel denotes the solar minimum，the lower panel denotes the solar maximum; C-S denotesestimation between COSMIC and digisonde measurements and I-S denotes estimation between IRI outputs and digisonde measurements)

与低纬地区观测站Jicamarca垂测结果相比较，本文分析了不同太阳活动、不同季节、不同时间条件下COSMIC掩星和IRI模型得到的电离层特征参数N_mF₂和H_mF₂的精度，同时对COSMIC掩星和IRI模型高估或低估测高仪垂测值进行统计分析.由COSMIC掩星和IRI模型得到的N_mF₂与垂测N_mF₂均具有较高的相关性，但COSMIC掩星和IRI模型得到的H_mF₂与垂测H_mF₂的相关性有所降低.与太阳活动低年的观测相比，COSMIC掩星探测参数N_mF₂在太阳高年与电离层垂测值得到的相关性略有降低，但由IRI模型输出参数N_mF₂计算得到的相关性增大.COSMIC掩星和IRI模型凌晨前后低估垂测参数N_mF₂，白天时段则大都高估垂测参数N_mF₂，特别是太阳低年尤为明显.

Liu等(2010)利用2007年Jicamarca垂测资料得到的结果表明COSMIC掩星探测参数N_mF₂和H_mF₂与测高仪垂测值的季节相关性分别在0.9和0.8以上；对比本文太阳活动低年分析结果，N_mF₂的相关性基本一致，H_mF₂的相关性略有降低，分布在0.7~0.9之间；文中给出的电离层参数在不同时段的相关性与Chuo等(2011)利用2006—2008观测数据得到的结果大都吻合，但白天和傍晚时段H_mF₂稍低.Chuo等(2011)以Jicamarca的地理经纬度为中心，选取空间距离不超过3°区域内的COSMIC探测数据开展相关研究，文中同样以观测站位置为中心，但选取空间距离不超过5°的正方形区域内的COSMIC掩星观测数据.此外，观测数据的时间跨度也存在差别，因此相关结果的细微差异应当是合理的.COSMIC掩星基于球对称假设条件，利用Abel积分反演得到的射线切点处的电子密度剖面实际上是整个掩星区域的平均值，当电子密度的水平梯度较大时，容易造成较大的误差(Yue et al.，2011).对于太阳活动高年，电离层电子浓度不仅显著升高，时间和空间的梯度变化进一步增大，致使COSMIC掩星反演N_mF₂的误差增大，与垂测值之间的相关性降低.为分析不同太阳活动条件下COSMIC掩星探测电离层N_mF₂和H_mF₂与垂测结果的差异，进一步统计分析了太阳活动低年(2007—2009)和太阳活动高年(2011—2013)电离层特征参数绝对偏差和相对误差的分布，其结果如图 8所示.太阳高年电离层参数N_mF₂位于±0.1×10⁶ el·cm^-3范围内的绝对偏差和位于±30%范围内的相对误差的百分比分别约为63%和51%，与太阳活动低年的结果相比分别下降29%和13%；均方根误差RMSE和平均相对误差增大，分别约为1.5×10⁵ el·cm^-3和24.56%.太阳高年电离层参数H_mF₂位于±25 km 范围内的绝对误差分布百分比和均方根误差略逊于太阳低年的结果，但位于±10%范围内的相对误差分布和平均相对误差则好于太阳低年的结果.太阳活动高年COSMIC掩星反演参数N_mF₂的精度降低，但不同太阳活动水平对于H_mF₂的影响并不显著.与Hu等(2014)在太阳活动高年(2011—2013)中国120°E地区的COSMIC掩星探测结果相比，N_mF₂和H_mF₂的精度高于低纬观测站武汉和三亚的计算结果，其差异的主要原因可以归结为中国低纬地区正好处于赤道北驼峰区域内，电子浓度具有更大的梯度，可能导致较大的误差.

图 8

Fig. 8

图 8 COSMIC掩星探测参数和测高仪垂测参数的绝对误差(左图)和相对误差(右图)分布(灰色为太阳活动低年，黑色为太阳活动高年) Fig. 8 Distribution of absolute error(left panel)and relative error(right panel)of ionospheric character parameters from COSMIC and ionosonde measurements(grey bar represents the solar minimum and black bar represents the solar maximum)

Yue等(2010)的研究指明白天时段Abel积分反演得到的射线切点正好位于赤道异常的驼峰区，由于球对称假设可能会导致异常区内(±10°—30°)的电子密度被低估，异常区附近区域(±10°)的电子密度被高估.从本文的结果可以看出，太阳低年低估电离层参数N_mF₂主要发生在夜间和凌晨前后的时间，高估则发生在白天时段；这些现象与Yue等(2010)的分析结果基本一致，同时也与Liu等(2010)、Chuo等(2011)在太阳低年的观测结果相吻合.与太阳活动低年正好相反，太阳活动高年在0000 LT—0500 LT期间明显高估电离层参数N_mF₂.太阳活动高年，太阳辐射增强很可能导致凌晨时段赤道异常区内的电子密度增强，从而导致N_mF₂的高估.

从IRI模型与电离层垂测参数的比较结果可以看出，N_mF₂的相关性高于H_mF₂，太阳活动高年得到的相关性高于太阳低年的结果.与电离层垂测值相比，IRI模型大都高估电离层特征参数N_mF₂和H_mF₂，特别是太阳活动低年尤为显著.2007—2009是太阳活动周期的低年，特别是2008/2009年不仅比以往低年的太阳活动程度要低，且持续时间长，为1913年以来太阳活动的非寻常极小年(Bilitza et al.，2014).Lühr和Xiong(2010)比较了IRI2007和CHAMP/GRACE卫星得到的电子密度剖面，结果发现IRI模型明显高估两种电子密度参数，其高估幅度在2008年和2009年分别约为50%和60%，在低纬白天时段更为显著.Yue等(2013)比较了2008年IRI 2007和COSMIC掩星得到的斜向电子浓度总含量TEC，结果发现在电离层F层高度范围IRI模型均高估电子密度和电离层高度.Lühr和Xiong(2010)认为在太阳活动极小年期间，F_10.7指数不能完全准确描述太阳辐射情况导致IRI模型高估电离层参数.IRI模型利用大量观测数据，融合大气物理模型参数，引入太阳活动指数和地磁指数，采用平滑、插值技术过滤了小尺度的扰动，能够较为准确地反映电离层的“平均”变化.但IRI模型是基于数据驱动的经验模式，如果缺乏某一区域或某一时段的数据，IRI模型输出参数的精度就会降低.由于2008—2009期间太阳活动表现了不同以往低年的“异常”极小，电离层高度明显下降，导致IRI模型高估电离层特征参数.需要指出的是文中采用了IRI模型最新版本2012，由文中得到的分析结果，IRI 2012模型在太阳活动极小年仍然高估测高仪垂测参数.与IRI 2007相比，IRI 2012主要在F₁和F₂ 中间层、极光E区、电子温度和离子组成成分等方面进行了有意义补充与改进(Bilitza et al.，2014)，但低纬地区电离层N_mF₂和H_mF₂的估计精度仍需要进一步提升.

利用2007—2013电离层测高仪磁赤道地区Jicamarca的垂测数据，探讨了不同条件下COSMIC掩星探测和IRI 2012模型输出参数N_mF₂和H_mF₂的性能，统计分析了COSMIC掩星和IRI模型在不同地方时高估或低估垂测参数的分布情况，得到了以下一些结论：

(1) COSMIC掩星探测N_mF₂、IRI模型输出N_mF₂与测高仪垂测N_mF₂的季节、时段相关系数均不低于0.8，具有较好的相关性.

(2) COSMIC掩星探测H_mF₂、IRI模型输出H_mF₂与测高仪垂测H_mF₂的相关性在春秋季节较高，其相关系数大都集中在0.8以上，但夏冬季节相关性则不同程度下降，其中由IRI模型在太阳活动低年夏季得到的相关系数最低，其值约为0.2.由COSMIC掩星计算得到的各时段H_mF₂相关系数大都在0.6以上，但由IRI模型计算得到的相关系数大多降至0.5以下，特别是傍晚时段相关系数约为0.2.

(3) 太阳活动低年COSMIC掩星探测N_mF₂与垂测N_mF₂之间的相关性高于太阳活动高年的相关结果，但太阳活动对于参数H_mF₂的相关结果并无明显影响；太阳活动低年IRI模型输出参数N_mF₂和H_mF₂与测高仪垂测参数的相关性低于太阳活动高年得到的结果.

(4) 太阳活动低年COSMIC掩星和IRI模型白天时段和夜间明显高估电离层参数，凌晨前后则低估电离层参数；太阳活动高年两者则在午夜后(0000 LT—0500 LT)明显高估电离层N_mF₂，白天仍呈现高估H_mF₂的现象.

感谢数字电离层图数据中心和COSMIC数据存档与分析中心CDAAC为本文提供数据资源.