第二章 文獻回顧
第二節 電離層
一、 電離層特性及變化
於 GPS 訊號傳播影響的說明(Klobuchar, 1996)，以下將依其高度逐層列出
（如圖 2-07 所示，圖中 X 軸為電子密度，Y 軸為距地表之高度）：
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占總電離層延遲之 50%。
圖 2-07 電離層分層圖 (Petrie et al., 2011) (二) 週期變化
電離層的成因為太陽輻射和帶電粒子，使大氣層中的分子和原子離子 化，因此太陽輻射的強度會決定電離層中電子含量的多寡。太陽所放射的 電磁波於可見光波段的變化並不大，但短波部分如 X 射線，則會隨太陽黑 子的數量及太陽活動而變化(Davies, 1990)。因此，太陽黑子數量及太陽活
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動的週期變化，會直接影響電離層的週期變化，而太陽黑子數量及太陽活 動有下列週期變化：
1. 11 年週期變化
太陽黑子最顯著的特徵為其數量變化週期，由每月平均的太陽黑子數 量顯示，如圖 2-08 所示。
圖 2-08 每月平均之太陽黑子數量 (Hathaway, 2015b)
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FORMOSAT-3/COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate) GPS 無線電掩星資料，研究因地球自轉而引起的太 陽輻射變化對電離層所產生的影響，實驗結果顯示電子密度變化與 27 日之 太陽自轉週期相關(Liang, Li, Shia, and Yung, 2008)；Min 及其他學者亦指出 電離層之總電子含量變化與太陽自轉有關(Min, Park, Kim, Kim, Kil, Lee, Rentz, Lühr, and Paxton, 2009)。由上述研究可知，電離層電子含量會因太陽 自轉而變化，其週期約為 27 日。(三) 地區、高度與季節變化
電離層中的電子含量變化除與太陽活動有關外，也與所在地點之緯度 和高度有關。Liu 及其他學者透過 FORMOSAT-3/COSMIC 無線電掩星觀測 量蒐集電離層電子密度資料，以探討全球電離層白天電子密度在太陽活動
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(1) 赤道異常（equatorial anomaly，詳見下一小節單日變化）地區和北大西 洋、大洋洲地區之低空（低於 240 公里）至電離層𝐹𝐹2層峰值高度間之 季節性異常（seasonal anomaly）、夜間異常（evening anomaly）及赤道異常
（equatorial anomaly）(Mendillo, Huang, Pi, Rishbeth, and Meier, 2005)。
1. 季節異常：中緯度地區，午間之𝑁𝑁𝑚𝑚𝐹𝐹2值，在冬季會大於夏季。
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2. 夜間異常：中緯度地區，夏季之𝑁𝑁𝑚𝑚𝐹𝐹2值，在中午過後幾個小時，會達 極大值。
3. 赤道異常：低緯度地區中午及晚間，𝑁𝑁𝑚𝑚𝐹𝐹2在地磁緯度約15°𝑁𝑁和15°𝑆𝑆處，
會比地磁赤道區附近之值更大。
圖 2-09 與圖 2-10 中，X 軸為地理經度，Y 軸為地理緯度，黑色粗線為 地磁赤道。圖 2-09 繪製時間為當地時間下午 2 時，圖 2-10 則為當地時間晚 間 8 時，圖中顏色偏紅區域表示電子密度越高，偏藍則反之。由圖 2-09 與 圖 2-10 可看出上述之赤道異常現象，即在中午和晚間時段，地磁緯度15°𝑁𝑁和 15°𝑆𝑆附近之電子密度峰值，會較地磁赤道區更大。而本研究使用台灣之觀 測資料，正是位於赤道異常區域，因此會受到電離層電子含量赤道異常現 象影響。
圖 2-09 當地時間 14：00 離地 300 公里處之電子密度(Lin et al., 2010)
圖 2-10 當地時間 20：00 離地 300 公里處之電子密度 (Lin et al., 2010)
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由於電離層之電子含量具週期變化、地區、高度與季節變化和單日變 化，因此後續實驗將採用不同地區、不同時期與不同時段之衛星觀測站資 料，以比較電離層電子含量差異，對於最終 PPP 結果之影響。