电离层是地球高层大气部分电离的区域,其中存在着大量的带电粒子。无线电波通过各向异性的电离层传播时,会发生折射、散射、吸收等现象,依赖无线电工作的通信设备、导航系统就会受到影响。随着科技的发展,人类迫切的需要知道电离层更深入的变化过程。本文基于数字测高仪的观测资料,对我国三亚地区电离层F2层临界频率(foF2)的周日变化、季节变化特征以及与太阳活动和地磁活动的关系做出了相应的分析。利用观测数据,结合混沌理论和RBF神经网络模型,在一定范围内预测foF2的变化,将预测结果与实测数据和国际参考电离层模型(International Reference Ionosphere,IRI)中的数据进行对比分析。首先,本文介绍了电离层的基础知识和相关的物理化学变化,描述了电离层研究中所用到的方法,阐述了电离层的发展历程以及研究现状,并说明了电离层研究中所用到的各种探测技术和手段。然后,根据电离层数字测高仪记录的观测资料,通过对电离层频高图进行标定,获取到相应的电离层foF2数据。本文选取海南三亚台站(18.34°N,109.62°E)2013年的观测资料研究电离层foF2的变化特征。结果表明,foF2具有明显的日变化特征,在正午之后达到极大值,然后逐渐减小,到黎明时分左右达到极小值。极大值和极小值出现时间分别对应于地方时15:00LT和06:00LT左右。电离层foF2的周日变化对季节也具有很强的依赖。两分季节(春秋)电离层foF2的变化幅度要比两至季节(冬夏)大,极大值在春季和秋季比其他季节要高,而在夏季要比其他季节低,极小值在夏季则比其他季节更大,表现出了明显的半年异常。冬季太阳辐射较弱,但电离层foF2在白昼时段的变化水平要比在夏季高,存在冬季异常现象。太阳活动性水平也影响着电离层foF2的变化。统计结果表明,foF2随太阳活动性增强而增大。相较于低等太阳活动,foF2在中等太阳活动下有所上升。电离层foF2变化明显受到地磁扰动的影响。磁静时期,电离层foF2的日变化较为平稳。磁扰时期,相应的foF2对平均水平有明显的偏移。IRI-2016模型值能够表现出三亚地区电离层foF2的变化特征,但在昼夜,季节以及太阳、地磁活动方面与实测值仍存在差异。最后,利用三亚地区2013年电离层foF2的观测数据,分析其混沌特性并进行预报。三亚地区电离层foF2时间序列存在确定的时间延迟和嵌入维数,其最大Lyapunov指数为0.1264,表明foF2时间序列存在混沌特征。重构foF2时间序列,通过RBF神经网络模型和Volterra模型,获得预测结果,将预测结果与实测数据和由国际参考电离层(IRI)模型导出的数据进行对比分析。结果表明,相较于IRI模型,运用RBF模型和Volterra模型预测得到的结果在均方根误差和相对误差上有很大提高。RBF模型的预测效果要稍强于Volterra模型。利用RBF神经网络对foF2时间序列进行预测时存在一个时间尺度。在该尺度范围内,预测结果较准确。随着预测步数增加,foF2预测值的精度将会下降。本文对三亚地区2013年电离层foF2参数进行研究,得到其基本变化特征并简要分析其发生的原因,运用不同模型预报foF2的变化并取得了较好的效果。本文方法可应用于电离层其他特征参量变化的研究,具有一定的科学意义和应用价值。