东亚扇区中低纬地区电离层暴的统计分析

用1957~2006年间515个主相单步发展的磁暴事件,分析东亚扇区4个中低纬台站的电离层扰动类型及电离层暴开始时间,得到该地区电离层暴随纬度、季节和地方时的分布规律.研究表明,中纬区负暴明显,低纬区正暴明显;夏季负暴比正暴多,冬季正暴比负暴多,春秋季正负暴分布表现出明显的纬度差异.在东亚扇区,中纬区负暴开始时间主要分布在夜间及清晨时段,且在正午至午后时段极少发生.低纬区正暴开始时间主要发生在白天时段,且在夜间18~21 LT时段也易发生正暴.中低纬电离层正相暴平均延迟时间在10 h以内,负相暴平均延迟时间在10 h以上,且中纬区延迟时间明显比低纬区短.电离层暴延迟时间与磁暴主相开始时间对应的地方时很相关,正相暴对白天发生的磁暴比对晚上发生的磁暴响应快些,而负相暴正好相反.但电离层暴延迟时间与磁暴强度之间并没有十分明显的依赖关系.     

地球磁场对太阳风的加卸载响应与地震

将磁暴过程作为地球磁场对太阳风的加卸响应，计算分析了北京地磁台１９６５．１－１９７９．１２和１９８９．１－１９９１．１２共１８年垂直分量Ｚ的暴时场Ｄｓｔ加卸载响应比值ｆＤ（Ｚ）的变化。     

2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析

2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴,Dst指数达到-233 nT.本文利用电离层测高仪f_。F_2和h_mF_2、北斗同步卫星(BDSGEO)TEC以及GPS电离层闪烁S4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区(北京、武汉、邵阳和三亚)的电离层变化进行分析,并对此次磁暴所引发电离层暴的可能机制进行了探讨.磁暴期间,中低纬电离层暴整体表现为正相暴之后长时间强的负相暴.3月17日白天中纬正相暴为风场抬升电离层所致,而驼峰区及低纬地区正相暴由东向穿透电场所引起;3月18日白天长时间的强负相暴为西向扰动发电机电场和成分扰动所引起;3月17和18日夜间的负相暴可能是日落东向电场受到抑制以及赤道向风场对扩散的抑制导致驼峰向赤道压缩所致,同时被抑制的日落东向电场强度不足以触发产生赤道扩展F,导致低纬三亚和邵阳夜间电离层闪烁在磁暴期间受到完全抑制.这是我们首次基于北斗同步卫星TEC组网观测开展的电离层暴研究.     

不同类型磁暴和中低纬电离层暴的关系

分析了快速强主相和延迟弱主相磁暴期间中低纬电离层大尺度扰动形态．结果表明，对于这两种不同类型的磁暴，电离层负相扰动区的影响范围和形态也有差异．强主相磁暴情况下的负相区渗透到较低纬度，影响范围大；而弱主相施暴，负相限于纬度较高地区，影响范围较小．负相的开始和结束时间与磁暴主相延迟时间有着很好的对应．对于主相快速发展的磁暴，负相扰动的出现较快．而当磁暴主相长时间延迟时，电离层中也相应地出现负相长时间延迟．结果反映了按Ｋｐ指数对磁暴类型的分类对中低纬电离层暴的扰动形态分析也有着重要意义．     

2001年3月19日至22日期间电离层暴分析

本文利用2001年3月19日至22日期间ACE卫星观测的行星际资料、电离层垂测仪资料以及中国地区TEC资料,分析了发生在这期间的电离层暴过程.结果表明：（1）日冕物质抛射造成的行星际环境为电离层暴的发生提供了大尺度环境背景;（2）强烈的电离层负暴发生在磁暴恢复相阶段;（3）强烈电离层负暴能够用暴环流理论解释.     

一次中强磁暴期间低续电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面。重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁。这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗     

不同地磁扰动事件期间全球电离层的扰动形态分析

利用全球电离层台站提供的观测数据，分析 了5次不 同类型磁暴事件期间全球电离层F2层f0F2和hmF2的扰动变化. 主要结果 表明：对于延迟型主相磁暴S（C）和S（E），中高纬电离层首先会出现明显的正相扰动，随 后是明显延迟的负相扰动，负相扰动覆盖范围广，甚至扩展到低纬区, 且持续时间很长, 恢 复及其缓慢，其中S（C）型的扰动更为明显; 对于非延迟型主相磁暴S（A）、S（B）和 S（D ），高纬电离层正相扰动持续时间较短甚至不出现，中高纬电离层负相扰动的出现、发展和 恢复也相对较快; 磁暴主相强度的大小会对电离层负相扰动的强度、发展和持续时间产生一 定的影响; 高纬电离层扰动在非延迟型主相磁暴恢复相期间会出现明显的地方时效应，地方 时效应随纬度的降低而增强，并且会明显影响到中低纬电离层的扰动；电离层扰动从高纬到 低纬的变化趋势为：f0F2的扰动由负相向正相转化，hmF2的增加由全天出现趋向于只存在于夜间，反映了不同扰动物理机制的作用.     

基于陆态网络GNSS数据的2013年和2015年磁暴期间中国地区电离层特性研究

2013年3月和2015年3月爆发了2次相似的地磁暴,引起了全球不同地区电离层的变化。本文利用中国大陆构造环境监测网络260余个基准站在中国地区的GNSS电离层TEC观测数据,结合电离层测高仪和电离层甚高频相干散射雷达观测,对2次磁暴期间中国地区的电离层变化特性进行了对比分析。结果显示,2013年3月磁暴期间,中国不同地区电离层变化较弱或不明显,而2015年3月磁暴期间中国地区电离层变化整体表现为大范围的强负相暴,中国地区不同程度的电离层响应主要受到不同的磁暴强度和磁暴期间不同的能量输入影响。2次磁暴期间电离层F层不均匀体的发生受到不同程度的影响,可能由不同种类的暴时电场导致。陆态网络数据空间覆盖范围广、时间分辨率高,在研究中国地区磁暴期间的电离层变化特性方面具有优势。     

一次中强磁暴期间低纬电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面．重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁．这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗空现象很有意义,值得进一步研究．     

基于修正K_p指数的中纬区单站电离层暴预报方法研究

对电离层暴进行有效预报具有很重要的实际应用价值,但目前这一工作还存在着许多方面有待改进.本文假设电离层扰动的季节性规律占主导地位,借鉴Kutiev and Muhtarov构建修正K_p指数表示地磁活动的方法,建立了一个适用于中纬地区Yakutsk单台站电离层暴预报的线性经验模型.检验表明,该模型对Yakutsk站夏季和春秋季电离层扰动的预测效果明显优于IRI中的STORM模型,模型改善度平均可达35%左右;能很好地反映磁暴连续发生的情况下δfoF₂分阶段下降的形态;能反映出一定的电离层正相扰动及其持续时间,但是正扰动的预报精度有待进一步提高.     

磁暴期间几种主要磁扰成分的演化特征

本文利用中国地磁子午链台站的资料，对1997～1999年期间发生的25次磁暴，用自然正交分量法（NOC）、相关分析和傅里叶分析三种方法，分3个步骤依次分离出依赖于世界时（UT）的暴时变化（Dst）、依赖于地方时（LT）的太阳静日变化（Sq）和太阳扰日变化（SD）.对各种变化时空特征的分析表明：①Dst变化清楚地反映出赤道对称环电流磁扰的空间分布和时间演化特征；②满洲里、北京十三陵和琼中台Sq幅度在多数磁暴主相期间出现极大和极小值，反映了Sq焦点在纬度方向上的移动所产生的地磁效应；③SD变化在主相期间最强，在恢复相期间逐渐减弱；④相关分析和傅里叶分析提供了一种能有效提取Sq和SD变化的方法.     

基于经验正交分析法的暴时热层大气密度时空分布规律

本文选取2002-2006年期间的36个强磁暴为研究对象,对CHAMP卫星加速度仪反演的实测大气密度进行经验正交分解,研究暴时热层大气密度的纬度分布特征,以及大气密度与ap指数、Dst指数的关系.结果表明,大气密度的纬度分布与季节相关,夏季半球的密度大于冬季半球,春秋季节南北半球的大气密度几乎对称分布;春秋季节白天大气密度在低纬地区呈现出赤道密度异常结构,在中高纬地区密度随纬度增加而减小,夜间则呈现抛物线的形状,赤道附近密度值最小.大气密度的纬度分布特征在若干天内具有良好的稳定性,发生时间相近的磁暴事件,纬度分布曲线非常相似,并且暴前与暴时的纬度分布变化不大.相关性分析表明,大气密度滞后ap指数2~6 h,相对Dst指数平均提前0~1 h,对磁暴的响应速度在日照区比在阴影区快,大气密度与ap指数、Dst指数具有较好的相关性.     

Relationships between the AE, ap and Dst indices near solar minimum (1974) and at solar maximum (1979)

Three-hourly average values of the Dst, AE and ap geomagnetic activity indices have been studied for 1 years duration near the solar minimum (1974) and also at the solar maximum (1979). In 1979 seven intense geomagnetic storms (Dst < –100 nT) occurred, whereas in 1974 only three were reported. This study reveals: (1) the yearly average of AE is greater in 1974 than in 1979, whereas the inverse seems to be true for the yearly average of Dst, when a higher number of intense storms is present. These averages indicate the kind of activity occurring on the sun as shown in earlier work. (2) The seasonal variation of Dst is higher than that of ap and is almost negligible in AE. (3) The correlation coefficient of ap × AE is in general the highest, as the magnetometers that monitor both indices are close, and is surpassed only by the ap × Dst correlation during geomagnetic storms, when the influence of the ring current is dominant. The correlation of ap × Dst also shows a seasonal variability. (4) For the first time a study of correlation between ap and a linear combination of AE and Dst has also been made. We found higher correlation coefficients in this case as compared to those between ap × Dst and ap ×xs AE.     

外源S_q等效电流体系电流涡中心电流强度与太阳活动关系

本文选取了INTERMAGNET地磁台网2001年到2012年的地磁数据,对其进行世界时(UT)到地方时(LT)的转换后利用自然正交分量法(NOC)从所选资料中提取出太阳静日变化Sq成分,再通过球谐分析方法建立模型分离内、外源Sq成分,逐日反演出内、外源Sq等效电流体系,并得到外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度.本文将外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度与同一时期的Dst指数进行了对比分析,研究表明它们之间具有同步变化的规律,且北半球电流涡中心电流强度在磁暴发生时的异常现象远高于南半球.对F10.7cm太阳射电流量与外源Sq等效电流体系南、北半球电流涡中心电流强度的长短周期分析发现,Sq等效电流表现出明显的11年周期特点,与太阳活动周期一致.外源南、北半球电流涡中心电流强度和F10.7cm年均值的相关系数分别达到了0.93和0.90,说明太阳活动是导致外源Sq电流体系变化的最直接也最主要的因素,这可能与电离层电导率受控于太阳的电磁辐射相关.     

Statistical study on great geomagnetic storms during solar cycle 23

Characteristics of great geomagnetic storms during solar cycle 23 were statistically investigated. Firstly, we focused on the uniqueness of solar cycle 23 by analyzing both the great storm number and sunspot number from 1957 to 2008. It was found that the relationship between the sunspot number and great storm number weakened as the activity of the storms strengthened. There was no obvious relationship between the annual sunspot number and great storm number with Dstxi≤-300 nT. Secondly, we studied the relationship between the peak Dst and peak Bz in detail. It was found that the condition Bz≤-10 nT is not necessary for storms with Dst≤-100 nT, but seems necessary for storms with Dst≤-150 nT. The duration for Bz≤-10 nT has no direct relationship with the giant storm. The correlation coefficient between the Dst peak and Bz peak for the 89 storms studied is 0.81. After removing the effect of solar wind dynamic pressure on the Dst peak, we obtained a better correlation coefficient of 0.86. We also found the difference between the Dst peak and the corrected Dst peak was proportional to the Dst peak.     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.     

强磁暴的时间分布特性

对比分析1957--2008年间Dst≤-100nT的强磁暴数与太阳黑子数的变化趋势,发现太阳黑子数和Dst≤-100nT的强磁暴数的变化趋势有很好的一致性。进一步统计强磁暴在太阳周不同阶段的分布后发现,同一太阳周内60％以上的强磁暴出现在下降年,但从太阳周各个阶段的平均磁暴年发生率来看,强磁暴平均年发生率最高的年份仍然是太阳活动极大年。     

Evidence of geomagnetic storm effects in the lower atmosphere: A case study

Disturbances produced by geomagnetic storms in the higher regions of the Earth’s atmosphere, such as in the ionospheric F2 region and in the lower ionosphere, are relatively better known than those produced at lower altitudes, where the effects of geomagnetic storms have been little studied. During magnetically perturbed conditions, some changes in pressure and temperature at high latitudes have been observed, from the surface level to heights of around 30 km, but there are no morphological studies and/or patterns of behavior. Moreover, the physical mechanisms are still unknown and what exists is a matter of controversy. Thus, the aim of this paper is to contribute to the vertical profile of the effects of geomagnetic storms as observed in the lower sectors of the atmosphere. For that, we study the variations of two atmospheric parameters (temperature and wind speed) during an intense geomagnetic storm (minimum Dst = −300 nT), at heights between about 6 km and 20 km. The data used were obtained from weather balloon flights carried out at low, mid and mid-high latitudes in different longitudinal sectors of the northern hemisphere, which took place twice per day: 00:00 and 12:00 UT. Small, but statistically significant changes in temperature and in zonal component of the neutral winds are observed at mid-high latitudes, which can be linked to short-term geomagnetic forcing. However, the results show different atmospheric response to the geomagnetic storm in the different longitudinal sectors at tropospheric and stratospheric levels, which suggests a regional character of the geomagnetic storms effects at tropospheric levels.     

佘山地磁台百年磁暴（一）——太阳周期变化

上海佘山地磁台位于中纬度地区,拥有逾百年的连续地磁场观测资料,非常有利于研究地磁活动的周期规律.本文利用该台站1908至2007年的100年磁暴记录,通过时序叠加、傅里叶分析和小波分析研究了磁暴的周期规律.结果表明：强磁暴具有显著的11年、22年和季节变化;弱中等磁暴没有明显的11年周期,并且季节变化的幅度较小.奇/偶太阳活动周相比,强磁暴的季节变化存在一定的差异,低年季节变化不明显,高年季节变化显著,并且偶数周的变化相对复杂.     

特大地磁暴的一种行星际源:多重磁云

2001年3月31日观测到的大的多重磁云(Multi MC)事件造成了第23周太阳峰年(2000～2001)最大的地磁暴(Dst=-387nT). 通过分析ACE飞船的观测数据, 描述了这个多重磁云在1AU处的磁场和等离子体特征. 并且根据SOHO和GOES卫星的观测资料, 认证了它的太阳源. 在这次事件中, 由于多重磁云内部异常增强的南向磁场, 使之地磁效应变得更强, 它大大的延长了地磁暴的持续时间. 观测结果与理论分析表明, 多重磁云中子磁云的相互挤压使磁云内的磁场强度及其南向分量增强数倍, 从而加强了地磁效应. 因此, 研究认为多重磁云中子磁云之间的相互压缩是造成特大地磁暴的一种机制. 此外, 研究发现形成多重磁云的日冕物质抛射(CMEs)并不一定要来自同一太阳活动区.