Cluster探测到磁尾等离子体注入的特征

利用Cluster卫星2001～2004年磁尾运行期间RAPID仪器的数据,确定了115例磁尾等离子体注入事件,借助时序叠加法统计研究磁尾等离子体注入现象的特征.注入事件主要分布于磁地方时夜晚20时至凌晨04时.与同步轨道区观测到的粒子注入事件类似,可以将磁尾粒子注入事件分成五类：（1）只有离子注入;（2）离子先于电子注入;（3）离子和电子同时注入;（4）电子先于离子注入;（5）只有电子注入.磁尾粒子注入时,质子（能量范围0～40 keV）的温度和数密度同时显著增加,沿地球径向的传播速度也明显增大.统计分析磁尾注入期间同时观测到的晨昏对流电场,发现电场可分为两类：（A）注入后电场突然增大,电场强度为正;（B）注入后电场突然增大,电场强度为负.利用磁层磁场（T89c）和电场（Volland-Stern）模型模拟粒子注入后赤道面的电漂移速度矢量,模拟结果与统计结果基本一致,表明晨昏对流电场引起的电漂移是驱动磁尾（-18R_EE）等离子体沿地球径向注入的机制之一.     

基于IGS台网观测的2001—2008年赤道电离异常的强度和半球不对称特征

赤道电离异常（Equatorial Ionization Anomaly,EIA）是低纬电离层中的一个重要现象.本文基于IGS台网提供的2001—2008年期间的电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）数据,分析了120°E区的EIA强度和磁南北半球不对称性在磁平静时期的变化特征,包括对地方时、季节和太阳活动的依赖.本文结果表明,（1） EIA强度表现出显著的随地方时和季节的变化特征.EIA强度在0200LT和2000LT附近分别出现一个极值,且2000LT附近的EIA强度更大;EIA强度通常在春/秋季较大,在夏/冬季较小,且冬季要大于夏季.（2） EIA南北半球不对称也表现出随地方时和季节变化特征.EIA半球不对称在0200LT和2000-2200LT附近分别出现一个极值;EIA半球不对称的季节变化特征还依赖于太阳活动,太阳活动高年期间,EIA半球不对称通常在春/秋季更显著;太阳活动低年期间,EIA半球不对称通常在冬季更显著.（3） EIA强度和半球不对称性的逐日变化和月变化表现出对太阳活动存在一定的依赖,但依赖性并不显著.2000LT （0200LT）附近的EIA强度的月变化与太阳活动整体呈正（负）相关,而2200LT （0200LT）附近的EIA半球不对称的月变化与太阳活动整体呈负（负）相关.（4）影响EIA强度变化的主要因素可归于纬圈电场和中性风场;影响EIA半球不对称变化的主要因素可归因为子午中性风场.     

地磁场强度对赤道电激流的地方时和经度分布的影响

本文利用秘鲁和印度地磁台站的观测数据,结合全球电离层-热层模型的模拟结果,研究了地磁场强度的减弱对赤道电激流的地方时和经度分布的影响.这对理解地球空间天气和行星演化具有重要的科学意义.结果 表明,当地磁场强度减弱一半时,东向电激流和风发电机电场的峰值时间均提前1h,而低层大气潮汐使峰值时间延后了1h.其主要原因是,随着...     

纬向风与赤道异常的行星波同步振荡及其谱分析

本文利用最大熵谱分析方法处理了电离层赤道异常北峰Okinawa站的f₀F₂行星波周期的振荡.比较同一期间相近经度链上的南北半球观测到的低热层中性大气运动,发现较短周期的2-5日波,尤其是在南北半球的夏季期间（北半球7-8月前后,南半球1-2月前后）,其纬向风与赤道异常振荡强弱及周期变化具有良好的同步对应性.对于较长周期的中性风振荡,只要其幅度相当大,也会在赤道异常的振荡中有所对应.从而提供证据说明中性风的行星波振荡是赤道异常的行星波振荡的驱动源.     

关于暴时电离层电流分布的南北半球不对称性

采用国际上广泛认可的高层大气和电离层经验模式提供的各种参数, 通过电离层电流连续方程, 计算出强磁暴条件下6月至日和12月至日内, 磁纬±72°和磁地方时00:00～24:00之间电离层电场、电流等的分布. 计算中考虑了地磁和地理坐标间的偏离; 除中性风场感生的发电机效应外, 还包含了磁层耦合(极盖区边界的晨昏电场和二区场向电流)的驱动外源. 结果表明, 6月至日时, 磁层扰动自极光区向中低纬的穿透情况在南、北半球内基本接近, 北半球内略强; 但12月至日时, 呈现明显的不对称性, 南半球的电流穿透远强于北半球, 而电场的穿透则是在北半球更强. 无论南北半球, 在中高纬地区, 午夜至黎明时段出现较强的东向电场分量, 其[WTHX]E×B[WTBZ]的向上漂移效应, 正是解释我们以往不少研究现象中所期盼的物理机制.     

电离层电场的半年变化对F2区峰值电子浓度的影响

利用一个电离层理论模式,模拟了太阳活动低年、地磁宁静情况下,中低纬和赤道地区电离层F2区峰值电子浓度(NmF2)的半年变化规律,重点讨论了电离层电场对NmF2半年变化的影响.模拟结果表明,当输入的电场没有周年和半年变化时,磁赤道地区电离层NmF2本身就具有一定的半年变化特征,而在稍高的纬度上,NmF2半年变化的强度较弱.当输入的电场具有一定的半年变化时,电离层NmF2的半年变化强度有明显的改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有明显的差别.在地磁赤道附近的电离层赤道槽地区,从上午到午夜的时间内,具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的强度是减弱的作用,在其他的时间内,电场对电离层NmF2半年变化强度是加强的作用.而在稍高纬度的电离层驼峰地区,情况明显不同.从上午一直到翌日日出前,具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的幅度都是加强的作用.在其他的时间内,电场对电离层NmF2半年变化的幅度是减弱的作用.同时,研究表明电离层电场对NmF2半年变化的作用和“赤道喷泉”现象强烈相关.     

两日对称行星波发电机效应的数值研究

本文从发电机理论出发,计算了一种波数为3、周期为两日的西行对称大气行星波风场所产生的电流及电场的全球分布以及随世界时的变化,并给出这种电场在不同经度随地方时的变化.这个电场沿磁力线传到F层后,将会对F层动力学过程起着重要的作用,可能是导致赤道异常两日波动的原因.     

用非相干散射雷达链的观测资料研究高、低纬电离层间的耦合

本文用美国NCAR非相干散射雷达链的观测资料进行了两个事例分析。结果表明,在所选事例的中、弱磁扰期间,高低纬电离层间以动力耦合效应为主,即扰动电离层发电机的特征较明显。由于赤道电离层特性和赤道站雷达观测灵敏度较高,从而也观测到与扰动电场从高纬直接穿透过来相关的电动耦合现象。最后,对有关的物理过程进行了讨论。     

极点热层密度变化特征及其受太阳风扇形结构调制

本文基于2002年至2010年的GRACE卫星的观测密度统计分析南北极点的热层大气密度的世界时（即磁地方时）变化.研究发现：在9—11月份地球处于行星际磁场为背向太阳的扇区内（背向扇区）时,南极点热层密度在约17∶00 UT（13∶30 MLT）达到最大值,比日平均值高约22%;而在6—8月份,当地球处于行星际磁场为面向太阳的扇区内（面向扇区）时,北极点热层密度在06∶00 UT（12∶30 MLT）达到最大值,比日平均值高约13%.南极点的磁纬是-74°,其在15∶30 UT处于磁地方时正午,恰与极尖区位置重合.北极点在5∶30 UT处于磁地方时正午,此时北极点与极尖区位置最靠近.因此,极点热层大气密度的磁地方时变化可能是其周期性靠近极尖区的结果.南北极点热层密度的磁地方时变化分别在背向和面向扇区内更明显,这可能与行星际磁场B_y分量对南北半球密度的不同影响有关.统计结果还表明,极点热层大气密度的磁地方时变化在冬季半球内不明显.这可能是由于在冬季半球,沉降于极尖区的粒子相比夏季半球少、沉降高度低,因而能量沉降所引起的热层上部的密度增强较小.     

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.     

中纬电离层的低频等离子体不稳定性

本文研究了中纬电离层Rayleigh-Taylor不稳定性和漂移不稳定性的基本性质.如果不存在中性风和背景电场,中纬Rayleigh-Taylor不稳定性的增长率比赤道相应条件下的小.中性风和电场对中纬Rayleigh-Taylor不稳定性有重要影响.当中性风速度达到10m/s时,其作用就超过了重力.漂移不稳定性也受到重力、中性风和电场的影响,离子-中性粒子碰撞能降低漂移不稳定性的增长率.本文的分析表明,在赤道电离层容易产生大尺度的Rayleigh-Taylor不稳定性,在中纬电离层易产生小尺度的漂移不稳定性.     

Diurnal and Longitudinal Variations of the Structure of an Equatorial Anomaly During Equinoxes According to Intercosmos-19 Satellite Data

Longitudinal and local time variations in the structure of the equatorial anomaly under high solar activity in the equinox are considered according to the Intercosmos-19 topside sounding data. It is shown that the anomaly begins to form at 0800 LT, when the southern crest is formed. The development of the equatorial anomaly is associated with well-known variations in the equatorial ionosphere: a change in the direction of the electric field from the west to the east, which causes vertical plasma drift W (directed upward) and the fountain effect. At 1000 LT, both anomaly crests appear, but they become completely symmetrical only by 1400 LT. The average position of the crests increases from I = 20° at 1000 LT to I = 28° at 1400 LT. The position of the crests is quite strong, sometimes up to 15°, varies with longitude. The foF2 value above the equator and the equatorial anomaly intensity (EAI) at 1200–1400 LT vary with the longitude according to changes in the vertical plasma drift velocity W. At this time, four harmonics are observed in the longitudinal variations of W, foF2, and EAI. The equatorial anomaly intensity increases to the maximum 1.5–2 h after the evening burst in the vertical plasma drift velocity. Longitudinal variations of foF2 for 2000–2200 LT are also associated with corresponding variations in the vertical plasma drift velocity. The equatorial anomaly intensity decreases after the maximum at 2000 LT and the crests decrease in size and shift towards the equator, but the anomaly is well developed at midnight. On the contrary, after midnight, foF2 maxima in the region of the anomaly crests are farther from the equator, but this is obviously associated with the action of the neutral wind. At 0200 LT, in contrast to the morning hours, only the northern crest of the anomaly is clearly pronounced. Thus, in the case of high solar activity during the equinoxes, a well-defined equatorial anomaly is observed from 1000 to 2400 LT. It reaches the maximum at 2000 LT.     

Daytime efficiency and characteristic time scale of interplanetary electric fields penetration to equatorial latitude ionosphere

We analyze the daytime efficiency of the interplanetary electric field (IEF) penetration to the equatorial ionosphere based on a correlation analysis carried out between different levels of decomposition applied to IEF intensity measured at the ACE spacecraft and ionospheric electric field intensity inferred from ground based magnetometers located in the equatorial region in Brazil. We compare the time variations of those two electric field intensities by means of a scale-by-scale decomposed time series through wavelet multi-resolution analysis. Efficiency is here defined as the fraction of the variation of the IEF intensity that has penetrated into the equatorial region, and it increases with increasing fraction. Two cases of prompt penetration electric fields (PPEF) are analyzed: one occurring on March 31, 2001, and other on April 17, 2002. Our results show that the penetration effect with time scale ranging around 1 h is maximized in relation to other scales.     

赤道电离层R-T不稳定性发展的控制因素分析

本文从质量和电荷守恒方程出发,分析了控制电离层等离子体R-T不稳定性线性增长的各种因素,重点研究了热层风和背景电场的空间梯度对R-T不稳定性线性增长的影响.结果表明,热层风场和背景电场两者的空间梯度对R-T不稳定性线性增长有不可忽视的促进或抑制作用;对R-T不稳定性线性增长起促进作用还是起抑制作用,依赖热层风场和背景电场及其空间梯度的方向;对R-T不稳定性线性增长影响的显著程度主要依赖于热层风场和背景电场两者空间梯度的大小.数值计算结果表明,对典型的背景电离层条件,磁力线顶点高度为330 km时,对线性增长率的影响最高达到120%.     

Response of equatorial ionosphere to episodes of asymmetric ring current activity

We present the characteristics of the response of equatorial ionospheric zonal electric field and F-region plasma density to the asymmetric ring current intensifications that occurred in succession on 16 December 1991, corresponding to the STEP/EITS-2 campaign period. The study is based on high-time-resolution (1-min) data of asymmetic ring current indices, ASY(H/D) and F-region vertical plasma drift, Vz measurements at Kodaikanal (10.25°N; 77.5°E; dip 4°), India and quarter-hourly ionosonde data of For-taleza (4°S; 322°E; dip -9°), Brazil. It is shown that short-lived disturbances in F-layer vertical plasma drift, Vz and height (hF/hpF2) indicative of westward and eastward electric fields prevail simultaneously in the dusk (18–21 LT) and predawn (02–05 LT) sectors, respectively, in association with the decay phase of asymmetic ring current events. Electric fields of opposite polarity do also seem to manifest at these local times, particularly in the early-morning sector in conjunction with the intensification of the asymmetric ring current. At a given location, electric field disturbances associated with individual asymmetric ring current events are thus bipolar in nature, with fields of opposite polarity during the growth and decay phases. The nature and polarity structure of the observed electric field disturbances are in agreement with the theoretical/model predictions of prompt penetration of high-latitude electric fields to the equatorial region.On sabbatical leave from Indian Institute of Astrophysics, Bangalore, India     

电离层中纬槽极小的位置变化及其控制因素研究

本文利用2000年至2009年CHAMP卫星朗缪尔探针实地测量的电子密度数据,分析了电离层中纬槽的位置变化及其控制因素.研究结果表明:(1)地磁平静期电离层中纬槽的位置随磁地方时和经度变化;(2)电离层中纬槽的位置对地理经度的依赖表现为西半球槽的位置高于东半球;(3)AE指数和SYM-H指数与槽的位置变化显著相关,表明极光电集流和环电流是中纬槽位置变化的重要控制因素;(4)太阳风电场晨-昏分量的量值变化显著影响中纬槽位置,而其极性变化的影响相对较弱.研究结果对中纬槽建模有一定的参考价值.     

磁暴主相的經度不对称性

太阳带电粒子流通过磁边界层的中性点或阻塞点,由于极化电場的漂移运动或雷萊-泰勒（Rayleish-Taylor）不稳定运动,穿透磁层而进入地磁場被輻射带所捕获。这些被捕获的电子将向东漂移而形成西向电流。在它們围繞地球一周形成封閉的电流环以前,由于地球的自轉以及这个电流弧对地球各地的相对位置的不同,电流分布以及它在地面磁赤道附近所产生的磁場分布都将是不均匀的,对經度来耕是不对称的。本文假定电子繞地球的漂移周期为两天,計算了当磁暴开始时位于地方时00,06,12及18小时的台站記录的磁場随“暴时”T_st变化的曲线。理論結果与用佘山及洪伽幼地磁台站得到的統計結果是一致的。