磁暴期间高纬顶部电离层离子上行特征——DMSP卫星观测

本文利用DMSP F13和F15卫星观测数据,对2001—2005年58个磁暴(-472 nT≤Min.Dst≤-71 nT)期间高纬顶部电离层离子整体上行特征进行了统计研究.观测表明,磁暴期间,顶部电离层离子上行主要发生在极尖区和夜间极光椭圆区.在北半球,磁正午前,高速的离子上行(≥500 m·s^-1)多集中在65° MLat以上;午后,高速离子上行区向低纬度扩展,上行速度要略高于午前;在南半球,磁午夜前,DMSP卫星在考察区域内几乎所有的纬度上都观测到了高速上行的离子;午夜后,各纬度上观测到上行离子的速度明显降低.离子上行期间,DMSP卫星在极区顶部电离层高度上也频繁地观测到电子/离子增温,且电子增温发生的频率要远高于离子增温.O⁺密度变化分析显示,DMSP卫星磁暴期间观测到的上行离子更多地源于顶部电离层高度.这些结果表明电子增温在驱动暴时电离层离子整体上行过程中起着重要作用.     

电离层上行O+离子沿不同经度处的磁力线向磁层的传输

根据解析求解引导中心近似的动力学方程得到的离子分布函数 ,研究了不同Kp指数条件下起源于不同电离层区域的上行O⁺离子通量密度沿不同经度处的磁力线的定态分布 ,并研究了上行O⁺离子向不同磁层区域传输的特性 .主要结果为 :（ 1 ）起源于向阳面极光带外侧及更低纬区的电离层离子基本上传输到向阳面磁层区 ;起源于背阳面极光带及更低纬区的电离层离子基本上传输到背阳面磁尾等离子体片区和闭合磁力线区 ;起源于极盖区及向阳面极光带内侧的电离层离子基本上传输到等离子体幔区和磁瓣区 .（ 2 ）上行离子主要分布在近地空间 ,其通量密度相对于地心距离呈负梯度 .（ 3）地磁活动指数Kp 增高时上行离子进入磁层的概率增大 ,因而上行离子起动力学作用的地球空间范围增大 .所得结果可解释有关地顶的观测特征 ,理论估算的上行离子在磁尾的通量密度与观测结果相符合.     

电离层极风的EISCAT-VHF雷达观测

极风现象从理论上提出已20多年了,实验上一直没有充分地证实这种现象的存在,以及它的形成区域位于高纬顶部电离层中.我们利用欧洲非相干散射协会（EISCAT）的VHF雷达（在挪威Tromsφ）,对H⁺离子极风进行了首次实验研究,结果表明,实验期间观测到H⁺离子在顶部电离层中的运动速度始终向上,且随高度的增加而增大,从而证实在高纬顶部电离层中确实存在着一个永久向上的H⁺离子流,即H⁺离子极风,其速度在1000km 高度上达到1km/s,其通量在此高度上接近于饱和,达到10¹²m^s（-1）,而温度小于0.26eV.在我们的探测高度上仍未发展成超声速极风.     

大磁暴中环电流离子成分的变化及其与磁暴演化的关系

利用CRRES/MICS的观测数据，研究了磁暴期间内磁层离子成分的变化.对1991年两个典型磁暴和12个大磁暴的分析表明，组成暴时环电流的离子可以分成两组，一组由O⁺、低能H⁺和He⁺组成，起源于电离层(IOP)；另一组为高能H⁺和He⁺⁺，主要来自太阳风(SOP).宁静时环电流主要成分为SOP，大磁暴主相极大时环电流的主要成分是IOP.大磁暴期间离子可被注入到很低的高度(L=3-4).IOP对环电流的贡献随磁暴强度增大而增加，在大磁暴主相极大时可达80%(数密度).IOP中O⁺的快速增减是导致Dst指数在磁暴主相期间快速下降和恢复相中快速增长的主要原因.小磁暴中(D_st＞-50nT)O⁺对环电流的贡献可以忽略不计.     

极区电离层F2层峰值电子浓度对太阳活动依赖性的共轭研究

本文利用南极中山站(ZHS),以及北极与其地理共轭的Tromso站(TRO)、地磁共轭的Longyearbyen站(LYB)各自约一个太阳活动周的观测数据,对比分析了极区电离层F₂层峰值电子浓度(N_mF₂)对太阳活动的依赖性.结果表明,三个台站N_mF₂月中值随修正太阳10.7 cm通量指数F_10.7P(简称P)增大在总体上呈线性增长,这说明在这三个台站,太阳辐射仍是其F₂层主要电离源.其中TRO站N_mF₂与P线性关系最好,ZHS站的次之,LYB站的最差.在日变化中,TRO站N_mF₂对太阳活动响应最为敏感的时刻出现在地方时中午附近,LYB站出现在磁中午,ZHS站则出现在地方时中午和磁地方时中午之间.这主要是由地理/地磁纬度差异引起的不同强度的光致电离与极区等离子体对流共同作用的结果.在年变化中,TRO站N_mF₂随太阳活动变化上升最快的季节出现在冬季,夏季上升最慢.在ZHS站与LYB站,N_mF₂对太阳活动变化的响应都在两分季最为敏感.这种季节上的差异则是由于三个台站光致电离与中性大气成分R[O/N₂]的不同所致.     

武汉和阿德莱德大气太阴N2潮及M2潮的对比分析

利用阿德莱德（35°S,138°E）和武汉（30.6°N,114.5°E）的流星雷达观测数据首次给出了80~100 km高度上周期为12.66太阳时的大气太阴半日潮汐（N₂潮）的季节、高度、年度变化及其与周期为12.42太阳时的大气太阴半日潮汐（M₂潮）的对比分析.分析结果表明：武汉和阿德莱德的N₂潮和M₂潮均有明显的季节、高度和年度变化.N₂潮与M₂潮的幅度比值大于其引力势之比0.191,在某些年份的不同季节和高度上,N₂潮的幅度甚至大于M₂潮的幅度.大多幅度之比接近或超过N₂潮和M₂潮引力势之比的2倍.中低热层的大气太阴N₂潮汐值得关注.     

用理论模式研究电离层F1－ledge的变化

利用一个时变电离层理论模式，研究武昌地区（３０．５°Ｎ，１１４．４°Ｅ）电离层Ｆ_１－ｌｅｄｓｅ现象．表明利用当前关于中性气体和太阳辐射的经验模式，观测到的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ出现与演化的基本规律将可基于现有电离层理论加以再现．指出较明显的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ结构同较低的中性原子－分子含量比有直接关系，并同原子－分子成份的过渡高度、背景温度及其垂直分布形态有一定联系．同Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ形态相关联的Ｆ_１－Ｆ_２谷，其出现主要是由于亚稳态氧离子参与光化过程，以及电离气体参与具有一定垂直变化的输运过程．     

100-200km热层大气光电离率及电子密度剖面对太阳活动的响应

本文利用新的太阳EUV辐射资料、中性大气结构模式及大气成分的吸收及电离特性,计算了100-200km大气的光电离率随高度、太阳天顶角及太阳活动的变化,求得了E-F₁谷的变化特征;利用完整的光化模式求得了电子密度随太阳天顶角的变化及对太阳活动的响应,并与IRI模式作了比较.结果表明,1.太阳活动指数与光电离率间的相关关系一般为正,但在一定的高度范围内,或在天顶角大于临界值X_cr=60°时,两者之间可出现负相关;2.太阳活动明显地影响E-F₁谷高与谷厚,当天顶角不变时,谷高与谷厚均与太阳活动成正相关;3.本模式与IRI间的偏差因子明显随高度及太阳天顶角而变化.     

中纬度电离层foF2潮汐的变化特性

本文通过对1960年以来全球磁纬度40°N至50°N内测高仪台站的观测数据进行研究,提取了电离层F₂层临界频率（f_oF₂）的潮汐,揭示了其变化特征及可能的形成原因.研究发现,周日和半日的迁移潮汐分量（即DW1和SW2）强度最大,并且显示出明显的年变化和半年变化.周日潮汐的3波分量（即DE3）作为典型的非迁移潮汐分量,相对较弱,显示出微弱的半年变化.在冬季,DW1和SW2与太阳活动指数（F₁₀₇）呈现正相关性,其相关系数分别大于0.88和0.65.相反,在夏季,DW1和SW2与太阳活动指数呈现负相关性,特别是SW2,其相关系数在6月份达到-0.72.在相对于纬向均值的归一化处理之后,上述潮汐强度和太阳活动指数之间的正/负相关性被显著增强/削弱.其中,归一化后的夏季DW1和SW2与太阳活动指数的相关系数达到-0.8.更加深入的讨论显示出上传的大气潮汐波动可能是电离层潮汐除了太阳辐射之外的重要驱动源,并且这种驱动机制在SW2中更加强烈.     

高纬日侧电离层离子上行的地磁活动依赖性研究

本文对比分析了太阳活动高、低年期间高纬日侧顶部电离层离子上行随地磁活动水平的变化特征.按地磁活动水平,将DMSP卫星在太阳活动高年（2000-2002年,F13和F15）及太阳活动低年（2007-2009年,F13;2007-2010年,F15）期间的SSIES离子漂移速度观测数据分为三组：地磁平静期（Kp<3）,中等地磁扰动期（3 ≤ Kp < 5）和强地磁活动期（Kp ≥ 5）,分别统计分析了高纬日侧顶部电离层离子上行特征的时空分布.对比分析发现：（1）太阳活动低年期间,高纬日侧电离层离子上行发生率以及上行速度峰值均是太阳活动高年的2倍多,而离子上行通量峰值只有高年的1/6-1/4;（2）在相同太阳活动条件下,地磁活动水平对日侧电离层离子上行发生率峰值的影响并不明显,但对离子上行发生率的空间分布有着显著的控制作用：电离层离子上行高发区随地磁活动向低纬度扩展,并在强地磁活动期间呈现饱和的趋势;（3）日侧顶部电离层等离子体似乎存在两个效率相当的上行区域,一个位于极尖/极隙区纬度附近,离子可沿开放磁力线上行进入磁尾;另一个位于晨侧亚极光区附近,离子沿闭合磁力线上行,有可能进入日侧等离子体层边界层.     

顶部电离层电子密度和温度的统计背景及其地磁活动变化

通过对DEMETER卫星从2004年11月7日至2005年11月30日期间探测到的710 km高度顶部电离层的电子数据进行网格化(纬度2°×经度4°)统计平均,本文分析了不同地磁条件下顶部电离层电子密度和温度的全球分布情况.不论是在地磁宁静还是地磁活动期间,顶部电离层电子密度的分布都存在着一个巨大的威德尔海异常(夜间电...     

赤道异常区内非导管哨声的射线跟踪

本文利用射线跟踪技术研究了电离层赤道异常区内地面哨声非导管传播的可能性。考察了负电离纬向梯度对非导管哨声传播的影响,并检验了哨声射线路径参数和群时延对频率的依赖关系。计算结果证明,夜间在赤道异常区内的电离层中,存在一些地面可检测哨声的非导管传播通道;沿位于通道内的射线路径传播的哨声波,透出电离层后,可同时激发电离层-地面波导的朝极和朝赤道方向传播;在磁纬10°附近,到达共轭电离层底部的射线有明显的“聚焦”效应。本文结果比较满意地解释了近年来在我国南部地区地面台网（磁纬19.4°N至5.5°N）同时观测到的一部分哨声的传播特征。     

一九八○年二月十六日云南地区日全食的电离层效应

本文借助于Budden的频高图分析方法,分析了云南省瑞丽县弄岛街1980年2月16日日全食期间的电离层资料,计算了日食日及控制目的剖面,给出了剖面参数,得到了E层临频及最大电子浓度所在高度在日食过程中的变化,也研究了F层的日食效应,指出了在各选定频率上的反射虚高和真高在日食过程中的变化,发现在300公里以下的各给定高度上,尤其是在270公里附近的高度上,其电子浓度明显地下降。     

低纬导管哨声

本文利用在我国海南岛三亚地区（18.24°N,109.5°E;磁纬7.04°N）观测到的哨声和吱声资料,研究了低纬哨声的物理性质。观测资料和理论分析的结果表明,在低纬仍能接收到沿着按场排列的导管传播的导管哨声。结果间接地表明,在电离层中也存在哨声导管,导管哨声的临界截止纬度应当位于比磁纬7.04°N更低的地区。     

磁层亚暴期间高纬地区三维电流体系

确定亚暴期间高纬地区的三维电流体系是磁层和电离层物理的基本问题之一,本文简述了近年来发展的根据地面地磁活动的记录及演三维电流体系的两种较新的方法:KRM（Kamide-Richmond-Matsushita）方法和K（Kisabeth）方法.在KRM方法和许多其它类似的计算中,都假定磁力线是垂直于电离层沿地球径向的直线.本文介绍了一种递推方法,可计算场向电流沿弯曲的偶极子场线流动的情况。同时,还介绍了高纬三维电流体系对亚暴期间中低纬度地磁扰动的贡献。最后介绍了在计算电流体系时所需的电离层电导率模式。     

Equatorial and low latitude ionosphere during intense geomagnetic storms

An investigation is made in order to analyse the role of neutral gas composition in the equatorial and low latitude ionosphere during intense geomagnetic storms. To this end data taken by the Dynamic Explorer 2 satellite at 280–300 km (molecular nitrogen N₂ and atomic oxygen O concentrations, electron density and vertical plasma drifts) are used. The sudden commencements of the events considered occurred at 11:38 UT on March 1, 1982, 18:41 UT on November 20, 1982 and 16:14 UT on February 4, 1983. Vertical plasma drifts are the most important contributor to the initial storm time response of the equatorial F region. Neutral composition changes (expressed as an increase in the molecular species, mainly N₂) possibly play a predominant role in the equatorial and low latitude (10–20°) decreases of electron density at heights near F2-region maximum during the main and recovery phases of intense geomagnetic storms. Delayed increases of electron density observed at daytime during the recovery phase may be also attributed to increases in atomic oxygen. At low latitudes possibly a combined effect of O increase and upward plasma drift due to enhanced equatorward winds is the responsible mechanism for the maintenance of enhanced electron density values.     

从雷电脉冲谱推算出低电离层等效结构

从低电离层-地面波导中电波传播的波导模理论出发,分析了雷电产生的电磁脉冲（LEP）谱随距离变化与低电离层结构之间关系。利用LEP谱中干扰最小值时的频率与指数电离层模式参量的关系得出低电离层等效模拟参量。从我们观测出的LEP数据得出指数电离层等效参量是:在白天β=0.3km^-1,h_i=70km;在夜间β=0.5km^-1,h_i=88km。并指出使用这种方法可以观测出低电离层在时间上和地理位置上的变化。     

在耀斑-日球电流片坐标系中——研究耀斑-激波相应地磁扰动的分布特征（Ⅱ）

本文采用一种新的坐标系--耀斑-日球电流片坐标系,对1966-1982年间由耀斑-激波所引起的277个耀斑-地磁扰动事件进行了分析.初步结果是:1.耀斑-地磁扰动事件在该坐标系中相对日球电流片的随机分布呈高斯分布,极大值在电流片附近;2.当地球和耀斑位于日球电流片同侧时,地磁扰动事件频次远高于异侧;3.地磁扰动强弱在该坐标系中的分布,亦呈现了同侧高于异侧,且极大值多在日球电流片附近;4.耀斑-激波能流密度ρ₂V₂³及其跃变量ρ₂V₂³-ρ₁V₁³在该坐标系中具有十分类似于相应磁扰水平的分布,其离散程度后者略大于前者. 根据本文的结果可以看出,对耀斑-地磁扰动研究来说,近太阳日球电流片的存在是一个重要的特征面,它对耀斑-地磁扰动的产生和强弱水平有重要影响,使太阳耀斑活动与地磁活动效应之间的对应关系变得复杂化了.     

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.     

中国三个大地震的震源参数及讨论

大地震的震源机制及地震矩、应力降等参数,不(又对认识地震的破裂过程,而且对预报强地面运动都是非常重要的。一些文章对板内地震应力降的特点、地震矩与高频源谱的关系及区域特征的讨论,使我们可直接由长周期体波或面波得出的地震矩M₀估计出不同地区中大地震的高频源谱,以供强地面运动预报参考。 由于对发生在中国板内的1976年11月6日盐源地震（M_s=6.5）和1976年11月15日宁河地震（M_s=6.3）的震源参数还没有详尽的报道;另外,对1973年7月14日