极区电离层对IMF Bz 4次快速转向的响应——EISCAT/ESR雷达观测

利用EISCAT VHF和EISCAT Svalbard（ESR）雷达观测数据,对2003年2月12日IMF B_z分量4次快速方向转换期间,极区电离层,尤其是极尖/极隙区的响应特征进行了分析研究.随着IMF B_z方向的多次快速变化,地面雷达观测到极尖/极隙区所在位置随着开放-闭合磁力线边界在纬度方向上来回移动.在此期间,极区电离层等离子体水平对流多次反向,表现出与IMF B_z分量强的负相关性.进一步分析表明：极区磁层-电离层系统在日侧对IMF极性变化的平均响应时间约为3 min.     

低太阳活动期间极区ELDI的EISCAT/ESR雷达观测

本文利用2009—2011年EISCAT/ESR雷达的场向观测数据,统计研究了低太阳活动期间极区E层占优电离层(ELDI)事件的发生规律及其主要特征.地面雷达观测表明,极区ELDI表现出明显的季节变化特征:在冬季和早春发生率较高.EISCAT雷达(极光椭圆纬度)观测到的ELDI多出现在磁午夜扇区,平均持续30 min;ESR雷达(极尖/极隙区纬度)观测到的ELDI多出现在磁正午附近,平均持续14 min,表现出与之前无线电掩星观测结果不一致的日变化特征.在ELDI事件期间,两处雷达观测到的电离层N_mE/N_mF₂比值和E层厚度都没有表现出显著的空间差异.事例分析证实E层电子增强和F层电子密度耗空都能够独立地导致ELDI,然而,统计分析表明上述两个过程对ELDI的形成都起着不可或缺的作用.     

对流输运在TOI断裂形成等离子体云块中的作用研究

极盖等离子体云块是极区电离层常见特征之一,其形成演化过程是当前重要研究课题.光电离高密度等离子体在对流输送作用下从日侧穿过极隙,通过极盖到达夜侧,已成为共识.日侧磁场重联作用下的极区对流输运过程,在舌状等离子体结构（TOI）"断裂"形成极盖等离子体云块中发挥重要作用.利用极区全域GPS/TEC观测数据,结合SuperDARN雷达实测的对流速度,对等离子体云块形成过程进行案例研究,重点分析两种TOI断裂形成等离子体云块的发生机制.研究结果显示,等离子体对流输运过程在TOI断裂形成等离子体云块过程中发挥关键性作用,对流形态或局部对流速度矢量急剧变化都可能导致TOI结构不稳定,使TOI结构断裂形成等离子体云块.     

行星际磁场对极尖区位形变化的统计研究

利用Cluster卫星数据,选取2001—2010年期间的616个极尖区穿越事件,研究了行星际磁场（IMF）的大小和方向对极尖区位形的影响.结果表明：当B_z为北向时,随着B_x负向的增大,极尖区的磁不变纬度向高纬方向（极区）移动;当B_z为南向时,随着B_x负向增大,极尖区的磁不变纬度略微向低纬度方向（赤道）移动.B_x正向增大时,极尖区并没有明显移动.B_x对极尖区影响在南半球较为显著,在北半球没有明显规律性变化.此外,随着行星际磁场锥角的增大（>90°）,极尖区也随之向高纬移动.当B_z南向时,随着B_y的负向增大,极尖区在北半球向晨侧移动,在南半球向昏侧移动.而当B_z南向增加时,南北半球两个极尖区的磁不变纬度都朝赤道方向移动;但北向B_z时几乎没有移动.     

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.     

磁暴期间极光椭圆与极盖区电离层效应比较研究——F区负暴

联合利用EISCAT和E-Svalbard非相干散射雷达数据,研究l997年5月强磁暴期间向阳侧极盖与极光椭圆区电离层F区负暴.发现在磁暴主相和恢复相初期,极光椭圆和极盖区电离层都在大约l90km高度出现类似F1的峰,F2主峰完全消失,F区电子密度大幅度下降.但离子温度的变化在两个区域很不相同,在极光椭圆区大幅度升高,而在极盖区没有显著变化,反映出引起F区负暴的主要机制在两个区域不尽相同.强对流电场引起大气焦耳加热与离子增温而使O+离子消失的化学反应速率增大所导致的电离损失,对极光椭圆区负暴起主要作用;而输运过程,特别是持续长达数小时的沿场上行离子流,对极盖区负暴起重要作用.磁暴主相期间,当EISCAT雷达位于等离子体对流涡旋转换区下方时,在无焦耳加热与离子摩擦增温的情况下,观测到由顶部电离层O+离子沿场高速外流引起的F区电子密度耗空.     

2004年2月11日Cluster卫星和CUTLASS雷达同时观测的磁通量传输事件

本文分析了2004年2月11日11:00～11:40 UT期间Cluster卫星簇的磁通门磁力计FGM）、等离子体电子及电流试验仪（PEACE）和CUTLASS 芬兰雷达对多个磁通量传输事件(FTEs)的同时观测. 在此期间,Cluster卫星簇位于北半球外极隙区附近,并于11:18 UT左右穿出磁层顶进入磁鞘,四颗卫星同时观测到了多个FTEs, 其出现具有准周期性,周期约为130 s. 利用Cluster四颗卫星的多点同时观测数据,采用最小方向微分法和时空微分方法,我们推断这些FTEs是尺度大小约为(0.87～1.81)R_E的准二维结构,其运动方向为东北方向,与Cooling模型预测方向基本一致. CUTLASS芬兰雷达在相应的电离层区域观测到了明显的“极向运动雷达极光”结构,这些结构与Cluster卫星簇观测的FTEs有着很好的对应关系,它们是FTEs的雷达观测特征.     

高纬电离层气候学特征研究--EISCAT雷达观测及与IRI模式的比较

利用1988～1999年欧洲非相干散射EISCAT（European Incoherent Scatter）雷达观测数据,对不同太阳活动周相、不同季节的极光椭圆区电离层F区电子密度进行统计分析,研究其气候学特征,并与IRI 2001模式比较.EISCAT观测到的电子密度显示出显著的太阳活动高年“冬季异常”和太阳活动低年半年变化等现象.EISCAT实测电子密度随时间和高度的平均二维分布和500 km高度以下总电子含量TEC,从总体来看与IRI 2001模式预测结果符合较好.但高年在TEC达到最大值前后,IRI 2001模式预测的电子密度高度剖面与EISCAT观测结果有显著差别：F2峰以上IRI 2001模式预测的电子密度过大,造成TEC明显高于雷达观测值.另外,在太阳活动下降相,EISCAT观测显示出明显的半年周期季节变化特征,但IRI 2001模式未能预测出此下降相季节变化.     

EISCAT雷达观测到的极区电离层等离子体反常对流

综合分析EISCAT雷达与卫星当地测量数据,并利用磁层磁场模式对磁力线进行追踪,研究了发生在极光椭圆朝极盖边界附近电离层中,一例反常的背离太阳流动的强等离子体对流事件,及相关的太阳风-磁层-电离层耦合过程.结果表明,磁暴期间IMFBz指向南时观测到这一反常高速对流,及其相应的等离子体性态特征,很可能是向阳侧磁层顶磁重联过程在电离层中的印记.     

南极中山站电离层的极区特征

本文利用1996年的电离层数字测高仪DPS-4所测的f0F2、f0E以及美国NOAA和DMSP卫星观测估算的半球功率指数和午夜极光区赤道侧边界纬度等资料,考察中山站电离层的极区特征。结果表明,在太阳和地磁宁静环境下,冬季极夜磁正午中山站处于极隙区中心时,电离层内的电离密度达全天的最大值;上、下午各有数小时间隔位极光带内时,高能粒子的电离作用也很重要;夜间进入极差区后,电子密度则很低。夏季极昼时,太阳EUV辐射的电离效应使电离层电离密度比冬季值大许多,而且,日变化的最大值时间也提前了1~2h,强磁扰时,极隙区和极光带均向低纬侧移动;中山站上空的电子密度会大幅度下降。在中等扰动环境下情况要加复杂：磁正午前后极隙区内软粒子沉降的电离强度有所减小,而上、下午极光区的高能粒子电离则有较大增加。