与青藏高原气象有关的电离层扰动(英文)

利用武汉电离层观象台的HF多普勒台阵的长期观测记录,对电离层声重波进行了定源分析,发现武昌地区上空的近源声重波的激发与武昌西南部的青藏高原的地形隆起有关。 在这种定源研究中,我们发现的主要观测现象为: (1)、在襄樊附近上空的约200公里的高度上(BPM,10MHz时号),声重波水平传播的优势方向为正西偏南至正东偏北。也有由北向南传播的,但不占优势。这一优势方向上传播速度的大小与其它方向上的相比较,约小20％。 (2)、上述优势方向的出现没有明显的日变化,即不同的地方时都存在这种优势方向。 (3)、上述优势方向主要出现在早春季节,秋季很少出现。 (4)、在襄樊附近,在较高的280公里左右的高度上(BPM,15MHz),正西偏南至正东偏北的优势方向相对变弱,出现另一个由北向南的优势方向。 (5)、在朝鲜南部海面上空约220公里的高度(JJY,15MHz)上,虽然仍存在由正西偏南向正东偏北传播的扰动,但水平传播的优势方向由北向南。 从上述观测现象我们不难看出:在襄樊上空经常出现的一种声重波扰动,来自襄樊的西南方向。随着高度增加,这种扰动很快减弱;随着传播距离的增大,也很快衰减,至朝鲜南部海面上空已很少出现。这种扰动的水平传播速度小于电离层高度上的声速。以上特性说明这些扰动的源区离襄樊不远,估计它们在     

数字测高仪研究Es动力学过程(英文)

1985年夏天,用数字测高仪对北京地区的Es进行了观测。 采用高分辩Doppler频移测量模式,观测到了Es的波状变化。其周期在白天大约是9分钟,在夜间大约是5分钟。这一结果显示了电离层中声重波对E_s的影响。测量到的周期对应于声重波理论所预言的重力波分支周期的下限。另外还观测到Doppler的快速变化,其时间尺度小于3分钟。我们认为它们是由Es的水平漂移引起的,如果Es的不规则结构在水平方向的尺度大约是10公里,水平漂移速度大约是80米/秒,那么其现在时间变化尺度大约是2分钟。 另外还研究了h'Es和f_0Es的反相关性。其原因可能是,Es因为快速下降会产生激波状结构,使得Es的下边缘变得很陡,因而使f_0Es变光对一个事例的研究表明,Es下降的速度大约是1米/秒,这一数值足以对Es下边缘的梯度产生影响。 数字测高仪作为一种简易的观测手段,可以用来研究Es的动力学过程,可得到以前只有VHF雷达等手段才能得的结果。因而,进一步开发数字测量高仪的功能并对Es作更深入的研究是很有价值的。     

赤道异常的两日振荡(英文)

文章揭示出赤道异常两日振荡的四个特点,即: 1、两日振荡在一天之内的发展消亡过程与赤道异常同步; 2、赤道异常南北峰附近的振荡相位与磁赤道附近的振荡相位相反; 3、赤道异常南北峰附近开始同步振荡的时间比磁赤道附近晚3小时左右; 4、振幅靠南北峰附近最强并随着纬度的增加而逐渐减小直至最后消失。 文章论述可用不同周期赤道异常振荡的叠加来解释经常观测到的赤道异常的逐日起伏(day-to-day-Variability)。 文章还讨论了磁暴或电离层暴引起的起伏与赤道异常两日振荡的差别。 最后文章还给出了这种两日振荡的产生机制:即存在于中层及低热层中的大气行星波会调制潮信风并通过发电机过程导致电流及电场也具有相应行星波周期的振荡。当具有行星波周期振荡的电场沿磁力线传到F层并通过喷泉效应就会产生赤道异常的行星波振荡。初步完成的数值模拟计算已证实这种物理机制的正确性。     

两日对称行星波发电机效应的数值研究(摘要)

七十年代以来根据流星余迹雷达测风的结果,部分反射的观测结果,卫星辐射计的测量结果以及火箭的探测结果,发现在中层大气及低热层大气中存在着比较稳定的大气两日波,并认为这是一种周期为两天纬向波数为3并具有全球尺度的西行行星波。其垂直波长往往超过100公里,进入到电离层发电机区域。这种两日波动将会调制潮汐风,     

白天赤道电激流区梯度漂移不稳定性的非局域分析(英文)

八十年代,人们在赤道电激流区观测到数公里尺度的强非线性波动现象。对这一现象目前还没有满意的理论解释。 根据一些作者对速度剪切对不稳定性的影响的讨论,我们认为速度剪切对长波的影响不是决定性的,描述梯度漂移不稳定性的基本方程可以作相当大的简化。对一个简单的等离子体密度分布模型,该微分方程可以解析地求解。 本文结果表明,大尺度波的相速度和增长率不仅依赖于波数,也依赖于模数—非局域解在不稳定区域中的节点数。与局域理论相比,非局域效应大大地减小了增长率。结果还表明,如果考虑复合耗散,增长率的长波截断与观测结果是吻合的,另外,波的相速度与观测结果也相合。 线性分析的结果还不能完全解释大尺度波现象,但是本文的解析解对今后的非线性分析很有帮助。 类似的分析方法将应用到夜间赤道电激流区和中纬Es层。     

中国上空电离层的一些主要特征(英文)

本文综述了有关资料,通过电离层的重要参数foF2和TEC以及某些扩展F与散见E层现象,描述了中国上空电离层的主要特征。我国位于中低纬区域,拥有由九个电离层垂测站组成的常规站网(表中新乡站是非常规站),其观测工作已超过30年,近年来,在大部份站点上,又采用微分多普勒与法拉弟旋转技术,分别接收美国NNSS的VHF信号和日本ETS-Ⅱ的1 3 6 MHZ信标信号,进行TEC测量。通过对电离图和TEC资料大量分析研究,结果表明:我国上空变化的精细结构及其产生机制还不清楚;但是,已得出的初步结果仍然给出了我国有关电离层纬度、季节和昼夜变化以及与太阳活动性的概貌,其平均的和扰动的主要特征与其它经度扇区中低纬度站所观测的结果是一致的,同时,也观测到一些由不同的电离层与动力学效应所引起的地区性特点,南方站有很强的赤道喷泉效应,而北方站可能有中层大气环流的影响。     

海南探空火箭试验和地面综合观测站简介(英文)

中国科学院原空间物理研究所(现空间科学与应用研究中心)1986年开始建设海南空间物理观测试验场. 火箭发射场位于海南儋县西面的富克镇(19°31’N,109°08E),拥有发射区、遥测站、雷达站、数据处理系统等设施.配套的地面观测设备是电离层数字式探测仪DGS—256,还将设立电离层偏振仪、电离层浑浊度仪等.地面设施除进行常规观测外,还可与探空火箭进行同步探测。在国际合作项目中,近期将同联帮德国共同利用VHF雷达进行电离层E层不均匀性研究。同美国、联邦德国、日本合作项目也正在酝酿中。 空间中心还正在海口建设一个地面综合观测站,将是中国自北至南在东经120°台站链上的一环。计划中的观测设备有电离层偏振仪、哨声仪、数字探测仪斜向接收机、电场测试记录仪等,并考虑筹建激光雷达、气辉观测和F—P干涉仪等项目。现已成立的中国科学院空间科学与应用研究中心海南探空部将负责规划、筹建和管理海口富克两处地面综合观测站的工作。此外,空间中心已与武汉大学空间物理系商议合作在三亚地区建立第三个观测点。 海南探空火箭和地面综合观测站的研究课题有:近赤道区中、高层大气结构、动力学和光化学过程的研究、电离层异常、漂移和运动的研究、低纬近赤道区大气声重波产生机制和传播特性、电离层和低中层、     

某些典型电离层扰动的高频多普勒测量记录(英文)

本文显示了近一、二年中北京地区获得的某些典型电离层扰动的高频多普勒记录。电离层的高频多普勒测量已有20余年的历史,对不同扰动形态也已有过一系列的描述和研究。本文的特点在于集中地将几种典型扰动记录汇集在一起,这些扰动主要涉及的过程是电离层中的声重力波以及伴随着太阳耀斑爆发的突然频率偏移现象。我们实际记录到的各种扰动形态在细节上要比本文选择的事例丰富得多,但我们认为选择在本文中的这些典型记录可以在总体上展示一些主要扰动形态的直观概念,结合当时电离层背景条件及太阳,地磁等活动情况,可为进一步的机制研究提供有用的线索。     

基于多源GNSS观测数据的三维电离层研究现状及发展

近年来,随着GNSS (global navigation satellite system)技术的发展,利用地基和空基GNSS电离层探测的空间特征,形成了更加完善的三维电离层观测系统,获得了丰富的多源GNSS电离层观测数据,促进了电离层在理论模型、经验模型及同化模型方面的进展,同时,通过结合中性大气及等离子层等方面的研究,为极端气象、太阳活动及磁暴等事件的监测与物理机制研究提供了数据基础与研究手段。介绍了多模地基及星载GNSS电离层观测数据发展现状,并讨论了空基GNSS电离层观测数据在电离层顶部区域经验模型改进方面的进展。指出电离层经验模型可作为同化模型的初始场,而电离层理论模型可将其作为卡尔曼滤波的动力学部分,以通过同化算法利用多源数据重建或预测电离层,并阐述了多源及多模GNSS电离层观测数据的增加背景下电离层同化模型构建过程中新的要求与发展。最后,提出自适应格网与机器学习可成为电离层同化算法方面的新研究方向,以促进三维电离层研究。     

QBO的电离层效应(摘要)

近年来在大气温度与太阳活动的相关性研究中发现了QBO的调制作用,由于大气温度与太阳相关系数的高度剖面交替地呈现出正相关与负相关,且其相间距离与行星波的垂直结构大体一致,致使人们提出大气加热存在两个相互竞争的来源即太阳紫外幅射加热与上行的行星波的动力学加热。上行的行星波不仅会加热大气也应该会调制潮汐风并通过电离层发电机效应导致电场与电流的行星波周期的振荡或起伏,而当此电场沿磁     

太阳X射线爆发对长波定时与校频的影响

太阳X射线爆发引起电离层D区的突然扰动(SID),直接影响低频天波信号的传播。本文给出了由SID所引起的低频灭波信号幅度与相位突然异常的部分观测结果,分析了对利用天波甚至可能对利用地波定时、校频产生的影响,并提出了减小这种影响的方法。     

关于磁声重力波传播性质的探讨

本文对充满垂直均匀磁场的等温大气内的磁声重力波做了严格的解析分析,并将其通解表述成广义超几何函数的形式。该解可用于对磁大气内振荡现象的进一步数值模拟研究。对解的分析澄清了若干磁声重力波的传播性质。     

ROTI计算策略的初步分析比较

由电离层闪烁和TEC(Total Electron Content)监测仪获取的振幅闪烁指数S4和相位闪烁指数σ?是电离层闪烁研究中最常用的参数,由双频GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机获取的电离层TEC变化率指数ROTI(Rate of TEC Index)与S4指数的相关性已得到很多相关研究的验证,ROTI也是电离层闪烁研究的一个有效参数,这样就使利用全球分布的大量GNSS观测数据开展电离层闪烁研究成为可能.但是在不同的研究中计算ROTI所使用数据的采样率和计算间隔有所差异,对于计算策略的选择尚无定论.利用海南三亚1 s、15 s和30 s采样率的GNSS双频观测数据与电离层闪烁和TEC监测仪获取的S4指数,分析了在电离层闪烁发生时,不同计算策略获取的各类ROTI与S4指数的相关性,分析比对了几类ROTI对电离层闪烁的敏感性.分析结果表明:各类ROTI与S4指数都具有较强的相关性,在大多数情况下,不同种类ROTI都可以在闪烁发生期间响应S4指数的变化;不同采样率的ROTI在响应S4指数变化时,判断是否发生电离层闪烁事件的阈值有所差异;由于ROTI和S4指数监测电离层闪烁的机理不同,也会出现几个参数不能同时反映电离层受扰动的情况,在进行电离层闪烁监测、预报和预警时,建议同时采用多个参数综合分析;在同等的电离层条件下,15 s和30 s采样率的ROTI在数值上比较接近,但是两者明显小于1 s采样率的ROTI.使用GNSS接收机进行电离层闪烁观测时,建议采用高于1 s采样率的GNSS观测数据.     

电离层TEC对GRB041227的响应

2004年12月27日世界时21时30分,一个非常强的γ射线暴扫过地球,它使得暴露在这次事件中的地球高层大气产生额外电离.在爆发期间,地球上多个甚低频(VLF)电波台站都同时观测到了电离层突然骚扰(SID)事件.对GOES卫星的X射线数据、ACE卫星的太阳风和行星际数据以及理论分析表明,地球上观测到的SID事件是由GRB041227引起的.另外,利用国际GPS服务网(IGS)提供的观测数据,采用相干求和的数据处理方法研究了电离层总电子含量(TEC)对这次γ射线暴的响应.结果表明,SGR1806-20产生的GRB041227对地球电离层产生了明显的影响.在爆发期间,平均电离层TEC有一定的增加,其最大增加值约0.04TECU(1TECU=10~(16)el/m~2),产生效果与一个C级或者低于C级的太阳耀斑相当.计算结果还表明了遥远的天体也能对地球的近地空间环境产生或多或少的影响.     

太阳耀斑引起的突发电离层骚扰(英文)

太阳活动第22周峰年期内,我国组织了日地系统整体行为的联合观测研究,中科院武汉物理研究所开展了多项电离层观测,见表1,监测太阳活动在电离层中不同高度上的效应。垂测记录的形式为频高图;长波观测中为Loran—c信号的相位和振幅变化。由武昌、天门和安陆三个站组成的台阵,记录了BPM时号的三维多普勒频谱结构,还同时记录了电子总含量(TEC)的变化。 本文讨论SID,主要观测结果列在表2。表2按确认的SFD事件排列。这种记录虽是全天候的从未中断过,但由于短波传播条件的各种特殊变化,不能认为已收入了全部SFD事件。长波观测有少数缺记情况,TEC记录虽未中断,但它的灵敏度低,只能检测大耀斑。表中的耀斑事件也不全,可能漏掉了一些对电离层效应很灵敏的急剧变化的短暂事件。从表2中得出下列主要结论:(1)SFD是一种很好的光耀斑指示器;(2)SPA是X射线耀斑的指示器;(3)出现特强的SFD和SPA,并出现可检测的SITEC常暗示着1—3天内,将出现电离层暴或大尺度TID。由于记录是连续实时显示的,这种观测在日地空间环境监测、预报和研究中是很有用的。     

木星大气中交替快速环流研究

伽利略探测器对木星深部的大气测量，进一步增加了木星大气的平均带状交替快速环流是由其深部大气运动产生的可能性。由于木星高速自转，所以此带状流的基本动力学特征是地转流，即主要动力学平衡是科里奥利力和压力。基于近两维和非轴对称地转慢波的非线性相互作用，描述了一个新的带状交替环流的分析理论，并给出了地转波动的一个显函数关系分析表达式，以及它对应于弱非线性问题的首阶解。对考虑非线性效应的高阶解问题，推导出了一个运动方向交替的快速环流的分析表达式。也对该理论在木星和其他行星的大气动力学研究方面作了讨论。     

太阳活动低年太阳风的空间结构

1976年的太阳风流速行星际闪烁测量显示了一个期待的风速空间变化趋势,即在高的太阳纬度上或在大的角距离(相对于由日冕观测导出的行星际电流片)上出现高的太阳风速。仔细考察电流片偏离太阳赤道地区的风速变化,发现太阳风速相对于太阳赤道的空间分布并不对称,极小风速出现在行星际电流片附近。在1976年,平均风速u随离电流片的角距离λ变化为 u(λ)=800sio~2λ 350(公里/秒),|λ|≤35° u(λ)=600(公里/秒),|λ|>35°     

非局域梯度漂移不稳定性的非线性分析(摘要)

即使用非局域线性理论,在白天赤道电激流地区观测到的大尺度现象仍然得不到满意的解释。在这里,我们试图根据物理图象和简单性建立非局域梯度漂移不稳定非线性模型。考虑(m,n)和(0,2n)模之间的相互作用,我们就能得到非线性饱和。正向串级和反向串级效应将在(m,n)和(2m,2n)模之间的相互作用项中得到体现。数     

地磁脉动与太阳活动(英文)

地磁脉动作为在地面或磁层内记录到的磁流体波覆盖了很宽的频率范围(10~(-3)～10Hz),称为超低频波(ULF)。目前国际上粗略地将地磁脉动分为连续脉动(Pc)和无规脉动(Pi)两大类。Pc主要在磁平静条件下观测到的长时间连续的准正弦形的脉动。而Pi则与磁层扰动即与太阳活动有较密切的联系。 太阳耀斑效应的地磁脉动Psfe: 图1给出1988年12月16日0836UT的Psfe,由0833UT的3B级耀斑爆发引起。这类脉动过去讨论的并不多,基本特性如下: (1)只有较强的耀斑(通常二级以上)才激发这类脉动。(2) 脉动的开始通常落后于耀斑爆发时间数分钟。(3) 这类脉动必然伴随电离层D层的突然骚扰(SID)。(4)其东西分量常比南北分量强得多。(5)幅度通常较小(1nT左右)。 目前认为:Psfe脉动是耀斑引起电离层电导率局部的突然增强,因而产生电离层电流体系的扰动,它的直接激发源在电离层内,这与其它主要类型脉动源于磁层有本质不同。 与磁爆急始相关的地磁脉动Psc:图2给出1988年12月18日0225UT的伴随磁爆急始的Psc脉动。通常认为是高速太阳风对向阳面磁层的突然压缩而形成激波,这已为空间观测证实。当激波扫过地球时即观测到Psc,它是全球性的现象。Psc通常是脉冲式的,也可能含有衰减振荡。幅度很大,可达十几个nT。 Pi2脉动一磁层亚暴开始的指     

彗木相撞中的波动

1994年7月18日至24日期间，彗星苏梅克-列维9(SL-9)的超过20块碎片与木星发生了相撞．哈勃空间望远镜(HST)拍摄到的图像揭示了木星大气对撞击的动力学响应．具有重要意义的是观测到5个撞击点周围的圆环，它们以450米／秒的常速度向外运动．环的圆形性表明它们是波．因为对于不同大小的撞击，波速是常量，可以推断出传播速度与爆炸能量无关．这意味着这些波动是线性波．评述现行理论所使用的3类候选波，亦即惯性引力波、声波和地震波，介绍的重点是前面两种．