磁暴期间南极South Pole站和McMurdo站电离层闪烁与GPS TEC时空变化相关性研究

目前,对电离层闪烁特性的研究大多集中在低纬度地区,而在极区,特别是在南极地区,由于测量数据稀少,所以研究十分有限。借助安装在南极South Pole站和Mc Murdo站的GPS闪烁监测仪,获取到实测的电离层闪烁数据,同时结合IGS网站提供的同址GPS观测数据,分析了2011年9月24—25日磁暴发生前,9月26日磁暴发生时以及9月27日磁暴发生后GPS L波段信号电离层相位闪烁和GPS TEC时空变化特征。分析显示,这次磁暴对电离层的一个重要的影响是在电离层扰动剧烈期间,相位闪烁活动及其强度在时间和空间分布上都显著增强。研究结果发现,在强电离层闪烁期间,实测的相位闪烁指数σ_Φ与由GPS观测数据推算的TEC变化率指数(ROTI)的变化非常相似,两者之间呈现出良好的相关性。从而证明,在如南极等缺乏独立电离层闪烁观测值的地区,GPS ROTI可以作为表征电离层闪烁的重要可选参数,进而可以借助全球分布的GPS观测数据来分析和研究电离层闪烁特性。     

南北极冬季F2层电离层特性对比研究

利用南极中山站和北极Tromso站1996、1997、1998及2002年的测高仪观测数据,对中山站(6月份)和Tromso站(12月份)上空冬季foF2的日变化特性进行了对比研究,结合数值模拟结果,分析了中山站和Tromso站F2层电离层的极区特征,进一步揭示了极区电离层特征的形成机理。结果表明,中山站和Tromso站虽然地理纬度接近,foF2日变化形成机理不完全相同。由于地磁纬度的差异,极区对流与日侧光致电离的相互作用造成了两站日侧电离层的不同变化形态,中山站foF2日变化主峰出现在磁地方时中午附近,而Tromso站foF2日变化主峰出现在地方时正午附近;两站日侧foF2受太阳辐射流量影响较大,极光沉降粒子电离在太阳活动低年对中山站foF2日变化形态影响显著。     

太阳活动低年南北极电离层F2层观测与国际参考电离层对比研究

利用2006-2007年EISCAT Svalbard雷达(ESR)和南极中山站DPS-4测高仪的观测数据,对太阳活动低年不同季节的极区电离层F2层临界频率(f0F2)和峰值高度(hmF2)进行统计分析,研究其日变化特征,并与国际参考电离层IRI-2007模式比较.结果表明,在太阳活动低年,夏季两站的观测结果与IRI预...     

南极中山站极区空间环境观测系统

中国南极中山站位于极隙区纬度,可以观测到丰富的日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象,非常适合开展极区空间环境观测研究。自1989年开始建设以来,中山站极区空间环境观测系统经历了观测设备的不断完善和发展,现已建立了涵盖地面极光、电离层和地磁观测多要素、多手段的自主观测体系,实现了极区空间环境的连续监测并建立了数据库。所有观测设备的运行状态可实时监控,地磁、宇宙噪声吸收等数据实现了准实时远程传输。最后展望中国极区空间环境观测研究的发展前景。     

极区电离层TEC经验模型的建立及适用性分析

利用南极地区40多个GPS跟踪站2010年全年的实测数据,实现了极区电离层TEC建模,对多项式模型、广义三角级数函数模型、低阶球谐函数模型、改进的球谐函数模型以及球冠谐函数模型等五种电离层经验模型进行了比较,并评估了其在极区的适用性情况。结果表明,各个模型在极区都可以取得比较好的拟合精度,残差均值在0.1TECU以内,均方根误差在2 TECU以内。     

极区电离层TEC监测和发布系统

极区是研究各种高空大气物理现象和日地关系的理想场所,通过GPS获取的电离层TEC信息具有高精度、全天候、大范围等优势,所以利用GPS研究极区电离层有重要意义。本文所设计的极区电离层信息监测和发布系统,包含数据回传、数据处理、数据发布三个部分。数据回传包括卫星网络回传和格式转换。数据处理是利用每天回传的GPS双频数据,解算单站VTEC,解决了硬件延迟的求解问题,并用二次建模获得测站上空的VTEC,计算结果表明该方法能较好地给出电离层TEC的大小及变化规律。数据发布是通过中国极地科学考察管理信息系统提供实时的查询服务。     

南极中山站1991年地磁静日Sq变化

本文了分析１９９１年太阳活动峰年南极中山站地磁静日Ｓｑ变化，结果表明：１）地磁静日Ｓｑ变化叠加很多扰动。Ｓｑ场是由Ｓ０ｑ场和Ｓｐｑ场所组成。２）Ｓｏｐ场变化比较规则，其极昼月的变幅比极夜月大很多。在极昼月Ｓ０ｑ（Ｈ）变化出现有双峰图象。Ｓｏｐ场主要是由高结局度极区电离层Ｓｑ电流体系所控制。     

2003年10月底太阳风暴期间中山站电离层吸收效应的观测与分析

本文介绍了成像式宇宙噪声接收机技术和数据分析方法,通过对南极中山站成像式宇宙噪声接收机在2003年10月底太阳风暴期间的观测数据进行分析,得到了相应的极区电离层的吸收效应,它们主要是强度为2. 7dB的宇宙噪声突然吸收和强度高达31dB持续4d的极盖吸收。     

南极中山站冬季电离层的平均特性

本文利用南极中山站的数字式电离层垂直测高仪１９９５年的频高图资料，对中山站上空冬季电离层的一些平均特性进行了初步分析。中山站冬季电离层Ｆ层很不稳定，其日变化比较明显，ｆｏＦ２的月中值在０９００ＵＴ出现极大并在１４００ＵＴ附近出现次极大。最大值在０９００ＵＴ（磁中午）附近，这是极隙区软电子沉降、极区等离子体对流和光辐射电离效应等诸多因素综合作用的结果，形成了所谓的磁中午异常。在２０００～０１００ＵＴ之间ｆｏＦ２数值较小，可能是由于这段时间中山站正处于电离层极洞区域。Ｅｓ层几乎每天都可以观测到，在１７００ＵＴ附近出现机率较高，并且ｆｏＥｓ数值较大，多数为极光型Ｅｓ，主要是由于极光粒子沉降引起的。电离层Ｅ层的变化相对平缓。     

南极地区地磁扰日变化S_D场特征

利用南极地磁资料研究了地磁扰日变化ＳＤ场特征。１）ＳＤ场变化不如Ｓｑ场变化规则,无明显的昼夜差异;太阳活动高年（１９９１年）比下降年（１９９４年）ＳＤ场变化更强烈。２）极隙区中山站ＳＤ场变幅比亚极光区长城站和北半球低纬区北京台的ＳＤ场变幅大１０倍以上。３）中山站Ｓ０Ｄ（Ｈ）变化呈“正弦波”形态,与长城站和北京台Ｓ０Ｄ（Ｈ）变化形态相反。４）中山站Ｓ０Ｄ等效电流矢量在早晨－下午（０２～１５ｈ）矢量方向为反时针西向,下午－夜间（１５～０２ｈ）矢量方向为顺时针东向,这是由极区东向、西向电射流和极区电流涡旋所引起;长城站与北京台Ｓ０Ｄ等效电流矢量很小,这是由极区东向和西向电射流的影响所致。     

中国极区高空大气物理学观测研究进展

中国南极长城站、中山站、昆仑站和北极黄河站有着独特的地理位置,非常适合于开展极区高空大气物理学的观测研究.回顾中国极地考察研究近30年历程,综述极区高空大气物理学研究方面取得的主要进展,他们是:在南极中山站和北极黄河站建立了国际先进的极区高空大气物理共轭观测系统,实现了极区空间环境的连续监测;在极区电离层、极光和粒子沉...     

南极中山站地区太阳辐射的某些特征分析

本文根据1990年1～2月南极中山站的太阳辐射的首次观测数据,分析了该地区太阳分光辐射的变化特征,着重讨论了紫外辐射的变化特征和云对太阳辐射各分量的影响。结果表明,南极中山站地区晴天条件下可见光、近红外和紫外辐射占总辐射的42.2％、53.3％和4.5％;总云量的变化和云类的变化对太阳辐射各分量具有显著的影响。     

极区电离层NmF2观测与国际参考电离层对比研究

利用南北极极隙区与极光带纬度3个台站对电离层F₂层峰值电子密度(N_mF₂)长达1个太阳活动周的观测数据,对国际参考电离层IRI-2016模型在极区的适用性进行系统的定量研究。结果表明,在极光带纬度的北极Troms?站,IRI预测与观测符合最好,大部分季节相对误差在40%以内,在太阳活动高年略好于太阳活动低年。在极隙区纬度的南极中山站和Longyearbyen站,IRI预测精度在太阳活动低年高于太阳活动高年。在中山站和北极Longyearbyen站仅个别月份相对误差在20%以内,大部分月份相对误差超过40%,冬季相对误差接近100%,特别是Longyearbyen站,在太阳活动高年冬季相对误差超过100%。从季节上看,3个台站都是冬季符合最差,夏季符合最好。IRI-2016模型对极区电离层进行预测时,难以如实反映极区等离子体对流和能量粒子沉降等极区特有的物理过程对极区电离层N_mF₂的影响。     

南极中山站1991年地磁静日S_q变化

本文分析了１９９１年太阳活动峰年南极中山站地磁静日Ｓｑ变化，结果表明：１）地磁静日Ｓｑ变化叠加有很多扰动。Ｓｑ场是由Ｓ０ｑ场和Ｓｐｑ场所组成。２）Ｓ０ｑ场变化比较规则，其极昼月（夏季）的变幅比极夜月（冬季）大很多。在极昼月Ｓ０ｑ（Ｈ）变化出现有双峰图象。Ｓ０ｑ场主要是由高纬度极区电离层Ｓｑ电流体系所控制。３）Ｓｐｑ场的变化形态没有昼夜之分；它的变化强度为冬季小、夏季大。Ｓｐｑ场源主要是依赖于场向电流和电离层电导率。４）Ｓ０ｑ（Ｚ）变化比Ｓ０ｑ（Ｈ）变化要大，特别是在极夜的冬季，Ｓ０ｑ（Ｚ）的变幅比Ｓ０ｑ（Ｈ）大２／３倍。本文对北京地磁中心台磁静日资料也一并进行了分析。Ｓｑ变化主要是由北半球中、低纬电离层Ｓｑ电流体系所引起的     

南极中山站极光电集流分布特征分析

本文通过 1 997年在南极中山站观测的极光和所对应的地磁场扰动 ,利用 AU、AL、AE指数描述极光电集流在南极中山站的分布规律及其强度 ,我们发现东向极光电集流强度是正值 ,西向极光电集流强度是负值 ,从绝对值来说 ,西向极光电集流强度大于东向极光电集流强度。南极中山站夏季的极光电集流强度大于冬季的极光电集流。秋夏冬季节的东向极光电集流在72 0～ 1 44 0分 (世界时 1 2～ 2 4时 )的分布规律的拟合曲线类似口朝上的抛物线形 ;西向极光电集流在 72 0～ 1 44 0分这段时间的分布规律的拟合曲线类似正弦波形。了解了极光电集流在南极中山站的分布特征 ,有利于极区电离层和磁层耦合及极光动力学的研究。     

太阳耀斑与粒子沉降对极区低电离层的影响

在南极中山站利用甚低频传播手段观测太阳耀斑爆发及极区粒子沉降对低电离层的影响。在一个月的时间里共观测到 6 0次太阳耀斑爆发事件 ,其中最大的一次耀斑爆发引起低电离层等效反射高度下降 8.7公里 ,X射线 (1 - 8A)峰值流量为 3 .5× 1 0 - 2尔格 /(厘米 2·秒 ) ,造成中山站至北京的短波通讯中断 1小时。在这次耀斑爆发 5 8小时以后 ,又观测到在南极地区有粒子沉降事件 ,并引起低电离层等效高度下降 3 .3公里。     

南极中山站的f_0F2特征

本文利用电离层数字测高仪 (DPS - 4)所测的f0 F2和从美国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 ,冬季中山站电离层内的电离生成主要取决于从磁层沉降的粒子。在太阳活动和地磁变化宁静环境下 ,磁正午极隙区内的软粒子是最主要的电离源 ,它能使f0 F2达全天的最大值 ;上、下午各有数小时处于极光带内时 ,高能粒子的电离作用也很重要 ;夜间进入极盖区后 ,电子密度则很低。夏季太阳辐射电离效应使f0 F2值比冬季增加 1- 1 .5MHz,而其日变化的最大值时间也提前了 1- 2hr。发生很大扰动时 ,极隙区和极光带的位置均向低纬方向移动。若中山站日间也处于极盖区内时 ,电子密度会大幅度下降 ,并常接收不到电离层回波的信号。在中等扰动环境下情况更加复杂。由于高纬电离层对流速度很高 ,离子 /中性分子间的碰撞复合系数就很大。热层中性大气全球经向环流对高纬电离层电子密度的增加无显著作用。磁暴期间中午从极隙区向南的等离子体对流对中山站f0 F2的增高也无明显影响。     

2000年7月重大太阳事件的极隙区纬度观测研究

20 0 0年 7月 ,太阳表面发生了一系列的耀斑与日冕物质抛射事件 ,最大耀斑能级达X5 .7/3 B。地球表面发生相应特大磁暴 ,Dst指数最大负偏达 - 3 0 0 n T。中国南极中山站地处极隙区纬度 ,白天位于磁层极隙区 ,夜间位于极盖区 ,以多种高空大气物理观测设备详细记录了该磁暴过程。对有关数据的分析表明 ,高能粒子引起电离层吸收急剧增加 ,测高仪数据两天多信号空白 ,宇宙噪声吸收显著增加 ;地磁 Pc3 /5脉动增加与行星际磁场南向分量密切对应 ,显示行星际磁流体波对激发磁层脉动的贡献 ;磁暴主相期间 ,Pc3 /5脉动大幅度增加 ;极区地磁水平分量随南向行星际磁场变化 ,但滞后近 8小时 ;Dst指数与南向行星际磁场密切相关 ,磁暴受控于高度负偏的南向行星际磁场     

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度（N_mE>N_mF）时的电离层,记为ELDI（E-Layer Dominated Ionosphere）。针对ELDI,利用2007-2010年的COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间（南北半球的冬至日前后30天）的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量（TECE）、电离层总电子含量（TECI）及TECE占TECI的比重（TECEI）都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。     

基于相干多普勒测风激光雷达的南极中山站低空大气风场应用研究

极区大气作为整个地球大气系统中的重要组成部分,其风场结构与变化关系到全球大气系统的运动.为更好地研究南极低空大气风场特性及其时空变化特征,在中国第36次南极科学考察度夏期间,山东省科学院海洋仪器仪表研究所将研制的相干多普勒测风激光雷达部署到南极中山站,经过现场安装调试,激光雷达从2020年1月8日正式开展业务化观测.观...