太阳活动中低年厦门电离层扩展F发生率研究

本文利用2008年至2013年厦门电离层垂测仪的观测数据,分析了太阳活动中低年厦门电离层扩展F发生率的日变化、季节变化特征和太阳活动对厦门电离层扩展F发生率的影响,结果显示:(1)厦门电离层扩展F主要出现在地方时18时至次日8时的时间段内,扩展F发生率最大值出现在午夜后;(2)厦门电离层扩展F主要出现在5—8月的夏季月份,扩展F发生率最大值一般出现在6月份(2009年出现在5月份);(3)厦门电离层扩展F发生率的日变化、季节变化中存在明显的逐年变化;(4)厦门电离层扩展F年出现次数与太阳10.7 cm射电流量年平均值在2008年到2011年正向相关,而在2012年、2013年却负向相关;在每一年中(除了2012年外),厦门电离层扩展F月发生率与太阳10.7 cm射电流量月平均值负向相关.太阳活动和厦门电离层扩展F发生率之间的复杂关系表明,太阳活动可能通过赤道电离层扩展F和中纬电离层扩展F两种机制影响了厦门电离层扩展F发生.     

中国低纬度地区电离层闪烁效应模式化研究

GPS（Global Positioning System）周跳是一种GPS信号异常现象.研究发现一定仰角以上的GPS周跳与电离层闪烁有关,是强电离层闪烁造成的GPS载波信号短时失锁现象,因此其可作为表征电离层闪烁效应的参量.本文通过分析由中国低纬度地区GPS台站原始观测数据提取的GPS周跳发生率与地方时、季节、太阳活动以及磁活动之间的关系,开展电离层闪烁效应与这几种参量之间关系的模式化研究.研究结果表明：（1）周跳发生率存在着地方时分布,发生时段主要在日落19：00LT后到午夜02：00LT之前,发生次数在22：00LT左右达到极大,然后缓慢减少,这一变化特点可以用自变量为地方时的Chapman函数形式来描述;（2）周跳发生率存在年变化特点,主要发生在年积日45~135天（春分季节）和225~315天（秋分季节）,可以通过高斯函数来描述每个分季闪烁效应的变化特点;（3）可以利用太阳辐射指数F10.7作为描述周跳随太阳活动周变化的参量,根据周跳随太阳活动周的变化特点,我们使用一个以F10.7为自变量的三次函数来描述这种变化;（4）电离层闪烁与磁活动的关系比较复杂,由于大多数情况下表现为磁活动对电离层闪烁的抑制作用,在本研究中使用一个以地磁活动指数Ap为自变量的的平方根函数来拟合这种变化.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:4.太阳活动低年夏季F区回波

太阳活动低年夏季,低纬电离层F区场向不规则体表现出与太阳活动高年和其他季节明显不同的特征.本文利用我国三亚站(18.4°N,109.6°E,地磁倾角纬度dip latitude 12.8°N)VHF雷达、电离层测高仪、GPS闪烁监测仪和美国C/NOFS卫星观测数据,研究了太阳活动低年夏季我国低纬电离层F区场向不规则体的基本特征.分析发现无论磁静日还是磁扰日,夏季电离层F区不规则体回波主要出现于地方时午夜以后,回波出现的时间较短,高度范围较小,伴随着扩展F出现,但没有同时段的L波段电离层闪烁.太阳活动低年夏季午夜后的低纬电离层F区不规则体回波,可能并不总是与赤道等离子体泡沿磁力线向低纬地区的延伸相关,而可能由本地Es等扰动过程引起.     

中低纬电离层F层峰高和厚度的变化特征分析

电离层F层参数对电离层空间天气研究与电波传播应用具有重要意义,以往工作主要针对电离层f_0F_2、TEC等参数.本文利用我国中纬地区的兰州、中低纬过渡区的昆明、低纬地区的海口三个观测站的电离层垂直探测数据,分析了电离层峰高h_mF_2、F层虚高h’F和定性表征的厚度h_mF_2—h’F的周日、季节、太阳活动变化特征.研究表明:(1)兰州h_mF_2在太阳活动高年和低年的数值接近,海口在太阳活动高年白天的h_mF_2比低年白天高20~30 km.(2)在海口和昆明,h_mF_2最大值多出现在中午时段,兰州站的最大值出现在夜间.(3)海口的h_mF_2在01-3LT期间出现很强的"午夜衰落"现象,此后迅速增大.(4)利用h_mF_2-h'F来表征电离层的厚度时,其季节和周日变化特征与常用的B_0存在相似之处,但未出现清晨与午后凹陷等现象.这些结果对于提高我国电离层变化特性的认识和模式化研究水平具有重要的科学意义.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究：4.太阳活动低年夏季F区回波

太阳活动低年夏季,低纬电离层F区场向不规则体表现出与太阳活动高年和其他季节明显不同的特征.本文利用我国三亚站（18.4°N,109.6°E,地磁倾角纬度dip latitude 12.8°N）VHF雷达、电离层测高仪、GPS闪烁监测仪和美国C/NOFS卫星观测数据,研究了太阳活动低年夏季我国低纬电离层F区场向不规则体的基本特征.分析发现无论磁静日还是磁扰日,夏季电离层F区不规则体回波主要出现于地方时午夜以后,回波出现的时间较短,高度范围较小,伴随着扩展F出现,但没有同时段的L波段电离层闪烁.太阳活动低年夏季午夜后的低纬电离层F区不规则体回波,可能并不总是与赤道等离子体泡沿磁力线向低纬地区的延伸相关,而可能由本地Es等扰动过程引起.     

暴时低纬电离层不规则体响应特征的多手段观测

2010年10月11日发生了一次中等强度的磁暴.本文利用三亚(18.4°N,109.6°E)数字测高仪、VHF雷达和GPS TEC/闪烁监测仪数据以及120°E子午线附近我国漠河(53.5°N,122.4°E)、北京(40.3°N,116.2°E)和武汉(30.6°N,114.4°E)的数字测高仪和GPS TEC/闪烁监测仪数据,分析了磁暴期间我国中低纬地区电离层不规则体的响应特征.结果表明:这次磁暴触发了10月11日午夜前后两个时段低纬(三亚)电离层不规则体事件,而在较高的纬度地区(武汉及以北),并没有观测到电离层不规则体与闪烁.在午夜前,电离层不规则体的发生受磁暴主相期间快速穿透电场激发;在午夜后,电离层不规则体受磁暴恢复相的扰动发电机电场触发,该时段伴随行星际磁场北向翻转的过屏蔽穿透电场也可能是扰动源之一.此外,磁暴期间不同尺度的电离层不规则体会伴随发生.     

太阳活动高、低年东亚中、低纬地区扩展F特性比较研究

扩展F(Spread-F)作为重要的电离层不规则结构之一,对电波传播、导航、通讯等有重要的影响,因此对其时、空特性的研究一直倍受重视.本文通过分析低纬海南台站和中纬长春与乌鲁木齐台站的测高仪数据,比较研究了太阳活动高、低年我国中、低纬地区夜间电离层扩展F的发生特性.扩展F发生率特性主要体现在:无论低纬还是中纬太阳活动低年扩展F发生率最大值高于太阳活动高年;无论太阳活动高年还是低年低纬站扩展F发生率最大值高于中纬站.细节特征主要体现在:首先,三台站在太阳活动高、低年扩展F发生率都存在双峰结构.太阳活动高年,低纬海南站双峰结构集中在春、秋分季节,而中纬站则集中在冬、夏季节,扩展F较容易发生的地方时低纬站主要集中在子夜前,而中纬站则偏向子夜后;在太阳活动低年,中、低纬双峰结构都出现在冬、夏季节,低纬海南站扩展F较突出的出现在子夜前后,而中纬台站则主要出现在子夜及子夜后.其次,双峰结构中的细节表现不同,如低纬海南站太阳活动高年扩展F较容易发生在春分季节,但2月和4月份发生率都比较高而且接近,而太阳活动低年扩展F较容易发生在夏季月份,但5月和7月的发生率也都比较高且接近,且太阳活动高、低年低纬主峰峰值非常接近,不像中纬地区有明显的差异等.本文针对实测数据进行了详细的分析并结合已有研究进行了细致的讨论.     

利用COSMIC掩星探测分析120°E经线附近电离层E层闪烁指数变化

利用气象、电离层和气候卫.星联合观测系统COSMIC掩星2007-2013年探测资料,分析了120°E经线附近电离层E层区域(70~140km)闪烁指数的季节、地方时和空间变化.结果表明强电离层闪烁主要集中在磁纬度±30°内,夏季达到最大,冬季其次,春季最小.闪烁峰值大小与太阳辐射有关,但北半球夏冬季闪烁峰值大于南半球观测结果,秋半球闪烁峰值大于春半球观测结果.地磁高纬地区较强闪烁现象出现在地方时傍晚之后,午夜前后达到最大值.地磁中纬和低纬区域日出后即出现较为明显的闪烁现象,一直持续至夜间甚至凌晨,分别约在中午和傍晚前达到最大值.磁赤道区闪烁现象通常始于地方时日出后,最大值发生在傍晚1800LT左右.电离层E区的闪烁峰值大都集中110km高度,但高纬地区的峰值高度略有降低.此外,太阳和地磁活动的增强一定程度上会抑制E层闪烁现象.相关研究结果有利于分析E层不规则结构及物理形成机制,同时为电离层区域闪烁模型的建立提供有用的信息.     

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.     

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.     

北半球电离层中纬槽发生率及其槽极小位置变化的统计研究

本文利用2014年9月到2017年8月全球高时空分辨率TEC数据对北半球四个经度带电离层中纬槽的发生率和槽极小位置的变化进行了统计研究.基于Kp指数,我们引入了一个包含地磁活动变化历史效应的地磁指数(Kp 9)来分析中纬槽位置变化与地磁活动水平的关系.通过与其他地磁活动指数的对比,发现槽极小纬度与Kp 9指数的相关性最好.此外,本文重点分析了中纬槽发生率及槽极小纬度的经度差异、季节变化、地方时变化以及与地磁活动强度等的关系.结果表明,中纬槽的发生率与经度关系不大,主要受到季节、地方时与地磁活动的影响.午夜中纬槽发生率在夏季较低,其随地方时的变化则呈现出负偏态分布的特点,在后半夜发生率更高,而地磁活动增强对中纬槽的发生具有明显的促进作用.对于槽极小纬度,其在四个经度带的分布差异不大,但月变化各不相同,其中-120°经度带呈单峰分布,在夏季槽极小纬度更高,而0°经度带夏季槽极小纬度更低.槽极小的位置显著依赖于地磁活动、地方时以及季节变化.一般说来,地磁活动越强,中纬槽纬度越低.中纬槽位置随地方时的变化有明显的季节差异,冬季昏侧槽极小纬度随地方时变化较快,弱地磁活动条件下22∶00 LT前即达到最低纬度,其后位置几乎保持不变,而两分季槽极小纬度从昏侧至午夜都在降低,夏季槽极小纬度从昏侧连续下降至03∶00 LT左右.     

Letter to the editor Post-midnight onset of spread-F at Kodaikanal during the June solstice of solar minimum

At dip equatorial stations in the Indian zone, spread-F conditions are known to develop preferentially around midnight during the June solstice (northern summer) months of low solar activity, in association with a distinct increase in F layer height. It is currently held that this onset of spread-F far away from the sunset terminator is due to the generalised Rayleigh-Taylor instability mechanism, with the gravitational and cross-field instability factors (and hence F layer height) playing important roles. We have studied the quarter-hourly ionograms of Kodaikanal (10.2°N; 77.5°E; dip 4°N) for the northern summer months (May-August) of 1994 and 1995 to ascertain the ambient ionospheric conditions against which the post-midnight onset of spread-F takes place. A data sample of 38 nights with midnight onset of spread-F and 34 nights without spread-F is used for the purpose. It is found that a conspicious increase in F layer height beginning around 2100 LT occurs on nights with spread-F as well as without spread-F. This feature is seen in the nocturnal pattern of F layer height on many individual nights as well as of average F layer height for the two categories of nights. The result strongly suggests that the F layer height does not play a pivotal role in the midnight onset of spread-F during the June solstice of solar minimum. The implications of this finding are discussed.     

中国北方地区冬季哨声的传播特征

本文对漠河、哈尔滨、北京三个台站1983年冬季的哨声观测资料进行了统计分析。结果表明,这三个地区的哨声活动在日落和后半夜都同时有高峰出现。在日落期间,哨声的平均色散值较高,出现有较高纬度的哨声穿出电离层后沿地球-电离层波导传播到较低纬度地区的现象;而在午夜后,哨声的平均色散值较低,有较低纬度的哨声穿出电离层后传播到较高纬度的现象。从哨声形态学特征判断,漠河和哈尔滨属于中纬度台站,而北京则属于低纬度台站的范畴。     

北京地区电离层Chapman标高的统计分析

利用F₂层峰值处的Chapman标高H_m可以构建电离层顶部的电子浓度剖面.本文通过对北京站(40.3°N,116.2°E)从2010年1月到2014年5月的电离层频高图人工度量后获得了F₂层峰值处的Chapman标高H_m,分析研究了H_m随周日、季节和太阳活动变化,并探讨了H_m与F₂层特征参数f_oF₂、h_mF₂以及IRI底部厚度参数B₀的相关性.研究表明,(1)北京地区标高H_m的周日变化明显,在正午左右有最大值,夏季和春秋季的最小值出现在午夜左右,而冬季有两个谷值,在日出后和20:00LT左右; H_m在日出前有较小的增加,但不是很明显;(2)白天标高H_m有明显的季节变化,夏季最强,冬季最弱,而夜间的季节变化较小;(3)H_m随太阳活动的增强而增大,地磁扰动会引起H_m偏离正常水平;(4)H_m与h_mF₂相关性很弱,但白天和夜间各自的相关性较强,并且夜间大于白天;H_m与B₀有很强的相关性;(5)由IRI2012给出的B₀与H_m在冬季的相关性很小,表明IRI模式还需要进一步改进.     

Athens地区电离层TEC、NmF2以及板厚

本文使用Athens站2001—2005年间电离层GPS/TEC和f_oF₂数据,分析了TEC、N_mF₂和电离层板厚τ日变化、季节变化特征以及与太阳活动的统计关系,得到以下结论:电离层TEC和N_mF₂具有相似的日变化特征,最大值出现在14∶00LT;TEC在2001和2002年白天出现"冬季异常"现象,N_mF₂在2001—2005年白天均出现该现象;电离层板厚τ主要分布在200~600 km,存在黎明峰和日落峰双峰结构,黎明峰一般出现在5∶00—6∶00LT,日落峰结构一般从日落后开始出现,在午夜前达到极大值;14∶00LT和2∶00LT时刻TEC、N_mF₂同太阳活动的关系呈现"线性"、"饱和"以及"放大"趋势,而τ则出现正、负及不明显的线性关系;最后,我们分析认为黎明峰归因于电离层TEC增加以及N_mF₂的减少,而日落峰主要是由TEC减少速度低于N_mF₂造成的.     

Sq内外源电流体系中国地区变化特征

利用球冠谐分析法对2009年我国35个绝对观测地磁台站的Sq太阳静日变化进行内外源场分离,反演得到三个劳埃德季节(冬季D,分点E,夏季J)相应的内、外源等效电流体系,结果表明Sq外源电流体系在该区域D、E、J三个季节的电流涡中心强度分别为56.2 kA、137.7 kA、137.9 kA,电流涡中心位置的地方时由冬季的1124LT前移至夏季的约1030LT;Sq内源电流体系在该区域D、E、J三个季节的电流涡中心强度分别为21.1 kA、63.4 kA、72.7 kA,电流涡中心位置的地方时由冬季的1100LT前移至夏季的约1000LT.     

The diurnal,annual and sunspot-cycle variations of ESFm at Huancayo compared with similar variations of spread-F occurrence at other longitudes and latitudes

Using the tabulations of spread-F data from ionosonde recordings the diurnal, annual and sunspot-cycle variations of this spread-F occurrence have been investigated for the equatorial station, Huancayo. Both R_z max and R_z min periods have been considered. The analyses suggest that some explanation of these variations can be made by involving two regimes, which have been called Regime A and Regime B. The Regime A is present throughout the night but this distribution is more obvious after midnight. This is because in the post-sunset period Regime B, which is associated with significant height rises, is dominant. The Regime A is the same as for similar distributions in mid-latitudes and is inversely related to sunspot activity. It maximizes in December solstice months. The Regime B is directly related to sunspot activity and maximizes in equinoctial months. Changes associated with the upper atmosphere neutral particle density have been found to be important, particularly for Regime A where an inverse relationship exists. The Regime A R_z min annual distributions reported here for Huancayo have been compared with similar distributions at other longitudes and latitudes.     

Comparison between IRI predictions and digital ionosonde measurements of hmF2 at New Delhi during low and moderate solar activity

This paper deals with the diurnal and seasonal variations of height of the peak electron density of the F2-layer (hmF2) derived from digital ionosonde measurements at a low–middle-latitude station, New Delhi (28.6°N, 77.2°E, dip 42.4°N). Diurnal and seasonal variations of hmF2 are examined and comparisons of the observations are made with the predictions of the International Reference Ionosphere (IRI-2001) model. Our study shows that during both the moderate and low solar activity periods, the diurnal pattern of median hmF2 reveals a more or less similar trend during all the seasons with pre-sunrise and daytime peaks during winter and equinox except during summer, where the pre-sunrise peak is absent. Comparison of observed median hmF2 values with the IRI during moderate and low solar activity periods, in general, reveals an IRI overestimation in hmF2 during all the seasons for local times from about 06 LT till midnight hours except during summer for low solar activity, while outside this time period, the observed hmF2 values are close to the IRI predictions. The hmF2 representation in the IRI model does not reproduce pre-sunrise peaks occurring at about 05 LT during winter and equinox as seen in the observations during both the solar activity periods. The noontime observed median hmF2 values increase by about 10–25% from low (2004–2005) to high solar activity (2001–2002) during winter and equinox, while the IRI in the same time period and seasons shows an increase of about 10–20%. During summer, however, the observed noontime median hmF2 values show a little increase with the solar activity, as compared to the IRI with an increase of about 12%.