极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法，在行星际磁场具有较小的北向分量，且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时，对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况，分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明，极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变，当Ｂｙ＞０时，无论是磁扰还是磁静日，极隙区电场具有显著的北向分量；等离子体对流有较大的西向分量；电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时，电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反；电离层电流在磁抗日有西向分量，但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显，磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移，与静日相比，磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显，但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

极区电离层对流速度的浅层神经网络建模与分析

电离层对流是太阳风与地球磁场相互作用下驱动的磁层大尺度对流循环与对流电场在极区电离层的映射,与行星际磁场-地球磁场耦合系统息息相关.本文基于SuperDARN(Super Dual Aurora Radar Network)分布在北半球的23部高频相干散射雷达获取到的二维电离层对流速度对其进行建模研究.模型输入为行星际...     

南极中山站数字式电离层测高仪的初步观测结果

本文介绍数字式电离层测高仪ＤＰＳ－４的原理和特点，在中山站的安装和调试，从扫频电离图所得到的初步结果表明，中山站冬季电离层Ｆ层存在明显的磁中午现象，而电离层Ｅｓ层与极光粒子沉降有很大关系；漂移测量的结果表明，电离层漂移主要是水平方向的运动，并且具有大体一致的日变化模式，显示出在极区存在逆阳对流。     

地磁场Sq的经度效应和UT变化

使用国际地球物理年（ＩＧＹ）和国际地球物理合作年（ＩＧＣ）期间全球地磁台网的资料和中国台站的同期地磁记录，对地磁场太阳日变化Ｓ_ｑ的经度效应和ＵＴ变化进行了分析研究．将适用于瞬时全球磁场的球谐分析法与适用于平均场的双调和分析法相结合，提出了一种分析Ｓ_ｑ磁场的新方案，得到了（θ，Ｔ，ｔ）坐标系中组成Ｓ_ｑ场的三个部分，即仅随地方时ＬＴ变化的部分Ｓ_ＬＴ，仅随世界时ＵＴ变化的部分Ｓ_ＵＴ以及既随ＬＴ变化又随ＵＴ变化的部分Ｓ_ＬＵＴ．从全球来看，在ＩＧＹ／ＩＧＣ期间，这三部分的强度之比分别为：Ｘ分量１．０：０．２：０．３，ｙ分量１．０：０．１：０．６，Ｚ分量１．０：０．４：１．０．Ｓ_ｑ的经度效应和ＵＴ变化虽然表现了同一物理过程，但它们有不同的表达形式，其决定因素是地磁轴对地理轴的倾斜，地磁场的非偶极子成分（即区域性异常）和地球内部电性的横向不均匀性（包括海陆分布、地壳上地幔电导率的区域差异）     

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.     

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 Bz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 Bz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 Bz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.     

地球极区电离层对行星际激波的响应

本文就地球电离层对行星际激波的动力学响应进行三维全球数值模拟研究．背景行星际磁场为螺旋场，南北分量为零；初始电离层由Ⅰ区场向电流和相应的晨昏电场所主导；行星际激波沿日地连线方向撞击地球．模拟结果表明，在激波的作用下，电离层Ⅰ区电流系统向子夜方向运动，在向阳侧相继出现与原Ⅰ区电流反向的异常场向电流对和同向的新生Ⅰ区电流对．该异常场向电流对在极盖区形成瞬间昏晨电场，尾随原Ⅰ区电流向夜侧方向漂移直至湮没．与此同时，新生的Ⅰ区电流不断增强并向夜侧和赤道方向延伸，最终取代原Ⅰ区电流，相应极盖区又恢复到原来的晨昏电场状态．这一响应过程和行星际激波强度有关：激波强度越强，新生的Ⅰ区场向电流也越强，它向赤道方向延伸的距离也越大，能到达的纬度也越低．上述结果在趋势上与观测到的输运对流涡旋和亚极光块的运动特征一致．     

2001年3月19日至22日期间电离层暴分析

本文利用2001年3月19日至22日期间ACE卫星观测的行星际资料、电离层垂测仪资料以及中国地区TEC资料,分析了发生在这期间的电离层暴过程.结果表明：（1）日冕物质抛射造成的行星际环境为电离层暴的发生提供了大尺度环境背景;（2）强烈的电离层负暴发生在磁暴恢复相阶段;（3）强烈电离层负暴能够用暴环流理论解释.     

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.     

日侧伴随电子加速的离子上行事件的分布特征

本文基于2005年1月和7月DMSP F13卫星的观测数据,研究了日侧伴随电子加速的顶部电离层离子整体上行事件的分布特征.结果表明,离子上行主要发生在磁纬70°～80°MLAT范围内,加速电子磁层源区对应低纬边界层和等离子体片边界层;冬季上行存在明显的“晨昏不对称性”,主要发生在晨侧(06∶00—09∶00 MLT),夏季上行主要发生在磁正午(09∶00—15∶00 MLT),以磁正午为中心近似呈对称分布,并且冬季离子上行发生率显著高于夏季;离子上行发生率在中等地磁活动时期显著增强,上行区域随着地磁活动的增强向低纬度方向扩展;行星际磁场B_x>0时,对应等离子体片边界层13∶00—18∶00 MLT和06∶00—09∶00 MLT区域内上行发生率增加,行星际磁场B_y的方向会导致上行高发区以磁正午为中心发生反转,行星际磁场南向时,上行发生率增强;冬季离子上行平均速度高于夏季.     

三维电离层等离子体环流

对DE2航天器测量的离子漂移速度矢量的检验揭示了高纬度区垂直和平行于磁场的电离层流动的意义.在行星际磁场南向期间,垂直于磁场的两涡对流图案伴随着电离层等离子体的场向运动,这种运动在昼侧极光带和极隙区的主要是向上的,在极盖区主要是向下的.对流通过中性大气产生的摩擦加热和能粒子沉降产生的加热确信是导致等离子体总体向上流动和随后等离子的冷却造成的向下流动的原因.一部分向上流动的等离子体看来是在约800km以上高度中获得逃逸能量的,在400km高度处通过整个高纬度区的平均离子流是向外的.它可与DEI在远高于400km的高度上观侧到的向外的能离子流相比拟。     

超低频波与带电粒子的非线性相互作用

超低频波在日地能量传输和磁层—电离层耦合过程中都扮演着十分重要的角色,其在调节整个太阳—地球系统的能量流方面的研究一直是空间物理领域最重要的研究方向之一.超低频波是带电粒子在内磁层辐射带中加速和扩散的主要原因之一,磁层中的带电粒子具有典型的垂直于磁场的漂移运动和平行于磁场的弹跳运动,超低频波的频率范围能够覆盖带电粒子的...     

太阳活动低年南极中山站电离层F层的平均特性

根据１９９５-１９９７年３年中山站数字式电离层测高仪的数据,分析了中山站不同季 节Ｆ层的临频变化特点．中山站夏季主要受太阳光光化电离的影响,Ｆ层临频随地方时的变 化与中纬台站相似;两分季,极隙区软电子沉降的作用显著,Ｆ层临频随磁地方时而变化,有 较明显的磁中午现象．冬季,太阳全天处于地平线以下,中山站Ｆ层临频的变化主要受极隙 区软电子沉降和极区等离子体漂移的影响,其峰值变化处于碰中午和地方时中午之间．中山 站夏季全天都能观测到Ｆ层的存在;两分季Ｆ层在地方时子夜附近的出现率较少;冬季月份 在磁地方时午后和子夜Ｆ层出现率明显减少,这可能与南半球冬季的高纬槽和极洞有关．对 Ｆ层不均匀区的分析认为,中山站在ｔ_(ＬＴ)为１６：００左右处于极光带赤道侧,２０：００左右进入极盖 区。     

一次行星际磁场南向突变的高纬电离层对流响应特征

本文利用北半球的超级双极光雷达网数据，考察了一次行星际磁场南向突变时高纬电离层对流的响应特征，着重分析了响应的时间尺度. 对所研究的事件，行星际磁场南北分量在1.5 min内从+7 nT突变到-8 nT，而在突变前后约40 min内都保持相对稳定. 结果表明，电离层对流的初始响应发生在磁正午附近，相对于行星际磁场突变到达磁层顶的时间有大约3 min的滞后；响应与磁地方时有明显依赖关系，离磁正午越远，响应的滞后时间越长，晨昏两侧的对流响应比磁正午滞后约6 min，磁午夜的对流响应比磁正午滞后约12 min；对流重新趋于稳定的时间与磁地方时没有明显的依赖关系，该时间尺度约为10～14 min.     

基于行星际/太阳风和地磁条件的紫外极光卵边界建模和预测

极光卵的尺度大小与太阳风-磁层-电离层能量耦合过程紧密相关,准确预测其大小对空间天气研究和预报具有非常重要的意义.本文基于模糊c均值聚类算法,从Polar卫星紫外极光图像中自动提取极光卵边界数据(~1215000个赤道向边界点和~3805000极向边界点),统计分析其与太阳风等离子体、行星际磁场、地磁指数等之间的相关特性,并构建了以行星际、太阳风为模型参数(模型1)和以行星际、太阳风及地磁指数为模型参数(模型2)的2种极光卵边界多元回归模型.以模型预测的极光卵边界与实际极光卵边界之间的平均绝对误差作为模型评价标准,将本文预测模型与Carbary(2005)模型和Milan(2009)模型进行了对比.结果表明,模型2对极光卵极向、赤道向边界预测的平均绝对误差为1.55和1.66地磁纬度,优于Carbary和Milan模型(Carbary模型极向、赤道向边界的平均绝对误差为2.18和5.47地磁纬度,Milan模型极向、赤道向边界的平均绝对误差为1.71地磁纬度和1.90地磁纬度).     

运用三维运动学模型对行星际磁场南北分量的预测

提出一种可能产生行星际磁场南北分量扰动的物理机制,并将此物理机制运用于三维运动学模型,对原模型作了改进. 使用改进后的模型模拟研究了1997年5月12日06:30UT爆发的晕状(halo)日冕物质抛射(CME)事件对行星际磁场和等离子体的扰动,以及1978-1981年间17个与CME有关的行星际扰动事件. 在17个事件中有14个事件可准确预测出行星际磁场南北分量的方向,准确率为82%. 结果表明,模型计算出的行星际磁场南北分量的扰动方向与观测的方向是基本一致的.     

中、低纬度地区电离层不同层结间的耦合对夜晚F区不规则结构的影响

电离层不规则结构的形成和演化与电离层等离子体不稳定性密切相关 .长期以来 ,在中低纬区扩展 -F现象的研究中 ,没有考虑电离层上下层结之间的相互作用 .本文从理论上全面探讨了在中纬度地区 ,E区可变的Pedersen电导率和Hall电导率 ,与F区可变的Pedersen电导率的共同作用对F区梯度漂移不稳定性的影响 ,导出了存在这种耦合时电离层梯度漂移不稳定性的统一表达式 .这一耦合理论不但解释了实际观测中发现的 ,在某些地方电离层F区顶部的不稳定性发生率要高于F区底部这一现象 ;同时还表明 ,电离层E区与F区的耦合对F区夜晚梯度漂移不稳定性的形成不仅会有阻碍作用 ,同时还使得中、低纬度地区的扰动增长具有了方向的选择性 .该理论的一个重要结论是 ,F区中某一地区能否发展出梯度漂移不稳定性 ,并不完全由当地电离层F区的状态决定 ,同一根磁力线连接的、位于不同纬度地区的E区层结对其发展和演化也会有相当大的影响 .     

地球弓激波及其与行星际激波相互作用

给定地球轨道附近的行星际条件和地球弓激波的几何位形,本文分析向阳侧弓激波强度参数沿激波阵面的分布,以及行星际激波与弓激波的相互作用.对于弓激波阵面相对日地连线轴对称的情形,得到如下结论：（1）弓激波强度参数分布相对由行星际磁场和日地连线构成的基准面对称,各激波强度参数的最大值出现在基准面上.磁压比在垂直激波线一侧较大,而气压比在平行激波点一侧较大,导致总压比相对日地连线大致呈轴对称分布.（2）随着行星际磁场与日地连线夹角的增大,弓激波强度参数的最大值有所减小,且位置朝远离日下点方向偏移;但气压比和总压比的分布基本上不受影响.（3）行星际激波透过弓激波之后,切向磁场比更接近于1,但总磁场跳变幅度增大.（4）透过弓激波之后,行星际准垂直激波的总磁场比更接近于1,准平行激波的总磁场比则反之.     

亚暴期间高纬黄昏-子夜扇区极光弧增亮与衰减及其与IMF的关系

利用南极中山站极光全天空摄相、地磁、地磁脉动数据和Wind卫星的行星际磁场IMF观测数据，分析了7个亚暴期间高纬黄昏-子夜扇区极光弧的短暂增亮现象.极光弧特征是，短暂增亮随后很快衰减，历时10-20min，基本沿着日-地方向，有明显黄昏方向运动.这些事件大都发生在IMFB_z南转之后，亚暴增长相或膨胀相期间，极光浪涌到达之前10-73min消失.相应的IMFB_x＞0，IMFB_y＜0.这种极光弧和亚暴极光不同，它们与地磁活动及Pi2脉动不相关.这7个极光弧的形态和IMF特征表明，极光弧的增亮很可能由尾瓣重联产生，很快衰减归因于IMFB_z南向条件，而黄昏方向运动受IMFB_y控制.     

太阳风参数对极光电集流中心纬度变化的影响

为了认识并了解磁层能量输入对极光电集流中心纬度变化的影响,本文使用1998-2006年的SuperMAG、OMNI以及EPI数据分别分析了西向和东向电集流中心纬度与行星际磁场Bz分量、太阳风速度、以及极光沉降粒子估算能量的变化特征.研究结果表明:(1)当Bz0时,磁场强度越大,西向和东西电集流中心纬度越低,西向电集流朝晨侧移动,东向电集流朝正午方向移动;(2)在Bz0时,电集流中心主要受太阳风速度控制,当太阳风速度较大时,电集流中心向低纬移动;(3)电集流中心纬度随其强度的变化特征与随EPI的变化特征一致.