纬向风与赤道异常的行星波同步振荡及其谱分析

本文利用最大熵谱分析方法处理了电离层赤道异常北峰Okinawa站的f₀F₂行星波周期的振荡.比较同一期间相近经度链上的南北半球观测到的低热层中性大气运动,发现较短周期的2-5日波,尤其是在南北半球的夏季期间（北半球7-8月前后,南半球1-2月前后）,其纬向风与赤道异常振荡强弱及周期变化具有良好的同步对应性.对于较长周期的中性风振荡,只要其幅度相当大,也会在赤道异常的振荡中有所对应.从而提供证据说明中性风的行星波振荡是赤道异常的行星波振荡的驱动源.     

平流层爆发性增温期间赤道电集流中太阴潮汐的经度变化统计学研究

本文利用地磁台站和卫星磁场数据,对平流层爆发性增温(Sudden Stratospheric Warming,SSW)期间赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)中太阴半日潮汐的经度变化进行了统计学分析.结果显示,SSW期间秘鲁和印度扇区的EEJ中太阴半日潮汐明显增强,且存在显著的经度差异.秘鲁扇区的EEJ中太阴半日潮汐达到峰值的时间要早于印度扇区,进一步分析发现峰值时间的经度差异与太阳活动和准两年振荡相位有关.此外,SSW期间秘鲁扇区EEJ的太阴半日潮汐峰值强度比印度扇区高.对比不同经度带背景磁场的强度与太阴半日潮汐的峰值幅度的关系,可以看出SSW期间EEJ太阴半日潮汐峰值幅度的经度差异与背景磁场强度有关,但也存在其他物理过程的影响.     

东亚扇区赤道异常北峰的移动规律

本文利用冲绳、台北、广州、海南四个电离层垂测站的f₀F₂月报表资料,分析东亚扇区赤道异常北峰的移动规律,得到北峰位置随季节、太阳活动不同周相的移动规律。并且发现赤道异常的两日振荡将引起北峰位置作相应的波动。     

中国区域电离层垂测仪探测参量与COSMIC掩星反演结果比较研究

利用漠河站、左岭站、富克站垂测仪数据和COSMIC反演的电离层资料,分析比较了太阳活动高年两种探测手段获取的电离层特征参量(N_mF₂、h_mF₂)的相关性.结果表明,两种方式获取的电离层对应特征参量相关性较高,且N_mF₂的相关性好于h_mF₂,同时相关性与纬度和季节有关.在地磁中纬度地区对应参量相关性较好,而在地磁低纬度受北驼峰控制区域相关性降低;在电离层赤道异常区域,春秋季、夏季对应特征参量相关性好于冬季.造成冬季相关性低的可能原因是,在跨越赤道中性风作用下,冬季电离层赤道异常区电子浓度梯度较大,造成掩星反演误差增大,致使两种探测手段获取的电离层特征参量相关性降低.     

2009年1月强爆发性增温期间突发E(Es)层的响应

平流层爆发性增温(SSW)期间,低层大气温度场和风场等的剧烈变化会直接影响潮汐和风剪切作用.此举可能会导致电离层Es的相应变化.本文以2009年1月事件为例,分析了SSW期间Es层的响应.首先,在排除太阳活动和地磁活动对Es层影响的前提下,分析了昆明站附近MLT区域行星波和潮汐波的波动特性,发现此期间存在显著的2日行星波,并伴有日潮汐减弱和半日潮汐增强等波动现象;随后,分析相应时间段内Es层的变化特性发现,重庆和昆明站附近Es层强度明显减弱,且其高度显著抬升.这一现象与低层大气的波动变化具有同步性.最后,通过模拟经典风剪切理论下Es层金属离子的汇聚过程和运动轨迹,再现了SSW期间Es层与低层大气波动的耦合演化过程.该分析结果为研究低层-中层-高层大气的耦合过程提供了一种新的思路.     

赤道异常的经度效应

比较赤道异常北峰北坡上磁纬靠近但经度不同台站的f₀F₂月中值的差别,比较中国东部电离层垂测站链与日本垂测站链的f₀F₂月中值的差别,可以研究东亚地区赤道异常随经度的变化.结果表明,冬季,赤道异常北峰在日本扇区的强度大于中国东部地区;反之,夏季赤道异常北峰在中国东部地区的强度大于日本扇区,并且两个扇区北峰结束的纬度冬天低于夏天.     

一次中强磁暴期间低续电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面。重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁。这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗     

中低纬度电离层对太阳风状态的响应

本文讨论了行星际磁场B₂分量变化时内磁层和中低纬度电离层的响应.指出B₂变化引起的磁层大尺度对流电场的变化在一定条件下有可能透入内磁层,并沿磁力线映射到中低纬度电离层,在那里产生电场和电流体系,从而使S_q电流体系发生畸变,并在地面磁场中反映出来.数值计算表明,当△B₂<0时,S_q电流体系的焦点向东和向高纬移动,地面磁场会观测到数伽马的变化.这就为中低纬地磁观测诊断磁层和太阳风状态提供了一种可能性.此外,本文还用上述物理过程解释了赤道地区一些高空物理现象,如B₂倒转时电离层漂移速度的变化,赤道磁场异常以及赤道q型偶现E层的消失等等.     

一次中强磁暴期间低纬电离层响应的CT成像

为考察赤道异常区电离层对中等强度磁暴的响应特性,用电离层ＣＴ成像方法重建电离层电子密度二维剖面．重建结果表明,暴时低纬电离层电子密度以降低为主,但暴相随纬度和高度而异;磁暴期间,赤道异常峰结构仍然存在,但恢复相期间峰的位置向赤道移动;磁暴急始之后约２０ｍｉｎ,在赤道异常峰区出现电子密度深度耗空,这种耗空遍及从底到顶的整个Ｆ区,朝赤道一侧显现水平梯度非常大的陡壁．这种与磁暴急始相联系的电子密度深度耗空现象很有意义,值得进一步研究．     

2011年3月24日缅甸地震期间电离层TEC异常分析

基于IGS提供的2011年3月全球TEC数据,利用滑动时窗进行异常识别的方法,分析电离层赤道异常区TEC在缅甸地震期间的异常情况。结果表明：在震前10 d内,地震上空电离层TEC出现了明显的异常扰动,电离层异常北驼峰在16日至18日期间出现了明显的较大区域负异常现象,且在18日时北驼峰明显向磁赤道漂移,负异常在19日时基本消失;而在地震发生的当天和震后一天出现了小范围的正异常,随后正异常消失。在地震期间地磁活动水平总体都相当平静,且太阳处于一个相对较稳定的中低活动水平,电离层出现的异常很可能与此次缅甸地震有关。     

对流电场、场向电流和极光区电集流变化的地磁响应

对流电场、场向电流和极光区电集流是磁层一电离层耦合的主要物理过程．它们的演化发展时间分别为几分钟至半小时的量级．本文用１００°Ｅ和３００°Ｅ的两个地磁经度链附近各１１个台站的１ｍｉｎ均值地磁Ｈ和Ｚ分量资料,分析了１９９４年４月１６-１７日磁暴期间磁层耦合过程对极光区和中低纬区电离层扰动的地磁特征．强磁暴开始时,台站所处的地方时位置不同,则观测到的电离层和地磁响应也完全不同．这是磁层对流和一、二区场向电流共同作用的结果．一般说,扰时极光区的西向电集流变化更为强烈．随着耦合的发展,极光区范围会向南北扩展,电集流中心带则向低纬侧移动．在中低纬区,二区场向电流的建立能屏蔽一区场向电流所产生的扰动,并引起反向的电流及地磁变化．由此,中低纬区夜间有可能出现短时间的东向电场,又可通过ＥＸＢ的垂直向上漂移作用抬升Ｆ层等离子体,并发生同一经度链附近的多站电离层ｈ＇Ｆ同时突增现象．另一方面,磁赤道附近的台站则更多地受内磁层赤道环电流和电离层赤道电集流的影响．     

平流层气溶胶的准两年周期特征分析

本文采用HALOE和SAGE Ⅱ资料,分析了平流层气溶胶的准两年周期变化(简称QBO)特征及其与臭氧QBO的关系,结果表明:(1)北半球中高纬上空平流层气溶胶存在明显的QBO特征,其QBO信号自上向下传播,振荡幅度在平流层中下层可以达到20%;而在赤道和南半球上空的平流层气溶胶的QBO特征相对于北半球则不明显;(2)在...     

基于IGS台网观测的2001—2008年赤道电离异常的强度和半球不对称特征

赤道电离异常（Equatorial Ionization Anomaly,EIA）是低纬电离层中的一个重要现象.本文基于IGS台网提供的2001—2008年期间的电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）数据,分析了120°E区的EIA强度和磁南北半球不对称性在磁平静时期的变化特征,包括对地方时、季节和太阳活动的依赖.本文结果表明,（1） EIA强度表现出显著的随地方时和季节的变化特征.EIA强度在0200LT和2000LT附近分别出现一个极值,且2000LT附近的EIA强度更大;EIA强度通常在春/秋季较大,在夏/冬季较小,且冬季要大于夏季.（2） EIA南北半球不对称也表现出随地方时和季节变化特征.EIA半球不对称在0200LT和2000-2200LT附近分别出现一个极值;EIA半球不对称的季节变化特征还依赖于太阳活动,太阳活动高年期间,EIA半球不对称通常在春/秋季更显著;太阳活动低年期间,EIA半球不对称通常在冬季更显著.（3） EIA强度和半球不对称性的逐日变化和月变化表现出对太阳活动存在一定的依赖,但依赖性并不显著.2000LT （0200LT）附近的EIA强度的月变化与太阳活动整体呈正（负）相关,而2200LT （0200LT）附近的EIA半球不对称的月变化与太阳活动整体呈负（负）相关.（4）影响EIA强度变化的主要因素可归于纬圈电场和中性风场;影响EIA半球不对称变化的主要因素可归因为子午中性风场.     

利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化

利用GPS TEC和法国DEMETER卫星ISL探测器的观测数据,分析了汶川地震前电离层变化.结果表明,电离层TEC在5月6-10日地方时下午有连续的负异常现象,5月9日地方时下午有明显的正异常现象.电离层TEC异常的范围主要位于震中南部区域,EW方向上1 100 ～1 670km,SN方向上1 600 ～3 700km.5月6日的负异常偏震中东南,5月7日的负异常偏震中西南,5月9日的正异常偏震中东南.震中西南和南部地区负异常较东南地区明显,震中南部和东南地区正异常程度较西南地区偏高,震中位置所对应南半球磁力线共轭区都出现了一定程度的正或负扰动.DEMETER卫星观测的电子密度Ne和离子密度N.在5月6-10日也出现了明显的负异常,异常分布与电离层TEC异常分布较为一致,主要集中在震中南部.震中所在的经度带上存在2个负异常峰值,且在纬度上关于地磁赤道对称.最后在上述异常的基础上,对基于岩石圈-大气层-电离层耦合的地震电离层异常机理开展了初步讨论.     

非洲磁异常对地磁场结构及其长期变化的控制作用

地球非偶极磁场在主磁场结构及其长期变化中起着重要作用.非偶极磁场主要表现为行星尺度磁异常,它们是南大西洋磁异常、非洲磁异常、欧亚大陆磁异常、澳洲磁异常和北美磁异常.在这5块磁异常中,非洲磁异常对磁赤道的形状和位置以及全球长期变化特征有极大的影响.非洲磁异常的重要性主要表现在3方面：第一,由于异常区位于赤道这一特殊的地理位置,所以它极大地影响磁赤道的形状和位置.相对于偶极场的地磁赤道而言,异常区所在的中北非洲和中大西洋地区的磁赤道向北移动,最大移动量可达约15°.第二,非洲磁异常的快速西漂对全球长期变化的分布起着决定性作用,它在该异常区西边的中美洲形成了全球最主要的长期变化区,在1900~2005年期间,最大年变率Z_max超过200 nT/a.第三,非洲负磁异常区与其南面的南大西洋正磁异常区相结合,〖HJ〗它们的变化使西半球地磁场强度大大减弱,也使全球磁场发生显著畸变.这两块磁异常与深部的反极性斑区有着成因联系.     

中性风对夜侧电离层纬向四峰结构的影响（英文）

欧空局Swarm星座包含三颗飞行在不同地方时的卫星，其为研究夜侧电离层纬向四峰结构随时间的演化提供了很好的机会.在2017年1月31日夜间，Swarm A和C两颗并排飞行的卫星在黄昏前后（17:55/18:01地方时）的美洲扇区并没有观测到赤道电离异常的两个峰，而Swarm B卫星在约4.5小时后飞行于大致相同的经度扇区，并观测到夜侧电离层呈现出明显的纬向四峰结构.该观测证明了纬向四峰结构中靠近低纬的两个内峰不是黄昏前后赤道电离异常峰的残余.在该事件中，位于秘鲁的Jicamarca非相干散射雷达从黄昏至午夜观测到向下的等离子体垂直漂移速度，表明向上的等离子体漂移速度并不是引起夜间纬向四峰结构的必要条件；而位于Arecibo的法布里-珀罗干涉仪观测到中性风显示出东向和南向分量的增强，表明中性风对夜侧纬向四峰结构的形成有着重要作用. SAMI2模型的模拟结果与卫星、非相干散射雷达及法布里-珀罗干涉仪的观测一致.模拟结果显示夜侧东向与赤道向风为纬向四峰结构的形成提供了有利条件；但当赤道向风过大时，会导致背景电子密度出现显著半球不对称性，从而阻碍夜侧纬向四峰结构的发展.     

磁暴期间大尺度电离层行进式扰动在美洲扇区的GPS网观测

利用国际IGS网和美国CORS网提供的GPS TEC观测资料,构建了北美地区的二维TEC扰动图像,分析研究了2012年7月14日一次强磁暴期间大尺度电离层行进式扰动在北美地区的二维结构以及扰动沿着70°W左右的子午线在南北半球的分布与传播特性.研究结果表明,磁暴急始开始90分钟后,伴随着一次亚暴的膨胀相,在北半球发生了一次大尺度电离层行进式扰动事件.该扰动在北美地区形成幅度1.2~2.2 TECU,宽度达4000 km的等相面,以190°的传播方位角,西南向传播了2000 km,扰动的周期和水平相速度分别为40~60 min,500 m/s.通过台链观测发现,该扰动向西南方向一直传播到约30°N,在传播过程中,扰动的绝对振幅在55°N至42°N之间逐渐增强并达到最大值2.2 TECU,在42°N以南逐渐衰减.通过对相关时间段内北美亚极光带地磁观测数据的分析发现,在65°N至85°N、100°W至150°W之间,地磁场水平分量在LSTID发生前出现明显变化,显示极光电集流增强,这一区域是北美地区观测到的LSTID事件最可能的源区.北半球的电离层扰动消失之后约1小时,通过南半球GPS台链观测到南向电离层扰动,该扰动的绝对振幅为1.8 TECU,相速度为400 m/s左右,传播范围局限在16°S至20°S.在南北半球的低纬赤道区,台链观测没有发现与北美LSTID关联的电离层扰动.根据台链上扰动传播的中断,我们认为,南半球台链观测到的电离层扰动并不是北半球LSTID直接跨赤道传播到南半球的结果,而是北半球电离层扰动在赤道地区的耗散过程中形成的二次扰动引起的.     

500 hPa高度场上两极和赤道位势高度气候演变规律的研究

本文运用近50 a来500 hPa层次上南极、赤道和北极位势高度以及南北半球西风指数的资料，分析了它们的时间演变规律及其相互间的关系.结果表明，南极位势高度显著下降；赤道位势高度显著上升.南极、赤道和北极位势高度都存在着显著的年际、年代际变化特征.总体上，南极位势高度与赤道位势高度有极其显著的负相关关系，北极与赤道的位势高度之间以及两极位势高度之间相关关系不显著；在共振的特定频率中，北极位势高度振荡落后于南极位势高度，赤道位势高度振荡又落后于两极位势高度振荡，气候变化最先开始的区域为南极地区.进一步分析表明,伴随着以上三个区域的位势高度趋势变化及其周期振荡，必然引起高空西风的增强与周期振荡.研究表明，南北两半球西风指数都存在显著的上升趋势，且存在显著的年代际变化特征.其中，南半球西风指数上升幅度较北半球大，其振荡落后于南极位势高度.     

120°E赤道电离异常区电子浓度总含量分析与预测

基于国际全球定位服务中心(International GPS Service,IGS)提供的120°E 上空1999-2009年IONEX格式电离层电子浓度总含量(TEC)资料,分析赤道电离异常驼峰区TEC峰值Inc和Isc的年变化和季节变化以及与太阳、地磁活动的相关性.在11年时间尺度上,Inc和Isc与太阳辐射P指数的日均值有较好的相关性(r=0.90和r=0.84),而与地磁活动指数Dst、Kp和Ap日均值的相关性均不好.驼峰区TEC峰值Inc和Isc都是在北半球春、秋季出现极大值,而且冬季值大于夏季值,即Inc呈现"半年异常"和"冬季异常"现象,我们认为Inc和Isc相似的半年变化特征是与赤道上空电离层电急流相关的东向电场半年变化导致的.利用支持向量回归方法构建了EIA指数的预报模型,预报试验结果表明,该预报模型能较准确地描述Inc和Isc的变化,对南北驼峰TEC峰值预报的平均相对误差分别为22.96%和10.2%.基于支持向量机回归的预测方法为赤道电离异常特征指数预报的实现提供一条有效方法途径和好的应用前景.     

冬季太阳11年周期活动对大气环流的影响

利用气象场的再分析资料和太阳辐射活动资料,对太阳11年周期活动影响北半球冬季(11月~3月)大气环流的过程进行了统计分析和动力学诊断.根据赤道平流层纬向风准两年振荡(QBO)的东、西风状态对太阳活动效应进行了分类讨论,结果表明：东风态QBO时,太阳活动效应主要集中在赤道平流层中、高层和南半球平流层,强太阳活动时增强的紫外辐射加热了赤道地区的臭氧层,造成平流层低纬明显增温,同时加强了南半球的Brewer-Dobson(B-D)环流,引起南极高纬平流层温度增加;而北半球中高纬的环流主要受行星波的影响,太阳活动影响很小.西风态QBO时,太阳活动效应在北半球更为重要,初冬时强太阳活动除了加热赤道地区臭氧层外,还抑制了北半球的B-D环流,造成赤道平流层温度增加和纬向风梯度在垂直方向的变化,从而改变了对流层两支行星波波导的强度;冬末时在太阳活动调制下,行星波向极波导增强,B-D环流逐渐恢复,造成北半球极地平流层明显增温,同时伴随着赤道区域温度的下降.