用理论模式研究电离层F1－ledge的变化

利用一个时变电离层理论模式，研究武昌地区（３０．５°Ｎ，１１４．４°Ｅ）电离层Ｆ_１－ｌｅｄｓｅ现象．表明利用当前关于中性气体和太阳辐射的经验模式，观测到的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ出现与演化的基本规律将可基于现有电离层理论加以再现．指出较明显的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ结构同较低的中性原子－分子含量比有直接关系，并同原子－分子成份的过渡高度、背景温度及其垂直分布形态有一定联系．同Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ形态相关联的Ｆ_１－Ｆ_２谷，其出现主要是由于亚稳态氧离子参与光化过程，以及电离气体参与具有一定垂直变化的输运过程．     

中国地区电离层foF2重构方法及其在短期预报中的应用

提出了一种适合于中国地区电离层f_oF₂的重构方法——以中国参考电离层为背景的改进克里格法.该方法把f_oF₂的估计值与中国参考电离层模型值之差值的相对值作为区域化变量,引入电离层距离,采用克里格法实现区域电离层重构.与直接利用f_oF₂进行克里格重构相比,以中国参考电离层为背景场保持了电离层的区域特征,提高了重构的准确性和稳定性.利用我国电离层垂测台站网的数据对该方法应用于中国地区的重构精度进行了评估.该方法与单站预报的自相关分析法相结合可实现中国地区电离层f_oF₂短期预报.     

一次日食电离层效应模拟研究

用120°E经度链附近台站电离层垂测资料和一个二维低纬电离层理论模式探讨1995年10月24日日食电离层效应．在日食条件下只考虑日食区计算太阳EUV辐射减少．模式结果显示：（1）日食期间较低高度电离层光食效应显著,电子浓度跟随食分迅速变化,在食甚后浓度减少达到最大。较高高度电离层对日食响应延迟.（2）低纬地区日食日f₀.F₂比控制日低,而h_mF₂比控制日高．在低纬度地区日食带来的影响相对较大·（3）赤道附近h_mF₂食甚后有一突变,出现日食F₁.5层。（4）食甚后海口纬度附近F层受日食影响持久,而f₀F₂在赤道附近出现第2次下降．最后对低纬日食电离层效应的动力学因素进行了初步的讨论．     

北京重力地球潮参数和重力仪力学特性的测定

根据北京白家疃测站８台ＧＥＯ潮汐重力仪对比观测的资料，采用标准线性体流变模型模拟重力仪及记录系统的力学特性，计算各台仪器的格值改正系数、主潮汐波的振幅衰减系数和相位滞后；确定北京重力地球潮的振幅因子δ和相让滞后为δ（Ｍ_２）＝１．１７８４，δ（Ｏ_１）＝１．１８０４，δ（Ｍ_２）／δ（Ｏ_１）＝０．９９８３，（Ｍ_２）＝０．０７°，（Ｏ_１）＝０．１０°．     

北半球不同时域臭氧层遥相关结构的演变特征

分析了北半球不同时域Ｏ_３层遥相关型的空间结构及其演变特征，探讨了太阳活动和极涡振荡对Ｏ_３层遥相关型形成和演变的作用．结果发现：１．Ｏ_３层对太阳活动响应具有显著的区域性，在不同季节里只存在一种Ｏ_３层遥相关型与其相联系，随着季节的转换大气环流与太阳活动效应叠加将使Ｏ_３层的响应区域及遥相关型的空间结构发生转移现象．２．极涡增强将导致Ｏ_３层出现负异常，且在遥相关区域中Ｏ_３含量的振幅变化最为显著．由于极涡的不对称性，各分区极涡强度对Ｏ_３层遥相关型的影响存在着显著差异，表明极涡形变对Ｏ_３层遥相关型的形成和演变具有重要作用．     

日食电离层效应

本文分析了1987年9月23日日环食期间,我国14个电离层站和1988年3月18日日全食期间两个站的垂测仪和偏振仪记录,并综合50年代以来历次日食电离层效应的观测结果,证实:1.E层和F₁层光食效应明显,F₂层动力学效应显著;2.f₀F₂存在日食日值大于、小于或等于控制日值三种典型情况;3.TEC食变曲线有凹陷和不凹陷两种典型情况,甚至出现日食日值大于控制日值的异常现象. 本文对F₂层和外电离层的动力学特征作了定性讨论,认为:空间等离子体温度急剧下降和沿场扩散是F₂层和外电离层日食效应的最主要因素;而磁赤道上空等离子体的沿场扩散、“喷泉”效应,热层风和全（环）食带方位是影响位于磁赤道异常区各电离层站日食电离层效应的主要因素.     

磁赤道地区2007—2013年COSMIC掩星反演和国际参考电离层模型输出结果分析

利用2007—2013年电离层测高仪位于磁赤道观测站Jicamarca (11.95°S,76.8°W,地磁纬度为1°N)的垂测数据和COSMIC掩星反演电离层资料,分析了不同太阳活动条件下两种探测技术获取电离层特征参数峰值密度N_mF₂和峰值高度H_mF₂的相关性,同时也探讨了国际参考电离层模型IRI输出参数与测高仪垂测数据的相关性.此外,进一步分析了COSMIC掩星和IRI模型在不同地方时高估或低估垂测参数的分布特征.结果表明:(1)由COSMIC掩星反演和IRI模型输出参数N_mF₂与测高仪垂测值N_mF₂得到的相关系数都在0.8以上.太阳活动低年COSMIC探测得到的N_mF₂相关性高于太阳活动高年得到的结果,但IRI模型在太阳高年得到的N_mF₂相关性好于太阳活动低年的计算结果.(2) 由COSMIC掩星反演和IRI模型输出的H_mF₂与测高仪垂测值H_mF₂在春秋季得到的相关性较高,夏季的相关性最弱.由COSMIC掩星探测H_mF₂得到的季节和时间相关系数大都集中在0.8和0.6以上,但由IRI模型得到的H_mF₂相关性降低,特别是太阳活动低年的夏季和傍晚其相关系数低于0.3.(3)太阳低年COSMIC掩星和IRI模型白天时段大都高估、夜间至凌晨前后低估电离层参数N_mF₂和H_mF₂;但太阳活动高年N_mF₂在地方时午夜后则呈现高估的特点.相关结果为未来IRI模型的进一步完善以及低纬地区电离层同化模式研究提供参考.     

非稳态多重X线重联的类型与特征

为了进一步认识间歇性多重Ｘ线重联的特征，本文分析计算结果，发现入流自边界进入后向两侧发散，沿着ｘ轴（ｚ＝０）和出流边界（ｚ＝２），压强Ｐ和磁场Ｂ的分布形态表明这种非稳态重联属快模式扩张型．数值结果还表明，进入扩散区的入流马赫数Ｍ_ｉ与磁雷诺数Ｒｍ之间基本满足关系式Ｍ_ｉ≈１．５Ｒ_ｍ^－１／２─１．７５Ｒ_ｍ^－１／２，而且等离子体的加速与压强Ｐ_ｔ(Ｐ_ｔ     

基于陆态网络GNSS数据的2013年和2015年磁暴期间中国地区电离层特性研究

2013年3月和2015年3月爆发了2次相似的地磁暴,引起了全球不同地区电离层的变化。本文利用中国大陆构造环境监测网络260余个基准站在中国地区的GNSS电离层TEC观测数据,结合电离层测高仪和电离层甚高频相干散射雷达观测,对2次磁暴期间中国地区的电离层变化特性进行了对比分析。结果显示,2013年3月磁暴期间,中国不同地区电离层变化较弱或不明显,而2015年3月磁暴期间中国地区电离层变化整体表现为大范围的强负相暴,中国地区不同程度的电离层响应主要受到不同的磁暴强度和磁暴期间不同的能量输入影响。2次磁暴期间电离层F层不均匀体的发生受到不同程度的影响,可能由不同种类的暴时电场导致。陆态网络数据空间覆盖范围广、时间分辨率高,在研究中国地区磁暴期间的电离层变化特性方面具有优势。     

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.     

Global scale annual and semi-annual variations of daytime NmF2 in the high solar activity years

The annual and semi-annual variations of the ionosphere are investigated in the present paper by using the daytime F2 layer peak electron concentration (NmF2) observed at a global ionosonde network with 104 stations. The main features are outlined as follows. (1) The annual variations are most pronounced at magnetic latitudes of 40–60° in both hemispheres, and usually manifest as winter anomalies; Below magnetic latitude of 40° as well as in the tropical region they are much weaker and winter anomalies that are not obvious. (2) The semi-annual variations, which are usually peak in March or April in most regions, are generally weak in the near-pole regions and strong in the far-pole regions of both hemispheres. (3) Compared with their annual components, the semi-annual variations in the tropical region are more significant.In order to explain the above results, we particularly analyze the global atomic/molecular ratio of [O/N2] at the F2 layer peak height by the MSIS90 model. The results show that the annual variation of [O/N2] is closely related with that of NmF2 prevailing in mid-latitudes and [O/N2] annual variation usually may lead to the winter anomalies of NmF2 occurring in the near-pole region. Moreover, NmF2 semi-annual variations appearing in the tropical region also have a close relationship with the variation of [O/N2]. On the other hand, the semi-annual variations of NmF2 in the far-pole region cannot be simply explained by that of [O/N2], but the variation of the solar zenith angle may also have a significant contribution.     

Trends in the ionospheric E and F regions over Europe

Continuous observations in the ionospheric E and F regions have been regularly carried out since the fifties of this century at many ionosonde stations. Using these data from 31 European stations long-term trends have been derived for different parameters of the ionospheric E layer (h E, foE), F1 layer (foF1) and F2 layer (hmF2,foF2). The detected trends in the E and F1 layers (lowering of the E region height hE; increase of the peak electron densities of the E and F1 layers, foE and foF1) are in qualitative agreement with model predictions of an increasing atmospheric greenhouse effect. In the F2 region, however, the results are more complex. Whereas in the European region west of 30° E negative trends in hmF2 (peak height of the F2 layer) and in the peak electron density (foF2) have been found, in the eastern part of Europe (east of 30° E) positive trends dominate in both parameters. These marked longitudinal differences cannot be explained by an increasing greenhouse effect only, here probably dynamical effects in the F2 layer seem to play an essential role.     

基于COSMIC资料分析电离层F层不规则体结构

根据电离层不规则体的产生会导致周围电子浓度发生起伏变化的原理,利用2007年COSMIC掩星系统的TEC数据,通过平滑滤波得到TEC的扰动值ΔTEC的变化,利用其研究F层不规则体的时空变化特征.统计结果表明:扰动较大的掩星事件主要发生在磁纬±20°之间和高纬地区,春季和秋季带状分布较为明显,不同经度地区较强扰动的掩星事件的分布也有不同特征;较强ΔTEC的掩星事件主要发生在地方时午夜前和午夜后两个时段,发生的高度主要在250~400km范围内.这些结果与已知的F层不规则体的时空分布特征较为一致,说明利用TEC的扰动量来分析电离层F层不规则体结构是可行的.     

Quiet-condition hmF2, NmF2, and B0 variations at Jicamarca and comparison with IRI-2001during solar maximum

We use the measurements of the Jicamarca digisonde to examine the variations in F2 layer peak electron density (NmF2), its height (hmF2), and the F2 layer thickness parameter (B₀) near the dip equator. The hourly ionograms during geomagnetic quiet-conditions for a 12-month period close to the maximum solar activity, April 1999–March 2000, are used to calculate the monthly averages of these parameters, for each month. The averages are compared with the International Reference Ionosphere (IRI)-2001 model values. The results show that the higher hmF2 values during daytime, associated with the upward velocity, are mainly responsible for the greater values of NmF2 and B₀; while the nighttime lower hmF2, related to the downward velocity, are responsible for the smaller NmF2 and B₀. For daytime, hmF2 and NmF2 are correlated with the solar activity in the equinoctial and summer months. The hmF2 and B₀ peaks at sunset with an associated sharp decrease in NmF2 are presented in the equinoctial and summer months, but not in the winter months. Comparison of the measured hmF2 values with the International Radio Consultative Committee (CCIR) maps used in IRI-2001 (IRI-CCIR) reveals an IRI overestimate in hmF2 during daytime. The most significant discrepancy is that the IRI-CCIR does not model the post-sunset peak in hmF2. For the NmF2 comparison, the values obtained from both the CCIR and URSI maps are generally close to the observed values. For the B₀ comparison, the highest discrepancy between the observation and the Gulyaeva option (IRI-Gulyaeva) is the location of the annual maximum for the daytime values, also the winter daytime predictions are too low. Additionally, the significant negative difference between the observation and the B₀-table option (IRI-B₀-table) provides a slightly better prediction, except for 0400–1000 LT when the model significantly overestimates. The post-sunset peak in B₀ at some months is predicted by neither the IRI-Gulyaeva nor the IRI-B₀-table options.     

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.     

Equatorial and low latitude ionosphere during intense geomagnetic storms

An investigation is made in order to analyse the role of neutral gas composition in the equatorial and low latitude ionosphere during intense geomagnetic storms. To this end data taken by the Dynamic Explorer 2 satellite at 280–300 km (molecular nitrogen N₂ and atomic oxygen O concentrations, electron density and vertical plasma drifts) are used. The sudden commencements of the events considered occurred at 11:38 UT on March 1, 1982, 18:41 UT on November 20, 1982 and 16:14 UT on February 4, 1983. Vertical plasma drifts are the most important contributor to the initial storm time response of the equatorial F region. Neutral composition changes (expressed as an increase in the molecular species, mainly N₂) possibly play a predominant role in the equatorial and low latitude (10–20°) decreases of electron density at heights near F2-region maximum during the main and recovery phases of intense geomagnetic storms. Delayed increases of electron density observed at daytime during the recovery phase may be also attributed to increases in atomic oxygen. At low latitudes possibly a combined effect of O increase and upward plasma drift due to enhanced equatorward winds is the responsible mechanism for the maintenance of enhanced electron density values.     

不同地磁扰动事件期间全球电离层的扰动形态分析

利用全球电离层台站提供的观测数据，分析 了5次不 同类型磁暴事件期间全球电离层F2层f0F2和hmF2的扰动变化. 主要结果 表明：对于延迟型主相磁暴S（C）和S（E），中高纬电离层首先会出现明显的正相扰动，随 后是明显延迟的负相扰动，负相扰动覆盖范围广，甚至扩展到低纬区, 且持续时间很长, 恢 复及其缓慢，其中S（C）型的扰动更为明显; 对于非延迟型主相磁暴S（A）、S（B）和 S（D ），高纬电离层正相扰动持续时间较短甚至不出现，中高纬电离层负相扰动的出现、发展和 恢复也相对较快; 磁暴主相强度的大小会对电离层负相扰动的强度、发展和持续时间产生一 定的影响; 高纬电离层扰动在非延迟型主相磁暴恢复相期间会出现明显的地方时效应，地方 时效应随纬度的降低而增强，并且会明显影响到中低纬电离层的扰动；电离层扰动从高纬到 低纬的变化趋势为：f0F2的扰动由负相向正相转化，hmF2的增加由全天出现趋向于只存在于夜间，反映了不同扰动物理机制的作用.     

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.