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．     

伴随2000年9月30日sawtooth事件地磁变化和电流楔特征研究

为了解极光电集流在sawtooth事件期间的响应情形,本文利用北半球高纬地磁台站的磁场数据,建立了以球元基本电流系反演法求得大尺度电离层水平等效电流系分布的方法,以此研究了2000年9月30日同步轨道LANL卫星观测到的sawtooth事件期间极光电集流的变化.本文将sawtooth注入事件后极区电离层夜侧西向电集流增长的特征,与中低纬地基磁场北向分量正弯扰的特征做比较分析.两者的观测结果都表明在本sawtooth注入事件期间有电流楔的形成,且电流楔约有11 h磁地方时(MLT)的宽度.此外,中低纬磁弯扰达到最大扰动值的时间一般比高纬电集流达到最大扰动值的时间长,说明影响中低纬磁弯扰变化的电流源较丰富.     

蒙城地震台地磁Z分量日变化特征分析

利用蒙城地震台近20年的地磁Z分量观测资料,对磁静日幅度、磁扰日幅度和磁静日低点时间的年变化与长期变化进行了分析,结果表明,Z分量日变化特征明显。由此总结出Z分量变化的一些基本特征,对识别地磁场异常变化或干扰变化具有一定的参考价值。     

地磁Z分量日变化特征

利用昌黎、红山等台站的地磁Z分量日变资料,分析了磁静日幅度、磁扰日幅度和磁静日低点时间的年变化与长期变化,结果年变化和长期变化都非常明显。磁静日幅度的长期变化量可达14～15nT;磁静日低点时间的年变化,提前区与滞后区低点时间最大可相差42min。而低点时间的长期变幅度化幅度一般50min左右,且长期变化量由西向东有逐渐减小趋势,最大与最小两台时差可达21min。长期变幅最小的2个台为文安和昌黎,可能与海水影响有关。     

1998年8月6日亚暴期间极光电集流指数AE的特征分析

极光电集流指数(AE)被广泛用来定量描述由电离层电流引起的极光带地磁活动.AE指数也是宏观描述亚暴事件强度和发展过程的一个主要指标,它的优点在于简单直观和快速.本文对1998年8月6日系列亚暴事件的极光活动、电流体系和AE指数的形态特征进行了分析.结果表明,伪亚暴期间虽然AE指数大于500 nT 且有快速增长和缓慢恢复的形态,但是极光没有明显的极向或者赤道向的扩展,极区电流体系主要呈现对流特征;伪亚暴和亚暴期间AE指数的形态变化没有本质区别,但电集流中心的位置有很大差异.我们进一步分析了台站分布对AE指数计算的影响,探讨了伪亚暴和亚暴期间磁场扰动最大值所处的磁地方时的差异.     

2000年4月6日磁暴期间磁扰变化在低纬子午链的纬度效应

利用低纬地磁子午链上H和D分量的分均值数据 ,分析了 2 0 0 0年 4月 6日磁暴期间磁扰变化的纬度效应 .主要特点是 :(1 )急始期间H分量急始跃变幅随磁纬降低而减小 ,且急始变幅的下降率随磁纬降低而逐渐增大 ;(2 )初相期间H分量第 2峰值的变幅和初相持续时间随磁纬降低而减小 ;(3)主相期间H分量迅速减小 ,并随纬度降低最大变幅明显增加 ;(4)恢复相H分量呈两阶段上升趋势 ,前一阶段迅速上升 ,后一阶段上升速度明显减小 .最后对这些磁扰变化的纬度效应与空间电流体系的密切关系作了讨论 .     

暴时环电流不对称性的地面磁场特征研究

选用东经20°子午链和北纬30°纬圈链台站地磁场日分量的分钟值数据,分析了2004年11月07-10日期间赤道环电流不对称性的时间演化特征．利用UT_MLT和UT_MLAT等值图来监测H分量的地方时分布、纬向分布和时间变化特征．结果表明：①UT_MLT等值线图清楚地显示,在急始之后的初相,日分量主要在正午附近增强,表明磁层顶查普曼一法拉罗电流所产生的地磁效应是主要原因．主相期间H分量最大负值出现在昏侧,表明环电流呈明显的晨一昏不对称分布．②UT_MLAT等值线图显示,磁暴期间磁扰变幅随纬度增高而减小,与Dst指数有很好的对应关系．磁扰的纬向分布提供了描述暴时环电流能量时间变化的新视点．③H分量的UT_MLT和UT_MLAT等值线图为实时监测环电流的时空分布提供了有效的手段．     

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．     

2000年4月6日磁暴期间磁扰变化在低续子午链的纬度效应

利用低纬地磁午链上H和D分量的分均值数据，分析了2000年4月6日磁暴期间磁扰变化的纬度效应。主要特点是：（1）急始期间H分量急始跃变 幅随磁纬降低而减小，且急始变幅的下降率磁纬降低而逐渐增大；（2）初相期间H分量第2峰值的变幅和初相持续时间随磁纬降低而减小；（3）主相期间H分量迅速减小，并随纬度降低最大变幅明显增加；（4）恢复相H分量呈两阶段上升趋势，前一阶段迅速上升，后一了阶段上升速度明显减小。最后对这些磁扰变化的纬度效应与空间电流体系的密切关系作了讨论。     

不同地磁活动水平下电离层H+上行的半球对比研究

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2⁺)和磁扰日(Kp≥3⁺)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H⁺的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H⁺上行的长期水平并分析地磁扰动期间南、北半球离子上行强度的异同.研究结果表明,磁扰期间上行强度显著加强,平静期南、北半球的平均上行率分别是~15%和~20%,而磁扰期的平均上行率分别增强了1.45倍和1.04倍,磁扰期间南半球上行强度的增长更显著;平静期南半球的上行强度小于北半球,但磁扰期两个半球的上行强度相当;磁午夜和黎明区间受地磁扰动的影响最显著,其磁扰期与平静期上行率的比值(S/Q)最大,同时南半球在各个地方时区间的S/Q值均大于北半球;另外,我们发现磁扰期间的上行率在极光椭圆带下边界附近增幅最明显,而积分通量在上边界附近增加显著.上行源区以平静期的源区为中心从日侧极尖区扩展到磁午夜、且向低磁纬延伸,同时,极尖区上行源区在磁扰期有向晨侧偏移的趋势.     

电离层电子总量水平梯度和相关系数

电离层电子总量水平梯度和相关系数是进行越境越障空间物理研究时的基本参量。本文分析了当同步信标卫星ATS-6停泊于东非地区上空时,在西欧观测到的太阳宁静年条件下电离层电子含量水平分布和空间相关性。指出纬向梯度、经向梯度、全梯度矢量的昼夜变化与季节特性。文中提出并论述中纬度TEC水平梯度矢量的指日效应:在北半球,冬季时梯度矢量指向的昼间进程是东南-南-西南,方位角变化小,幅值与幅值变化亦小;夏季时梯度矢量指向的昼间进程是东-南-西,方位角变化大,幅值与幅值变化亦大。梯度矢量箭头具有判然的指日性,即追随太阳方位角而变。梯度矢量幅值,在非低纬区条件下,随太阳仰角的增大而增大。文中还述及电子总量空间相关系数的表现规律并探讨了产生中纬度电离层这种时空行为的可能的动力学原因。     

Minimal joule dissipation models of magnetospheric convection

This paper gives a topical review of theoretical models of magnetospheric convection based on the concept of minimal Joule dissipation. A two-dimensional slab model of the ionosphere featuring an enhanced conductivity auroral oval is used to compute high-latitude electric fields and currents. Mathematical methods used in the modeling include Fourier analysis, fast Fourier transforms, and variational calculus. Also, conformal transformations are introduced in the analysis, which enable the auroral oval to be represented as a nonconcentric, crescent-shaped figure. Convection patterns appropriate to geomagnetic quiet and disturbed conditions are computed, the differentiating variable being the relative amount of power dissipated in the magnetospheric ring current. When ring current dissipation is small, the convection electric field is restricted to high latitudes (shielding regime), and when it is large, a significant penetration of the field to low latitudes occurs, accompanied by an increase in the ratio of the region 1 current to the region 2 current.     

初始波法线角对中低纬非导管哨声波传播的影响

本文对初始波法线角δ_s不同的中低纬非导管哨声进行了射线追踪研究,结果表明,当δ_s≤0°时,哨声波可到达较大的L值,在另一半球较高纬度处形成“聚焦区”,这组哨声色散值较大;当δ>0°时,随以的增加,哨声射线内移,δ>10°的哨声射线汇聚于另一半球较低纬度处,这组哨声色散值较小。据此提出解释中低纬哨声色散值连续变化的一种可能机制:电离层电子浓度水平梯度的连续变化引起初始波法线角以的连续变化,从而导致射线路径、群时延和色散值的变化。     

太阳活动高年上电离层中O+-H+离子过渡高度的特征

本文用日本电离层探测卫星ISS-b的资料,假设F₂层峰顶以上电离层中各类离子随高度呈扩散平衡分布,得到了太阳活动高年（1978年8月-1979年8月）确定顶外电离层电子密度剖面形状的一个重要参数,即O⁺-H⁺离子过渡高度h_T的一些变化特征.指出h_T的日变化特性主要受电离层中O⁺离子的产生与复合作用的控制.太阳活动高年在不同纬度和所有经度区域,平均说来日间h_T为大约1500-2500km变化,而夜间位于800-1400km,冬夜甚至接近中性氢、氧原子的化学平衡高度.过渡高度也表现出明显的纬度关系,在接近±20°的磁赤道地区,h_T基本上不随纬度变化;但在大于±30°磁纬区域h_T随纬度很快增加.义中还就h_T随时间和地磁（或地理）纬度变化的机制作了简要讨论.     

Ionospheric trough in GPS signal

The article presents research conducted by means of the GPS technique through TEC (Total Electron Content) computation for individual satellites. The proposed method makes it possible to investigate small ionospheric structures. For strong ionospheric disturbances, at high and middle latitudes, one can observe a ionospheric trough shift towards the lower latitudes. The results presented in this paper were obtained for strong disturbances observed in October 2003. The paper shows a comparison for chosen quiet and strongly disturbed days. To avoid differences caused by changing position of the Sun (seasonal zenith angle changes), all the analysed information was related to the same period of time.     

北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素分析

本文基于1979—2014年臭氧总量的卫星遥感数据,利用多元线性回归模型对臭氧总量数据序列进行模拟计算,考察了北太平洋上空臭氧总量长期变化趋势及其影响因素的作用.结果表明,北太平洋地区大气臭氧总量长期变化呈现减少趋势,但是减少速率随季节和纬度带表现出差异性,在各纬度带臭氧峰值季节臭氧下降趋势最为显著.在0°—15°N地区臭氧高值出现在夏秋季节并在8月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率约为0.2DU/a;15°—30°N亚热带地区臭氧高值出现在春夏季并在5月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降速率约为0.22DU/a;而在30°—45°N中纬度地区臭氧高值出现在冬春季并在2月达到峰值,峰值月份臭氧年均下降率0.75DU/a.在臭氧分布年平均态基础上,影响臭氧总量分布变化的因素主要有臭氧损耗物质(EESC)、太阳辐射周期(Solar)、准两年振荡(QBO)和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)等.其中,EESC导致臭氧损耗效应随着纬度升高而增大,在从低到高的三个纬度带损耗最大值分别为11DU、16DU和66DU;Solar增强导致臭氧增加,在三个纬度带的增加效应最大值分别为16DU、17DU和19DU;QBO@10hPa和QBO@30hPa对臭氧影响幅度基本在±10DU内波动,只有QBO@10hPa对30°—45°N区域的影响作用达到14DU,值得注意的是QBO影响作用随着纬度变化存在相位差异,在0°—15°N区域臭氧变化与QBO呈现相同相位,而在15°—30°N和30°—45°N区域臭氧变化与QBO呈现相反相位;ENSO对各个纬度带臭氧影响幅度也在±10DU内,ENSO影响作用在不同纬度带也存在相位差异,臭氧总量变化在0°—15°N、15°—30°N区域与ENSO相位相反,在30°—45°N区域与ENSO相位一致.     

磁层亚暴期间高纬地区三维电流体系

确定亚暴期间高纬地区的三维电流体系是磁层和电离层物理的基本问题之一,本文简述了近年来发展的根据地面地磁活动的记录及演三维电流体系的两种较新的方法:KRM（Kamide-Richmond-Matsushita）方法和K（Kisabeth）方法.在KRM方法和许多其它类似的计算中,都假定磁力线是垂直于电离层沿地球径向的直线.本文介绍了一种递推方法,可计算场向电流沿弯曲的偶极子场线流动的情况。同时,还介绍了高纬三维电流体系对亚暴期间中低纬度地磁扰动的贡献。最后介绍了在计算电流体系时所需的电离层电导率模式。     

磁层-电离层电动耦合的中纬电离层效应

本文通过对1982年磁扰期间琼中、北京两站地磁X分量变化的分析,证实了磁层-电离层电动耦合对中纬电离层电流的影响.分析发现:磁静、磁扰条件下的平均日变化中,两站X分量变化在白天有反向的趋势.这表明它们分处于与动力效应对应的电离层发电机电流圈中心之南北两侧.在磁暴主相期间,X分量变化形态与之明显不同,两站地磁南北分量有同向变化,且变幅相近,甚至有时北京站△X更大.对环电流能量增长指数R小于-25nT/h的21次事件所作的时序叠加分析（以R最负时为零时）进一步证明,这种同向变化是普遍存在的.两站零时之△X大小相近,相关系数高达0.98.该同向变化与R指数突然变负密切相关. 以上对比表明,与发电机电流造成两站X分量反向变化不同,同向变化是磁层源高纬扰动电流向中低纬直接穿透的结果.本文对动力和电动耦合两种过程的不同进行了初步讨论.