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．     

近半个世纪以来发生在中国境内十次日食的电离层效应分析

本文总结了发生在中国境内的十次日食电离层效应的观测结果和理论解释,是已发表的讨论日食地磁效应的姊妹篇。从1936年6月19日到1981年7月31日的十次日食跨越了近半个世纪。本文讨论了下述问题:（1）各次日食的f₀E、f₀F₁、f₀F₂的变化;（2）电离层温度变化与暂态现象;（3）日食与E及扩展F层;（4）日食电离层效应与地磁日食效应的比较;（5）对今后开展日食工作的意见。本文主要论述我国学者的九次电离层效应的观测结果,不包括由于抗日战争中断的1941年9月21日的日食电离层效应的观测结果。     

电离层电子密度剖面和特征参数对两次日食事件的响应研究

本文利用亚洲和美洲地区多个测高仪台站的观测，并结合三维电离层-热层耦合理论模型进行数值模拟，对2020年6月21日和2017年8月21日两次日食事件期间电离层电子密度剖面的变化特征进行分析，并探讨这两次事件中日食效应的异同及形成机制.分析结果表明，在这两次日食期间，位于电离层低高度的E层和F₁层的电子密度变化与太阳辐射的变化基本同步；且F₁层峰值密度的日食响应幅度大于E层.该结果与以往观测一致，且日食响应无明显的经度变化.进一步地，通过分析观测和模拟结果中电子密度日食衰减效应的高度变化和时延特征，我们发现：(1)观测和模拟结果均表明，食甚时电子密度的最大相对衰减的位置一般不在F₁层峰的位置，而是在其上方约几十公里的高度；模拟结果显示该现象是由日食期间F₁层上方光化学过程与动力学过程共同作用导致；(2)在中纬地区，在F₂层峰附近及以上区域中电离层电子密度最大日食衰减相对太阳辐射变化的时延具有显著的经度变化，其相对衰减在亚洲地区随高度增加而减少，在北美地区随高度无明显变化，与以往报...     

2018年8月5日印度尼西亚地震震前电离层异常特征

基于2018年8月5日印度尼西亚地震震中（116.45°E,8.33°S）附近的澳大利亚达尔文站和位于震中磁力线共轭区域的武汉站的电离层测高仪观测数据,以及相同区域全球卫星导航系统接收机的观测数据,对该地震震前的电离层异常扰动特征进行了分析。结果显示,震前同时观测到了电离层F₂层临界频率（f_oF2）和总电子含量（TEC）时间序列的异常。基于岩石圈-大气层-电离层直流电场耦合模式和美国国家大气研究中心的热层-电离层环流耦合模式（NCAR/HAO TIEGCM）对震前震中及其对应磁力线共轭点区域的电子密度异常进行了模拟,模拟结果表明,在地震异常电场的作用下,地震区域及其对应半球的磁共轭区域的TEC和电离层F₂层峰值电子密度N_mF2发生了明显扰动。      

基于GNSS观测的全球赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节依赖特征

赤道等离子体泡是在磁赤道和低纬地区一种通常发生在夜间的大尺度电离层不规则结构.本文利用2010—2021年全球低纬地区GNSS TEC监测仪长期观测数据,分析了赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节的依赖特征.结果表明,全球每个经度区赤道等离子体泡发生率与太阳活动都显著正相关,赤道等离子体泡的日发生率与F₁₀₇指数相关系数接近0.70.经度-60°～-30°在赤道等离子体泡高发月份的日落后发生率与F₁₀₇的相关关系有明显的饱和效应.在季节变化方面,经度-60°～-30°赤道等离子体泡主要发生在1—3月和10—12月,其他经度主要发生在分季.不同经度区赤道等离子体泡日落后发生率季节不对称性存在显著区别,在太阳活动上升期,经度-60°～-30°的10—12月发生率明显高于1—3月;在太阳活动下降期,0°～180°经度区3月分季高于9月分季.此外,地磁扰动对产生赤道等离子体泡主要是抑制作用,特别是在太阳活动高年、分季.     

极区电离层F2层峰值电子浓度对太阳活动依赖性的共轭研究

本文利用南极中山站(ZHS),以及北极与其地理共轭的Tromso站(TRO)、地磁共轭的Longyearbyen站(LYB)各自约一个太阳活动周的观测数据,对比分析了极区电离层F₂层峰值电子浓度(N_mF₂)对太阳活动的依赖性.结果表明,三个台站N_mF₂月中值随修正太阳10.7 cm通量指数F_10.7P(简称P)增大在总体上呈线性增长,这说明在这三个台站,太阳辐射仍是其F₂层主要电离源.其中TRO站N_mF₂与P线性关系最好,ZHS站的次之,LYB站的最差.在日变化中,TRO站N_mF₂对太阳活动响应最为敏感的时刻出现在地方时中午附近,LYB站出现在磁中午,ZHS站则出现在地方时中午和磁地方时中午之间.这主要是由地理/地磁纬度差异引起的不同强度的光致电离与极区等离子体对流共同作用的结果.在年变化中,TRO站N_mF₂随太阳活动变化上升最快的季节出现在冬季,夏季上升最慢.在ZHS站与LYB站,N_mF₂对太阳活动变化的响应都在两分季最为敏感.这种季节上的差异则是由于三个台站光致电离与中性大气成分R[O/N₂]的不同所致.     

一次日食电离层效应的CT初步研究

利用电离层CT方法研究了1995年10月24日日全食的电离层效应.文中针对电离层CT重建剖面日变化不连续的情况,提出了一种基于奇异值分解(SVD)技术的时域插值方法.利用该方法提取该次日食所产生的电离层效应,得到日食引起较低高度上的光化学作用减弱以及输运过程改变等电离层效应的图像,发现较低高度上的光化学过程随着日食的结束而得到恢复,而日食对输运过程造成的影响在食甚之后约2h表现得最为强烈.对同时得到的垂直总电子含量(QTEC)的纬度-时间分布图进行分析也得到与此相应的结果.     

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.     

f0F2 半年变化的特征和一种可能机制

利用东亚和澳大利亚扇区不同地磁纬度台站和两个极区台站1974-1986 年电离层垂直探测数据, 分析了f₀F₂ 半年变化的主要特征. 提出了产生f₀F₂ 半年变化的一种新的物理机制: 低热层日潮的半年变化, 引起赤道电急流幅度的半年变化, 通过 喷泉效应! 使得赤道电离层异常幅度产生半年变化, 从而形成f₀F₂ 的半年变化.     

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.     

基于GPS技术实时监测2009年7月22日日全食期间长三角区域电离层TEC变化

2009年7月22日上午发生的日全食是21世纪持续时间最长的日全食,其全食带覆盖了中国中部的K江流域,为研究日全食对电离层的影响提供了一次难得的机会,为此本文通过卡尔曼滤波算法实现了实时求解TEC和GPS系统硬件延迟,为实时监测日全食期间电离层变化提供了绝对的电离层TEC.采用上海和浙江区域内GPS网的观测数据,建立了...     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

Earth’s lower ionosphere during partial solar eclipses according to observations near Nizhny Novgorod

The results of observations in the Vasil’sursk Laboratory (56.1° N, 46.1° E) of partial solar eclipses of August 11, 1999, August 1, 2008, and March 20, 2015 are discussed. Ionospheric observations in the eclipse periods and on control days were conducted by the method of resonant scatter of radio waves at artificial periodic irregularities of the ionospheric plasma and the partial reflection method based on radio wave scatter by natural irregularities in the D region. The lower ionosphere reaction to solar eclipses, including variations in the electron concentration and characteristics of the signals scattered by APIs, was studied. An intensification of the lower ionosphere turbulization, an increase in the signal amplitudes backscattered by APIs in the E region, stratification of the D region, and the arrival of scattered signals from mesopause heights were observed during the eclipses. A decrease in the electron concentration of the D region up to a factor of 3–5 was found by the partial reflection method. Above 88 km, the ionospheric response was delayed by 20–25 min relative to the moment of the eclipse maximum phase, whereas this delay in the lower part of the D region was 2–4 min.     

Ionospheric behavior over Europe during the solar eclipse of 3 October 2005

An annular eclipse occurred over Europe in the morning hours of 3 October 2005. The well-defined obscuration function of the solar radiation during the eclipse provided a good opportunity to study the ionospheric/thermospheric response to solar radiation changes. Since the peak electron density behavior of the ionospheric F2 layer follows the local balance of plasma production, loss and transport, the ionospheric plasma redistribution processes significantly affect the shape of the electron density profile. These processes are discussed here based on a comparison of vertical incidence sounding (VS) and vertical total electron content (TEC) data above-selected ionosonde stations in Europe. The equivalent slab thickness, derived with a time resolution of 10 min, provides relatively good information on the variation of the electron density profile during the eclipse. The computations reveal an increased width of the ionosphere around the maximum phase. As indicated by the available measurements over Spain, the photo production is significantly reduced during the event leading to a slower increase of the total ionization in comparison with the neighboring days. The supersonic motion of the Moon's cool shadow through the atmosphere may generate atmospheric gravity waves that propagate upward and are detectable as traveling ionospheric disturbances at ionospheric heights. High-frequency (HF) Doppler shift spectrograms were recorded during the eclipse showing a distinct disturbance along the eclipse path. Whereas the ionosonde measurements at the Ebro station/Spain in the vicinity of the eclipse path reveal the origin of the wave activity in the lower thermosphere below about 180 km altitude, the similar observations at Pruhonice/Czech Republic provide arguments to localize the origin of the abnormal waves in the middle atmosphere well below the ionospheric heights. Although ionosonde and HF Doppler measurements show enhanced wave activity, the TEC data analysis does not, which is an indication that the wave amplitudes are too small for detecting them via this interpolation method. The total ionization reduces up to about 30% during the event. A comparison with similar observations from the solar eclipse of 11 August 1999 revealed a quite different ionospheric behavior at different latitudes, a fact that needs further investigation.     

1987年9月23日日环食的电离层波动现象

本文给出了利用高频天波返回散射雷达对1987年9月23日日环食电离层效应的观测结果.分析表明,日食期间在日环食带电离层存在明显的不均匀结构和小尺度的波动,而日食过后在见食电离层区域出现大尺度的波动现象.     

1987年9月23日日环食的电离层波动现象

本文给出了利用高频天波返回散射雷达对1987年9月23日日环食电离层效应的观测结果.分析表明,日食期间在日环食带电离层存在明显的不均匀结构和小尺度的波动,而日食过后在见食电离层区域出现大尺度的波动现象.     

Propagation of radio waves reflected from the ionosphere during a solar eclipse

Summary The article first describes in chronological order the observations on the propagation of radio waves during the solar eclipses, and the development of the conflicting results on the similar transmissions of radio signals. The general theory of the absorption of radio waves in the ionosphere is briefly described and therefrom a method is derived to estimate the variation of the absorption of obliquely incident radio waves during a solar eclipse.The variation of field-strength can be studied in terms of the relationship between the vertical incident equivalent frequency of the signals and the critical frequencies of the ionospheric layers at the regions of reflection. The total absorption of radio waves consists of the non-deviative absorption in theD region and the deviative absorption in the higher layers of the ionosphere. During the eclipse, theD region absorption decreases in phase with the progress of the eclipse, but the variation of deviative absorption may differ in each observation. The deviative absorption is large when the equivalent frequency is close to the critical frequency of the layer reflecting the waves or of the layer just penetrated by the waves. The changes in the deviative absorption during an eclipse can be estimated on the basis of the variation of the critical frequencies of the ionospheric layers. The resultant changes in the total absorption during a solar eclipse may thus be estimated. The different types of field strength variation expected during an eclipse are given.The observations of the vertical incident absorption of radio waves and the field strength variations of obliquely incident continuous wave radio signals during the solar eclipse are described and the changes are explained on the basis of the above theory.