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 .     

南极中山站F-lacuna特征分析

F-lacuna是高纬极区电离层测高仪频高图上经常出现的一种F层回波描迹部分或全部消失的现象,直接影响电离层参数的标定,其表征的电离层物理过程尚未定论.利用南极中山站测高仪频高图数据,本文统计分析了Flacuna在不同太阳风速度水平下的发生频率,主要对2012年2月15日一次F2-lacuna观测实例的粒子沉降及电离层特性进行了分析.观测特征表明,F2-lacuna发生期间,电离层电子总含量TEC明显减小,昭和站SuperDARN高频雷达观测到的中山站上空电离层Bragg后向散射增强,但对应来自磁层的电子和离子沉降并不明显.这可能是由磁层亚暴引起的极区电离层电流体系扰动,触发电离层F-B不稳定性,产生沿场向排列的小尺度不规则体,其热效应导致F2层密度减小,F2-lacuna出现.     

中纬电离层的低频等离子体不稳定性

本文研究了中纬电离层Rayleigh-Taylor不稳定性和漂移不稳定性的基本性质.如果不存在中性风和背景电场,中纬Rayleigh-Taylor不稳定性的增长率比赤道相应条件下的小.中性风和电场对中纬Rayleigh-Taylor不稳定性有重要影响.当中性风速度达到10m/s时,其作用就超过了重力.漂移不稳定性也受到重力、中性风和电场的影响,离子-中性粒子碰撞能降低漂移不稳定性的增长率.本文的分析表明,在赤道电离层容易产生大尺度的Rayleigh-Taylor不稳定性,在中纬电离层易产生小尺度的漂移不稳定性.     

电离层不规则结构漂移的GPS测量及其初步结果

本文阐述了利用GPS接收机台阵测量到的闪烁和TEC变化率ROT快速起伏图样估计F层不规则结构漂移的原理和方法,并利用实测数据估计了静日和暴时电离层不规则结构的水平漂移速度.短间距台网和超短间距台链观测实例的计算结果表明,暴时武汉地区引起TEC快速起伏的电离层不规则结构沿纬圈向西漂移,21∶30至03∶00 LT,西向漂移速度在约40 m/s至130 m/s的范围内变化;在桂林地区,磁静日午夜前后引起L波段电波闪烁的电离层不规则结构沿纬圈向东漂移,漂移速度从约70 m/s下降到约55 m/s,磁扰日午夜前不规则结构向西漂移,速度从约150 m/s下降到约50 m/s,午夜后转为向东漂移,速度从约25 m/s上升到约65 m/s.文中还提出了由单站多卫星观测估计F层不规则结构漂移的设想.实例分析与计算结果表明,利用单站多卫星观测估计电离层不规则结构漂移是一种合理可行的方法.     

南极中山站电离层F2层临界频率变化特征

对南极中山站数字式电离层测高仪1995～2002年观测数据的月中值进行了统计分析，揭示了中山站电离层F2层临界频率（foF2）的主要特征：foF2存在明显的日变化和年变化；日变化存在“磁中午异常”现象；年变化中中午foF2在太阳活动低年不出现“冬季异常”，在太阳活动高年出现“半年异常”，即两分点高于两至点.本文结合中山站所处的地理位置，考虑太阳辐射电离、磁层的驱动和中性大气成分变化等因素，分析了这些现象的产生机理.     

南极中山站电离层漂移特性及其对行星际磁场的响应

利用南极中山站数字式电离层测高仪在１９９５年的观测数据和ＩＭＰ８卫星观测的行星际磁场数据进行分析,揭示了南极极隙区纬度的电离层漂移的主要特征：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,在当地时间正午附近存在着指向极点的漂移运动,在晚上时间存在着离开极点的漂移运动,显示出在极区存在着逆阳对流;行星际磁场的平径向分量Ｂｙ在影响极隙区纬度电离层漂移运动方面起着主寻作用。当Ｂｙ＜０时,指向极点的漂移运动入口处大约在ＣＧＬＴ的７：００一８：００之间,并且在ＣＧＬＴ的０点左右的漂移运动方向偏西;当Ｂｙ＞０时,指向极点的漂移运动人口处大约在ＣＧＬＴ的９：００－１０：００之间,并且在ＣＧＬＴ的０点左右的漂移运动方向偏东;南半球的等离子体对流图形大体上与北半球成镜面对称关系．     

国际参考电离层用于中国地区时的修正计算方法

在充分利用中国电离层台站长期观测资料的基础上，阐述了国际参考电离层用于中国地区时的一种修正计算方法．它采用“亚大地区Ｆ_２电离层预测方法”计算ｆ_０Ｆ_２和Ｍ（３０００）Ｆ_２，合理地描述Ｆ_１层的出现和提高Ｅ层的峰值高度．与实测的电离层数据的系统比较说明，该方法在中国地区使用时，其精度比国际参考电离层有明显提高．     

一个中纬电离层E层理论模式

本文建立了一个中纬电离层E层理论模式. 该模式从NO+,O２＋,O+和N２＋这四种主要离子的连续性方程出发,通过数值模拟得到中纬电离层E层电子和各种离子密度随时间和高度的变化情况. 计算结果能较好地反映出E层电子密度峰值（NmE）或E层临界频率（foE）的日变化、季节变化以及随太阳活动的变化趋势. 将模式的计算结果与武汉地区测高仪的观测数据进行比较,结果证明模式能够较为客观地反映中纬电离层E层的实际形态. 针对以往电离层E层理论模式存在的主要问题,本文还进一步讨论了几种重要因素,包括二次离化源,λ<150?谱段的辐射通量,吸收截面以及NO分布对于模式计算结果的影响.     

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。     

地震电离层异常电场模拟及初步研究

强地震会造成电离层电场发生异常变化.基于大气层-电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究,将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中,并且考虑到电离层层电导率的各向异性,建立新的地震电离层异常电场模式.引进一个电离层层电导率经验公式(Nopper and Carovillano,1979),对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟.模拟结果表明:附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布.且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场,在东西两侧显偶极子分布.在额外电流分布相同的情况下,夜晚生成的异常电场更显著,存在昼夜差异.     

Propagation and dispersion of electrostatic waves in the ionospheric E region

Low-frequency electrostatic fluctuations in the ionospheric E region were detected by instruments on the ROSE rockets. The phase velocity and dispersion of plasma waves in the ionospheric E region are determined by band-pass filtering and cross-correlating data of the electric-field fluctuations detected by the probes on the ROSE F4 rocket. The results were confirmed by a different method of analysis of the same data. The results show that the waves propagate in the Hall-current direction with a velocity somewhat below the ion sound speed obtained for ionospheric conditions during the flight. It is also found that the waves are dispersive, with the longest wavelengths propagating with the lowest velocity.     

曲靖非相干散射雷达功率剖面的初步观测与分析

介绍了非相干散射雷达功率剖面与电离层电子密度剖面之间的关系,给出了曲靖非相干散射雷达功率剖面的一些观测结果,结合电离层垂直探测数据,初步介绍了曲靖非相干散射雷达在夜间电离层波状扰动、低纬电离层异常区北驼峰位置、电离层电子密度日落增强和暴时变化等观测研究中的应用.本文结果丰富了对我国曲靖地区电离层空间天气特性的认识,显示了该雷达在我国低纬电离层空间天气观测研究中的良好应用前景.     

Response of the ionosphere to the Baltic Sea earthquake of 21 September 2004

GPS observations of the European permanent network were used to identify seismo-ionospheric precursors of Baltic Sea earthquake of 21 September 2004. It is a very rare event for this region of Europe (magnitude of about 5.0). This value is the threshold for the occurrence of seismic effects in the ionosphere. In total electron content (TEC) data over the region of the earthquake, a specific ionospheric anomaly appeared one day before the earthquake was detected. The ionospheric variability had a positive sign with an enhancement of about 4–5 TECU (1 TECU = 10¹⁶ electrons/m²) relative to the non-disturbed state of the ionosphere. The anomaly had a duration of 4–5 hours in the day time. The special size of this anomaly was about 1000 km. The characteristic parameters of the anomaly show that it can be associated with ionospheric precursors of an earthquake.     

基于人工电离层扰动对地-电离层波导传播的VLF波的影响

基于低电离层加热理论和甚低频电波在地-电离层波导中传播理论,建立低电离层扰动对甚低频电波传播影响的分析模型,并利用实验数据验证了该模型的正确性.据此模型,研究了加热功率、加热波极化以及背景参数所导致的低电离层扰动对不同频率甚低频电波传播的影响.结果表明,低电离层扰动越强,则通过该区域内甚低频波幅度和相位的相对变化越强,通过研究地-电离层波导甚低频信号通过人工扰动区域后幅度和相位的变化,可望用于诊断人工电离层扰动强度.     

电离层上行O+离子沿不同经度处的磁力线向磁层的传输

根据解析求解引导中心近似的动力学方程得到的离子分布函数 ,研究了不同Kp指数条件下起源于不同电离层区域的上行O⁺离子通量密度沿不同经度处的磁力线的定态分布 ,并研究了上行O⁺离子向不同磁层区域传输的特性 .主要结果为 :（ 1 ）起源于向阳面极光带外侧及更低纬区的电离层离子基本上传输到向阳面磁层区 ;起源于背阳面极光带及更低纬区的电离层离子基本上传输到背阳面磁尾等离子体片区和闭合磁力线区 ;起源于极盖区及向阳面极光带内侧的电离层离子基本上传输到等离子体幔区和磁瓣区 .（ 2 ）上行离子主要分布在近地空间 ,其通量密度相对于地心距离呈负梯度 .（ 3）地磁活动指数Kp 增高时上行离子进入磁层的概率增大 ,因而上行离子起动力学作用的地球空间范围增大 .所得结果可解释有关地顶的观测特征 ,理论估算的上行离子在磁尾的通量密度与观测结果相符合.     

A study of GPS ionospheric scintillations observed at Guilin

The occurrence of strong ionospheric scintillations with S4≥0.2 was studied using global positioning system (GPS) measurements at Guilin (25.29°N, 110.33°E; geomagnetic: 15.04°N, 181.98°E), a station located near the northern crest of equatorial anomaly in China. The results are presented for data collected from January 2007 to December 2008. The results show that amplitude scintillations occurred only during the first five months of the considered years. Nighttime amplitude scintillations, observed mainly in the south of Guilin, always occurred with phase scintillations, total electron content (TEC) depletions, and Rate Of change of TEC (ROT) fluctuations. However, TEC depletions and ROT fluctuations were weak during daytime amplitude scintillations, and daytime amplitude scintillations usually occurred in most of the azimuth directions. GPS scintillation/TEC observations recorded at Guilin and signal-to-noise-ratio measurements obtained from GPS-COSMIC radio occultation indicate that nighttime and daytime scintillations are very likely caused by ionospheric F region irregularities and sporadic E, respectively.     

Vertical plasma drift velocities in the polarization jet observation by ground Doppler measurements and driftmeters on DMSP satellites

Vertical and horizontal plasma drifts are investigated during the polarization jet (PJ) detection in the F2 ionospheric layer based on the Doppler measurements at the Yakutsk meridian chain of subauroral ionospheric stations. It is shown that the velocities of vertical and horizontal drifts are significantly higher than the background motion during PJ observation periods. The ionospheric plasma motion direction changes from upward to downward on the polar edge of the main ionospheric trough. Doppler measurements on the DPS-4 ionosondes are compared with the simultaneous measurements of the plasma drift on the DMSP satellites during their passage near the Yakutsk meridian. The two kinds of measurements are in good agreement with each other. During the magnetic storm of June 23, 2005, by measurements of the DMSP satellites, the velocities of upward plasma flows were 1.0–1.4 km/s at a satellite altitude of 850 km. In the ionospheric F region, this speed corresponds to 150 m/s. According to satellite measurements, the westward drift velocity reached 2.5 km/s. The development of the polarization jet in the ionosphere was accompanied by a tenfold decrease in the electron density in 15–30 min.     

1998年5月磁暴磁层电流体系的地磁效应分析

低纬度地区地磁场的短时变化主要由以下电流体系产生:电离层发电机电流(IDC)、对称环电流(SRC)以及由部分环电流和Ⅱ区场向电流及其电离层回路组成的内磁层三维电流体系(PRFI).此外,由Ⅰ区场向电流及其电离层回路组成的电流体系(FACI)所产生的低纬地磁场也是不可忽略的.本文针对1998年5月1-6日的大磁暴,首先利用多个同子午线台站对的数据分离并消去由IDC电流产生的Sq场.然后,通过线性建模分离其他电流体系产生的磁场成分.结果表明:(1)发生在5月1-6日的磁暴可以分为两个过程,PRFI和FACI电流体系在1-3日不明显,在4-5日伴随着亚暴强烈发生.(2)SRC的变化情况在第一阶段同Dst指数相似,在第二阶段明显滞后于Dst指数.(3)在5月4-5日,PRFI在SRC之前增强,随着PRFI和FACI的恢复,SRC开始增强.这一结果为我们了解环电流和场向电流的形成以及它们的关系提供线索.