Sq发电机电流的逐日变化和Sq指数

用中国地磁台站的资料,研究了S_q逐日变化的形态学特征,用理论模型计算了磁层环电流、部分环电流、场向电流、磁尾电流、Chapman-Ferraro电流的地磁效应.在消除了这些磁层电流体系的影响之后,得到了电离层潮汐风发电机电流产生的磁场S_q变化.对1973年的资料研究表明,S_q发电机电流的逐日变化主要表现在强度上,即使在磁扰期间,也可以分离出形态稳定的S_q变化.由此提出了一种新的地磁指数--S_q指数,用来描述S_q发电机电流强度的逐日变化.     

中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性

本文在Hibberd方法的基础上提出了一种分离变化磁场几种主要成分的方法,使用这种方法可以定量地给出每天S_q型变化、D_st变化和其他不规则变化。用东亚地磁台链资料进行了检验,结果表明:中低纬度电离层S_q型电流体系的空间结构相当稳定,即使在磁暴期间,该电流体系的结构也无十分明显的变化;磁扰期间复杂的地磁变化主要来自磁层环电流、场向电流和高纬度电离层电流:S_q逐日变化主要表现在幅度上,这反映了电离层发电机电流体系具有较稳定的空间结构和逐日变化的强度。     

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.     

赤道电集流的变化:它和S_q电流体系和半日潮的关系

对地磁△H分量的年均日变化和季节变化作了分析,发现赤道电集流中的半年变化在午后消失.这可能是由于S_q的电流焦点纬度在一天中的变化引起的.S_q焦点纬度变化则可能是由叠加半日波引起的这也可用来解释焦点附近台站的△H变化.     

电离层S_q发电机理论的研究和数值模拟

本文回顾了近百年来（１８８９－１９９０）电离层发电机理论中Ｓｑ电流体系的研究进展，分别阐述了Ｓｑ电流体系的研究意义、获得Ｓｑ等效电流体系的正演和反演方法、给出了主要代表学者的研究成果及方法，并对Ｓｑ发电机理论存在的问题和需要进一步研究的课题进行了讨论，可以看出Ｓｑ等效电流体系研究虽然取得了很大进展，二维理论也在日渐完善，但三维发电机研究无论在理论上和计算方法上都还有改进的余地，如何最大程度上合理地解释Ｓｑ的变化规律，并与磁层物理和大气动力学联合起来综合考虑是今后三维理论工作所必须解决的问题。     

Sq发电机电流的UT变异性及其地面磁场的重建

本文用不同经度的7对中低纬台站水平磁场分量H,求得1965年随世界时（UT）变化的S_q指数（一种描述S_q电离层发电机电流强度的地磁指数）.结果表明,S_q发电机电流不仅有显著的逐日变化,而且有很大的UT变化.UT变化主要表现在电流总强度的强弱和电流涡焦点纬度移动两方面,这意味着决定发电机过程的太阳潮汐风场和电离层电导率随UT而变.用求得的S_q指数重新构造出的S_q变化与观测值符合得较好,它不仅显示出S_q幅度逐日变化的特点,而且还能复现出S_q形态的某些逐日变异性.     

地磁活动K指数值量算和确定方法的改进

根据北京十三陵地磁台2001年全年的地磁分钟值,用自然正交分量法(NOC)分析了Sq的逐日变化特性.结果表明,Sq的逐日变化与其日变幅度有相同的量级.由于逐日变化后得到的K指数与常规K指数相比,相差1的情况达到25.4%,相差2的情况达到1.6%,最大相差可以达到3.所以,在量算地磁活动指数时考虑逐日变化是必要的.     

外源S_q等效电流体系电流涡中心电流强度与太阳活动关系

本文选取了INTERMAGNET地磁台网2001年到2012年的地磁数据,对其进行世界时(UT)到地方时(LT)的转换后利用自然正交分量法(NOC)从所选资料中提取出太阳静日变化Sq成分,再通过球谐分析方法建立模型分离内、外源Sq成分,逐日反演出内、外源Sq等效电流体系,并得到外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度.本文将外源Sq等效电流体系南北电流涡中心电流强度与同一时期的Dst指数进行了对比分析,研究表明它们之间具有同步变化的规律,且北半球电流涡中心电流强度在磁暴发生时的异常现象远高于南半球.对F10.7cm太阳射电流量与外源Sq等效电流体系南、北半球电流涡中心电流强度的长短周期分析发现,Sq等效电流表现出明显的11年周期特点,与太阳活动周期一致.外源南、北半球电流涡中心电流强度和F10.7cm年均值的相关系数分别达到了0.93和0.90,说明太阳活动是导致外源Sq电流体系变化的最直接也最主要的因素,这可能与电离层电导率受控于太阳的电磁辐射相关.     

地磁静日Y分量季节变化的物理讨论

对电离层Ｅ层发电机Ｓｑ电流系和赤道区晨昏侧Ｆ层电流共同作用的地磁效应进行了定性分析和定量估计，并解释了静日地磁Ｙ分量日变化形态在冬、夏季近于反相的现象．所用物理机制能同样说明ＮｍａｘＦ２赤道异常驼峰每日出现、消失时间的季变化．     

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．     

二维电离层发电机理论模式及其初步应用

在地理坐标系下推导出二维电离层发电机理论方程,采用逐线迭代法求解得到全球二维电离层发电机电流函数,进而得到电离层发电机电流和电场.模式中使用的电导率是根据外部经验模式给出的背景大气和电离层参数,采用理论公式计算得出;输入的中性风场和磁场分别由HWM93和IGRF2000模型给出,该电离层发电机理论模式很好地给出了全球Sq电流形态及电离层E层发电机电场的基本特征.利用该模式研究了外部模式风场以及地磁场随高度的变化对模拟结果的影响,发现在90~180 km高度上,风场随高度变化对电流影响较大,而地磁场影响较小;重点模拟研究了地磁平静时期,Sq电流涡旋中心位置和总电流强度的变化规律,初步研究发现,电流中心位置在地理纬度±30°附近,不同的地方时电流随地磁纬度线平行移动,且南北半球两个电流涡中心电流强度之和变化不大.分析发现这种规律与发电机高度上的磁场总强度及地磁倾角的全球分布有很好的相关性.     

The correlation between the variation in ionospheric conductivity and that of the geomagnetic Sq field

Effects of the solar activity on the geomagnetic Sq field were studied by examining the correlation of the Sq amplitude in the Y-component with the sunspot number or height integrated Pedersen and Hall conductivities of the ionosphere at Kakioka, Chambon La Foret and Port Moresby for a period of 21 years. It was found that solar activity dependence of the Sq amplitude is almost explained by the effect of the local ionospheric conductivity if the month is fixed. That is, the solar activity dependence in each month is mainly caused by the local conductivity. However, the amplitude is clearly small in winter for the same conductivity value. This is probably due to the seasonal difference of the neutral winds driving ionospheric dynamo currents or to the magnetic effect of the field-aligned currents connecting both hemispheres driven by the asymmetric dynamo action in the ionosphere.     

中低纬度区变化地磁场的结构分析

用自然正交分量法（MNOC）分析了我国部分地磁台的变化磁场资料,得到了组成中低纬度地区变化磁场的几种主要成分,它们是电离层风发电机电流产生的S_q变化,磁扰电流产生的S_D变化,与UT有关的D_UT变化.这些成分的相对大小随季节而变,场的变幅有特定的纬度分布.     

用中低纬度变化磁场监测磁层环电流强度

本文选择北京地磁台和广州地磁台水平分量时均值的资料,采用Hibberd方法,分析研究了环电流对地磁场夜间值变化的影响,提出一种近似估计环电流强度的简便方法,这种方法可用于及时监测环电流强度的变化,为短期磁暴预报提供有用的资料和途径。     

Ionospheric quiet-day currents and their effects on the interpretation of upper mantle conductivity – A review

A review of ionospheric currents,the external part of geomagnetic solar quiet (Sq)variation and the internal part of the induced currentwithin the Earth, has been carried out.The theoretical background has been reviewed,and the method of analysis, specificallythe spherical harmonic analysis (SHA),is presented. Various works are reviewed andfully discussed. It has been noted that anew model of the Sq current system could beused to obtain a mantle electrical conductivityprofile for hemispheres. It is suggested thatfurther research work be carriedout in other hemispheres using similarmodels for more robust interpretations.     

A study on three-dimensional structures of the ionospheric dynamo currents induced by the neutral winds simulated by the Kyushu-GCM

Three-dimensional structures of the ionospheric dynamo currents are examined using the neutral winds in a general circulation model of the middle atmosphere at Kyushu University. A quasi-three-dimensional ionospheric dynamo model is constructed assuming an infinite parallel conductivity in the ionosphere. This model is able to simulate both the equatorial electrojet and the global Sq current system successfully. The simulated results reveal that the equatorial electrojet is confined in quite narrow latitudes around the equator accompanied with meridional current circulations and satisfies a non-divergent structure mainly within the E region. A vertically stratified double layered structure is seen in the east–west current density near the focus latitude of the global Sq current system. It is shown that the stratified structure mainly consists of the east–west Hall current associated with the eastward wind of zonal wavenumbers 1 and 2 in the lower altitudes and the westward wind of zonal wavenumber 2 in the upper altitudes. The day-to-day variation of the neutral winds can significantly vary the induced ionospheric dynamo current system, which is recognized as changes of the focus latitude and/or the maximum value of the equatorial electrojet.