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。     

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.     

北京地区地磁场Sq强度的季节变化和长期变化

本文利用北京地区的北京台（BJI）和北京十三陵台（BMT）的地磁场X、Y和Z分量时均值数据,研究了1960年至2013年期间该地区地磁场Sq强度的季节变化和长期变化.结果表明：（1）BJI台和BMT台的地磁场Sq不仅变幅相近,而且具有一致的地方时变化、季节变化、太阳活动周变化和长期变化.（2）BJI台和BMT台Sq强度的逐月变化,其中A_Sq（X）主要表现为春秋增强而冬夏减弱的季节变化.A_Sq（Y）呈现出夏季增强的半年变化.A_Sq（Z）变化较为复杂.虽然在5月和9月出现减小,但是总体来看,其变化曲线也具有夏季增强的半年变化特征.同时,Sq强度与太阳活动F₁₀₇指数之间存在明显的正相关关系,具有一致的11年太阳活动周变化和长期变化,反映出了Sq与太阳活动之间的密切关系.（3）BJI台和BMT台Sq强度差值dA_Sq表明,在大多数年份,两个台站的Sq强度之差一般不超过±2 nT,同时没有明显的季节或年周期变化特征.在2000年和2001年太阳活动高年,dA_Sq出现显著增强,最大可达12.3 nT.反映出了北京地区Sq场强度梯度的剧烈扰动与太阳活动之间的密切关系,意味着在太阳活动高年,Sq电离层发电机电流的局部结构可能发生了明显的改变.     

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.     

内磁层电流体系的地磁效应

对Ⅱ区场向电流及其伴随的部分环电流和电离层电流组成的内磁层三维电流体系（PRFI电流系）的磁场效应进行了数值计算.这一三维电流体系在中低纬度地面产生的磁场呈现出特殊的纬度分布:X分量几乎不随纬度变化,Y分量随纬度增高近似呈线性变化.这些特征明显不同于对称环电流的磁场分布特征（X∝ cosφ,φ是纬度,Y=0）,也不同于DP2、S_q、L等电流体系的磁场分布特征.利用这一特征我们可以从地磁台子午链观测到的磁场扰动中分离出PRFI电流系的贡献.用1989年3月磁暴的实例检验了上述模型,观测结果与理论结果符合得很好.分析结果还表明,最大的D_st指数并不一定对应着最强的对称环电流.     

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.     

中国地区地磁异常静日（AQD）的初步分析

本文将G.M.Brown等人对离S_q电流体系焦点较远处台站的异常静日（AQD）的H分量分析,发展为对包括S_q电流体系焦点附近台站和Z、D分量在内的AQD分析。主要分析了中国五个地磁台D、H、Z三要素静日最大值和最小值出现时间的分布,及其季节变化和逐年变化规律。结果表明,D、Z也有和H类似的AQD现象,其出现的年频度,也有与太阳黑子数反相变化的趋势。在有三个多太阳周资料的佘山台,太阳极小年AQD(Z_max)出现的频度,和随后的太阳极大年的黑子数R呈近似线性的关系。最后,本文对今后我国开展变化磁场的分析研究提出了建议。     

S_q发电机电流的逐日变化和S_q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.     

欧洲地区电离层峰值电子密度逐日变化的相关距离研究

本文采用欧洲22个台站的电离层F^₂层峰值电子密度N_mF^₂，分析了其逐日变化分量的相关距离S，着重研究了S的周日变化、季节变化及其随太阳活动和地磁活动的变化.首先用指数型函数模式来拟合任意两站间电离层逐日变化的相关系数R随间距d的变化，由此估算出逐日变化的相关距离S.详细研究了S在不同的季节（春季、夏季、秋季和冬季），不同的地磁活动（平静和扰动）及不同的太阳活动（低、中和高）随世界时的变化（周日变化）.结果表明：（１）S的范围一般为400～1600 km；（２）S值在白天比夜间大；（３）S值具有季节变化，夏季最大，冬季最小，春秋季差异不大；（４）S值在地磁扰动时比平静时大；（５）当太阳活动低时，S值在日落到正午间要比太阳活动中或高时明显偏小，而在正午到日落间则与太阳活动中或高时差异不大.根据以上结果，我们认为：（１） 太阳辐射对电离层逐日变化的影响是大尺度的，并在白天和太阳活动高时大于晚上和太阳活动低时；（２） 地磁活动的影响也是大尺度的；（３）气象活动的影响是相对小尺度的，且逐日变化具有季节性.本文从相关尺度分析的角度，证实了电离层逐日变化来源于太阳辐射、地磁活动和气象活动因素的论断.     

Sq指数的周期变化分析

利用1960-1980年中国北京和广州的地磁场X分量小时值数据,根据徐文耀(1992)提出的用来描述每日Sq变化幅度的地磁活动指数的方法,计算并分析了Asq指数的周期变化特征.结果表明:Asq指数具有11年、年和半年变化等主要周期成分,与F107指数傅氏谱主要周期成分存在对应关系,表明Asq指数的周期变化与太阳辐射密切相关.然而互相关分析表明,日变幅dSq与F107的相关关系略强,这是由于Asq指数计算中每月平均ΔS_q(t)携带了部分Sq场的周期变化信息.     

南极中山站极夜、极昼期间地磁场的日变化规律及特征

利用1991年南极中山站的地磁资料，分析研究了极夜（5，6，7月）及极昼（11，12月）期间地磁场的变化规律及特征．结果表明，极昼期间的S出现的双峰现象要比极夜期间的明显的多，S是叠加在S之上的极盖区地磁场静日变化；极夜期间的Sq,Sq和SD的变化幅度小于极昼期间的变化幅度，大约是极昼期的1／3，SD大约是极昼的3／4.这主要是由于极夜期间太阳的直射点在北半球，在南半球太阳的波辐射少；极昼期间太阳直射点在南半球，太阳的波辐射增大，致使空间电离层等效电流强度发生变化产生的．     

Morphology of slowly-varying geomagnetic external fields — a review

The morphology of slowly-varying geomagnetic external fields (such as Sq, L, and Dst) and the production mechanisms of electric current systems for those fields are briefly reviewed to provide background knowledge of the present state of research regarding the source fields for scientists concerned with the electromagnetic induction within the earth. It is concluded that both the Sq and Dst fields seem to have sources both in the magnetosphere and the ionosphere, while the classic idea of L-field production solely in the ionosphere by the wind dynamo is still acceptable.     

Time variation of global geomagnetic Sq field in 1964 and 1980

Equivalent current systems of the geomagnetic solar quiet daily variation field (Sq) were estimated from the geomagnetic hourly values of the worldwide-distributed observatories at each UT on every day in 1964 and 1980. Seasonal and UT variations of the external current vortex were obtained by averaging through each month and UT. The well-known feature that the vortex centre in the winter hemisphere is situated on the afternoon side of that in the summer hemisphere was re-confirmed for both years. As for the solar activity dependence, the intensity in 1980 (solar maximum) was about twice as large as that in 1964 (solar minimum).Next, the day-to-day variation of the vortex was examined using the obtained current systems. The effects of the UT variation were removed by subtracting the averaged value of each UT for the geomagnetically quiet days of the month. In March 1980, it was found that the intensity varies with a period of about 10–15 days and the phase is advanced to earlier UT or to the east side of the globe. The intensities in the two hemispheres vary out-of-phase with each other.     

Sq内外源电流体系中国地区变化特征

利用球冠谐分析法对2009年我国35个绝对观测地磁台站的Sq太阳静日变化进行内外源场分离,反演得到三个劳埃德季节(冬季D,分点E,夏季J)相应的内、外源等效电流体系,结果表明Sq外源电流体系在该区域D、E、J三个季节的电流涡中心强度分别为56.2 kA、137.7 kA、137.9 kA,电流涡中心位置的地方时由冬季的1124LT前移至夏季的约1030LT;Sq内源电流体系在该区域D、E、J三个季节的电流涡中心强度分别为21.1 kA、63.4 kA、72.7 kA,电流涡中心位置的地方时由冬季的1100LT前移至夏季的约1000LT.     

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．