电离层中纬槽极小的位置变化及其控制因素研究

本文利用2000年至2009年CHAMP卫星朗缪尔探针实地测量的电子密度数据,分析了电离层中纬槽的位置变化及其控制因素.研究结果表明:(1)地磁平静期电离层中纬槽的位置随磁地方时和经度变化;(2)电离层中纬槽的位置对地理经度的依赖表现为西半球槽的位置高于东半球;(3)AE指数和SYM-H指数与槽的位置变化显著相关,表明极光电集流和环电流是中纬槽位置变化的重要控制因素;(4)太阳风电场晨-昏分量的量值变化显著影响中纬槽位置,而其极性变化的影响相对较弱.研究结果对中纬槽建模有一定的参考价值.     

北京地区电离层COSMIC掩星与垂测仪探测临界频率数据对比

使用COSMIC掩星和垂测仪,探测2011—2012年北京地区电离层临界频率数据,比较不同探测手段获取的电离层特征参量随地方时和地磁季节相关性的变化。研究表明:2组数据具有较好的相关性;标准偏差随地方时变化,日出时6:00 LT开始增大,日落时16:00LT到次高值,19:00LT达最大值后开始下降;标准偏差随地磁季节变化,夏季最小,冬季最大。分析认为,电子密度在垂直和水平方向上的梯度变化,造成掩星反演误差增大,可能导致了数据相关性在不同地磁季节和地方时刻的相应变化。     

中国低纬度地区电离层闪烁效应模式化研究

GPS（Global Positioning System）周跳是一种GPS信号异常现象.研究发现一定仰角以上的GPS周跳与电离层闪烁有关,是强电离层闪烁造成的GPS载波信号短时失锁现象,因此其可作为表征电离层闪烁效应的参量.本文通过分析由中国低纬度地区GPS台站原始观测数据提取的GPS周跳发生率与地方时、季节、太阳活动以及磁活动之间的关系,开展电离层闪烁效应与这几种参量之间关系的模式化研究.研究结果表明：（1）周跳发生率存在着地方时分布,发生时段主要在日落19：00LT后到午夜02：00LT之前,发生次数在22：00LT左右达到极大,然后缓慢减少,这一变化特点可以用自变量为地方时的Chapman函数形式来描述;（2）周跳发生率存在年变化特点,主要发生在年积日45~135天（春分季节）和225~315天（秋分季节）,可以通过高斯函数来描述每个分季闪烁效应的变化特点;（3）可以利用太阳辐射指数F10.7作为描述周跳随太阳活动周变化的参量,根据周跳随太阳活动周的变化特点,我们使用一个以F10.7为自变量的三次函数来描述这种变化;（4）电离层闪烁与磁活动的关系比较复杂,由于大多数情况下表现为磁活动对电离层闪烁的抑制作用,在本研究中使用一个以地磁活动指数Ap为自变量的的平方根函数来拟合这种变化.     

磁偏角和热层风对中纬电离层TEC经度分布的影响

本文利用北美、南美和大洋洲三个地区的电离层TEC数据,分析了磁偏角为零的经度线两侧中纬电离层TEC的差异.结果表明,在2001年至2010年的几乎所有季节,在磁偏角为零的经度东西两侧,北美、南美和大洋洲中纬电离层TEC都存在规则性的差异;中纬电离层TEC的这种经度差异显著地依赖地方时,对季节和太阳活动水平也有不同程度的依赖.地磁场影响下电离层与热层动力学耦合的分析表明,磁偏角的经度变化和热层风的地方时变化两者的共同作用是引起磁偏角为零的经度两侧中纬电离层TEC差异的重要原因之一.     

基于地磁台站数据对磁暴期间环电流和场向电流的分布特征研究

磁暴的发生与环电流的变化密切相关.除了对称环电流外,部分环电流在磁暴的发展过程中也起到了重要的作用,同时部分环电流通过场向电流与极区电离层中的电流形成回路.本文应用INTERMAGNET地磁台网北半球中低纬区域地磁台站数据,对不同强度4个磁暴事件主相和恢复相期间部分环电流和场向电流的磁地方时分布进行了分析和讨论.对于每一个磁暴事件,在低纬地区（地磁纬度约0°—40°N）选用地磁经度上大致均匀的8个台站,通过坐标转换计算平行于磁偶极轴的地磁场水平分量H来分析磁暴期间环电流所引起的磁场扰动;在低纬地区8个台站的基础上增加中纬地区（地磁纬度约40°N—60°N）地磁经度上大致均匀的6个台站,计算地磁坐标系下地磁场东西分量Y来分析磁暴期间场向电流在中低纬地区引起的磁场扰动.结果表明,磁暴主相期间的部分环电流主要作用于磁地方时昏侧和夜侧扇区,并且主相和恢复相期间部分环电流引起的磁场变化随着磁暴级别的增大而增大;磁暴主相期间向下的场向电流多出现在夜侧至晨侧扇区,向上的场向电流多出现在昏侧至午后扇区,且中纬地区向下和向上场向电流的展布范围明显大于低纬地区;恢复相期间弱、中磁暴事件的场向电流呈现与部分环电流相同的减弱趋势,而强、大磁暴事件在恢复相末期场向电流引起的磁场变化明显不同于恢复相的其他时刻,这可能与高纬较强的亚暴活动有关.     

利用COSMIC掩星探测分析120°E经线附近电离层E层闪烁指数变化

利用气象、电离层和气候卫.星联合观测系统COSMIC掩星2007-2013年探测资料,分析了120°E经线附近电离层E层区域(70~140km)闪烁指数的季节、地方时和空间变化.结果表明强电离层闪烁主要集中在磁纬度±30°内,夏季达到最大,冬季其次,春季最小.闪烁峰值大小与太阳辐射有关,但北半球夏冬季闪烁峰值大于南半球观测结果,秋半球闪烁峰值大于春半球观测结果.地磁高纬地区较强闪烁现象出现在地方时傍晚之后,午夜前后达到最大值.地磁中纬和低纬区域日出后即出现较为明显的闪烁现象,一直持续至夜间甚至凌晨,分别约在中午和傍晚前达到最大值.磁赤道区闪烁现象通常始于地方时日出后,最大值发生在傍晚1800LT左右.电离层E区的闪烁峰值大都集中110km高度,但高纬地区的峰值高度略有降低.此外,太阳和地磁活动的增强一定程度上会抑制E层闪烁现象.相关研究结果有利于分析E层不规则结构及物理形成机制,同时为电离层区域闪烁模型的建立提供有用的信息.     

电离层起源的O+离子在同步高度区的分布

以卫星观测资料为基础, 应用动力论方程, 采用理论模型和数值分析方法, 研究了不同地磁活动条件下同步高度区O+离子的分布, 提出了O+离子密度和通量密度在同步高度区沿经度变化的半经验模型. 主要结果为: 在同步高度区(1) 向阳侧O+离子密度和通量密度较大, 背阳侧较小. (2) 地磁活动指数Kp越小, O+离子密度和通量密度水平及其沿经度的变化越小, Kp越大时水平及其变化越大; Kp≥6时O+离子密度和通量密度较Kp = 0时大一个量级. (3) 当Kp = 0或Kp ≥ 6时, O+离子密度在经度120°附近和240°附近最大, 在磁尾最小; 当地磁活动指数Kp = 3～5时, O+离子密度在经度0°处最大, 在磁尾最小; 无论Kp如何, O+离子通量密度都在经度120°附近和240°附近最大, 在磁尾最小.     

地磁活动指数Vr的时空分布特征分析

本文使用2008-2010年三年内的国内41个地磁台站和国外4个地磁台站的地磁水平分量H和磁偏角D的分钟值数据,研究了H和D的Vr指数(以下简称VrH和VrD)与Kp指数的关系及其时空分布特征,发现在时间变化上,VrH和VrD均具有27天太阳自转周变化;VrD呈现出显著的季节变化,而VrH却无,但与太阳风速度(SWS, Solar Wind Speed)变化密切相关,其三年的相关系数分别是0.97、0.70、0.88;去除季节变化后的VrD也表现出与SWS的相关,相关系数分别是0.96、0.77、0.5(2010年相关系数低主要受3月份Vr指数不明原因异常变化影响).在空间变化上,在我国大陆范围内,VrH和VrD均随纬度的增高而增大,并且具有地方时效应和显著的晨-昏不对称性,这种地方时效应和晨昏不对称性可能与部分环电流和场向电流有关系.研究认为Vr指数可以反映地磁场的快速变化,并可以间接反映SWS、部分环电流和场向电流对地磁场变化的影响和控制作用.     

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.     

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层下频带哨声合声波全球分布的统计分析

基于Van Allen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据,对内磁层下频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析,着重研究下频带合声波平均场强幅度随磁壳值L、磁地方时、地磁纬度的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率.结果表明,下频带合声波的波动强度与地磁活动密切正相关,处于强磁扰期间的合声波具有更大的振幅,其发生率与地磁活动强度具有同样的正相关特性.下频带合声波主要发生于午夜至下午的磁地方时区间,其余的磁地方时时段下频带合声波较弱.赤道面附近的下频带合声波主要分布在夜侧至黎明这一时段内,随着磁纬度的增加逐步向日侧扩展.下频带合声波在午夜侧(21-03 MLT)主要出现在15°的磁纬范围内,在晨侧(03-09 MLT)可以到达15°磁纬甚至更高纬度.下频带合声波主要发生于L=~4.5的附近区域.随着地磁活动的增加,下频带合声波所覆盖的L-shell空间区域增大,趋势为向高、低L值区域同时扩展.建立的下频带哨声合声波的全球分布模型将有助于进一步深入理解该重要磁层波动对辐射带电子的波粒作用散射效应和对辐射带动力学过程的定量贡献.     

地磁绝对子夜均值年变化量空间分布特征

选用中国21个地磁基准台站2011年的绝对子夜均值数据,分析D、H、Z分量年变化量空间分布特征。结果显示,各分量年变化量等值线分布比较均匀,其中:D分量年变化量等值线大致沿南北向分布,零经线附近台站年变化量较小;H分量年变化量等值线大致呈U型分布,且中心点位于甘肃省;Z分量年变化量等值线沿纬线方向,随纬度减小而增大。     

高纬日侧电离层离子上行的地磁活动依赖性研究

本文对比分析了太阳活动高、低年期间高纬日侧顶部电离层离子上行随地磁活动水平的变化特征.按地磁活动水平,将DMSP卫星在太阳活动高年（2000-2002年,F13和F15）及太阳活动低年（2007-2009年,F13;2007-2010年,F15）期间的SSIES离子漂移速度观测数据分为三组：地磁平静期（Kp<3）,中等地磁扰动期（3 ≤ Kp < 5）和强地磁活动期（Kp ≥ 5）,分别统计分析了高纬日侧顶部电离层离子上行特征的时空分布.对比分析发现：（1）太阳活动低年期间,高纬日侧电离层离子上行发生率以及上行速度峰值均是太阳活动高年的2倍多,而离子上行通量峰值只有高年的1/6-1/4;（2）在相同太阳活动条件下,地磁活动水平对日侧电离层离子上行发生率峰值的影响并不明显,但对离子上行发生率的空间分布有着显著的控制作用：电离层离子上行高发区随地磁活动向低纬度扩展,并在强地磁活动期间呈现饱和的趋势;（3）日侧顶部电离层等离子体似乎存在两个效率相当的上行区域,一个位于极尖/极隙区纬度附近,离子可沿开放磁力线上行进入磁尾;另一个位于晨侧亚极光区附近,离子沿闭合磁力线上行,有可能进入日侧等离子体层边界层.     

Empirical Model of the Location of the Main Ionospheric Trough

The empirical model of the location of the main ionospheric trough (MIT) is developed based on an analysis of data from CHAMP satellite measured at the altitudes of ~350–450 km during 2000–2007; the model is presented in the form of the analytical dependence of the invariant latitude of the trough minimum Φ_m on the magnetic local time (MLT), the geomagnetic activity, and the geographical longitude for the Northern and Southern Hemispheres. The time-weighted average index Kp(τ), the coefficient of which τ = 0.6 is determined by the requirement of the model minimum deviation from experimental data, is used as an indicator of geomagnetic activity. The model has no limitations, either in local time or geomagnetic activity. However, the initial set of MIT minima mainly contains data dealing with an interval of 16–08 MLT for Kp(τ) < 6; therefore, the model is rather qualitative outside this interval. It is also established that (a) the use of solar local time (SLT) instead of MLT increases the model error no more than by 5–10%; (b) the amplitude of the longitudinal effect at the latitude of MIT minimum in geomagnetic (invariant) coordinates is ten times lower than that in geographical coordinates.     

基于ZH-1卫星探测的太阳活动低年顶部电离层不规则结构的时空特征

利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤道异常峰值区为不规则结构的谷值区.(2)不同纬度区不规则结构随地理经度分布呈现出明...     

Ion whistlers in mid-latitude trough of light ions

Summary In the set of VLF data from the Interkosmos-14 satellite (launched on 11 December 1975 with apogee height of 1707 km, perigee 345 km and inclination 74°) as received in direct telemetry transmissions at the Observatory Panská Ves (Czechoslovakia), ion cyclotron whistlers were found at unusually high geomagnetic latitudes. These whistlers indicate a marked decrease of proton density in the close vicinity of the satellite with increasing geomagnetic latitude. It appeared, moreover, that proton whistlers at higher geomagnetic latitudes even sensitively reflected the rapid changes of plasma parameters within the region of the mid-latitude trough of light ions.     

Determination of the hemispheric character (i.e. southern or northern latitudinal position) of equatorial ionosonde stations as deduced from long-term recordings of the minimum height of the F-region (h′F)

The virtual (or minimum) height of the F-region (h′F), recorded over a number of solar cycles for 11 equatorial and mid-latitude ionosonde stations, was used to deduce the hemispheric (i.e. southern or northern hemisphere) character of equatorial stations. The semi-annual median monthly height (h′F) variations consist of two components: major local summer maximum and winter sub-maximum (about 5 percent of the summer maximum). This hemispheric pattern was most consistently observed for equatorial stations (within 5° of the geomagnetic equator) in a period centred on the local midnight (21-03 LT) but was also present, to a lesser extent, at mid-latitude stations and at other time intervals. It is evident that the physical parameter h′F defines the hemispheric character of an equatorial station which has different (sometimes opposite) geographic and geomagnetic latitudes.There is a sharp transition in the latitudinal character of the stations on both sides of the equator leading to hypothesis that the equal maxima in h′F in December and June solstices are observed at a near-equator position labelled as ionosonde deduced equator (IDE). Such a signature was observed for an American equatorial (both geographic and geomagnetic) station Talara (Peru) which is an experimental support of the hypothesis. The IDE can be another useful parameter characterising the equatorial ionosphere. This finding reveals a new application of the standard ionosonde data in defining the geophysical character of equatorial stations, being an important contribution to space climatology.