夏季磁静日中国大陆上空电离层电子浓度变化特征

使用DEMETER卫星上Langmiur探针记录的电子密度(Ne)资料,分析了2007年6月6～20日磁静日中国大陆上空(0°～70°N,60°～120°E)660km高度的Ne变化特征.结果表明,整个研究区域Ne存在明显日变特征.在研究区域内,0°～20°N范围,Ne最大值出现在北京时的12～14时,随着时间推移.峰值幅度衰减;30°～50°N区域内,最大峰值分别出现在20时至次日2时,有些轨道出现双峰值;高纬度上Ne基本平衡在20000cm<'-3>左右.分别计算了30°N、40°N和50°N几个纬度点的时均值,结果显示在中纬度区夜间Ne变化幅度平均高于白天.40°N上Ne在21～22时呈现最大值,300N上Ne在13～14时呈现最大值,50°N基本无大的起伏,都与低纬度地区有明显差异,因此不同纬度之间形态各异,各纬度之间没有统一的背景信息.相邻轨道之间的相关性分析结果表明,与参考轨道相邻近的1～2条轨道相关系数比较高,因此选定2000～4000km范围进行背景场分析研究.     

中国东部地区地磁台站链Sqsub>(H)的季节变化

本文利用中国东部沿120E经度线附近纬度均匀分布的十个地磁台站地磁静日变化水平分量的资料和主分量分析法,给出了详尽的Sq(H)季节变化随纬度分布的剖面及Sq电离层等效电流体系视焦点纬度.分析表明,Sq(H)中2的变化,主要由于电离层中等效电流体系对称轴偏离地磁轴引起的.      

电离层对流和极光区电集流的地磁链观测

本文采用31个高纬地磁台站资料考察1997年5月15日一次中等磁暴期间极光区电集流和电离层对流的空间分布和时间变化;其中20站处于纬度60°N～80°N之间的西半球,而另11站是偶极磁经度约为120°E的欧洲IMAGE地磁站链.对此纬度链和经度链上各站1 min精度地磁资料的综合分析结果表明,极光区电集流中心的相对强度及其纬度位置是随世界时和地方时区不断变化的.电集流中心所处位置的变化可能是其中心的南北移动造成的,也可能是中心带与磁纬圈间的相互倾斜所致.另一方面,电离层对流形态和晨昏对流圈的经向跨度及其两端的位置是基本不变的.有关结论得到同期的非相干散射雷达EISCAT观测的证实和补充.     

2017年9月磁暴期间大尺度电离层行进式扰动的传播特性研究

本文利用同一经度(大约100°E)中低纬三台测高仪(普洱22.7°N,101.05°E,乐山29.6°N,103.75°E,张掖39.4°N,100.13°E)的观测数据,对2017年9月6号太阳耀斑爆发引起的强烈地磁暴期间的大尺度电离层行进式扰动(Large Scale Traveling Ionospheric Disturbances,LSTIDs)的传播特性进行了估计.本文首先对2017年9月2日-11日期间三站观测数据进行人工度量,获取电离层F2层临界频率(foF2).foF2在三站的变化结果 表明在2017年9月8日21:00 BJT(BeiJing Time,BJT=UT+8)至9日03:00 BJT强磁暴恢复相期间存在大尺度电离层行进式扰动(LSTIDs),因此本文利用foF2在不同台站的互时延特征来分析并计算LSTIDs传播特性参数.研究结果表明:(1)磁暴期间,通过对电离层F2层临界频率(foF2)的观测,不同时刻期间处于不同纬度的台站其电离层响应是不同的,表现为出现不同形态的电离层正相暴和电离层负相暴;(2)此次磁暴期间(2017年9月8日19:00 BJT-9日05:00 BJT),利用三个处在不同纬度台站的foF2对磁暴响应的互延时,计算出LSTIDs水平传播速度在425～800 m/s范围之间,其波长大概在2200～4000 km之间.随着时间的推移其扰动周期延长,9月8日21:35 BJT-9日00:05 BJT期间周期约1.2 h,9日00:05 BJT开始扰动周期逐渐达至1.5 h;(3)LSTIDs具有从高纬度传向低纬度的传播特性,根据计算得出LSTIDs传播的方位角为181±0.2°,可确定磁暴引发的LSTIDs基本是朝赤道向传播的,与之前报道过关于磁暴诱发的LSTIDs传播特征基本一致.     

2017年9月磁暴期间大尺度电离层行进式扰动的传播特性研究

本文利用同一经度(大约100°E)中低纬三台测高仪(普洱22.7°N,101.05°E,乐山29.6°N,103.75°E,张掖39.4°N,100.13°E)的观测数据,对2017年9月6号太阳耀斑爆发引起的强烈地磁暴期间的大尺度电离层行进式扰动(Large Scale Traveling Ionospheric Disturbances,LSTIDs)的传播特性进行了估计.本文首先对2017年9月2日—11日期间三站观测数据进行人工度量,获取电离层F2层临界频率(fo F2). fo F2在三站的变化结果表明在2017年9月8日21:00 BJT(BeiJing Time,BJT=UT+8)至9日03:00 BJT强磁暴恢复相期间存在大尺度电离层行进式扰动(LSTIDs),因此本文利用fo F2在不同台站的互时延特征来分析并计算LSTIDs传播特性参数.研究结果表明:(1)磁暴期间,通过对电离层F2层临界频率(fo F2)的观测,不同时刻期间处于不同纬度的台站其电离层响应是不同的,表现为出现不同形态的电离层正相暴和电离层负相暴;(2)此次磁暴期间(2017年9月8日19:00 BJT—9日05:00 BJT),利用三个处在不同纬度台站的fo F2对磁暴响应的互延时,计算出LSTIDs水平传播速度在425～800 m/s范围之间,其波长大概在2200～4000 km之间.随着时间的推移其扰动周期延长,9月8日21:35 BJT—9日00:05 BJT期间周期约1.2 h,9日00:05 BJT开始扰动周期逐渐达至1.5 h;(3) LSTIDs具有从高纬度传向低纬度的传播特性,根据计算得出LSTIDs传播的方位角为181±0.2°,可确定磁暴引发的LSTIDs基本是朝赤道向传播的,与之前报道过关于磁暴诱发的LSTIDs传播特征基本一致.     

电离层电场的半年变化对F2区峰值电子浓度的影响

利用一个电离层理论模式，模拟了太阳活动低年、地磁宁静情况下，中低纬和赤道地区电离层F2区峰值电子浓度(NmF2)的半年变化规律，重点讨论了电离层电场对NmF2半年变化的影响.模拟结果表明，当输入的电场没有周年和半年变化时，磁赤道地区电离层NmF2本身就具有一定的半年变化特征，而在稍高的纬度上，NmF2半年变化的强度较弱.当输入的电场具有一定的半年变化时，电离层NmF2的半年变化强度有明显的改变，且这种改变随地方时和地磁纬度不同有明显的差别.在地磁赤道附近的电离层赤道槽地区，从上午到午夜的时间内，具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的强度是减弱的作用，在其他的时间内，电场对电离层NmF2半年变化强度是加强的作用.而在稍高纬度的电离层驼峰地区，情况明显不同.从上午一直到翌日日出前，具有半年变化的电场对电离层NmF2半年变化的幅度都是加强的作用.在其他的时间内，电场对电离层NmF2半年变化的幅度是减弱的作用.同时，研究表明电离层电场对NmF2半年变化的作用和“赤道喷泉”现象强烈相关.     

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.     

汶川地区夏季电离层VLF背景分析

西南地区是我国地震灾害频发的区域,本文以汶川(31.0° N,103.4° E)为例,运用了空间网络化的方法对DEMETER卫星2005-2007年三年的5、6、7、8月的夏季电离层低频电场数据进行时空规律分析.通过将卫星接收到电场信号分为SLF、ULF、VLF和LF四个频段,研究了以汶川为中心纬度为21.0°～41.0°N、经度为90.0°～110.0°E范围内的电离层电场背景场的时空分布规律.本文首次研究汶川区域夏季电离层VLF规律,在探讨了电离层VLF多频段电场背景特征的基础上,从时空分布规律上寻找、确定了地震前后造成的电离层多频段电场的异常现象.结果表明:(1)夏季中国西南汶川地区不同年份的相同月份、相同频段的背景功率谱密度变化范围较为一致.(2)与2008年5·12汶川地震前后电场数据进行对比分析,发现地震前后电离层的各个频段均出现了电场功率谱密度的高于背景电场功率谱密度的异常增强,其中震前电离层在VLF、LF频段会出现明显的电场功率谱密度超过3σ 增强的现象,增强会达到2.5个数量级.     

北京上空热层钠层的激光雷达观测

热层金属层位于电离层E层和F层的过渡区域,为研究105～200 km之间的中性和电离成分的相互作用过程提供了独特的示踪剂.为更好地了解热层金属层的来源和形成机制,本文基于北京延庆台站(40.42°N, 116.02°E)的高精度钠荧光共振激光雷达的数据,根据观测到的热层钠原子层的形态特征和出现规律等以及参考先前的研究报道,将该台站上空的热层钠层主要归类为四种：低热层突发钠层、天亮前热层-电离层钠层、午夜热层-电离层钠层和中纬度热层-电离层钠层.我们对最后一种热层钠层进行了仔细研究,基于2018—2020年415个观测夜共约3914 h的数据,找到了17个该事件(出现率仅4.1%,且多发于冬季).在14个完整事件中,仅约35.7%(5/14)的事件出现时间与附近地基台站观测到的电离层突发E层相似,但均早于电离层突发E层;剩下的9次事件与最近的突发E层的时间相差范围为2.5～8.6 h.因此,我们认为中纬度热层-电离层钠层与电离层突发E层相关性较弱,它应该有着其他可能的形成机制.     

ZH-1卫星得到的中国及邻区顶部电离层背景特征

利用ZH-1(CSES)卫星LAP载荷原位电子密度数据对中国及邻区(0°—54°N,70°—140°E)的顶部电离层背景分布及随季节变化进行了详细分析,研究结果显示:(1)研究区赤道异常的纬度延伸范围、随经度分布形态及它们的季节变化,具有与其他研究结果一致的规律性.(2)中纬度区,白天电子密度存在一个低值带,夜间电子密度呈现高值带.昼夜对比结果显示夜间电子密度升高现象在研究区中纬以上所有季节都存在,但在向低纬延伸时与赤道异常现象呈互补分布,此强彼弱,反之亦然.(3)白天观测的电子密度,半年异常表现为随纬度升高,两峰值出现时间由春秋季向夏季演变,最终过渡到中纬只有夏季峰值的年变形态;季节异常仅在赤道附近4°范围内出现.夜间观测的电子密度,北纬22°以上、50°以下出现半年异常,22°以下出现季节异常.(4)月均值背景总体上表现为夜间电子密度较白天相对波动更剧烈;其中白天电子密度,分季、夏季较冬季波动更剧烈,赤道异常区较中纬区波动更剧烈;夜间电子密度,在所有时、空上波动水平大致相当.(5)研究区电离层背景时空变化特征较为复杂,数据波动亦随时空有变化,对电离层相关科学问题的研究需关注数据背景的分析.综合这些结果及与其他同期观测数据的比较结果,我们认为ZH-1卫星原位电子密度观测数据的相对变化与其他数据集一致.同时,研究区背景数据也呈现了以往研究中未被发现的特征.ZH-1卫星观测数据具有一致的地方时和观测地点,为电离层相关科学问题的系统性研究提供了一个很好的数据集.     

Global scale annual and semi-annual variations of daytime NmF2 in the high solar activity years

The annual and semi-annual variations of the ionosphere are investigated in the present paper by using the daytime F2 layer peak electron concentration (NmF2) observed at a global ionosonde network with 104 stations. The main features are outlined as follows. (1) The annual variations are most pronounced at magnetic latitudes of 40–60° in both hemispheres, and usually manifest as winter anomalies; Below magnetic latitude of 40° as well as in the tropical region they are much weaker and winter anomalies that are not obvious. (2) The semi-annual variations, which are usually peak in March or April in most regions, are generally weak in the near-pole regions and strong in the far-pole regions of both hemispheres. (3) Compared with their annual components, the semi-annual variations in the tropical region are more significant.In order to explain the above results, we particularly analyze the global atomic/molecular ratio of [O/N2] at the F2 layer peak height by the MSIS90 model. The results show that the annual variation of [O/N2] is closely related with that of NmF2 prevailing in mid-latitudes and [O/N2] annual variation usually may lead to the winter anomalies of NmF2 occurring in the near-pole region. Moreover, NmF2 semi-annual variations appearing in the tropical region also have a close relationship with the variation of [O/N2]. On the other hand, the semi-annual variations of NmF2 in the far-pole region cannot be simply explained by that of [O/N2], but the variation of the solar zenith angle may also have a significant contribution.     

Non-trough foF2 enhancements at near-equatorial dip latitudes

Fine resolution series from three equatorial ionosondes of the IEEY network in West Africa have revealed small-scale daytime peak F2 structures, superposed on the slowly varying minimum or –trough distribution in the ±5° magnetic latitude zone. We report this new morphology, concentrating on foF2 enhancements of two types: near-equatorial crests (which travel either northwards or southwards) and magnetic field-aligned domes, whose onsets last only tens of minutes. Both types are observed to start at mid-morning or early afternoon hours. We relate their occurrence with the available variations of Vz = E × B upward drift which feeds the equatorial plasma fountain. We suggest the foF2 enhancements to be triggered by brief slow-downs of the Vz velocity near F2 peak altitude in our West African sector. Their short latitude extent differentiates them from the larger-scale tropical crest system. Further analysis of these features should lead to weather-like models of the low latitude ionosphere variations, where unstable local coupling between processes seems to be the trigger.     

The features and a possible mechanism of semiannual variation in the peak electron density of the low latitude F2 layer

Ionospheric data observed in 30 stations located in 3 longitude sectors (East Asia/Australia Sector, Europe/Africa Sector and America/East Pacific Ocean Sector) during 1974–1986 are used to analyse the characteristics of semiannual variation in the peak electron density of F2 layer (NmF2). The results indicate that the semiannual variation of NmF2 mainly presents in daytime. In nighttime, except in the region of geomagnetic equator between the two crests of ionospheric equatorial anomaly, NmF2 has no obvious semiannual variation. In the high latitude region, only in solar maxima years and in daytime, there are obvious semiannual variations of NmF2. The amplitude distribution of the semiannual variation of daytime NmF2 with latitude has a “double-humped structure”, which is very similar to the ionospheric equatorial anomaly. There is asymmetry between the Southern and the Northern Hemispheres of the profile of the amplitude of semiannual variation of NmF2 and longitudinal difference. A new possible mechanism of semiannual variation of NmF2 is put forward in this paper. The semiannual variation of the diurnal tide in the lower thermosphere induces the semiannual variation of the amplitude of the equatorial electrojet. This causes the semiannual variation of the amplitude of ionospheric equatorial anomaly through fountain effect. This process induces the semiannual variation of the low latitude NmF2.     

地磁脉动Pc5在2000年7月15～16日磁暴期间的特征

采用IMAGE链22个台站的地磁脉动10 s数据，分析了2000年6月15～16日磁暴期间Pc5地磁脉动的频率、振幅、位相和极化特征：（1）磁暴初相和主相期间Pc5脉动的主频率随纬度的升高而降低，但是恢复相期间主频率随纬度的升高而升高，主相期间Pc5的主频率比初相和恢复相期间的低；（2）Pc5脉动初相期间的振幅有一个主峰在64°N附近，主相期间在66°N附近，恢复相期间在71°N附近；位相在主峰两侧随着纬度变化了大约180°， 从初相到恢复相主峰位置向高纬地区大约移动了7°；（3）Pc5地磁脉动的偏振极化椭圆初相期间在PEL站（6346°N）接近线偏振，主相期间在MAS站（6607°N）接近线偏振，恢复相期间在BJN站（7133°N）接近线偏振，并分别在这几个台站两侧的偏振椭圆的旋转方向反向.     

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.     

地电阻率变化与黑龙江省东部4级以上地震讨论

绥化地电阻率已有二十二年连续观测资料,利用绥化1992年-2001年电阻率十年观测资料与嘉荫即黑龙江省发生4级地震较集中的地区,北纬47°30′-49°00′东经128°30′-131°00′区域4级以上的地震对比分析可知,该区1992年-2001年共发生4级以上地震11次,具有成组发震的特征,在地震发生前绥化地电阻率观测资料N45°W月均值有阶式变化,而在地震发生后绥化地电阻率观测资料N45°E月均值有相同形态变化。     

Fabry-Perot interferometer measurements of neutral winds and F2 layer variations at the magnetic equator

This letter presents some night-time observations of neutral wind variations at F2 layer levels near the dip equator, measured by the Fabry-Perot interferometer set up in 1994 at Korhogo (Ivory Coast, geographic latitude 9.25°N, longitude 355°E, dip latitude -2.5°). Our instrument uses the 630 nm (O¹D) line to determine radial Doppler velocities of the oxygen atoms between 200 and 400 km altitude. First results for November 1994 to March 1995 reveal persistent eastward flows, and frequent intervals of southward winds of larger than 50 ms^–1 velocity. Compared with the simultaneous ionospheric patterns deduced from the three West African equatorial ionosondes at Korhogo, Ouagadougou (Burkina-Faso, dip latitude +1.5°) and Dakar (Sénégal, dip latitude + 5°), they illustrate various impacts of the thermospheric winds on F2 layer density: (1) on the mesoscale evolution (a few 10³ km and a few 100 minutes scales) and (2) on local fluctuations (hundreds of km and tens of minutes characteristic times). We report on these fluctuations and discuss the opportunity to improve the time-resolution of the Fabry-Perot interferometer at Korhogo.     

云南地区地壳中上部横波速度结构研究

根据云南地区的基阶瑞利波相速度频散资料，用面波层析成像方法反演得到该区域中上地壳S波速度结构. 给出了研究区域内在4个深度上的S波速度水平分布图像和沿100.5°E、24°N、25°N、26°N及27°N的S波速度-深度剖面图. 结果表明：在小江断裂与红河断裂围成的川滇菱形块体内，26～30km深度处的速度明显低于周边地区，其南段从地表到15km深度均为明显的低速区域. 云南地区的强震（M＞6.0）震中位置与S波速度分布图像具有明显的相关性，主要分布于高速与低速的过渡区域.     

Comparative study of electron density from incoherent scatter measurements at Arecibo with the IRI-95 model during solar maximum

Arecibo (18.4 N, 66.7 W) incoherent scatter (IS) observations of electron density N(h) are compared with the International Reference Ionosphere (IRI-95) during midday (10/14 h), for summer, winter and equinox, at solar maximum (1981). The N(h) profiles below the F2 peak, are normalized to the peak density NmF2 of the F region and are then compared with the IRI-95 model using both the standard B0 (old option) and the Gulyaeva-B0 thickness (new option). The thickness parameter B0 is obtained from the observed electron density profiles and compared with those obtained from the IRI-95 using both the options. Our studies indicate that during summer and equinox, in general, the values of electron densities at all the heights given by the IRI model (new option), are generally larger than those obtained from IS measurements. However, during winter, the agreement between the IRI and the observed values is reasonably good in the bottom part of the F2 layer but IRI underestimates electron density at F1 layer heights. The IRI profiles obtained with the old option gives much better results than those generated with the new option. Compared to the observations, the IRI profiles are found to be much thicker using Gulyaeva-B0 option than using standard B0.