中山站高频雷达回波的日变化特征及地磁活动的影响

利用新建中山站高频雷达2010年4月到2011年2月的观测数据,研究了中山站高频雷达回波的日变化特征以及地磁活动的影响. 研究结果表明,中山站高频雷达回波具有明显的日变化特征且受地磁活动影响较大. 雷达回波发生率的峰值在地磁活动较小时处于日侧;随着地磁活动的增强,峰值减小并向夜侧移动. 另外,平均多普勒视线速度具有明显的昼夜分布,夜侧主要为正向速度,即朝向雷达,日侧主要为负向速度,即远离雷达;随着地磁活动的增强,平均回波强度和平均多普勒视线速度的峰值都会增加,而多普勒谱宽则会减小.     

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F-lacuna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.     

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.

     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究: 1.电离层E区连续性回波

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25 m/s,多普勒宽度主要分布在20至70 m/s;连续性回波的高度大约以1 km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至 50 m/s,多普勒宽度为20至110 m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120 km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100 km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.     

北半球电离层中纬槽发生率及其槽极小位置变化的统计研究

本文利用2014年9月到2017年8月全球高时空分辨率TEC数据对北半球四个经度带电离层中纬槽的发生率和槽极小位置的变化进行了统计研究.基于Kp指数,我们引入了一个包含地磁活动变化历史效应的地磁指数（Kp9）来分析中纬槽位置变化与地磁活动水平的关系.通过与其他地磁活动指数的对比,发现槽极小纬度与Kp9指数的相关性最好.此外,本文重点分析了中纬槽发生率及槽极小纬度的经度差异、季节变化、地方时变化以及与地磁活动强度等的关系.结果表明,中纬槽的发生率与经度关系不大,主要受到季节、地方时与地磁活动的影响.午夜中纬槽发生率在夏季较低,其随地方时的变化则呈现出负偏态分布的特点,在后半夜发生率更高,而地磁活动增强对中纬槽的发生具有明显的促进作用.对于槽极小纬度,其在四个经度带的分布差异不大,但月变化各不相同,其中-120°经度带呈单峰分布,在夏季槽极小纬度更高,而0°经度带夏季槽极小纬度更低.槽极小的位置显著依赖于地磁活动、地方时以及季节变化.一般说来,地磁活动越强,中纬槽纬度越低.中纬槽位置随地方时的变化有明显的季节差异,冬季昏侧槽极小纬度随地方时变化较快,弱地磁活动条件下22：00 LT前即达到最低纬度,其后位置几乎保持不变,而两分季槽极小纬度从昏侧至午夜都在降低,夏季槽极小纬度从昏侧连续下降至03：00 LT左右.

     

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。     

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。     

极光亚暴期间的南极中山站地磁共轭点位置研究

通过对北极斯瓦尔巴特( Svalbard )岛Longyearbyen台站的 极光扫描光度计和地磁 观测数据在地磁亚暴膨胀相期间的对比分析,发现扫描光度计记录中的极光边缘的快速极向 运动和地磁数据x分量的陡峭负弯之间有着良好的对应关系,地磁数据可用来研究两极 高纬 地区极光亚暴的地磁共轭特征. 对南极中山站、挪威Troms Svalbard台链和东格陵兰岛 地 区共15个地磁台站在7个典型极光亚暴事件中的地磁数据进行对比分析后发现, 中山站的地 磁共轭点位置存在明显的漂移特征,漂移的范围在斯瓦尔巴特岛与东格陵兰岛之间,纬度值 与CGM模型值近似.     

太阳和地磁活动对磁赤道地区低热层NO密度的影响研究

利用SNOE卫星1998年3月11日至2000年9月30日共计935天观测的NO密度和太阳软X射线数据,分析了低热层NO的时空分布特征及其对太阳和地磁活动的响应,得出了以下结论:NO密度从96.67 km开始增加,大约在105～110 km高度达到最大,随后开始减小;同一高度处一般夏季期间最大,冬季次之,春秋分季最小;密度峰值大小变化范围约为(0.5～1.5)×108 mol/cm3,峰值高度基本分布在107 km和113 km高度处,且不随太阳活动变化,平均值约为107 km;NO密度与太阳软X射线及地磁Ap指数的相关系数在不同高度存在0、1和2天的最佳延迟时间,而同太阳软X射线的统计关系在不同高度和季节存在"线性"、"放大"和"饱和"现象;从统计和事件分析结果来看,太阳活动对磁赤道地区低热层NO密度的气候尺度变化的影响远大于地磁活动,但地磁活动对NO短期变化贡献非常明显.     

太阳活动低年时太阳同步轨道电场高频(HF)波的观测特性研究

文章使用搭载在DEMETER卫星上的电场探测仪器(Instrument Champ Electrique,ICE)在太阳活动低年(2007年2月4日到2008年2月3日)所探测的数据,研究频率从10 kHz到3.33 MHz宽频段的高频(HF)电场波功率谱的空间分布特征.地磁宁静期间,从2.08 MHz到3.33 MHz的高频段,电场HF波功率谱密度随频率升高而升高,且电场HF波功率谱密度的全球分布比较均匀,基本上不随地球的经度和纬度变化.向阳面时,不同经纬度间HF波功率谱密度的差异小于背阳面的.电场HF波功率谱的季节变化主要表现为:向阳面1.25 MHz和1.66 MHz频段,在低纬度出现峰.地磁平静时期电场HF波功率谱密度的区域分布变化比较大的是0.42 MHz和1.66 MHz两个频段,尤其是在背阳面的北半球高纬度区域.地磁活动引起电场HF波功率谱扰动的非均匀性增强,主要表现在电场HF波的低频段(3.25~416 kHz),扰动响应区域发生在高纬度区.在赤道和低纬附近(纬度:~±40°之间),地磁活动的响应很小.在背阳面的磁尾方向,电场HF波功率谱表现出明显的磁暴增强.磁暴(DstAE>200 nT)和高纬磁扰动(Kp >3)期间,功率谱的最大增幅比地磁平静时期大一个数量级.考虑到亚暴和高纬磁扰期间,来自空间的扰动影响主要是高纬度区域,电场HF波功率谱的增强主要受空间物理过程的影响.鉴于本文使用的是在太阳活动低年的数据,观测到的磁暴基本上都是弱磁暴,最大的也只是中等磁暴;可以推测强磁暴、烈磁暴甚至巨磁暴发生时,电场HF波功率谱的增强应该更加显著.如果在地磁平静时期尤其是没有磁暴期间,地球的局部区域出现电场HF波功率谱(尤其是1.66 MHz以上的)异常增大,那么就要着重考虑是否为地球内部的异常现象(如地震)所导致的电离层响应.     

On the diurnal variation of the E-region coherent HF echo occurrence

We present a statistical study of the diurnal variations of the E-region backscatter occurrence observed by 15 SuperDARN radars over 3 years. The diurnal variation of echo occurrence observed by each radar is examined for three levels of geomagnetic activity. It is found that the E-region echo occurrence for individual radars exhibits very similar diurnal variations for low geomagnetic activity, with the differences between radars increasing with activity. This indicates that local processes become more important in the generation of the E-region echoes during disturbed periods. It is also shown that the majority of E-region backscatter structures take the form of diffuse echo bands rather than discrete echo patches, with the dominance of diffuse echoes increasing with activity. Finally, a hypothesis that the echo occurrence is controlled by the radar's coverage of the auroral oval is tested using the electron and ion oval models derived from the DMSP satellite observations.     

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.

     

Ion upflow and downflow at the topside ionosphere observed by the EISCAT VHF radar

We have determined the MLT distribution and KpK_P dependence of the ion upflow and downflow of the thermal bulk oxygen ion population based on a data analysis using the EISCAT VHF radar CP-7 data obtained at Tromsø during the period between 1990 and 1996: (1) both ion upflow and downflow events can be observed at any local time (MLT), irrespective of dayside and nightside, and under any magnetic disturbance level, irrespective of quiet and disturbed levels; (2) these upflow and downflow events are more frequently observed in the nightside than in the dayside; (3) the upflow events are more frequently observed than the downflow events at any local time except midnight and at any K_P level and the difference of the occurrence frequencies between the upflow and downflow events is smaller around midnight; and (4) the occurrence frequencies of both the ion upflow and downflow events appear to increase with increasing KP level, while the occurrence frequency of the downflow appears to stop increasing at some KP level     

太阳活动低年电离层磁场VLF波的观测特性研究

本文利用搭载在DEMETER卫星上的感应式磁力仪(Instrument Magnetometer Search-Coil, IMSC)探测数据分析了磁场甚低频(Very Low Frequency, VLF)波功率谱的空间分布.在排除地磁扰动影响(Dst≤-30 nT,Kp≥3,AE≥200 nT)的前提下,我们给出2007年不同季节,日侧和夜侧,磁场VLF波功率谱的全球分布的背景场探测和对应的统计误差分布.利用太阳活动低年的背景场探测统计分析了磁场VLF波功率谱的频谱特性和季节变化,以及对来自空间的地磁活动的响应特征.太阳同步高度卫星探测的磁场VLF波功率谱也可以观测到源于地球特定区域里的磁场异常所产生的频谱响应.12.5~17.5 kHz频段的磁场VLF波功率谱全球分布清楚地给出了南大西洋磁场异常区的分布轮廓.夜间百慕大地磁异常影响了磁场VLF波功率谱的多个频段,并显示出类似于高纬极区磁场的地磁活动响应的观测特征.卫星磁场VLF波功率谱探测背景研究表明,源于空间的地磁扰动和源于地球的局部地磁异常都会引起电离层磁场VLF波功率谱的变化.特别是在12.5~17.5 kHz频段,我们发现了沿板块边缘分布的电离层磁场VLF波功率谱增强带,这将为我们探寻由板块运动引起的地球突发事件的电离层响应增加探测依据,为定量甄别此类事件的电离层异常信号积累实用的背景参照.     

Initial backscatter occurrence statistics from the CUTLASS HF radars

A statistical study of the occurrence of ground and ionospheric backscatter within the fields-of-view of the CUTLASS HF radars, at an operating frequency of 10 MHz, during the first 20 months of operation has been undertaken. The diurnal variation of the occurrence of backscatter and the range at which such backscatter is observed is found to be highly dependent on seasonal changes of the ionospheric electron density in both the E and F region, determined from ionosonde observations. In general, ionospheric backscatter is observed at far ranges during the local day in winter months and at near ranges during the local night in summer months. The Iceland radar observes more near-range E region backscatter than the Finland radar as a consequence of its more zonal look-direction. The dependence of the occurrence of backscatter on geomagnetic activity and radar operating frequency are also investigated. The occurrence of ground and ionospheric backscatter is discussed in terms of HF propagation modes and ionospheric electron densities as well as geophysical processes. A brief assessment of the possible impact of solar cycle variations on the observations is made and frequency management is discussed. Such a study, with its focus on the instrumental aspect of backscatter occurrence, is essential for a full interpretation of HF coherent radar observations.     

日侧极隙纬度低频波及其与地磁扰动的关系

利用挪威斯瓦尔巴德地区的ＥＬＦ／ＶＬＦ观测资料和世界数据中心公布的Ｋｐ指数，分析了日侧极隙纬度低频波不同季节里的周日变化和１９８４年５月－１９８６年４月的年度变化及这些波与地磁扰动的某些关系．主要结果有：１．夏季ＥＬＦ波出现率极大值最大，而冬季的最小，前者约为后者的３倍，而且此极大值无论哪个季节都出现在磁正午时段．２．ＶＬＦ波出现率在夏季较小冬季较大；其极大值出现在磁午后至磁子夜前的２－４ｈ时段里．３．夏季ＥＬＦ波指数∑Ａ与地磁指数∑ＫＰ日变化较相吻合，在太阳自转周内两者相关系数约为０．６．４．冬季ＶＬＦ波指数∑Ａ与∑Ｋｐ日变化相吻合，在太阳自转周内两者相关系数可达０．８．这些结果表明日侧极隙纬度ＥＬＦ波和ＶＬＦ波各有不同的产生机制和源区．     

Diurnal variation in the effect of the weekend in global seismic activity

The influence of the earthquake probability diurnal variation on specific features in the weekend effect in global seismic activity is revealed. The dependence of the global earthquake number on the local time and its possible relation to a quiet solar diurnal variation (Sq) in the geomagnetic field have been considered in detail. It has been indicated that a stable diurnal effect, which has a maximum near midnight and a minimum near local noon, exists in the global seismicity of the Earth. The diurnal variation amplitude changes insignificantly during days of week and substantially decreases (by a factor of almost 3) on Saturday and Sunday. The weekend effect is not revealed during “local nights.” Since the daily effect of a quiet solar diurnal variation (Sq) should not depend on days of week, we arrive at the conclusion that the diurnal variation in global seismicity evidently contains the anthropogenic activity product. The Sunday effect in the earthquake number decreases over the course of time and is most probably real but weak and not stationary since weekly variations occur against a background (or under the action) of stronger variations, i.e., an increase in the earthquake number and diurnal variations.