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．     

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.     

地磁静日变化预测方法研究

地磁观测中及时了解地磁场日变化的扰动情况,可以帮助人们及时判断数据的可靠性,识别观测中的异常.研究地磁静日变化的预测方法在地磁观测数据分析处理中具有应用意义. 地磁日变化主要包含了地球外部空间电离层和磁层电流体系的变化信息,有静日变化和扰日变化之分.通常情况下人们利用每月中的5天静日变化的平均作为当月的Sq变化的估计.     

地震前后短期地磁扰动_(△H)~(△Z)的异常变化

一、引言短期地磁扰动是指磁暴急始、湾扰与地磁脉动等扰动时间较短的地磁变化。磁扰的源场来自磁层和电离层的电流体系,因而它们在较大范围内可看作均匀分布。但是,由于它们在地球内部所产生的感应磁场与地下电导率分布密切相关,所以,相距很近的两地往往观测到磁扰不一致。这就是说短期地磁扰动可以反映地下电导率的横向不均匀性,目前国内外均已发现了一些电导率异常区。一些作者还研究了短期地磁     

地磁钩扰的全球响应特征研究与初步统计结果

地磁钩扰是太阳耀斑效应的直观表现之一,其研究有助于深入理解太阳爆发对地球空间环境的影响过程,并能为空间天气建模和预报提供科学依据.本文利用山东大学威海地磁台和Intermagnet地磁链与子午工程的地磁观测数据,联合GOES卫星及数字测高仪等的数据,研究了一个由M5.6级太阳耀斑引发的地磁钩扰事件的全球响应特征.研究发现：地磁钩扰特征呈现出南北半球与午前/午后的差异,且地磁响应相对于太阳耀斑存在约3 min的滞后现象,而夜侧无明显扰动;利用位于日侧的50余个地磁台站的数据统计分析后发现地磁钩扰幅度呈现正态分布,且在当地时正午附近达到峰值;利用地磁数据反演出钩扰发生时电离层的电流体系S_s和宁静日电流S_q,并用该电流体系解释了此事件中地磁数据的变化特征.另外,本文初步统计了1996-2015年的地磁钩扰事件数以及相关的太阳耀斑事件数,分析后发现X级耀斑引发地磁钩扰的可能性最大,达42%,由M级耀斑引发的地磁钩扰事件数最多,A、B、C级等小耀斑引发地磁钩扰的可能性很小.     

磁层-电离层-热层耦合的模式计算和分析

对磁层-电离层电动耦合和电离层发电机两种效应进行了模式计算,并对所得的一些耦合现象作了综合讨论.结果表明,在中低纬和赤道区的电离层和地磁研究中必须考虑磁层-电离层耦合效应向中低纬区的穿透和屏蔽;潮汐发电机效应对极光区（电导率增高时）的作用也值得重视.这两效应的特征和相对重要性随磁暴的发展阶段而异,在高低纬区也各不相同,但都有明显的晨昏不对称性.此外,弱磁扰对中低纬电离层形态的影响也不容忽视.     

2005年3月28日苏门答腊8.6级地震前的电离层扰动

2005年3月28日苏门答腊发生8.6级地震,通过分析处在地磁活动平静期的震前15天的数据,发现3月20、22、23和28日在赤道区域多个参量上出现电离层扰动,如电场和等离子体参量,认为这些电离层扰动可能与本次强震有关.震前电子密度异常有两种形态,一种是在原来的峰值变化区电子密度单调增加,幅度超过1σ,如3月20日和28日的异常;另外一种是改变了原来在赤道区的单峰变化形态,而呈现了双峰值和赤道谷值的变化形态,如3月22日和23日的扰动.分析结果显示,这两种形态的电子密度扰动都分布在一个比较大的范围内,经度上跨越100°,纬度范围30°,显示了比较长的异常持续时间和全球变化特性.VLF频段电场频谱的数据分析表明双峰形态的扰动不是磁共轭效应.同时低频电场扰动相对电子密度而言集中在一个相对小范围内,当N_e单调上升时,电场扰动却只出现在离震中最近的轨道上.分析认为震源产生的电场信号直接传播进入电离层是非常困难的,但是它可以通过岩石层-大气层-电离层圈层耦合机制造成电离层扰动.结合离子成分及其变化形态的分析,震前氧离子变化形态与氢、氦离子的形态相反,这与其他地震前的电离层异常扰动形态是类似的.综合分析认为,对于与地震相关的电离层异常的识别需要结合多个观测参量的联合分析.     

用非相干散射雷达链的观测资料研究高、低纬电离层间的耦合

本文用美国NCAR非相干散射雷达链的观测资料进行了两个事例分析。结果表明,在所选事例的中、弱磁扰期间,高低纬电离层间以动力耦合效应为主,即扰动电离层发电机的特征较明显。由于赤道电离层特性和赤道站雷达观测灵敏度较高,从而也观测到与扰动电场从高纬直接穿透过来相关的电动耦合现象。最后,对有关的物理过程进行了讨论。     

一九八○年二月十六日云南日全食地磁效应的分析

1980年2月16日日全食期间,在云南瑞丽进行了地磁场的正常与快速两种记录,分析了地磁日变化、小扰动和地磁脉动的变化。结果表明:磁偏角偏东（-0.8′±0.2′）,水平强度有微小的变化（-2.9γ±1.6γ）;地磁小扰动的幅比减小;这与电离层E层的电子密度的变化相对应。     

1987年9月23日日环食引起的电离层扰动

本文利用武汉电离层观象台的高频多普勒台阵、TEC台阵和加密频高图等多种观测资料,分析了1987年9月23日发生在我国境内的日环食的电离层效应,简要地讨论了光食过程的电离层变化,着重研究了食后电离层扰动以及这种效应的高度演变和传播特征.结果表明:1.在不同高度上电离层的光化过程的弛豫时间不同,光食效应有明显的高度差异;2.食后出现了电离层行扰,这种扰动的特性随高度变化十分复杂,但不同高度上扰动的水平传播方向都指向日食中心带.这种扰动的激发源不在环食中心带内,它的激发可能与日食时大范围的大气冷却收缩所引起的低层大气运动的不稳定性有关.     

CM4模型数据与台站实测数据的对比研究

本文利用第四代地磁场综合模型(Comprehensive Model 4,CM4),计算了1982—2002年隆尧地磁台站的磁层源磁场及其感应场、电离层源磁场及其感应场的地磁北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z,分析了各场源磁场随时间的变化特征。磁层源磁场及其感应场呈现出11年和27天的周期性变化,有些年的27天周期性变化显著,有些年则不太显著;电离层源磁场及其感应场具有明显的季节变化,不同年相同季节的变化形态一致但幅度不同;日变化分析显示,磁静日和磁扰日期间的模型数据与台站实测数据变化一致性较好,相关性较高。     

Tidal components of geomagnetic variations

The natural geomagnetic field is constantly disturbed. The total registered effect of geomagnetic variations depends on both planetary and local processes. Planetary sources and sources in the Earth’s core respond to tidal effects. In the accepted model, the complex MHD processes in the Earth’s outer core are approximated by the assumed ring current in the equatorial plain of the liquid core. The geomagnetic variation originating as a result of tidal deformations of ring currents are ～10^?4 and 0.10–1 nT in the liquid core and magnetosphere, respectively. The calculated values coincide in order of magnitude with the processed geomagnetic measurements at Paratunka observatory (Kamchatka region).     

地磁扰动事件的描述及处理

影响地磁观测的因素很多,只有充分了解干扰的机制,才能对其数据进一步的处理。而在GM3,GM4提供秒采样数据后,观测数据中干扰数据的形态就可以非常清晰。本文就是利用秒采样的数据对几种常见干扰情况进行了描述,并使用软件对干扰数据进行剔除。     

北京地磁场环境干扰分析

随着北京城市建设的发展,北京国家地球观象台地磁观测环境所受干扰日益严重。利用1985-2016年北京和红山地磁场总强度和垂直分量年均值,对比分析北京地磁场长期环境干扰变化,并选用2个台站GM4磁力仪记录的磁静日秒数据,分析北京地磁场日变化干扰振幅谱和功率谱。     

山西及邻区中强地震地磁异常综合特征分析

收集数字化观测以来山西及邻区地磁台站数据,利用地磁低点位移法、地磁加卸载响应比法和地磁日变幅逐日比法等多种地磁分析方法,分析了山西及邻区4次中强地震前地磁异常特征。研究发现,这些异常类型与该区域中强地震间存在一定相关性,地震多发生在异常预测线集中交汇区域,这缩小了地震预测范围;异常数量的增加提高了单一方法的可信度,预示着发震概率的增高。通过对震前各种异常类型的分析,认为地磁异常综合特征对山西及邻区中强地震的短临预测有一定参考价值。     

不同地磁活动水平下电离层H+上行的半球对比研究

使用FAST/TEAMS仪器在第23太阳活动周下降相的数据,从地磁活动水平的角度,分别分析在磁静日(Kp≤2⁺)和磁扰日(Kp≥3⁺)时南(SH)、北半球(NH)高纬(>50°)电离层H⁺的上行强度,计算其上行率和净上行积分能通量,以期得到H⁺上行的长期水平并分析地磁扰动期间南、北半球离子上行强度的异同.研究结果表明,磁扰期间上行强度显著加强,平静期南、北半球的平均上行率分别是~15%和~20%,而磁扰期的平均上行率分别增强了1.45倍和1.04倍,磁扰期间南半球上行强度的增长更显著;平静期南半球的上行强度小于北半球,但磁扰期两个半球的上行强度相当;磁午夜和黎明区间受地磁扰动的影响最显著,其磁扰期与平静期上行率的比值(S/Q)最大,同时南半球在各个地方时区间的S/Q值均大于北半球;另外,我们发现磁扰期间的上行率在极光椭圆带下边界附近增幅最明显,而积分通量在上边界附近增加显著.上行源区以平静期的源区为中心从日侧极尖区扩展到磁午夜、且向低磁纬延伸,同时,极尖区上行源区在磁扰期有向晨侧偏移的趋势.     

The Most Geomagnetically Disturbed 24 Hours

Geomagnetically disturbed periods, characterized by the maximum average 24-hour global disturbances are considered. Gumbel's first asymptotic distribution of extreme values is used to predict the occurrence of major magnetic storm periods. A geomagnetic storm similar to the one recorded on March 13 - 14, 1998, would be expected to occur within the next 13 solar cycles. The present analysis corroborates the substantial increase of the level of magnetic disturbances from solar cycle to solar cycle.     

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.     

Statistical Analysis of Storm-time TEC Variation during Ascending and Descending Solar Periods of 24th Solar Cycle

Geomagnetism and Aeronomy - This paper presents a statistical analysis of global ionospheric variation during quiet and disturbed geomagnetic conditions from December 2008 to June 2019. The study...