低纬Pc3地磁脉动的东西方向传播特性

１９９６年１０月１０日至１１月２９日在地磁北纬２９．６°附近（Ｌ＝１．３）的喀什、安西和北京,沿东西方向建立了横跨４０．２°地理经度的地磁脉动观测台链．根据观测数据,分析研究了低纬Ｐｃ３脉动东西方向的传播特性和偏振特性．结论是上午以向西传播为主,下午以向东传播为主．白天偏振椭圆主轴方位方向以ＮＷ－ＳＥ为主,偏振方向以右旋为主．     

低纬导管哨声

本文利用在我国海南岛三亚地区（18.24°N,109.5°E;磁纬7.04°N）观测到的哨声和吱声资料,研究了低纬哨声的物理性质。观测资料和理论分析的结果表明,在低纬仍能接收到沿着按场排列的导管传播的导管哨声。结果间接地表明,在电离层中也存在哨声导管,导管哨声的临界截止纬度应当位于比磁纬7.04°N更低的地区。     

在榆林港地面（磁纬=6.8°N）收录到哨声

地区的磁纬愈低,磁倾角也愈小,从而甚低频的电磁波也愈难被沿地磁力线分布的导管捕获并以哨声模式传播。因此,在低纬地区哨声出现率小、强度弱,地面接收相当困难。但由于低纬哨声的特征及其传播机制对研究磁层和电离层有重要意义,所以近年来人们越来越重视对低纬哨声的观测和研究。我们在1980年冬季于广东湛江首次收录到哨声信号的基础上,又于1982年1月8日至17日在海南岛榆林港（磁纬（?）6.8°N）和湛江（磁纬（?）9.8°N）同时进行观测,结果两地均收录到短哨信号,如图1（a）、（b）     

中低纬地区地磁脉动的研究

近年来我们对中低纬地区地磁脉动进行了大量的观测和研究。本文不仅介绍了观测仪器的设计、台网设置及数据处理方法。而且还简要地介绍了一些主要科研成果,如低纬Pc3脉动特点,低纬Pi2脉动偏振特性。南极地区的地磁脉动观测结果,以及在磁暴和太阳耀斑期间在低纬地区观测的地磁脉动。这对于进一步认识中低纬地区地磁脉动是十分有益的。     

顶部电离层Pc3压缩波的波动特征

基于2014年至2017年SWARM三颗卫星四年的磁场观测数据,我们挑选出Pc3压缩波事件,研究了顶部电离层Pc3压缩波活动强度的磁纬-磁地方时分布、随磁地方时变化的季节特征以及地理经纬度分布,并进一步分析了Pc3压缩波发生频次的分布特征.结果表明,中高纬和低纬的Pc3压缩波可能存在不同的激发机制.中高纬地区的扰动强度随高度衰减,且高纬地区几乎所有地方时都可以观测到Pc3压缩波,可能主要是由入射的阿尔芬波与电离层相互作用产生;而低纬地区扰动强度没有明显的高度依赖性且主要发生日侧,可能主要是上游波以快模波的形式直接传播到电离层所致.同时,该研究结果给出了入射阿尔芬波和电离层相互作用耦合产生Pc3压缩波理论模型的观测证据.     

低纬Pi2地磁脉动的多台观测

本文分析了1988年12月和1989年1月在长春、北京、兰州3个台站上观测的地磁脉动资料,研究了3个台站同时记录到的Pi2地磁脉动的频谱特征和偏振特性,进而对低纬Pi2地磁脉动的产生和传播机制做了理论研究.     

湛江地区哨声观测的初步分析

本文介绍了1980年冬和1981年冬在广东省湛江地区（磁纬9.8°N）观测哨声的结果。观测记录表明,不仅可以收录到大量的短哨及其回波,而且还观测到一些少见的现象;分析结果表明,它们似乎具有导管传播的特征,地面哨声的“截止纬度”有可能低于磁纬9.8°N。     

用地磁脉动日食效应探讨甚低纬Pc3-4地磁脉动源

在3次日食期间,利用甚低纬区和从低纬到甚低纬过渡区地面站进行的地磁脉动观测资料,分析了Pc3-4地磁脉动的南北分量（H）和东西分量（D）在H-D平面内矢端图主轴方向的变化．结果表明,当观测点纬度低于日全食带纬度时,H-D矢端图主轴有90°相移现象;当观测点纬度高于日全食带纬度时,则无这种现象．由此我们推测,甚低纬区和从低纬到甚低纬过渡区Pc3-4地磁脉动可能主要是过滤机制产生的．     

赤道附近局地激发LS-TAD的事例观测

大尺度行进式大气扰动(LS-TAD)通常被认为起源于极区高纬,本文报道了一起激发于低纬赤道地区、在北半球向高纬传播的LS-TAD观测事例.2002年8月10日07:30 UT,CHAMP卫星在30°W磁赤道附近观测到显著的大气密度增强,在随后的2个连续轨道上,该密度增强依次出现在北半球更高纬度上,表现出明显的极向位移,...     

甚低纬多跳哨声的非导管传播

实验发现,在磁纬20°以下区域地面可重复接收到多跳哨声.本文着重考察了低纬多跳哨声非导管传播的可能性.计算结果证明,在给定的电离层状态下,该地区可以形成多跳哨声的非导管传播路径.射线追踪得到的多跳路径特征能满意地解释文中所列实验结果.因此,作为一种可能的传播机制,低纬多跳哨声的非导管传播方式值得重视.     

甚低纬多跳哨声的非导管传播

实验发现,在磁纬20°以下区域地面可重复接收到多跳哨声.本文着重考察了低纬多跳哨声非导管传播的可能性.计算结果证明,在给定的电离层状态下,该地区可以形成多跳哨声的非导管传播路径.射线追踪得到的多跳路径特征能满意地解释文中所列实验结果.因此,作为一种可能的传播机制,低纬多跳哨声的非导管传播方式值得重视.     

赤道异常区内非导管哨声的射线跟踪

本文利用射线跟踪技术研究了电离层赤道异常区内地面哨声非导管传播的可能性。考察了负电离纬向梯度对非导管哨声传播的影响,并检验了哨声射线路径参数和群时延对频率的依赖关系。计算结果证明,夜间在赤道异常区内的电离层中,存在一些地面可检测哨声的非导管传播通道;沿位于通道内的射线路径传播的哨声波,透出电离层后,可同时激发电离层-地面波导的朝极和朝赤道方向传播;在磁纬10°附近,到达共轭电离层底部的射线有明显的“聚焦”效应。本文结果比较满意地解释了近年来在我国南部地区地面台网（磁纬19.4°N至5.5°N）同时观测到的一部分哨声的传播特征。     

低纬哨声的路径纬度和临界截止纬度

本文采用国际地磁参考场（1980 IGRF,n=8）低纬磁力线经验公式和模式电离层,结合海南岛三亚（18.24°N,109.5°E;磁纬7.04°N）观测到的哨声资料,对磁纬10°N以下哨声的路径纬度和临界截止纬度进行了分析和讨论.     

基于OH全天空气辉成像仪观测的中国低纬地区的重力波传播统计特征

利用位于海南富克(19.5°N,109.1°E)和广西桂平(23.4°N,110.1°E)两个台站两年多的OH全天空气辉成像仪观测数据,对中国低纬地区的重力波传播统计特征进行了研究.从富克和桂平的气辉成像观测中, 分别提取了65和86个重力波事件.研究结果表明,观测水平波长,观测周期和水平相速度分别集中分布在10~35 km, 4~14 min和20~90 m·s^-1范围.重力波传播方向,在夏季表现出很强的东北方向传播.然而,在冬季主要沿东南和西南方向传播. 同时,结合流星雷达风场观测和TIMED/SABER卫星的温度数据,也发现在中层-低热层中传播的大多数重力波表现为耗散传播.且低层-中层大气中背景风场的滤波作用和多普勒频移可能对纬向方向传播的重力波产生的各向异性起到重要的调制作用.然而,经向方向传播的重力波产生的各向异性可能同时被低层大气中波源的非均匀分布以及潮汐变化所影响.     

中性风对夜侧电离层纬向四峰结构的影响（英文）

欧空局Swarm星座包含三颗飞行在不同地方时的卫星，其为研究夜侧电离层纬向四峰结构随时间的演化提供了很好的机会.在2017年1月31日夜间，Swarm A和C两颗并排飞行的卫星在黄昏前后（17:55/18:01地方时）的美洲扇区并没有观测到赤道电离异常的两个峰，而Swarm B卫星在约4.5小时后飞行于大致相同的经度扇区，并观测到夜侧电离层呈现出明显的纬向四峰结构.该观测证明了纬向四峰结构中靠近低纬的两个内峰不是黄昏前后赤道电离异常峰的残余.在该事件中，位于秘鲁的Jicamarca非相干散射雷达从黄昏至午夜观测到向下的等离子体垂直漂移速度，表明向上的等离子体漂移速度并不是引起夜间纬向四峰结构的必要条件；而位于Arecibo的法布里-珀罗干涉仪观测到中性风显示出东向和南向分量的增强，表明中性风对夜侧纬向四峰结构的形成有着重要作用. SAMI2模型的模拟结果与卫星、非相干散射雷达及法布里-珀罗干涉仪的观测一致.模拟结果显示夜侧东向与赤道向风为纬向四峰结构的形成提供了有利条件；但当赤道向风过大时，会导致背景电子密度出现显著半球不对称性，从而阻碍夜侧纬向四峰结构的发展.     

Alfven波在低纬电离层中的传播研究

Alfven波在低纬地区电离层的传播有其特殊性,一方面,低纬地区同样存在Alfven速度梯度的巨大变化,导致电离层Alfven谐振器(Ionospheric Alfven resonator, IAR)的形成;另一方面,由于在低纬地区磁倾角很小,所以剪切Alfven波在传播的过程中纬度方向跨度很大,不同纬度电离层参数将共同对其产生影响;并且,由于电离层水平分层,故磁力线与电离层不正交.本文选取双流体力学模型,在忽略场向电场的条件下,利用非正交坐标系,结合IRI07模型与MSISE00模型模拟低纬地区Alfven波的传播,得到其反射及耦合特性.结果表明,低纬地区同样存在电离层Alfven谐振现象,由耦合产生的压缩模有向磁赤道方向传播的趋势,夜间电离层状态相对于白天更适合IAR的形成,谐振频率沿磁力线L值增大单调递增.     

曲靖非相干散射雷达功率剖面的初步观测与分析

介绍了非相干散射雷达功率剖面与电离层电子密度剖面之间的关系,给出了曲靖非相干散射雷达功率剖面的一些观测结果,结合电离层垂直探测数据,初步介绍了曲靖非相干散射雷达在夜间电离层波状扰动、低纬电离层异常区北驼峰位置、电离层电子密度日落增强和暴时变化等观测研究中的应用.本文结果丰富了对我国曲靖地区电离层空间天气特性的认识,显示了该雷达在我国低纬电离层空间天气观测研究中的良好应用前景.     

利用卫星和GPS观测研究低纬局部等离子体浓度增强现象

本文同时利用DMSP、ROCSAT-1卫星数据和地基的GPS观测数据,研究一种与低纬等离子体泡相伴随的局部等离子体浓度增强现象.地基GPS的观测表明电离层总电子含量(TEC)也能反映这种等离子体浓度增强.通过4个观测事例的详细分析表明:这种等离子体浓度增强主要出现在磁纬±10°～±20°的局部区域,有时在近磁赤道区和中纬地区的电离层顶部也能观测到;与等离子体泡的出现规律相似,这种等离子体浓度增强主要出现在地方时21∶00以后,并在午夜后也能观测到.当等离子体浓度增强和等离子体泡发生时,在午夜前一般对应着背景垂直速度明显向上的扰动,在午夜后一般处于等离子体垂直速度下降至反向前的时间段,表明东向电场对于低纬不规则体的产生有非常重要的作用.     

北极地区低平流层惯性重力波的观测研究

南极地区重力波活动有大量报道,相对而言,北极地区重力波的研究还很少.本文利用极区Ny-Alesund站点（78.9°N,11.9°E）无线电探空仪从2012年4月1日到2017年3月31日共5年的观测数据,统计分析了北极地区低平流层惯性重力波的特征.观测显示,月平均纬向风在20 km以下盛行东向风,再随着高度增加,逐渐呈现出半年振荡现象.对流层顶高度在5~13 km范围内变化,其月平均高度显示出年循环,最高出现在夏季,约为10 km,最低出现在冬季,约为8.5 km.对流层和低平流层月平均温度都显示出明显的年周期变化,这与中低纬度观测结果有所不同.结合Lomb-Scargle谱分析和矢端曲线方法,估算了准单色惯性重力波参数.个例研究表明,低平流层惯性重力波呈现出远离源区的自由传播性质.统计结果显示,惯性重力波的水平和垂直波长分别集中在50~450 km和1~4 km范围内,本征频率集中在1~2.5倍惯性频率间,这些值都比中低纬度观测值稍小.垂直方向本征相速度主要集中在-0.3~0 m·s^-1,而纬向和经向本征相速度集中在-40~40 m·s^-1之间.在5年的观测中,大约91.5%的惯性重力波向上传播.在冬季和早春,由于极地平流层极涡活动,激发出向下传播的惯性重力波,因此,向下传播的比例上升到相应月份的20%左右.由于低层大气盛行的东向风的滤波效应,低平流层大部分惯性重力波向西传播.波能量呈现出明显的年周期变化,最大值在冬季、最小值在夏季,与北半球中低纬度观测结果一致,表明北半球重力波活动普遍冬季强、夏季弱.     

磁暴期间大尺度电离层行进式扰动在美洲扇区的GPS网观测

利用国际IGS网和美国CORS网提供的GPS TEC观测资料,构建了北美地区的二维TEC扰动图像,分析研究了2012年7月14日一次强磁暴期间大尺度电离层行进式扰动在北美地区的二维结构以及扰动沿着70°W左右的子午线在南北半球的分布与传播特性.研究结果表明,磁暴急始开始90分钟后,伴随着一次亚暴的膨胀相,在北半球发生了一次大尺度电离层行进式扰动事件.该扰动在北美地区形成幅度1.2~2.2 TECU,宽度达4000 km的等相面,以190°的传播方位角,西南向传播了2000 km,扰动的周期和水平相速度分别为40~60 min,500 m/s.通过台链观测发现,该扰动向西南方向一直传播到约30°N,在传播过程中,扰动的绝对振幅在55°N至42°N之间逐渐增强并达到最大值2.2 TECU,在42°N以南逐渐衰减.通过对相关时间段内北美亚极光带地磁观测数据的分析发现,在65°N至85°N、100°W至150°W之间,地磁场水平分量在LSTID发生前出现明显变化,显示极光电集流增强,这一区域是北美地区观测到的LSTID事件最可能的源区.北半球的电离层扰动消失之后约1小时,通过南半球GPS台链观测到南向电离层扰动,该扰动的绝对振幅为1.8 TECU,相速度为400 m/s左右,传播范围局限在16°S至20°S.在南北半球的低纬赤道区,台链观测没有发现与北美LSTID关联的电离层扰动.根据台链上扰动传播的中断,我们认为,南半球台链观测到的电离层扰动并不是北半球LSTID直接跨赤道传播到南半球的结果,而是北半球电离层扰动在赤道地区的耗散过程中形成的二次扰动引起的.