基于630nm气辉观测数据的电离层等离子体泡共轭特性统计分析

文章利用美洲地区两台地磁共轭的全天空气辉成像仪2014～2017年630nm波段的观测数据,提取了电离层等离子体泡信息,统计分析了两站等离子体泡出现的共轭特性和规律,包括共轭等离子体泡出现频次和时间分布、条带宽度和中心位置、漂移速度等特征.研究结果表明:共轭对称的视野窗口内同时观测到的等离子体泡事件的发生率约84%;共轭等离子体泡条带宽度都集中在100km左右,且南北半球宽度差主要在30km以内;共轭等离子体泡中心位置距离在50km以内;共轭等离子体泡的漂移速度相当一致,但北半球较南半球快约10%.文章研究结果证实了等离子体泡共轭现象的一般性,并有少量的不对称现象出现,且认为是半球间背景电离层环境差异导致的.文章还给出了IGRF模型下等离子体泡共轭存在的可能误差范围,为等离子体泡共轭区域预报提供支持.     

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.     

基于GNSS观测的全球赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节依赖特征

赤道等离子体泡是在磁赤道和低纬地区一种通常发生在夜间的大尺度电离层不规则结构.本文利用2010—2021年全球低纬地区GNSS TEC监测仪长期观测数据,分析了赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节的依赖特征.结果表明,全球每个经度区赤道等离子体泡发生率与太阳活动都显著正相关,赤道等离子体泡的日发生率与F₁₀₇指数相关系数接近0.70.经度-60°～-30°在赤道等离子体泡高发月份的日落后发生率与F₁₀₇的相关关系有明显的饱和效应.在季节变化方面,经度-60°～-30°赤道等离子体泡主要发生在1—3月和10—12月,其他经度主要发生在分季.不同经度区赤道等离子体泡日落后发生率季节不对称性存在显著区别,在太阳活动上升期,经度-60°～-30°的10—12月发生率明显高于1—3月;在太阳活动下降期,0°～180°经度区3月分季高于9月分季.此外,地磁扰动对产生赤道等离子体泡主要是抑制作用,特别是在太阳活动高年、分季.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:4.太阳活动低年夏季F区回波

太阳活动低年夏季,低纬电离层F区场向不规则体表现出与太阳活动高年和其他季节明显不同的特征.本文利用我国三亚站(18.4°N,109.6°E,地磁倾角纬度dip latitude 12.8°N)VHF雷达、电离层测高仪、GPS闪烁监测仪和美国C/NOFS卫星观测数据,研究了太阳活动低年夏季我国低纬电离层F区场向不规则体的基本特征.分析发现无论磁静日还是磁扰日,夏季电离层F区不规则体回波主要出现于地方时午夜以后,回波出现的时间较短,高度范围较小,伴随着扩展F出现,但没有同时段的L波段电离层闪烁.太阳活动低年夏季午夜后的低纬电离层F区不规则体回波,可能并不总是与赤道等离子体泡沿磁力线向低纬地区的延伸相关,而可能由本地Es等扰动过程引起.     

基于DEMETER卫星观测数据的电离层地震前兆分析——以汶川地震、东海地震为例

本文利用可视化分析和统计分析的数据处理方法,结合2008年5月12日汶川Ms8.0地震和2007年4月20日东海Ms6.3地震两个震例,进行了探索性研究,阐述了基于DEMETER卫星观测数据提取电离层地震前兆信息的思路,通过对电磁场频谱、等离子体数密度、温度等物理参量的可视化展现,探讨了电离层扰动与地震的关系.结果表明,在排除电离层内一些典型干扰的前提下,地震发生前几天或者几个小时电离层扰动可以被观测到.     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

日食电离层效应

本文分析了1987年9月23日日环食期间,我国14个电离层站和1988年3月18日日全食期间两个站的垂测仪和偏振仪记录,并综合50年代以来历次日食电离层效应的观测结果,证实:1.E层和F₁层光食效应明显,F₂层动力学效应显著;2.f₀F₂存在日食日值大于、小于或等于控制日值三种典型情况;3.TEC食变曲线有凹陷和不凹陷两种典型情况,甚至出现日食日值大于控制日值的异常现象. 本文对F₂层和外电离层的动力学特征作了定性讨论,认为:空间等离子体温度急剧下降和沿场扩散是F₂层和外电离层日食效应的最主要因素;而磁赤道上空等离子体的沿场扩散、“喷泉”效应,热层风和全（环）食带方位是影响位于磁赤道异常区各电离层站日食电离层效应的主要因素.     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

地震期间电离层扰动现象研究

介绍了大量的关于地震电离层扰动现象研究的最新进展,研究表明地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动被观测到,电离层前兆是确实存在.但要将震前的电离层扰动作为地震短临预报的工具,还有许多值得我们去深入研究和解决的问题.应用空间技术开展大区域范围内电离层参数的实时观测,如用地震电磁卫星、GPS台网、并和地面电离层垂测仪观测相结合,建立“电离层地震前兆监测系统”,无疑会加速这项研究的进程.     

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.     

Equatorial Plasma Bubbles: Effect of Thermospheric Winds Modulated by DE3 Tidal Waves

A hypothesis about the effect of the tropospheric source on the longitudinal distributions of the equatorial plasma bubbles observed in the topside ionosphere was proposed earlier. It was supposed that this influence is transferred mainly by the thermospheric winds modulated by the DE3 tropospheric tidal waves. This conclusion was based on the discovered high degree correlation (R ? 0.79) between the variations of the longitudinal distribution of the plasma bubbles and the neutral atmospheric density. In this work, the hypothesis of the effect of the thermospheric tidal waves on the plasma bubbles at the stage of their generation is subjected to further verification. With this purpose, the longitudinal distributions of the frequency of the plasma bubble observations at the different ionospheric altitudes (~600 km, ROCSAT-1; ~1100 km, ISS-b) are analyzed; their principal similarity is revealed. Comparative analysis of these distributions with the longitudinal profile of the deviations of the zonal thermospheric wind (~400 km, CHAMP) modulated by the DE3 tidal wave is carried out; their considerable correlation (R ? 0.69) is revealed. We conclude that the longitudinal variations of the zonal wind associated with DE3 tidal waves can effect the longitudinal variations in the appearance frequency of the initial “seeding” perturbations, which further evolve into the plasma bubbles.     

The temporal evolution of the large equatorial plasma depletions observed during the 29–30 October 2003 storm

This study investigates the temporal evolution of the large plasma depletions observed by ROCSAT-1 and DMSP near 295°E during the 29–30 October 2003 storm. The presence of a penetration electric field around the detection time of the large plasma depletions is supported by the observation of high upward ion drift velocity and formation of an intense equatorial ionization anomaly in the American sector. However, these ionospheric disturbances occur in broad longitude regions; a short-range polarization electric field may adequately explain the creation of the large plasma depletions. The penetration electric field may trigger the Rayleigh–Taylor instability and produce abnormally large plasma depletions during the storm. The TIMED/GUVI and CHAMP observations provide an insight for the evolution of the large depletions several hours after their formation. The large depletions appear as arch-shaped emission depletions in the TIMED/GUVI image and as symmetric depletions paired in the magnetic north and south in the CHAMP observation. These characteristics can be explained by the “plasma depletion shell” phenomenon (Kil et al., 2009) produced by the westward shear flow of the ionosphere during the storm.     

根据宇宙线Forbush下降计算地球轨道附近的耀斑击波

本文根据Forbush下降幅度随源耀斑经度分布的东、西不对称性,得到了有关地球轨道附近的一种由耀斑引起的冲击波模型。发现冲击波各向异性传播且表现出东、西不对称性。击波西部是强磁场区,东部为弱磁场区。与此相反,动力学参数和等离子体参数β则是东部比西部高。耀斑产生的扰动有分别向东、西方向的方位角速度存在。该模型同观测资料和理论推论是一致的。它能对磁扰和宇宙线Forbush下降等东、西不对称效应给出统一而自然的解释。耀斑等离子体流的这种东、西不对称性流动的可能起因也作了讨论。     

Determining parameters of large-scale traveling ionospheric disturbances of auroral origin using GPS-arrays

The intention in this paper is to investigate the form and dynamics of large-scale traveling ionospheric disturbances (LS TIDs) of auroral origin. We have devised a technique for determining LS TID parameters using GPS-arrays whose elements can be selected from a large set of GPS stations forming part of the International GPS Service network. The method was used to determine LS TID parameters during a strong magnetic storm of September 25, 1998. The North-American sector where many GPS stations are available, and also the time interval 00:00–06:00 UT characterized by a maximum value of the derivative Dst were used in the analysis. The study revealed that this period of time was concurrent with the formation of the main ionospheric trough with a conspicuous southward wall in the range of geographic latitudes 50–60° and the front width of no less than 7500 km. The auroral disturbance-induced large-scale solitary wave with a duration of about 1 h and the front width of at least 3700 km propagated in the equatorward direction to a distance of no less than 2000–3000 km with the mean velocity of about 300 m/s. The wave front behaved as if it ‘curled’ to the west in longitude where the local time was around afternoon. Going toward the local nighttime, the propagation direction progressively approximated an equatorward direction.     

Anomalous behaviour of plasma parameters as observed by the intercosmos 24 satellite prior to the iranian earthquake of 20 June 1990

Summary Measurements of plasma parameters were made by the Intercosmos 24 satellite at altitudes between 2300 km and 2500 km in the interval of 16 to 12 hours prior to the initial shock of the destructive Iranian earthquake of 20 June 1990 (210009 UT, 37° N, 49·4° E, M=6·4), and before the strong aftershock of 21 June 1990 (090214 UT, M=5·8). The anomalous behaviour of the light ionospheric ions H⁺ and He⁺ and the cold electron temperature was observed over a wide region of the Northern Hemisphere before the earthquake. Sudden increases of energetic electron fluxes were observed over the Asian zone near the epicentre. These changes appear to be a part of the solid Earth — near space interaction occurring during the preparatory stage of the great seismic event.     

First incoherent scatter radar observations of ionospheric heating on the second electron gyro-harmonic

We report first results from a unique experiment performed at the HIPAS ionospheric modification facility in conjunction with the Poker Flat incoherent scatter radar in Alaska. High-power radio waves at 2.85 MHz, which corresponds to the second electron gyro-harmonic at ~245 km altitude, were transmitted into the nighttime ionosphere. Clear evidence of F-region ionospheric electron temperature enhancements were found, for the first time at this pump frequency, maximizing when the pump frequency is close to the second gyro-harmonic and double resonance. This is consistent with previous pump-enhanced artificial optical observations. We estimate the plasma heating efficiency to be approximately double that for higher pump frequencies.     

琼西北地区的基底速度图象

利用人工地震测深纵剖面和非纵剖面的资料,对琼西北地区P_g波的走时进行了层析反演,对比了代数重建法和同时迭代重建法的效果.综合了纵剖面的模型后,在三维弯曲界面上重建了基底速度图象,探讨了用射线椭圆评价分辨的途径. 层析成象结果给出了许多有价值的信息,揭示琼西北的结晶基底存在三条北东向断裂和两条北西向断裂,后者是继承性的活动断裂,控制着新生代次级断块的发展与火山活动.地表所推断的东西向王五-文教深大断裂,在该处只呈断续隐伏状显示.该区的基底存在儋县、临高和光村三个高速区,主要反映着基性岩体或花岗侵入体.基底整体性最好的是在儋县-王五地区,破碎程度最严重的是在王五-中和-光村以西的地区.     

5.12汶川地震后龙门山断裂带东北段现今地应力测量结果分析

5.12汶川大地震发生后,在龙门山断裂带东北段,开展了6个钻孔的原地应力测量工作.测量钻孔分别位于龙门山中央断裂带上下两盘的平武、北川、江油和广元等地.钻孔孔深在200~500 m之间,共取得了72个测试段的地应力测量数据,以及其中33个测段的印模定向试验数据,由此获得了每个测点处地应力的赋存状态,包括地应力量值随孔深的变化以及地应力作用方向.根据库仑准则,结合Byerlee定律对各测点实测数据进行分析,可以看出,龙门山断裂带上盘现今地应力的作用强度高于下盘.其上、下两盘现今地应力赋存状态特征及其差异性显示出该区域处于不均衡的应力环境,容易导致断裂失稳而产生新的活动;印模定向试验数据表明,龙门山断裂带东北段的北川、江油、平武的最大水平主应力优势方向为NEE向;广元附近为NWW或近东西方向.结合已有的研究成果,初步得到龙门山断裂带现今地应力作用方向的分段性特征,即大致以北川为界,龙门山断裂带东北段应力方向显示了与西南段不同的特征.其西南段现今地应力的优势作用方向为北西方向,而龙门山断裂带东北段,自江油、北川、平武一带至广元、青川附近,其现今地应力的最大水平主压应力的优势作用方向呈现了NEE→NWW的赋存状态和变化趋势.本文获得的研究结果对于认识5.12汶川特大地震的动力学机制具有一定的借鉴和启示作用.