低能电子沉降对南极中山站电离层的影响

本文针对中山站白天处于极尖区的特点,研究了低能电子沉降对中山站电离层的影响。采用高纬软粒子区的电子谱,计算了中山站低能电子引起的电离率,估算了该电离率导致的电离层电子密度的增加。计算结果表明,低能粒子不仅对Ｆ区电子密度有较大的影响,而且还是白天峰值高度升高的可能原因之一。     

极区电离层与磁层-电离层耦合

本文利用欧洲空间局设在北极区的非相干散射雷达系统EISCAT的观测资料讨论磁层-电离层耦合。磁静日和磁暴期间的观测样本比较表明,磁层基本过程对极区电离层有重要影响。这不仅说明极区电离层可看作这些过程的“全景屏幕”,也表明在南、北极区(特别是磁共轭点)进行同时观测的重要意义。文中还对进一步的南极研究课题提出了一些建议。     

极隙区极光粒子沉降对电离层影响的模拟研究

利用一维自洽的时变极区电离层模型,研究极隙区极光粒子沉降对极区电离层F层电子密度影响的时变过程。假设一维时变电离层模型描述的磁流管中F层等离子体在对流作用下经过极隙区,随对流路径的不同,磁流管在极隙区经历的时间不同,以此考察极光粒子沉降作用下电离层随时间的演化过程。数值计算结果表明,当磁流管在极隙区停留的时间足够长,F层电子密度能显著增大。然而在磁流管经历极隙区实际时间较短的情况下,极隙区极光粒子沉降对F层电子密度的影响并不大。本文还给出了统计对流模型作用下磁流管在经历极隙区时,有沉降粒子作用和没有沉降粒子作用两种情况下,F层等离子体的时间变化过程的差异。     

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度（N_mE>N_mF）时的电离层,记为ELDI（E-Layer Dominated Ionosphere）。针对ELDI,利用2007-2010年的COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间（南北半球的冬至日前后30天）的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量（TECE）、电离层总电子含量（TECI）及TECE占TECI的比重（TECEI）都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。     

极区电离层NmF2观测与国际参考电离层对比研究

利用南北极极隙区与极光带纬度3个台站对电离层F₂层峰值电子密度(N_mF₂)长达1个太阳活动周的观测数据,对国际参考电离层IRI-2016模型在极区的适用性进行系统的定量研究。结果表明,在极光带纬度的北极Troms?站,IRI预测与观测符合最好,大部分季节相对误差在40%以内,在太阳活动高年略好于太阳活动低年。在极隙区纬度的南极中山站和Longyearbyen站,IRI预测精度在太阳活动低年高于太阳活动高年。在中山站和北极Longyearbyen站仅个别月份相对误差在20%以内,大部分月份相对误差超过40%,冬季相对误差接近100%,特别是Longyearbyen站,在太阳活动高年冬季相对误差超过100%。从季节上看,3个台站都是冬季符合最差,夏季符合最好。IRI-2016模型对极区电离层进行预测时,难以如实反映极区等离子体对流和能量粒子沉降等极区特有的物理过程对极区电离层N_mF₂的影响。     

极区电离层TEC经验模型的建立及适用性分析

利用南极地区40多个GPS跟踪站2010年全年的实测数据,实现了极区电离层TEC建模,对多项式模型、广义三角级数函数模型、低阶球谐函数模型、改进的球谐函数模型以及球冠谐函数模型等五种电离层经验模型进行了比较,并评估了其在极区的适用性情况。结果表明,各个模型在极区都可以取得比较好的拟合精度,残差均值在0.1TECU以内,均方根误差在2 TECU以内。     

南极中山站冬季电离层的平均特性

本文利用南极中山站的数字式电离层垂直测高仪１９９５年的频高图资料，对中山站上空冬季电离层的一些平均特性进行了初步分析。中山站冬季电离层Ｆ层很不稳定，其日变化比较明显，ｆｏＦ２的月中值在０９００ＵＴ出现极大并在１４００ＵＴ附近出现次极大。最大值在０９００ＵＴ（磁中午）附近，这是极隙区软电子沉降、极区等离子体对流和光辐射电离效应等诸多因素综合作用的结果，形成了所谓的磁中午异常。在２０００～０１００ＵＴ之间ｆｏＦ２数值较小，可能是由于这段时间中山站正处于电离层极洞区域。Ｅｓ层几乎每天都可以观测到，在１７００ＵＴ附近出现机率较高，并且ｆｏＥｓ数值较大，多数为极光型Ｅｓ，主要是由于极光粒子沉降引起的。电离层Ｅ层的变化相对平缓。     

太阳活动低年南北极电离层F2层观测与国际参考电离层对比研究

利用2006-2007年EISCAT Svalbard雷达(ESR)和南极中山站DPS-4测高仪的观测数据,对太阳活动低年不同季节的极区电离层F2层临界频率(f0F2)和峰值高度(hmF2)进行统计分析,研究其日变化特征,并与国际参考电离层IRI-2007模式比较.结果表明,在太阳活动低年,夏季两站的观测结果与IRI预...     

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。     

2000年7月重大太阳事件的极隙区纬度观测研究

20 0 0年 7月 ,太阳表面发生了一系列的耀斑与日冕物质抛射事件 ,最大耀斑能级达X5 .7/3 B。地球表面发生相应特大磁暴 ,Dst指数最大负偏达 - 3 0 0 n T。中国南极中山站地处极隙区纬度 ,白天位于磁层极隙区 ,夜间位于极盖区 ,以多种高空大气物理观测设备详细记录了该磁暴过程。对有关数据的分析表明 ,高能粒子引起电离层吸收急剧增加 ,测高仪数据两天多信号空白 ,宇宙噪声吸收显著增加 ;地磁 Pc3 /5脉动增加与行星际磁场南向分量密切对应 ,显示行星际磁流体波对激发磁层脉动的贡献 ;磁暴主相期间 ,Pc3 /5脉动大幅度增加 ;极区地磁水平分量随南向行星际磁场变化 ,但滞后近 8小时 ;Dst指数与南向行星际磁场密切相关 ,磁暴受控于高度负偏的南向行星际磁场     

南北极冬季F2层电离层特性对比研究

利用南极中山站和北极Tromso站1996、1997、1998及2002年的测高仪观测数据,对中山站(6月份)和Tromso站(12月份)上空冬季foF2的日变化特性进行了对比研究,结合数值模拟结果,分析了中山站和Tromso站F2层电离层的极区特征,进一步揭示了极区电离层特征的形成机理。结果表明,中山站和Tromso站虽然地理纬度接近,foF2日变化形成机理不完全相同。由于地磁纬度的差异,极区对流与日侧光致电离的相互作用造成了两站日侧电离层的不同变化形态,中山站foF2日变化主峰出现在磁地方时中午附近,而Tromso站foF2日变化主峰出现在地方时正午附近;两站日侧foF2受太阳辐射流量影响较大,极光沉降粒子电离在太阳活动低年对中山站foF2日变化形态影响显著。     

南极中山站午后极光强度与太阳风参数的关系

本文利用1997年和1998年南极中山站多通道扫描光度计的地面观测数据和WIND卫星在弓激波上游对太阳风参数的观测数据，对午后高纬极光强度与太阳风等离子体密度、动压以及太阳风速度之间的相关性进行了定量研究。研究表明，午后极光630．0nm的强度与太阳风等离子体参数之间有较好的相关，630．0nm的强度表现出随太阳风等离子体密度、动压和速度的增大而增加的趋势，其相关系数分别为0．84、0．88和0．61；而557．7nm极光的强度与太阳风等离子体参数之间的相关较差。午后557．7nm极光的强度与太阳风等离子体参数之间的相关较差。午后557．7nm和630．0nm对太阳风参数的不同响应表明太阳风对630．0nm影响更直接，而557．7nm受到了磁层动力学过程的影响。     

云南省地震与太阳活动的统计关系研究

地震与太阳活动的关系是研究活动性和地震预测中有意义的课题。作者选取云南省及周边地区1965～2006年2级以上地震为样本,使用时间序列分析方法和相关分析方法对地震与太阳黑子、耀斑的相关性进行了研究,得到中小地震为主的样本与太阳活动不相关、大地震与太阳活动存在弱相关性的结论。作者的结论与以往研究者的结论不同,原因在于以往的研究者使用大震强震为样本,样本数少,得到的结论存在不可避免的偶然性。因此在一个地方具备发生大地震的内在条件时,关注太阳活动也是十分必要的。     

太阳活动对中山站F2层峰值电子浓度的影响

利用中山站1995-2006年的电离层垂测数据统计分析了当地电离层F2层峰值电子浓度（N_mF2）对太阳活动变化的依赖性,研究发现在中山站N_mF2月中值随修正太阳10.7厘米通量指数F10.7P增大而增大,其饱和或放大趋势不明显。除冬季12-16 UT、20-2 UT与夏季2-11 UT以外的绝大部分时刻,两者具有良好的线性关系。N_mF2月中值随F10.7P变化斜率随季节、地方时而变化。在日变化中,N_mF2随F10.7P变化斜率极大值出现在磁中午附近,明显大于其他时刻,在夜侧变化斜率整体较小,且在分季和冬季的夜侧以及夏季全天,其斜率随地方时变化不大。在年变化中,日侧斜率最大值出现在两分季,冬季次之,夏季最小;而夜侧斜率在夏半年（10月-3月）整体上要大于冬半年（4月-9月）。结合中山站位于极隙区纬度的特殊地理位置,分析了上述N_mF2变化特征的可能原因。     

科考活动对南极中山站地区土壤的环境影响研究

利用南极中山站建站时采集的土壤样品，分析了各样品中重金属铜、镉、铅、锌的全量及ＤＴＰＡ代换态含量。结果表明，上述重金属的ＤＴＰＡ代换态含量能集中反映人类活动的影响，是进行南极地区环境影响评价的敏感指标，而土壤全量则因母质成分的差异而具有明显的区域分异，掩盖了本来程度很轻的人为污染。分析结果表明诸科学考察站的燃料烟尘对该地区土壤中的ＤＴＰＡ代换态重金属铜、镉、铅、锌的含量有明显影响。     

极光区高空物理过程与磁层-电离层耦合

极区高空物理现象之观测具有悠久历史。对极区地磁、电离层和极光现象的深入考察将地球物理的研究领域扩展到了外层空间,并提出了太阳风－磁层－电离层－热层间耦合这一重要课题。耦合物理机制的证实不仅是火箭、卫星探测的重要贡献,而且也是基于对地面雷达和遍及全球大陆的地磁台站、电离层垂测站之长期观测成果。对流电场、一区和二区场向电流、电离层扰动电流系（包括极光区电集流）,以及电导率的分布和变化乃是一有机整体,对其每一环节的深入认识均与对整体的全面了解密不可分。有关的理论和模式研究则有助于人们深入理解各个耦合过程的相互关系,以及其各发展阶段中不同物理过程的相对重要性。