foF2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的foF2月中值数据,分析太阳活动和地磁活动对电离层foF2的影响,结果显示白天和夏季夜间foF2和太阳黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐渐增强.当回归分析加入地磁Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的非线性影响能够更好地描述foF2的变化.基于foF2与太阳黑子数R及地磁指数Ap之间的非线性统计关系,利用Fourier级数建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI进行了比较,精度有一定提高.     

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.     

foF2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的f_oF₂月中值数据,分析太阳活动和地磁活动对电离层f_oF₂的影响,结果显示白天和夏季夜间f_oF₂和太阳黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐渐增强．当回归分析加入地磁Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的非线性影响能够更好地描述f_oF₂的变化．基于f_oF₂太阳黑子数R及地磁指数Ap之间的非线性统计关系,利用Fourier 级数建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI进行了比较,精度有一定提高．     

中国低纬度地区电离层闪烁效应模式化研究

GPS（Global Positioning System）周跳是一种GPS信号异常现象.研究发现一定仰角以上的GPS周跳与电离层闪烁有关,是强电离层闪烁造成的GPS载波信号短时失锁现象,因此其可作为表征电离层闪烁效应的参量.本文通过分析由中国低纬度地区GPS台站原始观测数据提取的GPS周跳发生率与地方时、季节、太阳活动以及磁活动之间的关系,开展电离层闪烁效应与这几种参量之间关系的模式化研究.研究结果表明：（1）周跳发生率存在着地方时分布,发生时段主要在日落19：00LT后到午夜02：00LT之前,发生次数在22：00LT左右达到极大,然后缓慢减少,这一变化特点可以用自变量为地方时的Chapman函数形式来描述;（2）周跳发生率存在年变化特点,主要发生在年积日45~135天（春分季节）和225~315天（秋分季节）,可以通过高斯函数来描述每个分季闪烁效应的变化特点;（3）可以利用太阳辐射指数F10.7作为描述周跳随太阳活动周变化的参量,根据周跳随太阳活动周的变化特点,我们使用一个以F10.7为自变量的三次函数来描述这种变化;（4）电离层闪烁与磁活动的关系比较复杂,由于大多数情况下表现为磁活动对电离层闪烁的抑制作用,在本研究中使用一个以地磁活动指数Ap为自变量的的平方根函数来拟合这种变化.     

佘山地磁台百年磁暴（一）——太阳周期变化

上海佘山地磁台位于中纬度地区,拥有逾百年的连续地磁场观测资料,非常有利于研究地磁活动的周期规律.本文利用该台站1908至2007年的100年磁暴记录,通过时序叠加、傅里叶分析和小波分析研究了磁暴的周期规律.结果表明：强磁暴具有显著的11年、22年和季节变化;弱中等磁暴没有明显的11年周期,并且季节变化的幅度较小.奇/偶太阳活动周相比,强磁暴的季节变化存在一定的差异,低年季节变化不明显,高年季节变化显著,并且偶数周的变化相对复杂.     

f0F2月中值太阳循环变化及单站谱模型研究

利用我国9个电离层观测站第21和22太阳周大约20年的,f<,0>F<,2>月中值数据,分析太活动和地磁活动对电离层,0>F<,2>的影响.结果显示白天和夏季夜间f<,0>F<,2>和太黑子数R之间存在着明显非线性关系,并且随着纬度的降低逐增强.当回归分析加入地Ap指数时,多重回归模型与实测值误差进一步减小,说明同时考虑太阳活动和地磁活动的线性影能够更好地描述f<,0>F<,2>的变化.基于f<,0>F<,2>与太阳黑子数R及地磁指数P之间的非线性统计关系,利用Fourier级建立9个单站谱模型,并与国际参考电离层IRI行了比较,精度有一定提高.     

强磁暴的时间分布特性

对比分析1957--2008年间Dst≤-100nT的强磁暴数与太阳黑子数的变化趋势,发现太阳黑子数和Dst≤-100nT的强磁暴数的变化趋势有很好的一致性。进一步统计强磁暴在太阳周不同阶段的分布后发现,同一太阳周内60％以上的强磁暴出现在下降年,但从太阳周各个阶段的平均磁暴年发生率来看,强磁暴平均年发生率最高的年份仍然是太阳活动极大年。     

第21太阳活动周地磁活动峰值的预计

1.计算并确定第21周地磁活动A_p的峰值 第21周太阳活动峰年已来到,国际上组织SMY联测活动。本文利用极值分布数学方法与经验规律相结合,对21周地磁活动A_p指数年均值的峰值及峰值时间作一定量预报,其结果与国外的预报作一比较。     

全球电离层TEC起伏特性分析

利用全球电离层TEC地图（GIMs）数据,在已经建立TEC气候学模式的基础上,计算了1998年以来固定UT时间的全球TEC起伏指数σ_DGEC．采用偏相关分析方法对σ_DGEC与太阳活动（F107指数）及其起伏（dF107）、地磁活动（Ap指数）、季节变化因子（太阳偏置角）等因素,以及上述因素的非线性组合等的相关性进行分析,发现σ_DGEC与F107、Ap指数具有最强的相关性,与F107指数和半年变化因子的交叉项F107×S、F107指数的二次方具有较好的相关性,同时,与F107指数与年变化因子的交叉项F107×A及F107扰动指数偏离值（dF107）的二次方也具有一定的相关性．据此,以这些因子作为驱动量,建立了σ_DGEC的多元回归模型．鉴于σ_DGEC反映全球范围内电离层TEC起伏的平均特性,并与太阳活动F107指数、地磁活动Ap指数具有良好的相关性,为此我们建议,将全球TEC相对起伏指数σ_DGEC作为描述全球电离层扰动状态及电离层天气特征的一个新参量．     

Sq等效电流在太阳活动周中的分析研究

Sq电流体系的产生与太阳密切相关,太阳的活动情况会对Sq电流体系造成直接的影响.本文应用1996年至2006年(第23太阳周)INTERMAGNET地磁台网以及中国地震局地球物理研究所国家地磁台网中心的全球地磁场观测数据,通过球谐分析的方法建模,对11年期间每月Sq内外源等效电流体系进行分离,分析Sq内外源等效电流在太阳活动周中的变化情况.结果表明,Sq内外源等效电流强度与太阳黑子的变化具有较高的相关性和一致性,内外源等效电流强度在太阳活动高年期间明显大于其在太阳活动的上升年和下降年期间的强度;Sq内外源等效电流焦点的纬度变化与太阳活动没有显著的一致性;Sq内外源等效电流强度的季节效应在太阳活动的高年和低年具有显著的差别,太阳活动高年期间等效电流强度在分点季节最大,而在其他年份南北半球的等效电流强度都是在各自半球的夏季达到最大.     

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.     

不同太阳活动及地磁条件下的电导率分布变化

电离层电导率在不同的太阳活动和地磁条件下会发生变化. 本文通过中性大气经验模式NRLMSISE_00（Neutral Atmosphere Empirical Model_2000,简称NRLMSISE_00）和电离层经验模式IRI_2001（International Reference Ionosphere_2001,简称IRI_2001）计算电离层的电子、离子碰撞频率以及电导率,并简要讨论了120 km和300 km高度上的电导率在不同季节、不同太阳活动和地磁指数下的经纬分布. 结果显示,电导率的分布与日照密切相关,且随太阳活动的变化而变化. 磁暴时电导率随地磁活动的变化相对于随太阳活动的变化要小,在120?km高度,磁暴期间电导率在低纬地区和高纬地区发生不同变化,且Pedersen电导率和Hall电导率变化趋势相反,向两极靠近,电导率变化幅度略有增长;在300?km高度上,磁暴对低纬地区和高纬地区电导率的影响要比120?km处大,Pedersen电导率和Hall电导率变化趋势相同,且越向两极靠近电导率的变化幅度越大.     

第23太阳活动周期太阳风参数及地磁指数的统计分析

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,简称CME)和共转相互作用区(Corotating Interaction Region,简称CIR)是造成日地空间行星际扰动和地磁扰动的两个主要原因,提供了地球磁暴的主要驱动力,进而显著影响地球空间环境.为深入研究太阳风活动及受其主导影响的地磁活动的时间分布特征,本文对大量太阳风参数及地磁活动指数的数据进行了详细分析.首先,采用由NASA OMNIWeb提供的太阳风参数及地磁活动指数的公开数据,通过自主编写matlab程序对第23太阳活动周期(1996-01-01—2008-12-31)的数据包括行星际磁场Bz分量、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压等重要太阳风参数及Dst指数、AE指数、Kp指数等主要的地磁指数进行统计分析,建立了包括269个CME事件和456个CIR事件列表的数据库.采用事例分析法和时间序列叠加法分别对两类太阳活动的四个重要太阳风参数(IMF Bz、太阳风速度、太阳风质子密度、太阳风动压)和三个主要地磁指数(Dst、AE、Kp)进行统计分析,并研究了其统计特征.其次,根据Dst指数最小值确定了第23太阳活动周期内的355个孤立地磁暴事件,并以Dst指数最小值为标准将这些磁暴进一步分类为145个弱磁暴、123个中等磁暴、70个强磁暴、12个剧烈磁暴和5个巨大磁暴.最后,采用时间序列叠加法对不同强度磁暴的太阳风参数和地磁指数进行统计分析.统计分析表明,对于CME事件,Nsw/Pdyn(Nsw表示太阳风质子密度,Pdyn表示太阳风动压)线性拟合斜率一般为正;对于CIR事件,Nsw/Pdyn线性拟合斜率一般为负,这可作为辨别CME和CIR事件的一种有效方法.从平均意义上讲,相较于CIR事件,CME事件有更大的南向IMF Bz分量、太阳风动压Pdyn、AE指数、Kp指数以及更小的Dstmin.一般情况下,CME事件有更大的可能性驱动极强地磁暴.总体而言,对于不同强度的地磁暴,Dst指数的变化呈现出一定的相似性,但随着地磁暴强度的增强,Dst指数衰减的速度变快.CME和CIR事件以及其各自驱动的地磁暴事件有着很多不同,因此,需要将CME事件驱动的磁暴及CIR事件驱动的磁暴分开研究.建立CME、CIR事件及地磁暴的数据库以及获取的统计分析结果,将为深入研究地球磁层等离子体片、辐射带及环电流对太阳活动的响应特征提供有利的帮助.     

我国低纬电离层闪烁和周跳的统计特征比较

本文利用位于我国中南部电离层闪烁监测台网2012年至2015年的观测数据,比较分析了GPS（Global Positioning System）信号闪烁与周跳的统计特征以及太阳活动和地磁扰动对闪烁与周跳的影响.结果表明,闪烁活动与周跳出现随地方时、月份、太阳活动和地磁扰动变化的统计特征类似,且周跳出现的可能性随S4指数增高显著增大,说明闪烁与周跳存在密切的关联,是引起周跳的一种重要因素.一天之中,闪烁和周跳主要出现在日落后至黎明前,午夜前出现最频繁,白天仅偶尔出现.在赤道异常峰及其邻近区域,一年之中,闪烁和周跳主要出现在春秋季,春季闪烁活动和周跳出现明显比秋季频繁,呈现春秋不对称性,冬夏季节闪烁和周跳都很少出现.闪烁活动与周跳出现的逐年变化显著依赖太阳活动水平,随太阳活动水平升高而增强,而地磁扰动与闪烁活动与周跳出现呈负相关,地磁扰动对闪烁活动与周跳出现整体上起抑制作用.平均而言,越靠近磁赤道的台站闪烁活动越频繁,随纬度升高,闪烁活动频次逐渐降低,且闪烁活动的开始时间随纬度升高而滞后,暗示引起GPS信号闪烁的电离层不规则结构主要起源于磁赤道区.此外,分析还发现,闪烁活动与周跳出现的空域有相当好的一致性,主要分布在观测点上空仰角55°以下、方位角150°~240°的空域内.     

地磁活动对气候要素影响的研究进展

地磁活动是太阳爆发现象引起地球近地空间磁场扰动的重要空间天气过程之一.地球磁场的变化具有多种时间尺度,其中从数十年到数世纪的长时间地磁场变化主要是由地核磁场引起的,而从数秒到数年的短时间地磁变化与太阳活动有关.近年来,越来越多的统计研究表明,地磁活动与太阳活动和地球气候变化之间存在着显著的相关性.地球磁场和地球大气系统的耦合现象驱动着人们探索地磁活动对地球天气和气候系统影响的研究.本文的目的就是综述国内外地磁变化对气候影响的研究进展,介绍我们最新的研究成果,探索地磁活动对气候要素的影响特征和可能机理过程,为深入研究地磁活动对地球天气和气候的影响提供基础和依据,以期对地磁活动和气候要素关系有进一步的认识.     

2007-2012年Dstmin≤-50nT的中等以上地磁暴的行星际源统计

地磁暴的行星际源研究是了解及预报地磁暴的关键因素之一.本文研究了2007-2012年间的所有Dst_min ≤-50 nT的中等以上地磁暴,建立了这些地磁暴及其行星际源的列表.在这6年中,共发生了51次Dst_min≤-50 nT的中等以上地磁暴,其中9次为Dst_min≤-100 nT的强地磁暴事件.对比上一活动周相同时间段发现,在这段太阳活动极低的时间,地磁暴的数目显著减少.对这些地磁暴行星际源的分析表明,65%的中等以上地磁暴由与日冕物质抛射相关的行星际结构引起,31%的地磁暴由共转相互作用区引起,这与以前的结果一致.特别的,在这个太阳活动极低时期内,共转相互作用区没有引起Dst_min≤-100 nT的强地磁暴,同时,日冕物质抛射相关结构也没有引起Dst_min≤-200 nT的超强地磁暴.以上结果表明极低太阳活动同时导致了共转相互作用区和日冕物质抛射地磁效应的减弱.进一步,分析不同太阳活动期间地磁暴的行星际源发现:在太阳活动低年(2007-2009年),共转相互作用区是引起地磁暴的主要原因; 而在太阳活动上升期和高年(2010-2013年),大部分(75%,30/40)的中等以上地磁暴均由日冕物质抛射相关结构引起.     

行星际扰动对地磁活动的影响

利用第23太阳活动周中WIND和ACE资料,统计分析行星际扰动对不同水平地磁活动的影响,研究磁暴强度与不同行星际参数之间的相关性,结果发现:①从长期来看,地磁活动指数Dst与太阳风速度的相关性最好,相关性在太阳活动谷年时最高;②多磁暴时序叠加结果证实了导致小、中、强磁暴开始的经验行星际南向磁场条件,磁暴过程中行星际磁场...     

利用EMD方法提取地磁A_p指数周期分量

利用EMD和小波对试验信号进行分解比较,结果表明EMD方法能够更加真实的再现数据本身的频谱分量和对应幅度．利用EMD方法对1932年~2006年地磁Ap指数月均值进行了分解,分别得到一系列模式和一个趋势项．其中可能包含了6个月周期分量,准1年周期分量,QBO（准两年震荡）分量,准5年周期分量,准11年周期分量和22年Hale周分量等．地磁活动Ap指数与太阳黑子数都有着11年周期变化,我们比较发现Ap指数11年周期分量极值出现要比太阳黑子数11年周期分量极值出现平均滞后1~2年．     

地磁活动与太阳活动对环电流离子成分与位置的影响

根据CRRES卫星上MICS离子成分探测器的观测资料以及前人有关AMPTE卫星的观测数据，研究了地磁活动和太阳活动性对环电流成分以及各种环电流离子的最大通量位置的影响. 观测表明相对于地磁平静时期，在地磁活动的活跃时期，环电流中O+、He++和He+离子的数密度和能量密度占环电流总数密度和总能量密度的份额增加，相反H+离子所占的比例却明显减少. 太阳活动极大年时环电流中H+离子丰度比极小年时低，而O+和He++离子的丰度却比太阳活动极小年时高. 卫星数据观测还表明，在地球磁暴期间，环电流中O+离子和He+离子的最大通量位置会随着地磁的活动径向移动，平均来看太阳活动极大年的能量粒子最大数密度位置距离地球比极小年时约小0.5RE （RE 为地球半径）.     

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.