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.     

与日夜交替线移动相关的中尺度电离层扰动GPS网观测

本文选取由国际GPS服务中心(IGS)提供的北美中纬度地区GPS网TEC观测数据,通过多通道最大熵频谱分析方法研究了2005年（太阳活动低年）地磁活动平静期间日出和日落时由于日夜交替线的移动而激发的中尺度电离层扰动(MSTID),并统计分析其季节变化特性.结果表明：(1) 日出或日落期间,在中纬度地区经常观测到由日夜交替线移动激发的中尺度电离层扰动.扰动主要沿日夜交替线运动方向传播,平均持续时间约2～3 h;振幅在0.2～0.8 TECU之间,水平波长,水平相速度和周期分别为300±150 km,150±80 m/s和25±15 min;(2) 由日夜交替线移动激发的中尺度电离层扰动在春秋分出现率较少;在夏季,扰动在黄昏时出现率达最大值,在日出后少量出现;而冬季则日出后的扰动效应更为明显.分析表明,在中纬地区,这种扰动出现率随季节的变化与不同季节的日出日落时刻太阳EUV辐射通量变化过程的快慢,以及电离层中离子损失过程快慢有关.     

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.     

基于IGS台网观测的2001—2008年赤道电离异常的强度和半球不对称特征

赤道电离异常（Equatorial Ionization Anomaly,EIA）是低纬电离层中的一个重要现象.本文基于IGS台网提供的2001—2008年期间的电离层总电子含量（Total Electron Content,TEC）数据,分析了120°E区的EIA强度和磁南北半球不对称性在磁平静时期的变化特征,包括对地方时、季节和太阳活动的依赖.本文结果表明,（1） EIA强度表现出显著的随地方时和季节的变化特征.EIA强度在0200LT和2000LT附近分别出现一个极值,且2000LT附近的EIA强度更大;EIA强度通常在春/秋季较大,在夏/冬季较小,且冬季要大于夏季.（2） EIA南北半球不对称也表现出随地方时和季节变化特征.EIA半球不对称在0200LT和2000-2200LT附近分别出现一个极值;EIA半球不对称的季节变化特征还依赖于太阳活动,太阳活动高年期间,EIA半球不对称通常在春/秋季更显著;太阳活动低年期间,EIA半球不对称通常在冬季更显著.（3） EIA强度和半球不对称性的逐日变化和月变化表现出对太阳活动存在一定的依赖,但依赖性并不显著.2000LT （0200LT）附近的EIA强度的月变化与太阳活动整体呈正（负）相关,而2200LT （0200LT）附近的EIA半球不对称的月变化与太阳活动整体呈负（负）相关.（4）影响EIA强度变化的主要因素可归于纬圈电场和中性风场;影响EIA半球不对称变化的主要因素可归因为子午中性风场.     

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．     

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.     

赤道地区电离层foF2在第23/24太阳活动周极低年期间创造了极低纪录?

太阳辐射是电离层的电离源,强烈地调制电离层的变化.探索不同太阳辐射水平下的电离层状态,有助于认识电离层演变及其内在的基本物理过程.太阳活动在2008—2009年处于有记录以来的极低水平,研究电离层在此期间的变化及与其它太阳活动低年的差异是一个有益的课题.本文利用位于美洲扇区磁赤道地区Jicamarca台站(12.0°S, 283.2°E; dip 0.28°)测高仪观测的电离层F2层临界频率foF₂数据探讨赤道地区foF₂的行为.分别对第22/23太阳活动周低年(1996—1997)和第23/24活动周低年(2008—2009)的月中值、季节中值和滑动年均值进行分析,确认相比上一个太阳低年而言,在2008—2009年foF₂滑动年均值和不同季节中值在各个地方时均降低,而月中值存在降低和升高.对foF₂的时间尺度特性的分析发现,在本太阳周低年foF₂长时间尺度分量下降,而短时间尺度分量呈现不一致的变化.我们认为,现有文献报道给出2008—2009年与以往太阳活动低年对比结果不一致有可能归因于所用分析方法关注的时间尺度不相同.     

基于 Millstone Hill 非相干散射雷达观测的电离层电子浓度剖面的经验正交函数分析

本文利用经验正交函数（Empirical Orthogonal Function,简称EOF）方法分析了Millstone Hill非相干散射雷达（Incoherent Scatter Radar,简称ISR）近三个太阳黑子周期（1976年2月～2006年4月）的实测电离层160～700 km的电子浓度剖面资料,并分别用Chapman-α函数拟合了平均电子浓度剖面和带有均值的前三阶EOF级数．结果表明：电子浓度剖面的EOF级数的第一阶项主要控制F₂层峰值浓度N_mF₂,第二阶项同时控制F₂层的峰高h_mF^₂和等效标高H_m,第三阶项主要控制等效标高H_m．进一步分析了对应的EOF系数的周日变化、季节变化和太阳活动周期变化,这些变化反映了N_mF₂,h_mF₂,H_m的气候学变化规律,例如电离层的冬季异常、半年异常等．EOF方法在级数展开方面收敛速度快,很少数低阶项即能反映电子浓度剖面的主要变化,因此可用于提取出电子浓度剖面的主要分布特征及其周日变化与气候学变化特性,并可用于进一步构建相应的经验模式．     

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．     

北京地区电离层COSMIC掩星与垂测仪探测临界频率数据对比

使用COSMIC掩星和垂测仪,探测2011—2012年北京地区电离层临界频率数据,比较不同探测手段获取的电离层特征参量随地方时和地磁季节相关性的变化。研究表明:2组数据具有较好的相关性;标准偏差随地方时变化,日出时6:00 LT开始增大,日落时16:00LT到次高值,19:00LT达最大值后开始下降;标准偏差随地磁季节变化,夏季最小,冬季最大。分析认为,电子密度在垂直和水平方向上的梯度变化,造成掩星反演误差增大,可能导致了数据相关性在不同地磁季节和地方时刻的相应变化。     

Relation of long-period variations in the critical frequencies of the <Emphasis Type="Italic">F</Emphasis><Subscript>2</Subscript> layer to geomagnetic activity

The relation of the long-period variations in the midnight and noon values of the critical frequency of the ionospheric F ₂ layer at three midlatitude stations (Irkutsk, Moscow, and Boulder) to the daily mean index of geomagnetic activity in years of different solar activity has been studied. It has been found that the correlation coefficients between the above parameters depend on time of day, season, and solar activity level. The correlation coefficients are higher at night than in the daytime, especially at low solar activity. The highest absolute values of the correlation coefficient most often appear during equinoxes: April–May and September–October. It has been shown that the variability of the critical frequencies of the midlatitude ionospheric F ₂ layer depends not only on geomagnetic activity but also (to a considerable degree) on the effect of the lower atmosphere.     

Relation between daytime and nighttime values of the critical frequency foF2

The relation between the daytime in the nighttime values of the critical frequencies (foF2) of the ionospheric F ₂ layer is considered. The correlation coefficient of foF2 measured at 1400 and 0200 LT of the same day is considered in various seasons of years with different solar activity (during the complete cycle of solar activity in 1979–1989). Special accent is made on the dependencies of the above mentioned correlation on a choice of magnetically quiet days with various limitations on maximal values of geomagnetic index Ap. It has been obtained that a statistically significant negative correlation between the foF2(1400) and foF2(0200) is more pronounced in the periods of high solar activity. The effect increases with increasing limitation of the considered days on value of Ap: the largest values of the correlation coefficient are observed if only very quiet days are considered (Ap < 6). There are preliminary indications that the considered relation between daytime and nighttime foF2 values depends on latitude.     

Ionospheric variability over Grocka during low solar activity conditions

The variability of the critical frequency of F2 layer, foF2, over ionospheric station Grocka (44.48N, 20.31E) has been studied during the declining phase of solar cycle 23 from 2004 to 2006. The variability index was introduced to identify the daily and seasonal patterns characterizing the local mid-latitude ionosphere during quiet and disturbed geomagnetic conditions. In addition, the behaviour of the vertical total electron content values, vTEC, obtained from global positioning system (GPS) measurements in the surrounding area under these conditions is reported. The analysis shows a number of interesting features representative of the ionospheric variability relevant for ionospheric modelling as well as ionospheric propagation applications based on a single station approach.     

第24太阳活动周中纬度电离层低电离水平的观测研究

延续2008—2009年的太阳极低活动期,第24太阳活动周开始后太阳活动性上升缓慢,即使在趋近峰年时太阳极紫外(EUV)辐射通量的水平仍显著低于前几个活动周.比较第23、24周的太阳辐射水平,及日本国分寺和子午工程武汉站的电离层测高仪观测,发现第24周的太阳EUV辐射、电离层F区临界频率(foF2)和峰值高度(hmF2)都显著低于第23周的同期水平;在较低高度上,偏低的EUV辐射带来的电子密度变化不明显,而峰值电子密度(NmF2)和0.1~50 nm太阳EUV辐射通量在多数时候都同步的偏低25%~50%;但是在夏季NmF2与EUV辐射的关联性较差,即NmF2的偏低在夏季较少.分析认为这与热层中性风的季节特点有关:在夏季午后,吹向极区的子午向风总是较弱,在第24周偏低的EUV辐射背景下,减弱的离子曳力使其他季节的极区向风得到增强,进一步促进了NmF2和hmF2的降低,使这一机制的效果非常显著.基于上述结论,在对第24周电离层进行预测预报时,需更多地考虑非直接电离机制的影响.总体而言,第24周的热层和电离层变化特征可能将有别于之前几个活动周的观测,并偏离人们在此基础上所形成的认识.     

Climatology of total electron content near the dip equator under geomagnetic quiet-conditions

This study analyzes the TEC data during 1998–2007, observed by the AREQ (16.5°S, 71.5°W) GPS station to investigate the equatorial ionospheric variations under geomagnetic quiet-conditions. The diurnal TEC values generally have a maximum value between 1330 and 1500 LT and a minimum around 0500 LT. For the seasonal variation, the semi-annual variation apparently exists in the daytime TEC with two peaks in equinoctial months. In contrast, this semi-annual variation is not found in the nighttime. Furthermore, the results of the annual variation show that the correlation between the daytime TEC value and the solar activity factor is highly positive.     

南极中山站电离层的极区特征

本文利用1996年的电离层数字测高仪DPS-4所测的f0F2、f0E以及美国NOAA和DMSP卫星观测估算的半球功率指数和午夜极光区赤道侧边界纬度等资料,考察中山站电离层的极区特征。结果表明,在太阳和地磁宁静环境下,冬季极夜磁正午中山站处于极隙区中心时,电离层内的电离密度达全天的最大值;上、下午各有数小时间隔位极光带内时,高能粒子的电离作用也很重要;夜间进入极差区后,电子密度则很低。夏季极昼时,太阳EUV辐射的电离效应使电离层电离密度比冬季值大许多,而且,日变化的最大值时间也提前了1~2h,强磁扰时,极隙区和极光带均向低纬侧移动;中山站上空的电子密度会大幅度下降。在中等扰动环境下情况要加复杂：磁正午前后极隙区内软粒子沉降的电离强度有所减小,而上、下午极光区的高能粒子电离则有较大增加。     

基于ZH-1卫星探测的太阳活动低年顶部电离层不规则结构的时空特征

利用ZH-1卫星2019、2020年的原位电子密度观测数据,对卫星观测范围,即地理纬度南北65°之间午夜后顶部电离层的不规则结构进行研究,得到如下结果.(1)午夜后顶部电离层不规则结构集中区主要分布在地磁赤道、中纬度以及较高纬度区,白天赤道异常峰值区为不规则结构的谷值区.(2)不同纬度区不规则结构随地理经度分布呈现出明...     

An analysis of Pc3 and Pc4 pulsations at Terra Nova Bay (Antarctica)

We conducted a statistical analysis of the physical characteristics of the micropulsation activity (Pc3 and Pc4 range) detected, during the austral summer 1994/95, at Terra Nova Bay (Antarctica, corrected latitude 80.0°S), a station which is few degrees poleward of those where most of the Antarctic measurements in these frequency ranges have been performed. The emerging overview suggests that the correspondence between the pulsation power and the external parameters (solar wind speed, interplanetary magnetic field magnitude and orientation) is significantly stronger than at somewhat lower latitudes. The day-to-day power variability was found to be strictly related to the general level of the geomagnetic activity, and the power level sharply maximizes at local magnetic noon. In the Pc4 range peaks of correlation with the SW speed are found in the dawn and dusk sides of the Earths magnetosphere and the daily variation of the polarization pattern is closely consistent with that found at auroral latitudes and at lower frequencies. In the Pc3 range the correlation coefficient between the pulsation power and the SW speed has maximum values in the local morning, and the frequency of selected events reveals a strong IMF control during closed magnetospheric conditions. The local time dependence of the correlation coefficient between the pulsation power and the cone angle reveals an additional control by the IMF orientation, which becomes more explicit around local noon.     

Effect of the zonal E × B plasma drift on the electron number density in the low-latitude ionospheric F region at high solar activity near the December solstice

The variations in the electron number density of the ionospheric F2 layer maximum (NmF2) under the action of the zonal plasma drift in the geomagnetic west-geomagnetic east direction perpendicularly to the electric (E) and geomagnetic (B) fields during a geomagnetically quiet period on December 7, 1989, at high solar activity have been studied based on a three-dimensional nonstationary theoretical model of electron number densities and temperatures in the ionospheric F region. Calculated and measured NmF2 values for 12 low-latitude ionospheric sounding stations have been compared. When the zonal E × B plasma drift is ignored, the NmF2 values become smaller by up to a factor of 3 under nighttime conditions in the low-latitude ionosphere. The average effect of the zonal E × B plasma drift on NmF2 in the low-latitude ionosphere is larger during winter nights than under summer nighttime conditions.     

Nighttime enhancements in ionospheric electron content: seasonal and solar cycle variation

Various characteristics of anomalous nighttime enhancement in ionospheric electron content (IEC) at Lunping (14.08°N geomagnetic), a station near the crest of the equatorial anomaly, have been presented by considering the IEC data for the 21st solar cycle. Out of a total of 1053 enhancements, 354 occur in pre-midnight and 699 occur in post-midnight hours, which indicates an overall dominance of post-midnight events at Lunping. The occurrence is more frequent during summer, less during the equinox and least during winter months. All the characteristics of the enhancements have seasonal dependencies and they reach their maximum values during summer months. The occurrence of the pre-midnight events show positive and post-midnight events show negative correlation with solar activity. The results have been discussed and compared with those at low-latitude stations in India and Hawaii and at the mid-latitude station, Tokyo.