晴天大气电场时空变化特征分析

利用子午工程5个大气电场观测站点近10年的近地面晴天大气电场观测数据,在年变化、季节变化、日变化三种不同时间尺度上进行了对比分析。结果表明:不同纬度站点的日平均晴天大气电场峰谷类型不同,且部分站点的波峰出现了逐年左移或右移的趋势;在电场幅值变化方面,位于中低纬度地区的站点呈现出逐年减小的变化特征,而位于中高纬度的站点呈现出逐年增加的变化趋势,且这种年变化均是线性的;多元回归分析表明,最大波峰出现时间与地理经度呈负相关,而与地理纬度呈正相关;各站点在近10年中均未出现明显的纬度效应;冬季的晴天大气电场日平均值水平较高,夏季较低,且各季节的日平均晴天大气电场最小值及最大值均近似呈正态分布;最小值及最大值在年度和季节两个时间尺度上的变化规律是基本一致的。这些研究结果揭示了晴天大气电场在不同时间尺度上的变化特征。      

基于海南VHF雷达观测的低纬E区场向不规则体研究

利用海南VHF雷达（19.5°N,109.1°E;磁纬8.1°N）在2011年7月15—22日期间的连续观测数据,对东亚低纬3m尺度电离层场向不规则体（FAI）特性进行了分析. 主要结果表明,在整个观测期间,E区场向不规则体几乎每天发生,既可发生于夜间,也可发生于白天,且存在各种不同结构. 根据E区场向不规则体发生的时间及形态,可将其分为三种结构类型:低部连续型结构、上部下降型结构以及白天连续型结构. 这些低纬E区场向不规则体的回波谱特性与赤道电集流（EEJ）和中纬区E区场向不规则体中的2型回波相类似,但其随时间的变化与后两者存在明显差异,且与其他低纬区E区场向不规则体回波存在不同程度的差异.      

一种用于测量高层大气风场的新型地基Fabry-Perot干涉仪

地表海拔大约250\,km高度处大气非常稀薄,目前被动光学观测是该层风场探测最有效手段.Fabry-Perot干涉仪(FPI)由于具有较高能量利用率及光谱分辨率等特点,是该层大气最有效的地基风场探测仪器之一.基于采用光路缩束系统及滤光片后置(标准具之后)方法研制的小型化FPI,2014年分别在河北廊坊(39.40°N,116.65°E)和山西岢岚(38.71°N,111.58°E)进行了地基观测试验,将观测数据与反演算法相结合得到高层大气风场数据,并将数据结果与美国大气研究中心两台FPI的风场数据进行了比较研究,在气辉整体辐射较弱的情况下得到岢岚站的风速平均反演偏差为11.8 m·s-1.      

青海省柴达木盆地大气电场随高度的变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量及其时空特性对研究空间天气活动、气象活动以及大型地质活动具有重要意义.2019年8月26日和28日，中国科学院鸿鹄专项团队在青海省海西蒙古自治州大柴旦镇地区放飞搭载模式电场仪的探空气球，测量了不同高度的大气电场强度.利用互相关函数法和主成分分析法研究了此次气球实验得到的电场数据.结果表明，尽管通常情况下决定大气垂直电场大小的主要因素是高度，但是该地区风场对大气电场强度的影响也比较显著.晴天大气条件下，有无薄云的存在对大气电场测量存在一定影响，有云条件下，风速会通过影响云的形成间接影响到大气电场.此外，柴达木盆地存在一个易受下垫面影响的大气电场边界层，分析表明这个边界层厚度在3km以上.对边界层大气电场变化以及晴天无云时3600m以上的大气电场分布进行了分析和拟合.      

赤道异常区GPS-TEC与系统硬件偏差的反演

提出了一种基于最小二乘的赤道异常区GPS-TEC与系统硬件偏差的反演方法.利用设置在福州、厦门、广州和南宁4个台站的观测数据,可以得到GPS卫星和接收机的硬件偏差以及(20°～28°N,105°～123°E)区域中48个3°×1°网格的TEC(时间分辨率为15 min).应用于2006年观测数据,得到了较稳定的系统硬件偏差,其中卫星硬件偏差值与欧洲定轨中心公布的结果接近,得到的TEC具有合理的日变化和季节变化特征.该反演方法可以应用于赤道异常区电离层的研究.      

2006年4月5日中等强度磁暴期间观测到的大经度范围等离子体泡

利用分布在70°E～210°E和20°S～40°N之间的GPS台站的数据,分析了2006年4月5日夜间(中等强度磁暴期间)观测到的电离层等离子体泡的特性.结果表明,本次事件中,等离子体泡大约发生在当地日落后1～1.5 h;空间范围为经度90°E～160°E,纬度12°S～33°N.这是第一次利用地基设备观测到如此大经度范围内的等离子体泡.等离子体泡在南半球出现较早,并且存活时间较长.在其产生的过程中,在约1100 km高度上,映射到磁赤道向上的运动速度约为300m/s,并且等离子体泡在高度上有倾斜.东向电场的存在,对激发等离子体泡起到了一定的作用.      

2021年10月11日地磁暴对两座变电站GIC的影响

近年来中国相继监测到地磁暴侵害电网、铁路轨道电路和油气管道系统产生的地磁感应电流（Geomagnetically Induced Current,GIC）数据,但是目前实测的GIC数据还相对较少。根据2021年10月9日日冕物质抛射事件（CME）产生的Kp指数为6的地磁扰动（Geomagnetic Disturbance,GMD）数据,500 kV阿拉坦变电站（48.7°N,116.8°E）和上河变电站（33.4°N,119.2°E）及输电系统的参数,分析了2021年10月11日地磁暴期间在两座变电站监测到的GIC数据以及输电系统参数对GIC量值的影响。结果表明:地磁暴在500 kV上河变电站产生的GIC比阿拉坦变电站GIC量值相对较大。分析结果说明,在这次磁暴事件中,输电线路导线电阻是影响变电站GIC的主要因素。      

锡林浩特市火山地质公园平台山顶近地面大气电场变化特征

大气电场强度是大气电学的重要参数.大气电场的准确测量对雷暴和地震的监测、预警等具有重要的意义.利用2015年8月27日气球搭载大气电场仪测量近地面大气电场实验得到的电场数据，分析在特殊地形表面近地面500m高度内大气电场强度随高度的变化特征.结果表明:晴天条件下，火山喷发形成的熔岩平台山顶上空近地面大气电场强度随高度增加呈指数递减，大气电场的数值和变化范围均较大，尤其是近地面100m高度内，大气电场值达到1kV·m-1以上.此外，还通过经验公式得出了近火山灰石地表的大气电导率.受空气中重离子的影响，其电导率远小于全球大气电导率的平均值.实验结果丰富了在特殊地形下大气电场的测量结果，揭示了中国内蒙古锡林浩特地区火山山顶近地面大气电场强度随高度的变化特征.      

中低纬电离层不同季节地磁暴响应的事例分析

利用中国中低纬台站漠河（53.5°N，122.3°E）、北京（40.3°N，116.2°E）、武汉（30.5°N，114.2°E）和三亚（18.3°N，109.6°E）的电离层观测数据，对比分析了4个台站电离层参数在2015年不同季节4个地磁扰动事件期间的变化特征.结果表明，4个磁暴事件期间电离层的响应特征并不完全一致，有着明显的季节特征，春季、夏季和秋季电离层以负相扰动为主，冬季以正相扰动为主.分析发现，中性成分O/N₂的降低与电离层负相扰动有关，但三亚地区的负相扰动还与扰动发电机电场相关.正相扰动的机制在不同事件中并不相同，穿透电场可能是引起春季磁暴事件期间电离层短时正暴效应的原因，而冬季长时间的正暴效应则是扰动电场和中性风共同作用的结果.      

雷暴云准静电场和夜间低电离层的电离

用点电荷模型计算雷暴云突然放电后形成的准静电后形成的准静电场随高度的分布，以E/N（E的电场大小，N为大气密度）为输入参量，在一定条件下，对Boltzmann方程数值求解，计算电离层电子数密度的扰动。计算结果表明，在约70-90km之间，在约放电后的10ms内，准静电场大于中性大气的击穿电场，将引起大气的雪崩电离，从而引起夜间低电离层电子密度的显著增加，但这种电子密度的增加是暂的，在很短的时期内就恢复到平静时的水平，恢复时间随高度的变化而不同。     

Preliminary results of fair-weather atmospheric electric field in the proximity of Main Boundary Thrust,Northern Pakistan

The atmospheric electric Potential Gradient (PG) variation of fair-weather days at Muzaffarabad (MZF, Northern Pakistan) station is presented for the period of January 2015–October 2017. The present investigations focus on the diurnal variation of atmospheric PG on the seasonal and annual time scale. The fair-weather seasonal and annual average PG variation has revealed two peaks, i.e. a primary maximum peak and a secondary maximum peak. The average maximum PG value found is ～410?Vm^?1. The results are then compared with the well-known standard oceanic Carnegie curve. The diurnal curve of PG is found to deviate from the Carnegie curve. The seasonal PG variation at MZF shows lower values during the summer (monsoon) and autumn (post-monsoon) as compared to the winter and spring (pre-monsoon) which could be due to local aerosol concentration. Global comparison of PG (%) values of the annual mean at different longitude, with MZF observatory, shows local morning and evening peaks depicting local sunrise and sunset effects on the PG. The overall outcomes will certainly contribute to further investigate the Global Electric Circuit (GEC).     

带电云对大气电场随高度变化特征的影响

大气电场与雷暴活动、气候变化、大气污染、太阳活动密切相关,在特殊地形上探测大气电场的高度分布对于大气电学的相关研究具有重要意义。2020年9月12日,中国科学院鸿鹄专项团队将大气电场仪搭载在探空气球上,在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦地区进行了大气电场高度分布的探测实验。本文分析讨论了此次实验中用到的电场仪、实验过程及实验结果。大气电场曲线中间凸起的部分对应电场仪穿过带电云层,因此将其分为三段并分别进行拟合。探测实验及分析结果表明:在不同高度处大气电场的主要影响因素不同,其分布规律会存在差异。此外,带电云会使大气电场强度整体增大,但云层中大气电场的高度分布仍能较好地符合指数变化规律。      

Impact of local and global factors and meteorological parameters in temporal variation of atmospheric potential gradient

In this research work, we have performed comparative diurnal variations of atmospheric Potential Gradient (PG) of fair-weather days by using the data of three stations installed in Northern, Pakistan for the year 2018. We investigated the impact of both local and global factors and meteorological parameters in the diurnal variation of atmospheric Potential Gradient on the annual and seasonal time scale. We observed two peaks, primary and secondary. This is because of the land-based measurements of annual and seasonal variations. The annual average curve of Potential Gradient of all three stations: Islamabad (CES), Muzaffarabad (MZF), and Balakot (BKT) demonstrated a notable deviation from the standard oceanic Carnegie curve. The atmospheric Potential Gradient variations are due to numerous meteorological factors e.g., air pollution, humidity, aerosol particles, fog, and temperature. Among three stations, the MZF station is located in highland (mountainous) and it demonstrated a higher atmospheric Potential Gradient. We further differentiate the results of our three stations with global results for authenticity and observed coherence between them. In addition, a positive correlation of fair-weather Potential Gradient is observed with temperature and a notable correlation between relative humidity and atmospheric Potential Gradient for all the three observatories.     

低纬电离层等离子体块相关等离子体泡演化期间的虚高变化

针对东亚地区地磁低纬度南北半球Vanimo台站(地理2.7°S,141.3°E;地磁11.2°S,146.2°W)和海南台站(地理19.5°N,109.1°E;地磁9.1°N,179.1°W)上空的3个电离层等离子体块与等离子体泡相关联的事件,利用地面台站的电离层测高仪连续观测数据,研究等离子体泡演化期间的电离层虚高变...     

中国典型区域Es特性研究

利用中国海口、长春和拉萨三个站1976-1986年一个太阳周的观测数据, 对中国典型区域的Es特性进行了研究. 分析了不同强度Es (f₀E_s > 3, 5, 7, 9MHz)出现概率随本地时、季节以及太阳活动的变化规律, 并对电离层Es遮蔽情况(包括全遮蔽和半遮蔽)进行了系统分析. 研究结果表明, 各种强度的Es出现概率均是白天大于夜间, 夏季高于其他季节, 随太阳活动性变化规律不明显, 地区差异较大, 大部分情况拉萨站Es出现概率最高; 对于全遮蔽和半遮蔽特性, 不同站也表现出不同的分布规律.