2000年4月磁暴期间武汉地区F电离层突然抬升现象

2000年4月6-7日的大磁暴(Dst最小值达到-317nT),急始(SSC)在6日1640UT左右出现,随后磁暴主相开始,约在7日0013UT进入恢复相.磁暴主相前期武汉地区F区电离层出现突然抬高现象,在2h内h′F和h_mF₂分别较暴前日增加约200km.此期间台湾中沥也几乎同时出现了F区电离层突增现象.磁暴主相前期f₀F₂较暴前日下降1.6MHz,其变化幅度在f₀F₂逐日变化起伏范围内,但7日f₀F₂最大值明显低于4-6日暴前水平,并伴随着波动特征.认为此次磁暴主相前期武汉地区F区电离层突增现象,可能和夜间磁暴常出现的扰动东向电场有关.      

宇宙线强度变化与磁扰K类型

本文把1966—1983年期间发生的679个地磁暴进行了分类,利用统计方法分析了各类磁暴发生前后宇宙线强度的变化特征.突发急始脉冲发生后,宇宙线强度没有出现显著的变化;缓始型暴发生后,宇宙线强度出现Forbush下降,但下降幅度很小;急始型暴发生后,宇宙线强度出现十分明显的Forbush下降.当把急始型暴按K指数大小和持续时间分为5种类型,发现它们伴随的宇宙线Forbush下降是不一样的,其下降幅度随磁暴的增强而加大,下降的速率随磁暴的增强而加快,扰动的持续时间随磁暴的减弱而增加.      

一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析

地磁暴发生时,电离层会有偏离平均水平的强烈扰动.基于全球电离层TEC及其时间变化率ROTI(Rate of TEC Index)数据,对2014年8月一次中等强度磁暴期间的全球电离层影响进行了分析,探讨了磁暴所引发电离层暴的可能机制.研究发现,本次磁暴伴随有明显的电离层暴效应.磁暴期间:南半球电离层以正相暴为主,北半球电离层暴则整体表现为短暂正相暴后长时间强的负相暴;电离层在北半球的下降比南半球强,并且这种下降持续了约一周时间;低纬区域电离层变化幅度明显小于中纬区域,高纬区域则主要表现为负暴效应;赤道北驼峰出现了明显的南移现象,直至磁赤道两侧双驼峰结构消失.对磁暴期间三个不同扇区的电离层ROTI变化的分析表明:欧洲-非洲扇区磁暴前有电离层闪烁发生,磁暴发生后消失,而东亚-澳大利亚及美洲扇区则无此现象出现.研究结果表明,此次磁暴期间的电离层变化存在明显的时间和空间差异.     

一次中等磁暴期间全球电离层TEC及ROTI指数变化分析

地磁暴发生时,电离层会有偏离平均水平的强烈扰动.基于全球电离层TEC及其时间变化率ROTI(Rate of TEC Index)数据,对2014年8月一次中等强度磁暴期间的全球电离层影响进行了分析,探讨了磁暴所引发电离层暴的可能机制.研究发现,本次磁暴伴随有明显的电离层暴效应.磁暴期间:南半球电离层以正相暴为主,北半球电离层暴则整体表现为短暂正相暴后长时间强的负相暴;电离层在北半球的下降比南半球强,并且这种下降持续了约一周时间;低纬区域电离层变化幅度明显小于中纬区域,高纬区域则主要表现为负暴效应;赤道北驼峰出现了明显的南移现象,直至磁赤道两侧双驼峰结构消失.对磁暴期间三个不同扇区的电离层ROTI变化的分析表明:欧洲-非洲扇区磁暴前有电离层闪烁发生,磁暴发生后消失,而东亚-澳大利亚及美洲扇区则无此现象出现.研究结果表明,此次磁暴期间的电离层变化存在明显的时间和空间差异.     

在地磁暴期间大气气旋的变化

本文分析了1966—1978年间地磁暴期间地球大气气旋的变化。在地磁暴发生后,大气涡度面积指数(VAI)出现明显的扰动。在磁暴发生后第2天VAI有一个明显的增加,然后下降,到第4天VAI下降到最小值。但是,不同的磁暴类型发生时,VAI的扰动特征是不同的,而且具有明显的季节效应。     

日全食期间中间层大气臭氧光化过程试验

利用包括活O_x、HO_x、和NO_x等成份在内的一维时变光化模式,研究了日全食时上中层大气臭氧和O₂(1△g)的变化特性,并通过与观测资料的比较进行了光化模式的试验.结果表明,日全食时太阳辐照变化对1.27μm气晖影响的高度比曙暮期间明显偏低,利用1.27μm气晖光度计测量大气臭氧的高度范围约为52-67km.1997年3月9日漠河日全食时测量的大气臭氧含量变化幅度为50％.这与考虑O_x、HO_x、和NO_x等成份的光化模式理论模拟结果基本一致.它表明在52-67km高度范围不存在臭氧亏损现象.      

臭氧9.6μ带总吸收比的实验测定

在室温(约18℃)下测定了臭氧(O₃)9.6μ带的总吸收比,O₃含量在0.0188-0.5atmcm,压力在17—760mmHg之间。实验中使用了十字型吸收池,其一支通过紫外线,用以测量臭氧含量;另一支通过红外线,用以测量臭氧9.6μ带的总吸收比。对实验数据应用光谱模式理论进行了分析和处理,结果表明本实验资料与统计模式符合。最后给出了适用于统计模式的带参数。      

2004年11月一次磁暴期间全球电离层TEC扰动分析

利用全球分布的GPS原始观测数据提取的电离层总电子含量(TEC)分析了2004年11月6日至12日期间全球电离层暴的形态特点与发展过程.结果表明,11月8日磁暴主相期间电离层暴以大范围的强烈正暴为主,在11月10日的恢复相,Dst又一次降到最低值前后期间,电离层再次受到很强的扰动,大范围的正暴和负暴交替出现.这次磁暴期间夏季半球的负暴更加强烈,反映出负暴偏向于在夏季半球发生的季节变化特点.另外,磁暴期间,夜晚TEC值普遍比磁暴前的平静期要低,具体是什么机制导致还需要进一步收集数据和分析.      

满州里上空电离层之平均特性及暴时特性

本文对1983年满州里(磁纬38.07°)的测高仪资料和子午仪卫星资料进行了处理.前者主要是对F₂层临界频率f₀F₂,而后者是对微分多普勒的总含量N_T进行分析.得到满州里上空电离层之平均特性,以及磁暴期间电离层的一些异常变化.结果发现,满州里电离层的平均特性具有典型的季节异常,且f₀F₂和N_T的变化呈现较好的一致性.满州里上空电离层的扰动大都发生在两分点季和冬季,且正相大多发生在冬季,双相大多发生在两分点季,负相大多发生在夏季和两分点季.得出1983年满州里暴时N_T和f₀F₂相对于月中值偏移量的均方根值δN_T和δf₀F₂都与磁Ap指数均方根值δAp之间存在一元线性相关.      

受控生态生保系统内红萍供氧特性研究

研究红萍载人供O₂特征, 为红萍生物部件进行系统总体地面模拟试验及空间应用奠定基础,构建了受控生态生保系统密闭试验舱和红萍栽培装置, 在“红萍-鱼-人”共存情况下, 测定密闭舱内O₂, CO₂浓度的变化. 试验结果显示, 单位重量的鱼耗O₂量. 0805～0.0831 L·kg-1·h-1, 排放CO₂量为0.0705～0.0736 L·kg-1·h-1; 试验志愿者耗O₂量19.71 L·h-1, 呼吸释放CO₂量18.90 L·h-1. 人工光照保持7000～8000 lx条件下, 红萍的光合作用与人和鱼的呼吸作用相辅相成, 舱内O₂, CO₂浓度趋于平衡. 密闭舱内CO₂浓度升高对促进红萍群体净光合效率有明显效果, 红萍光合放O₂能力很强, 能有效促使密闭舱内O₂, CO₂浓度朝着有利于人生存的环境方向平衡, 进而验证了红萍的空间应用前景.      

太阳质子事件与大气臭氧扰动

本文利用统计分析方法分析了1960至1982年间1级以上的太阳质子事件与四个不同地理纬度大气臭氧含量的相互关系.分析结果表明,对于中、低纬度地区,1、2级太阳质子事件基本上不影响大气臭氧含量,只有3、4级的大事件才对臭氧含量产生扰动,而且具有明显的纬度效应;对于极区,1级以上的太阳质子事件就能对臭氧含量产生影响,随着质子事件级别的增高,对臭氧含量的扰动也加大.通常,太阳质子事件发生的当天,臭氧含量开始下降,在第4天下降达最小值,整个扰动持续数日.由太阳质子事件扰动大气臭氧明显的纬度效应证明了太阳质子事件的确是使大气臭氧含量变化的重要因素.此外,分析结果表明,冬天出现的太阳质子事件对臭氧的扰动要大于夏天质子事件对臭氧的扰动.这些结果给出了太阳质子事件影响大气臭氧的一个总轮廓,而且从理论上得到了较好的解释.      

日侧极隙纬度VLF波的磁暴效应

利用时序叠加法对1984年4月至1987年2月的日侧极隙纬度VLF波活动指数与磁暴活动作了统计分析。结果表明若以磁暴开始日为第0天,则VLF波活动指数在0至一2天内相对于平均值都有下降的效应,而在第2天或第4天则有明显的上升效应,并且存在着季节不对称性,其中急始型的暴始下降和缓始型的暴后上升效应均显冬大夏小的特征,冬季值约为夏季值的3倍。      

强磁暴、能量粒子暴与热层大气密度涨落之间的相关关系

利用1997-2007年由GOES8, GOES11和GOES12星载高能粒子探测器在地球同步轨道高度上所探测到的高能质子和高能电子通量探测数据以及高度560km左右星载大气密度探测器所得的热层大气密度探测数据, 统计分析了强地磁扰动、高能粒子通量跃变和热层大气密度涨落之间的相关关系, 初步获得强地磁扰动期间, 地球同步轨道(外辐射带外环)均出现了增幅大于三个数量级的高能质子通量(尤其是E>1MeV)强增强现象, 随后热 层大气密度强烈上涨, 表明三者之间是正相关关系. 在时间上地球同步轨道高能质子通量强增强现象先于日均Ap值(地磁活动程度)上涨约一天左右, 而热层大气密度强涨落现象又明显滞后于强地磁扰动事件.      

太阳活动低年广州地区地磁扰动与电离层闪烁的统计特征分析

基于肇庆地磁台的地磁监测数据和广州气象卫星地面站建立的华南地区GPS电离层闪烁监测网的监测数据, 统计分析了2008年7月至2010年7月太阳活动低年期间广州地区地磁扰动与电离层闪烁的关系. 用肇庆台地磁水平分量H的变化量换算出肇庆地磁指数K, 以此来代表广州地区地磁扰动情况.分析结果表明, 磁暴/强地磁扰动对广州地区电离层闪烁的发生总体表现为抑制作用, 电离层闪烁主要发生在低K值期间, 而在K ≥ 4时电离层闪烁的发生呈下降趋势. 电离层闪烁发生率随季节和地磁活动的变化规律表现在, 春季的弱闪烁发生率、夜间中等以上闪烁发生率和夏季中等以上闪烁的发生率明显与地磁活动指数K相关, 即随$K$指数的增大而减小; 在秋季和冬季闪烁发生率与K指数变化无明显关系. 同时还综合分析了地磁与太阳活动的变化对电离层活动的影响, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间.      

2009年1月平流层爆发性增温期间全球电离层响应的研究

2009年1月平流层爆发性增温(Stratospheric Sudden Warming, SSW)事件是有记录以来最强、持续时间最长的一次主增温事件(Major Warming Event, MWE), 期间太阳活动和地磁活动均处于较低的水平, 因此非常有利于研究电离层对平流层增温事件的响应情况. 本文利用COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate)系统提供的掩星数据, 使用Kriging方法分别构建了此次SSW期间及平静期的电离层N_mF₂, h_mF₂和110～750km高度范围的垂直积分TEC (简称VTEC)地图, 同时从全球定位导航卫星系统服务组织(International GNSS Service, IGS)发布的全球电离层TEC地图(Global Ionospheric Maps, GIMs)中提取了日固坐标系(Sun-fixed, 地磁纬度和地方时)下全球TEC地图. 通过对比发现, SSW期间与平静期相比, 地磁纬度中低纬电离层参数存在早晨上升, 下午和夜间下降的现象. 利用OSTM/JASON-2卫星高度计观测值进行验证后的结果显示, 此前研究均未有提及的夜间时段电离层参数N_mF₂, h_mF₂和TEC (VTEC和IGS TEC)的下降现象的确存在.      

太阳活动突发过程对临近空间大气影响的模拟

空间天气对地球及近地空间具有重要影响,大的空间天气事件对中上层大气动力学和成分具有不同的影响。利用全大气耦合模式WACCM,针对太阳耀斑、太阳质子、地磁暴三类事件,以太阳活动平静期2015年5月10-14日的GEOS-5数据为模式背景场,通过F_10.7、离子产生率、Kp及Ap指数设置,分别模拟三类事件对临近空间大气温度、密度和臭氧的影响。结果表明耀斑事件在三类事件中对临近空间大气温度和密度的影响最为显著。平流层大气温度增加是由耀斑辐射增强引起平流层臭氧吸收紫外辐射发生的光化学反应所致,耀斑事件引起平流层和低热层温度增加约为2～3 K,低热层大气相对密度增加在6%以内;太阳质子事件及磁暴事件主要影响低热层,但太阳质子事件和磁暴事件对低热层温度扰动不大于1 K。     

电离层D区域电子浓度和电子有效损耗率随时间的变化

本文根据D电离层的电离复合理论,讨论了利用单站、单一频率的LF天波资料连续监测和研究D区域固定高度上电子浓度N(h₀,t)和电子有效损耗率ψ(h₀,t)随时间变化的方法。应用这一方法对武昌站的部分实验资料作了分析,得到了N(h₀,t)的日变化、月变化曲线;并发现ψ(h₀,t)也有明显的日照效应,上、下午呈现显著的不对称性;两者的逐日变化都较小。