黄河站和Tromso站亚暴期间热层风场观测结果

中高层大气风场探测对研究大气物理过程具有极为重要的意义，尤其是在极地地区，风场对大气结构的影响更为剧烈.针对亚暴期间中国北极黄河站和日本Tromso站上空OI557.7nm气辉层（低热层）中性风场，利用全天空法布里-珀罗干涉仪（all-sky Fabry-Perot Interferometer，all-sky FPI）探测气辉谱线的多普勒频移，反演气辉层的大气风场信息.结果表明，低热层风场平均水平在100m·s-1左右，热层风场在极地地区更为剧烈，纬度相对较低的Tromso站探测到的风速整体小于同期黄河站上空的风速.结合离子风数据，分析离子拖拽和焦耳加热对中性风的影响过程，发现极光亚暴不仅对低热层风场有增强作用，也有明显的抑制效果，但整体风向都垂直于极光弧变化.      

磁层亚暴膨胀相的近地触发模型

本文指出现有亚暴的中性线模型其源区在赤疲乏面上离地球太远；以ＧＥＯＳ－２的观测资料为依据，提出了亚暴膨胀相的一个近地触发模型－气球模不稳定性模型，该模型认为，在增长相期间到达Ｒ≈（６－１０）ＲＥ的近地等离子体片内边缘区，出现指向地球方向的离子压强梯度，越尾电流强度增大，磁力线向磁尾拉伸。当等离子体片变薄，电子沉降增强，极光带电离层电导率骤增时，气球模不稳定性在近地等离子体片内边缘区被激发，场向电流     

极光带电急流产生声重波的效率

对大气中声重波的产生源的效率作了分析计算。结果显示,不同源的效率相差很大,而且还随频率、离原的距离和方向,以及不同的波动参量而变。对于极光带电急流产生声重波的源,即洛伦兹力和焦耳加热两个源来说,产生近场声重波的效率以洛伦兹为高、对于沿极光带电急流平面的运场区声重波而言,焦耳加热的效率高得多。但对垂直于极为带电流平面的速度波动则洛伦兹力的产生效率高得多;对于沿极光带电急流平面的法向的远场区内的所有声重波参量而言,洛地兹力的产生效率高得多。      

亚极光区极化流发生期间电离层离子下行的统计

亚极光区极化流是地球磁层–电离层耦合过程中最重要的现象之一,对电离层具有重要的调制作用.多数情况下,亚极光区极化流发生时会伴随局地离子上行流动,目前已对其有充分的研究,但对离子下行的研究却甚少.本文分析了DMSP卫星在2001-2015年间16个地磁暴中的观测数据,在483个亚极光区极化流事件中找到102个离子下行事件...     

用高分辨率地磁资料考察磁层耦合的特征

用取自１００°Ｅ和３００°Ｅ的两条地磁经度链附近１１个台站的１ｍｉｎ均值地磁资料,分析了１９９４年１１月２６日磁暴期间的磁扰特征,由Ｈ和Ｚ分量变得知,一区和二区场向电流的变化发展是磁层－电离层电动耦合中的重要过程,它们对于极光区和中纬区电离层的作用效果有很大差异。     

极向运动极光结构和喉区极光光学观测特征的对比分析

利用中国北极黄河站高时间分辨率的三波段全天空成像仪极光观测数据,联合太阳风和行星际磁场等观测,分析了极向运动极光结构（PMAFs）和喉区极光的形成及演化特征.研究发现:一系列PMAFs与喉区极光事件同时出现在观测视野中,其中PMAFs主要发生在日侧极隙区极光卵赤道向边界的极向一侧,沿东西方向分布,点亮后向高纬运动;喉区极光紧靠PMAF一侧发生,从极光卵赤道向边界向低纬延伸,沿南北方向分布,点亮后向高纬偏西方向运动;观测期间PMAFs发生频率高于喉区极光;当PMAFs与喉区极光同时出现时,PMAFs可以与喉区极光几乎同时出现或略晚于喉区极光出现,持续时间较喉区极光短.观测结果表明:与PMAF相对应的磁层顶重联过程和与喉区极光对应的磁层顶凹陷导致的磁重联过程在日侧磁层顶上的相邻区域分别发生,两种极光事件的形成过程相对独立,可能不存在相互触发关系.      

磁暴期间中纬度电离层剖面结构变化的数值模拟

利用电离层理论模型模拟了磁暴期间热层大气温度、成分、中性风和电场扰动对电离层电子密度剖面结构，特别是峰值密度和峰值高度变化的影响，结果表明，热层大气温度变化所引起光化反应系数的改变对电离层剖面结构影响不大；热层大气成分特别是Ｎ２／Ｏ的变化能有效地引起密度剖面变化，Ｎ２增加足以使峰值密度产生所观测到的负相暴；由中性风和电场引起等离子体漂移是峰值高度ｈｍＦ２变化的主要原因，但对电子密度的影响不足以抵消     

行星际磁场（IMF）By分量对磁正午前后区极光嘶声发生率的调制

利用南极极点站（磁纬约７５°）１９８６年３１－３８ｋＨｚ频率的ＶＬＦ波数据和卫星观测的ＩＭＦＢｙ分量数据，分析研究了ＩＭＦ晨昏分量Ｂｙ对高纬ＶＬＦ极光嘶声统计发生率周日分布的影响。结果发现，Ｂｙ对极光嘶声的统计发生率的磁地方对（ＭＬＴ）分布有明显的调制作用。磁正午前后的ＶＬＦ统计发生率不对称，Ｂｙ为正，午后发生率大于午前，Ｂｙ为负，午前发生率大于午后，Ｂｙ极性对夜侧ＶＬＦ发生频次的磁地方时分布也有     

平流层爆发性增温期间大气变化特性的COSMIC掩星观测

利用高精度和高垂直分辨率的COSMIC掩星观测资料, 详细深入分析了2007年冬---2008年春平流层爆发性增温(SSW)期间10~60 km高度范围内大气的变化特性, 尤其是上平流层和低中间层大气的变化特性. 结果表明, 在SSW过程中, 温度场、风场和剩余环流都发生了明显的变化. 根据温度在主增温前和主增温盛期的变化特性, 在水平方向, 大约以55oN为界, 在垂直方向, 大约以42 km为界, 可以将温度场在纬度-高度的分布分为4个区域: 高纬下层增温区, 增温幅度约高达25 K; 高纬上层降温区, 降温幅度约达30\,K; 中纬下层降温区, 降温幅度约为几K; 中纬上层增温区, 增温也约为几K. SSW期间上下层大气纬向风场的变化规律基本相同. 在纬度方向以45oN为界, 45oN以北地区的西风减弱东风增强, 风场变化高达50 m/s; 45oN以南地区西风增强东风减弱, 变化幅度比较小, 约10 m/s. 在2008年1月下旬到2月底, 大气温度和纬向风有明显的振荡现象, 周期约为12天. 剩余环流的环流圈在SSW期间会发生反转, 由此也表明, SSW期间大气中物质的输运方向也会发生改变.      

共轭梯度－快速傅里叶变换解齿状结构散射场

利用共轭梯度－快速傅里叶变换法（ＣＧ－ＦＦＴ）求解了谐振区齿状散射目标的雷达散射截面（ＲＣＳ）．通过共轭梯度－快速傅里叶变换求解电场积分方程（Ｅ－ＦＩＥ），给出齿状散射体的雷达散射截面．适当选取基函数和检验函数，将电场积分方程离散化，从而获致准确度较高的ＣＧ－ＦＦＴ实用程序，节省内存，提高了计算速度，缩短了计算时间．     

喉区极光的机器识别

喉区极光是一种发生在电离层对流喉区附近的极光现象,是极光卵向低纬侧延伸出的南北向分立结构,其可能对应由磁鞘高速流与磁层顶作用引发的磁层顶重联过程.喉区极光研究对深入理解太阳风—磁层—电离层耦合过程具有重要意义.从长期观测所积累的大量全天空极光观测数据中准确高效识别出喉区极光结构,是开展喉区极光统计研究的基础.本文利用北极黄河站2003—2017年全天空成像仪的极光观测数据,建立了喉区极光图像标注数据集;基于密集连接卷积神经网络（DenseNet）对极光图像全局高维表征的自动学习,首次实现了喉区极光结构的机器识别.算法对喉区极光识别准确率达96%,且具有良好的泛化性能.研究表明基于深度学习的图像识别方法可用于从海量极光观测数据中自动识别喉区极光事件.      

共轭梯度—快速傅时叶变换解齿状结构散射场

利用共轭梯度－快速傅里叶变换法（ＣＧ－ＦＦＴ）求解了谐振区齿状散射目标的雷达散射截面（ＲＣＳ）。通过共轭梯度－快速傅里叶变换求解电场积分方程（Ｅ－ＦＩＥ），给出齿状散射体的雷达散射截面，适当选取基函数的检验函数，将电场积分方程离散化，从而获致准确度较高的ＣＧ－ＦＦＴ实用程序，节省内存，提高了计算速度，缩短了计算时间。     

美国“地球观测系统”卫星参数表

美国“地球观测系统”卫星参数见表１。表１　“地球观测系统”参数表卫星ＥＯＳ－ＡＭＥＯＳ－ＰＭＥＯＳ－ＣＯＬＯＲＥＯＳ－ＡＥＲＯＥＯＳ－ＡＬＴＥＯＳ－ＣＨＥＭ科学用途测量地表、云、气溶胶和辐射收支特性测量云、降水和辐射收支、地面雪和海冰、海面温度和海洋生产率研究海洋生物量和生产率观测大气和气溶胶测量海平面高度、洋流和冰层质量测量大气化学成分及其传输过程、海洋现象有效载荷ＡＳＴＥＲ，ＣＥＲＥＳ，ＭＯＤＩＳ，ＭＩＳＲ，ＭＯＰＩＴＴＡＩＲＳ／ＡＭＳＵ／ＭＨＳ，ＭＯＤＩＳ，ＣＥＲＥＳ，ＭＩＭＲＳｅａＷＩＦ…     

在强地磁活动期间热层大气成份和密度的变化

选用了１９７４－０７－０６,１９８２－０３－０２和１９８２－０９－０６三次强地磁活动时的Ａｐ值,由ＡＥ－Ｃ和ＤＥ－Ｂ卫星所测得的热层成份数据,进行统计分析,结果表明;在强地磁活动期间,热层大气密度涨落变化十分清晰、涨幅随高度增高而增大,高度６００ｋｍ附近涨幅可直达４倍,热层大气成份中Ｎ２的数密度涨幅最大,而原子氧的丰度在强地磁活动期间明显地下降。     

利用MF雷达对耀斑期间电离层D区电子密度的观测研究

利用MF雷达观测资料对X级别耀斑爆发期间在66-80km高度之间的电子密度进行了研究，观测到了耀斑爆发期间电子密度的突然增加，在较低高度上的电子密度的时间变化趋势与耀斑的软X射线辐射通量相关．电子密度的变化强度依赖于具体的耀斑参数，有些耀斑引起的电子密度增加高达400cm^-3，有些仅为100cm^-3左右．但耀斑期间在这一高度区间增加的总电子含量增量仅占耀斑辐射引起的整个电离层总电子含量增量的千分之一左右．最后，利用恢复阶段电子密度的时间变化过程估算了1997年11月4日耀斑期间部分高度上的有效复合系数．     

太阳大气中自发重联的数值模拟（I）

本文在考虑了热传导、焦耳耗散和反常电阻的情况下，研究了日冕电流片中的自发重联过程。结果表明自发磁重联可通过反常电阻的焦耳耗散加热大气，这种作用与苈值的大小密度相关，这也许可以解释活动区日冕环 的稳态加热和耀斑前的预热相；当考虑电流片位形的下边界为固定边界时，由于系连效应会自然形为盔状结构，并且物质以４０ｋｍ／ｓ的速度沿两“腿”下落，这种下落物质速度将造成谱线红移。     

电离层峰下结构的数值模拟

在考虑由扩散与中性风引起的动力学输运与有原子离子Ｏ＾＋（＾４Ｓ），Ｏ＾＋（＾２Ｄ）与Ｏ＾＋（＾２Ｐ）以及分子离子Ｏ２＾＋，ＮＯ＾＋，Ｎ２＾＋参加光化学反应的电离层－热层体系中，提出一个一维时变的电离层剖面数值模型，通过数值计算着重讨论了武昌地区Ｆ２层峰以下，尤其是Ｅ／Ｆ与Ｆ１／Ｆ２谷区的电离层形态与有关过程，得到如下结论：（１）对于原子离子，单一成分Ｏ＾＋（＾４Ｓ）的光化学反应与输运，也有助于形成     

平流层爆发性增温事件中大气准16日行星波

2014年1月上中旬高纬平流层发生弱增温事件,增温幅度约25K,纬向西风减弱并于2月初转向.行星波在平流层爆发性增温（SSW）事件产生中具有重要作用.利用北半球近东经120°链上中低纬5个流星雷达探测的风场数据,研究了此SSW事件发生前和发生期间中间层和低热层区（MLT）大气风场的行星波状况.结果显示,极区平流层增温前MLT区大气呈现出明显增强的准16日波动,增温达到最大时,16日波也最强,表明中低纬MLT区的行星波变化与SSW事件存在耦合关系.进一步利用欧洲中心平流层再分析资料数据,分析SSW期间北半球平流层的波动和零风线状况,发现平流层准16日波和零风线随时间由低纬向高纬移动,反映出16日波与SSW之间存在某种动力学联系.      

大气行星波影响低频电波吸收变化的机制

本文根据冬季中低纬低电离层中、低频（ＬＦ）电波振幅扰动与高纬平流层中大气行昨波活动密切相关的观测事实，分析研究了可能引起低电离层对ＬＦ电波吸收变化诸因素的作用后，提出了一种能较好地解释观测现象的物理机制，大气行星波可通过两种方式改变大气离化率ｑ，因而引起低电离层中电子密度Ｎ扰动，进而改变由Ｎ大小决定的电离层电波吸收值，结果导致ＬＦ电波振幅发生相应变化。文中给出了描述这一物理计算公式和某些计算结果。     

模式化分析F区电离层赤道异常槽

利用二维低纬电离层理论时变模式模拟低纬电离层演化，考察影响赤道异常槽位置的物理因素．计算结果显示赤道槽有明显的季节、地方时和经度变化．以１１０°Ｅ为例，北半球夏季期间赤道槽一般在磁倾赤道北侧，最北达３°-３．５°Ｎ，而在北半球冬季期间一般位于磁倾赤道南侧，最南可达４°－５°Ｓ．进一步分析发现，赤道槽季节变化中光化电离率季节改变的影响很小，主要由水平中性风季节变化贡献．计算以８３天为例，白天赤道槽在地理经度１００°Ｅ附近最南，２８５°Ｅ附近最北，与观测特征基本一致．主要是背景大气水平风场的经度差异导致赤道槽位置的经度变化，而非前人认为直接由磁偏角控制的．