磁暴对海南地区电离层扩展F的影响

利用2002年2月至2007年12月海南地区DPS-4测高仪观测数据, 用统计分析方法研究了磁暴对电离层扩展F的影响. 结果认为磁暴从整体上抑制了扩展F现象的发生. 但若把扩展F分为不同类型, 则结果却有所不同. 对于频率型(FSF), 在2002年和2003年磁暴对其有促发作用, 在2004---2007年有抑制作用; 对于区域型(RSF), 在2002---2005年磁暴对其有抑制作用, 在2006年和2007年, 对其有弱促发作用; 对于混合型(MSF), 在2002年磁暴对其有抑制作用, 在2003年和2004年有促发作用, 从2005年开始, 磁暴对其有抑制作用; 对于强区域型 (SSF), 在2002---2004年磁暴对其有抑制作用, 在2005年和2006年有促发作用, 2007年有弱抑制作用.     

磁扰和磁静期间海南扩展F起始时间出现率研究

利用2002年2月至2007年12月(第23太阳活动周的下降段)近6年的海南DPS-4型电离层测高仪探测数据, 对磁扰和磁静夜晚期间扩展F起始时间出现率进行统计研究. 结合海南电离层观测站所观测到的扩展F类型, 将扩展F区分为频率型、区域型、混合型和强区域型, 分别进行统计分析. 结果表明, 无论磁扰还是磁静夜晚, 混合型扩展F起始时间总出现率最高, 最为活跃, 其次为频率型和强区域型扩展F, 最不活跃的是区域型扩展F; 无论在磁扰还是在磁静夜晚条件下, 混合扩展F起始时间主要围绕在午夜前后, 且磁静时更多地起始于午夜前, 而磁扰时则倾向于延至午夜后, 频率型扩展F在午夜后较高, 而强区域型扩展F则在午夜前较高. 在本次太阳活动下降阶段, 强区域型与区域型扩展F的起始时间出现率逐年与太阳活动呈现一定的相关性. 所得结果有助于分析不同类型扩展F在形态和机制方面的差异.     

赤道地区和中纬度地区扩展F的特点和比较

通过数值模拟研究了赤道地区和中纬度地区扩展F的触发机制间的联系,发现相同的触发机制在不同纬度的条件下所演化出的结构形态不相同,因此观测上会有所不同;研究了西向电场在赤道地区的作用,发现在适合的电离层参数组合下会产生观测到的电离层F区顶部扰动出现率高于底部扰动出现率的状况;在数值模拟的基础上提出了一个中纬度地区电波散射的模型,用以解释观测到的中纬度地区电波散射的出现率高于线性理论预期的现象.     

2005年8月24日强磁暴事件对高层大气密度的扰动

对2005年8月24日发生的突发型强磁暴(Kp峰值达到9)事件,利用星载大气密度探测器在轨实时的连续探测数据进行了处理和分析.结果表明,此次强磁暴事件期间,引起560 km高度附近大气密度剧烈扰动,并存在着两种响应过程.一种是跟随地磁扰动程度变化的全球性大气密度涨落变化,响应时间滞后6h左右, 最大涨落变化比为2.5;另一种为磁暴峰期出现在高纬地区的大气密度突发性跃增,增变比高达5.5.后者存在着区域上的不对称性及时间上的突发性和增幅的差异.此次强磁暴峰期还同时出现了南北半球高纬地区的大气密度跃增双峰.同时还表明这种增变峰可能存在着由高纬向低纬地区迅速推移的现象,在中纬地区推移速度可达15°/h(纬度)左右.      

中纬地区日间类扩展F不规则结构的观测研究

基于高频多普勒观测,研究中纬地区日间类扩展F现象及其与其他电离层扰动现象的关联.结果表明：日间类扩展F具有出现时间覆盖面广、持续时间长、与其他电离层扰动相互伴随等特征;形态特征表现为回波弥散（与夜间扩展F相似）,弥散回波的频移多倾向于正向偏移,有时与行进电离层扰动（TIDs）相互伴随.日间类扩展F现象虽然是偶发事件,且发生率极低,但其出现时间及区域的广泛性充分体现了该现象对空间天气及空间环境的影响具有不可忽视的重要性.     

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.     

强磁暴期间TIEGCM模式与CHAMP卫星热层大气密度的比较分析

利用NCAR-TIEGCM模式计算了2003年11月20—21日强磁暴期间410km高度上的大气密度,并与CHAMP/STAR加速度计反演数据进行对比和分析. 结果表明,模式结果能够准确反映磁暴期间大气密度的分布和变化情况,与实测结果在变化趋势和量级上具有较好的一致性,但在精细结构和数值大小上仍存在一定差异. 模式低估了磁暴期间大气密度的增幅,实测大气密度增幅高达250%～400%,而模式结果为100%～125%. 模式结果与实测数据的偏差在高纬地区高于低纬地区,日侧高于夜侧. 通过模式和实测数据的分析发现,磁暴期间大气密度扰动具有日夜侧和南北半球不对称性. 此外,模式能够准确反映磁暴期间大气密度扰动从高纬向低纬的传播以及大气密度对SYM-H指数响应的延迟特性.     

论赤道扩展F的密度不规则体(Ⅱ)

本文对等离子体中的电子和离子分别采用流体和动力论描述, 导出适于描述夜间赤道F层现象的若干非线性模型。由此证明赤道扩展F小尺度区域可存在大量偶极涡、孤子和孤子链等类型的密度不规则体。      

论赤道扩展F的密度不规则体(Ⅰ)

本文从等离子体二流体方程组出发,导出适于描述晚间赤道F层现象的DFA模型。证明该模型存在大量偶极涡解。它们可望用于解释赤道扩展F过渡区和中小尺度两区域内存在的大量密度不规则体事实。      

IRI-2007对扩展F的预测与观测比较研究

通过对赤道地区两台站的扩展F 实际观测值与IRI-2007 模型预测值的比较, 研究了该模型预测结果的地域局限性和预测的准确度. 该模型建立在美洲扇区赤道附近台站资料基础上, 本文选取非洲扇区大体同纬度两个台站资料进行对比研究. 统计结果表明, 无论在发生概率日均值的年变化趋势上, 还是在扩展F 发生率年均值随地方时变化以及随太阳活动的统计中, 都存在着明显的差异; 而对非洲两站实测值的分析和IRI-2007 模型对南美巴西地区的预测又分别与当前已有的研究结果相符. 分析结果表明, (1) 建立在巴西台站数据基础上的IRI-2007 模型的统计建模极具参考价值; (2) 赤道和低纬度电离层扩展F 现象有强烈的经度效应, 在该模型建模方法基础上, 结合不同扇区实际资料的统计, 能改进该模型全球应用的普适性; (3) IRI-2007模型能正确反映巴西地区扩展F 的发生概率, 用该模型和其他扇区不同条件下的实测值对比, 提供了一个细致研究扩展F经度效应的基础, 有利于确认导致扩展F发生的基本条件和多种影响因素的具体作用.     

海南地区电离层闪烁监测及初步统计分析

为开展赤道区的电离层闪烁形态特性及相关物理过程的研究,空间中心海南台站建立了一套GPS电离层闪烁监测系统.该系统是利用Plessey GPS Builder-2系统开发的,对软件的源码进行了修改,使其能以高采样率(50/s)同时并行记录11个通道GPS信号强度数据.对2003年7-12月间L-波段电离层闪烁事件的初步统计分析结果表明,电离层闪烁主要发生在日落后到午夜附近,其中9-11月较7-8月闪烁发生和结束的时间明显提前;电离层闪烁发生的频率和强度在9-11月较其他月份明显增强,其中10月达到最大;电离层闪烁的逐日变化具有很强的随机性,闪烁的发生在秋分附近9月底到10月中旬的磁静日期间达到最大;太阳和地磁活动的增强通常会抑制电离层闪烁的发生,这种情形在秋分附近尤为明显.     

Investigation of ionospheric response to two moderate geomagnetic storms using GPS–TEC measurements in the South American and African sectors during the ascending phase of solar cycle 24

The responses of the ionospheric F region using GPS–TEC measurements during two moderate geomagnetic storms at equatorial, low-, and mid-latitude regions over the South American and African sectors in May 2010, during the ascending phase of solar cycle 24, are investigated. The first moderate geomagnetic storm studied reached a minimum Dst value of −64 nT at 1500 UT on 02 May 2010 and the second moderate geomagnetic storm reached a minimum Dst value of −85 nT at 1400 UT on 29 May 2010. In this paper, we present vertical total electron content (VTEC) and phase fluctuations (in TECU/min) from Global Positioning System (GPS) observations from the equatorial to mid-latitude regions in the South American and African sectors. Our results obtained during these two moderate geomagnetic storms from both sectors show significant positive ionospheric storms during daytime hours at the equatorial, low-, and mid-latitude regions during the main and recovery phases of the storms. The thermospheric wind circulation change towards the equator is a strong indicator that suggests an important mechanism is responsible for these positive phases at these regions. A pre-storm event that was observed in the African sector from low- to the mid-latitude regions on 01 May 2010 was absent in the South American sector. This study also showed that there was no generation or suppression of ionospheric irregularities by storm events. Therefore, knowledge about the suppression and generation of ionospheric irregularities during moderate geomagnetic storms is still unclear.     

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.     

海南地区电离层Es特性研究

利用中国科学院空间科学与应用研究中心海南电离层观测站DPS-4电离层测高仪2002年3月至2005年2月的观测数据,对太阳活动下降期间海南地区上空发生的偶发E层(Es)的逐年变化和季节变化进行了统计分析.主要结果表明,在这3年中海南地区Es事件出现次数逐年增加;Esr,Esq出现最频繁,其次是Esr,而Esc和Esf出现次数较少,出现次数最少的是Esh;Es事件在夏季出现最为频繁,秋季和冬季次之,春季最为稀少;各季节不同类型Es事件的出现率也不同,其中Esl和Esq一般在各季节占主导地位,Esr其次,Esc,Esf和Esh出现次数较少,尤其是Esf在秋季几乎没有出现.这些结果对于进一步研究Es产生的物理机制提供了探测基础,同时对于电离层空间天气预报模型的建立也具有重要的意义.      

Ionospheric parameters in the European sector during the magnetic storm of August 25–26, 2018

Variations of ionospheric parameters Total Electron Content (TEC) by GNSS, critical frequency (foF2) by vertical sounding and electron density (Ne) by low-altitude satellite were studied at high, mid and low latitudes of the European sector during the magnetic storm of August 25–26, 2018. During the main phase of the storm the ionospheric F2-layer was under the positive disturbance at mid and low latitudes. Then the transition from the positive to negative ΔfoF2 values occurred at all latitudes. The recovery phase was characterized by negative ionospheric disturbance at all latitudes. This is due to the decrease of thermospheric O/N2 ratio during the recovery phase of the storm. The intense Es layers screened the reflections from the F2-layer on August 26th at high and at low latitudes but at different times. Some blackouts occurred due to the high absorption level at high latitudes. In general, foF2 and TEC data were highly correlated. The major Ne changes were at the low latitudes. In general, Ne data confirmed the ionospheric dynamics revealed with foF2 and TEC.