西藏阿里地区的晴天大气电场特征

晴天大气电场是一个区域大气电场变化的基准场,是大气电场特性的研究基础。对于具有不同地质条件、地理环境和地形特点的区域,晴天大气电场特征具有明显区别。利用在西藏阿里地震台（80.12°E,32.51°N）安装的一台场磨式大气电场仪于2021年10月10日至2021年11月10日观测到的数据,通过对大气电场数据建模与分析,结合气象条件,得到西藏阿里地区23天晴天条件下的平均卡耐基曲线。经过平滑处理去除仪器噪声的波动,得到西藏阿里地区的晴天条件下的标准卡耐基曲线,进而与北京市昌平区十三陵观测台站（116.23°E,40.25°N）同期的晴天大气电场特征进行对比,并对其电场特性差异和原因进行了讨论。研究结果对分析高原地区晴天大气电场特征具有重要的参考价值和科学意义。      

基于CHAMP卫星观测数据对热层大气密度的经验正交分析

对2003年(太阳活动较高年)至2007年(太阳活动低年) CHAMP卫星的热层大气密度观测数据进行了经验正交函数(EOF)分析, 得到了400 km高度上白天平均大气密度ρ的太阳活动周变化与年度变化等不同变化分量. 研究结果表明, ρ受太阳活动影响较大, 其太阳周变化分量与F10.7指数变化之间的相关系数可高达94.5 %; ρ的太阳周变化分量随纬度增加而减小, 且在中高纬地区, 南半球的值明显大于北半球的值, 在低纬地区则出现基本对称的双峰分布, 即赤道质量密度异常(EMA)结构. 在ρ的年变化中, 呈现出明显的季节变化, 即夏季低冬季高; 同时ρ的年变化幅度随太阳活动增加而增强, 随纬度增加而增强. 将本文结果与经验模式NRLMSISE00在观测条件下的输出数据进行对比, 发现两者的太阳周变化与年变化分量基本一致, 但本文观测数据的太阳周成分随纬度变化略小, 年变化幅度略大, 且NRLMSISE00模式不能再现EMA结构. 研究结果对揭示热层气候学变化特征具有重要意义.      

武汉上空背景Na层长期变化和夜间变化特征的激光雷达观测研究

通过分析武汉大学激光雷达在2001年4月到2004年12月的观测数据,研究武汉(30.5°N,1144°E)上空背景Na层的长期(时间尺度大于1年)变化和夜间变化特征,并讨论了这种变化特征可能的产生原因.Na层长期变化的观测研究表明,背景Na层柱密度最大值出现在11月,大约是5月份最小值(1.6×109 cm-2)的2倍;质心高度最大出现在8月,比年平均高度91.5km高14km,最小值出现在5月,为91.2km;rms宽度平均值为4.5 km,最大值和最小值分别出现在12月和3月;月平均Na层质心高度和均方根宽度都具有准半年周期的变化,但两者变化的相位相反.除了长期变化外,背景Na层还呈现出明显的夜间变化特征:除凌晨短暂的时间外,Na层柱密度随夜间时间增加,于0530 LT达到最大值(2.9×109 cm-2);峰值对应的高度随时间下降;质心高度随时间缓慢增加但在凌晨迅速下降基本恢复到入夜时的高度;整夜背景Na层平均柱密度、峰值对应的高度、质心高度和rmS宽度起伏值分别为1.1×109cm-2,3 km,0.3 km和0.8 km.      

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.      

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.      

北纬30°N中间层和低热层大气平均风中频雷达观测

利用武汉(30.5°N,114.4°W)中频雷达在2001年1月1日至3月18日、2002年2月5日至3月18日、2002年10月18日至12月31日期间,日本Yamagawa(31.2°N,130.6°W)中频雷达在1997年1月1日至10月17日期间的数据,分析北纬30°N地区上空60-98km高度的中间层、低热层大气平均风的变化规律,结果表明平均纬向风和经向风都具有明显的季节变化.平均纬向风在冬季基本为西风,随高度增加,西风减弱,甚至在上部会出现微弱的东风;夏季中间层表现为强烈的东风,低热层则为西风,风向转换高度在80km附近;春季和秋季为转换季节,在春季出现舌状东风结构.80km附近的平均经向风场在冬季以南风为主,在夏季则以北风为主.不同年份的平均风场存在年际变化性,但其气候变化特点非常相似.中频雷达观测结果与HWM93模式结果的气候变化特点符合很好,与其他纬度的平均纬向风气候变化特点基本类似.     

北京地区大气温度及重力波活动的季节变化

利用瑞利激光雷达观测数据,分析了北京地区35~70km高度范围内大气温度和重力波活动的季节变化.发现北京地区30~70km高度范围内的大气温度有明显的年周期变化:平流层顶最高温度出现在6,7月份,大约为270K;中间层70km高度最低温度也出现在6,7月份,大约为200K.以2014年10月14日晚数据为例,分析重力波势能密度,发现50km以下重力波势能存在耗散,而在50km以上重力波近乎无耗散地向上传播.通过对比35~50km高度范围内的平均势能密度,对北京地区重力波活动强弱的季节变化进行了研究.研究结果表明,北京上空重力波活动强度具有明显的年周期变化,冬季平均势能密度为18J·kg-1,夏季为8J·kg-1,且冬季重力波活动强度约为夏季的两倍.此外,还分析了春夏秋冬四个季节重力波势能密度随高度的变化.结果表明,不同季节和不同高度的重力波势能密度不同.      

Puerto Rico地区偶发E层临界频率特性统计分析

利用Puerto Rico站(18.5°N, 67.2°W) 1997—2013 年的Es临界频率数据, 对该地区Es特性进行了分析. 结果表明: 临界频率 f₀E_s 日均值具有一定的16天周期性变化特征, 其可能是大气行星 波引起的; f₀E_s 随地方时的变化基本上呈一个波峰波谷结构, 波谷 位于06:00LT左右, 波峰位于14:00LT左右, 同时存在午夜和日落后异常高 值现象, 其分别与午夜南向风场减弱和夜间电场变化有关; 通过分析不同强 度Es, 发现潮汐风造成较低强度Es发生率的地方时分布与中等和高强度Es 明 显不同. 这些现象的相关物理机制尚需进一步研究论证.      

海南地区电离层闪烁观测与GISM模式预测的比较分析

为了获得全球电离层闪烁模式GISM在中国低纬地区预测的精度和可靠性,利用海南三亚GPS电离层闪烁监测系统一年的观测数据与模式预测结果进行对比分析.结果表明,在太阳活动低年,GISM能较好地反映海南地区电离层闪烁的季节变化、日变化和空间分布特性;对于季节变化,模式与观测结果在中等强度闪烁条件下较为相符,而在强闪烁和弱闪烁条件下有不同程度的偏差;模式预测的闪烁日变化与实际观测基本一致,但在闪烁发生率出现最大值的时间上模式预测要滞后约1 h左右;在电离层闪烁发生率的空间分布上,模式预测与实际观测较为相符,即海南地区南面电离层闪烁发生率高于北面.      

中国廊坊中间层和低热层大气平均风观测模拟

利用中国廊坊站（39.4°N,116.7°E）流星雷达在2012年4月1日至2013年3月31日的水平风场观测数据,分析廊坊上空80~100km的中间层与低热层（Mesosphere and Lower Thermosphere,MLT）大气平均纬向风和经向风的季节变化特征.结果表明平均纬向风和经向风都表现出明显的季节变化特征.平均纬向风在冬季MLT盛行西风,极大值位于中间层顶,随高度增加西风减弱;在夏季中间层为东风,低热层为强西风,风向转换高度约为82km.平均经向风在冬季以南风为主,在夏季盛行北风.纬向风和经向风在春秋两季主要表现为过渡阶段.流星雷达观测结果与WACCM4模式和HWM93模式模拟的气候变化特点基本一致,但WACCM4模式纬向风和经向风风速偏大,而HWM93模式纬向风和经向风风速偏小.      

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).     

Enhancement of High Energy Electron Fluxes and Variation of Atmospheric Electric Field in the Antarctic Region ormalsize

High-energy electron precipitation in the high latitude regions enhances the ionization of the atmosphere, and subsequently increases the atmospheric conductivities and the vertical electric field of the atmosphere near the ground as well. The High-Energy Electron Flux (HEEF) data measured by the Fengyun-3 meteorological satellite are analyzed together with the data of near-surface atmospheric vertical electric field measured at the Russian Vostok Station. Three HEEF enhancements are identified and it is shown that when the HEEF increases to a certain level, the local atmospheric vertical electric field near the ground can increase substantially than usual. The response time of the electric field to HEEF enhancement is about 3.7 to 4 days.      

Enhancement of High Energy Electron Fluxes and Variation of Atmospheric Electric Field in the Antarctic Region

High-energy electron precipitation in the high latitude regions enhances the ionization of the atmosphere,and subsequently increases the atmospheric conductivities and the vertical electric field of the atmosphere near the ground as well.The High-Energy Electron Flux(HEEF) data measured by the Fengyun-3 meteorological satellite are analyzed together with the data of nearsurface atmospheric vertical electric field measured at the Russian Vostok Station.Three HEEF enhancements are identified and it is shown that when the HEEF increases to a certain level,the local atmospheric vertical electric field near the ground can increase substantially than usual.The response time of the electric field to HEEF enhancement is about 3.7 to 4 days.     

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.     

平流层冬季增温及大气中的行星波

本文利用NIMBUS-7SAMS资料分析了东经100度子午线上的两个站点(67.5°N和42.5°N)在10mb和0.0827mb高度上从1978年底至1982年间的大气温度,获得几年的平流层冬季增温结果.在1978/1979年和1981年初的冬季,高纬站点几天内出现的平流层增温最大幅度可达65K.对平流层增温的谱分析结果指出,在高纬冬季平流层有很强的16天、32夭、21天周期的行星波。中纬冬季平流层增温幅度较小,约为20K.中纬的中间层高度上整年存在有5天、8天和16天的行星波。分析研究、南、北半球不同纬度的温度随经度的分布,得出高纬冬季平流层、中间层大气温度随经度有明显的变化。波数1和波数2的波有大的幅度(主要是波数1),从高纬到低纬,波幅逐渐减小在冬季的平流层和中间层大气中,波数1和波数2的行星波在短期内可强烈增强,引起平流层冬季增温。      

Time series modeling and analysis of trends of daily averaged ionospheric total electron content

A 10.7 cm solar radio flux F10.7, geomagnetic planetary equivalent amplitude (Ap index), and period variations were considered in this paper to construct a linear model for daily averaged ionospheric total electron content (TEC). The correlation coefficient of the modeled results and International GNSS Service (IGS) observables was approximately 0.97, which implied that the model could accurately reflect the realistic variation characteristics of the daily averaged TEC. The influences of the different factors on TEC and its characteristics at different latitudes were examined with this model. Results show that solar activity, annual and semiannual cycles are the three most important factors that affect daily averaged TEC. Solar activity is the primary determinant of TEC during periods with high solar activity, whereas periodic factors primarily contribute to TEC during periods with minimum solar activity. The extent of the influences of the different factors on TEC exhibits obvious differences at varying latitudes. The magnitude of the semiannual variation becomes less significant with the increase in latitude. Furthermore, a geomagnetic storm causes an increase in TEC at low latitudes and a decrease at high latitudes.     

Importance of electric field measurement over low latitudes at stratospheric heights by balloons

The vertical field in the stratosphere around 35 km is predominantly of atmospheric origin whereas the horizontal electric field at these altitude is mainly of ionospheric origin. The electrical coupling between ionosphere and atmosphere is not known for low latitudes. Balloon borne electric field measurements are planned from Hyderabad, India (geographic latitude 17.5° N) to understand this coupling. Measurement of stratospheric electric fields are also important from the point of view of the sun-weather relationship. It si suggested that the balloon borne electric field measurements are important to understand the electrodynamics of the middle atmosphere.