太阳风和地球磁层相互作用的两种可能类型

本文对太阳活动20周不同活动期间的太阳风参数与地磁活动性指数分别进行了相关分析,并进一步对太阳活动极大和极小年分别对B_z和太阳风参数V、T、N的时均值日方差作了分析比较。结果指出,除目前普遍认为的IMF与地磁场重联导致的磁扰外,还有一类与B_z无关,而是由高温、高速、热不均匀太阳风等离子体导致的地磁扰动类型。      

太阳活动与地磁扰动的变化

以每年中地磁指数C9≥L事件的次数表示地磁扰动程度.研究下列六种情况:L=3、4和5,其中每一种又再分成重现的和一般的两类.用曲线分段拟合法求出地磁扰动年次数C_k与黑子相对数R_k之间的经验的平均关系f(R);计算出△_k=C_k-f_k,其中f_k≡f(R_k).计算结果表明:1.用黑子相对数极小年之前四年作太阳活动周的起算点.对这种“活动周”求△_k=C_k-f_k的平均,得到各个△.各“活动周”的△的符号依次正负交替.2.由90年地磁扰动观测资料得来的符号交替规律出现在C9≥3、4和5时的各种情况.这很可能是由于太阳极区磁场符号依次交替变化造成的.进一步地划分时段后,各个“活动周”中△_k对于△的弥散程度σ不同.σ序列显现出约70年的长周期.      

2008—2009年电离层对重现型地磁活动的响应

利用2008—2009年的GPS TEC数据,分析了电离层对冕洞引起的重现型地磁活动的响应. 结果表明,在太阳活动低年,电离层TEC表现出与地磁 ap指数（采用全球3h等效幅度指数ap来表征）和太阳风速度相似的9天和13.5天短周期变化,表明TEC的这种短周期特性主要与重现型地磁活动相关. 地磁纬度和地方时分析表明,夜间高纬地区正负相扰动明显,中低纬地区则以正相扰动为主,较大的TEC变幅主要发生在南北半球高纬地区,夜间南半球高纬地区TEC变化相对ap指数变化有相位延迟. 白天中低纬地区正负相扰动明显,TEC短周期变化与ap指数变化相位基本一致. 2008年TEC的9天和13.5天周期变化幅度大于2009年.      

基于IGS电离层TEC格网的扰动特征统计分析

电离层总电子含量（TEC）是研究空间天气特性的重要参量,通过分析电离层TEC,可以了解空间环境的变化特征.利用IGS提供的1999—2016年全球电离层TEC格网数据,按照地磁纬度将全球划分为高、中、中低、低磁纬四个区域,计算不同区域的电离层扰动;利用大量统计数据选取电离层扰动事件的判定阈值,分析电离层扰动与太阳活动、时空之间的关系;计算电离层扰动指数与地磁活动之间的相关系数.结果显示:电离层扰动与太阳活动变化具有较强的正相关特性.在太阳活动低年,电离层扰动事件发生的概率约为1.79%,在太阳活动高年发生扰动的概率约为10.18%.在空间分布上,无论是太阳活动高年还是低年,高磁纬地区发生扰动事件的概率均大于其他磁纬出现扰动事件的概率.计算得到的中磁纬和中低磁纬地区电离层扰动指数与全球地磁指数Ap的相关系数分别为0.57和0.56,说明电离层扰动指数与Ap具有较好的相关关系;高磁纬电离层扰动指数与Ap的相关系数为0.44;低磁纬扰动指数与Ap的相关系数为0.39.以上结果表明,不同区域电离层扰动与全球地磁指数Ap的相关性不同,测定区域地磁指数可能会提高与电离层扰动的相关性.      

太阳风速度的周期结构分析

本文应用功率谱估计中的加窗法和最大熵法对第20太阳活动周太阳风速度的周期结构进行了频谱分析;为了克服太阳活动高年瞬变扰动的干扰,本文还用互相关滤波方法与谱分析进行了比较。得到如下结果:除了个别年代外,在太阳活动周的所有相位里,太阳风速度几乎都存在13天和27天两种主要周期变化成份。在一些年里,还有9天的周期成份存在。      

冕洞相关地磁Ap指数中短期预报方法研究

地磁Ap指数是描述全球地磁活动水平的重要指数, 过去许多参考大气模式中都用Ap指数来表述地磁活动状态, 大气模式的运行需要输入地磁Ap指数, 因此, 地磁Ap指数的预报一直是空间环境预报中一个非常重要的内容. 针对太阳活动低年冕洞引起的地磁扰动具有明显27天重现的特性, 利用修正的自回归方法, 对地磁Ap指数进行了提前27天的预报; 采用从SOHO/EIT观测资料发展出来的描述冕洞特性的Pch因子, 进行了提前三天的地磁Ap指数预报. 结果显示, 将统计方法与物理分析相结合, 进行地磁Ap指数的中短期数值预报, 可以得到较好的预报效果.      

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.      

太阳活动与热层大气密度的相关性研究

为分析太阳活动对热层大气的影响,使用250km,400km,550km高度处热层大气密度与太阳F_10.7指数数据,研究了二者的周期变化及相关关系. 结果表明,热层大气密度的变化与太阳活动呈现相似的变化趋势;两者均具有显著的27天及11年周期变化特征,热层大气密度还存在7～11天及0.5年和1年的变化特征,且高度越高越明显;热层大气密度对太阳活动的最佳响应滞后为3天,无论何种地磁活动水平下,400km高度处相关性高于250km,550km处相关性最小,且太阳活动下降相期间高于上升相;250km,400km和550km高度处热层大气密度和太阳活动的统计结果分别为饱和、线性和放大关系;高度越高的热层大气密度对太阳活动响应越敏感.      

2007-2009谷年期间高热层大气密度的变化

在第23至第24太阳活动周的峰年之间,太阳活动谷年具有持续时间长,极低F_10.7太阳辐射通量（低至65）和超长期的零太阳黑子数记录等特点,因此是观测和研究在这种特殊背景下热层大气变化的极好机会.尤其是能充分理解和掌握在宁静环境下热层大气密度对弱太阳活动和小地磁扰动的响应特性.本文利用高度650 km以上星载大气密度探测器2007—2009年的连续探测数据进行分析,结果表明,在太阳辐射通量F_10.7极低值期间,较高热层大气密度对F_10.7的起伏具有更显著的响应变化.当F_10.7由70降至65时,日均大气密度会有4～5倍的显著降变,远大于通常大气模式中的降变值.同样在F_10.7极低值期间,较高热层大气密度对小地磁扰动也具有显著的响应增变,当日K_p指数之和由23增至30时,较高热层大气密度则会有80%～160%的强增变.     

低纬100—200km间电子数密度的变化

利用光化平衡模式计算了低纬100—200km间白天电子数密度的变化。求得E-F₁谷区的谷深,谷宽、谷高的变化特征。获得如下结果:a.太阳活动明显影响电子数密度随高度及太阳天顶角的变化,发现太阳活动指数与电子数密度间不仅存在正相关,而且存在负相关;b.太阳活动明显影响E-F₁谷区的形态。在一定太阳活动条件下,对同一太阳赤纬和地理纬度,谷深、谷宽与太阳天顶角的关系难以用一简单函数来表示;c.太阳耀斑、地磁活动对该区电子密度有明显影响;d.在讨论100—200km间电子密度时不能忽略O+（2P）和NO的光电离率。      

利用特征速度讨论磁流体力学激波特性

本文用作者在文[1]中引入的特征速度U_*作为磁流体力学激波的基本强度参数,解析地讨论了磁流体力学激波的种类和特性;详细地讨论了磁场强度跃变比h随特征马赫数平方M_*2=U_*2/C₁2的函数的变化;给出介质密度、压力、法向和切向速度[u_x]/C₁和[u_y]/C₁跃变比的结果,最后,讨论了包括励磁和消磁激波在内的垂直和平行磁流体力学激波的极限情形。      

一次哈雷彗星爆发现象的观测和分析

哈雷彗星于1986年3月21日到26日期间,经历了一次非正常光变,产生了爆发.本文对用窄波段光电光度观测到的爆发过程中各波段所发生的基本物理机制和化学反应过程进行了分析和讨论.      

地磁暴期间中、低纬度地区大气臭氧含量的变化

本文分析了1966—1983年不同类型磁暴期间大气臭氧含量的变化。分析结果表明,不同类型磁暴发生时,臭氧含量均有明显的变化,但其特征是不相同的。G_C暴出现时在第6天[O₃]出现明显的下降;S_I暴出现时在第3天和第4天出现较大的下降;S_C暴中的S_A暴对[O₃]的扰动幅度最大,最大下降出现在第1天;S_B暴发生时,[O₃]最大下降出现在第2天;S_D和S_d暴期间[O₃]也在第2天下降到最小值;S_b暴发生时,[O₃]则在0天出现最小值。当这些暴出现时,[O₃]的扰动幅度依次减小,但不论哪种暴发生的前一天,[O₃]都有一个明显的增加。      

地磁场模式对低纬哨声射线追迹计算的影响

考虑到低纬地磁场与偶极子磁场偏离较大, 本文用国际参考场(n=6)进行了低纬哨声射线追迹计算.结果表明, 在约9°N和12°N处有两个很窄的哨声波非导传播出口点, 相应射线起点都在雷电活动区.哨声波非导传播出口的截止纬度约在8—9°N处.计算结果也较满意地解释了低纬哨声色散值和f₀/F₂正相关的事实.      

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.      

1978—1988年间磁扰的分析与日地耦合

用1978-1988年间行星际磁场(IMF)的B_z分量、极光区AL指数和赤道附近地磁台Z分量等资料探讨了日地耦合中的主要物理过程。B_z的11年变化大致与太阳活动程度相当,但AL和赤道附近ΔZ更多地受磁层和电离层内部过程所控制。分析中强调了对国际磁抗日按物理过程进行分类的必要性。      

地球磁暴(1910.5.18)与哈雷Ⅰ型彗尾(1910 Ⅱ)的联系

本文探讨1910年5月18日菉葭浜天文台所记录的一次地球磁暴的暴源;解释哈雷彗星凌日与磁暴开始时刻之差;分析哈雷I型彗尾的某些特征并讨论磁暴机制.      

Analysis of ionospheric TEC response to solar and geomagnetic activities at different solar activity stages

Studying the relationship of total electron content (TEC) to solar or geomagnetic activities at different solar activity stages can provide a reference for ionospheric modeling and prediction. On the basis of solar activity indices, geomagnetic activity parameters, and ionospheric TEC data at different solar activity stages, this study analyzes the overall variation relationships of solar and geomagnetic activities with ionospheric TEC, the characteristics of the quasi-27-day periodic oscillations of the three variables at different stages, and the delayed TEC response of solar activity by conducting correlation analysis, Butterworth band-pass filtering, Fourier transform, and time lag analysis. The following results are obtained. (1) TEC exhibits a significant linear relationship with solar activity at different solar activity stages. The correlation coefficients |R| are arranged as follows: |R|_EUV > |R|_F10.7 > |R|sunspot number. No significant linear relationship exists between TEC and geomagnetic activity parameters (|R| < 0.35). (2) TEC, solar activity indices, and geomagnetic activity parameters have a period of 10.5 years. The maximum amplitudes of the Fourier spectrum for TEC and solar activity indices are nearly 27 days and those of geomagnetic activity parameters are nearly 27 and 13.5 days. (3) The deviations of the quasi-27-day significant periodic oscillation of TEC and solar activity indices are consistent. (4) No evident relationship exists between the quasi-27-day periodic oscillation of TEC and geomagnetic activity parameters. (5) The delay time of TEC for the 10.7 cm solar radio flux and extreme ultraviolet is always consistent, whereas that for sunspot number varies at each stage.