负相电离层骚扰及其日地相关关系

本文对1965—1982年, 我国境内的满州里(49°35′N, 117°27′E), 北京(40°00′N, 116°18′E), 重庆(29°30′N, 106°25′E), 广州(23°09′N, 113°21′E)和海口(20°00′N, 110°20′E)等五个电离层观测站的负相电离层骚扰形态, 用世界资料中心A出版的太阳地球物理资料中的太阳耀斑、射电、地磁和北京地磁台的地磁观测报告等资料与电离层骚扰的相关关系进行了分析研究.所得到的电离层骚扰形态变化规律和日地相关规律的结果对预报电离层骚扰是有益的.      

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.      

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.      

中低纬电离层不同季节地磁暴响应的事例分析

利用中国中低纬台站漠河（53.5°N，122.3°E）、北京（40.3°N，116.2°E）、武汉（30.5°N，114.2°E）和三亚（18.3°N，109.6°E）的电离层观测数据，对比分析了4个台站电离层参数在2015年不同季节4个地磁扰动事件期间的变化特征.结果表明，4个磁暴事件期间电离层的响应特征并不完全一致，有着明显的季节特征，春季、夏季和秋季电离层以负相扰动为主，冬季以正相扰动为主.分析发现，中性成分O/N₂的降低与电离层负相扰动有关，但三亚地区的负相扰动还与扰动发电机电场相关.正相扰动的机制在不同事件中并不相同，穿透电场可能是引起春季磁暴事件期间电离层短时正暴效应的原因，而冬季长时间的正暴效应则是扰动电场和中性风共同作用的结果.      

释放SF6气体扰动电离层时的人工气辉研究

在电离层高度释放SF₆气体能够显著扰动电离层.根据SF₆分子在电离层中的扩散方程,同时考虑其在电离层中主要的离子化学反应,研究了SF₆气体释放后电离层各粒子浓度的时空变化,计算了产生人工气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,SF₆气体在电离层高度释放后,电子和O⁺的密度均有大幅度下降,主要的负离子成分由电子转变成SF₅^-;在释放过程中,主要产生777.4 nm和135.6 nm两种气辉,且前者的气辉强度远小于后者;电离层温度对气辉的强度有很大的影响.本文的数值计算与美国IMS/SF₆实验观测数据进行比较,结果近似,且通过数据比较还能准确推断出实验时当地的电离层温度.     

释放不同化学物质对电离层扰动的比较

在电离层F区释放氢（H₂）、水（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、六氟化硫（SF₆）、三氟溴甲烷（CF₃Br）、羰基镍（Ni（CO）₄）可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H₂和CO₂,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF₆和Ni（CO）₄,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长.     

卡尔曼滤波和自相关分析方法短期预报电离层f0F2的比较

电离层参数f₀F₂的预报是电离层研究的一个重要方向.本文选取2011年北京、长春、青岛和苏州四个常规观测站的f₀F₂数据,分别采用卡尔曼滤波、自相关分析法和国际参考电离层模型（IRI）对f₀F₂实施短期预报（提前1h预报）,并通过与实际观测数据的对比,对三种方法预报f₀F₂的性能进行了比较.研究结果表明,在磁平静时期,采用卡尔曼滤波方法进行f₀F₂预报的均方误差为0.532MHz,相对误差8.11%,比国际电离层参考模型的均方误差和相对误差分别降低1.47MHz和14.58%;采用自相关分析方法进行f₀F₂预报的均方根误差为0.967MHz,相对误差11.46%,比国际电离层参考模型的均方误差和相对误差分别降低1.035MHz和11.23%.比较结果说明二者对f₀F₂短期预报的精度相对于国际电离层参考模型均有大幅提升.对磁暴期间三种方法的预测性能做了进一步比较,试验结果表明卡尔曼滤波短期预报性能总体上优于自相关分析法,这为f₀F₂短期预报的方法选择提供了一定指导.      

电离层H2O释放扰动效应的数值模拟研究

为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果,基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型,通过电离层H₂O的释放,研究电子e,H₂O,O+和H₂O+共4种粒子的分布状态,分析点源、多源和线源释放对电离层的扰动效果,比较不同高度、不同量和不同时间释放的影响结果,模拟夜间释放后期所激发的扩展F发展差异.结果表明,H₂O在电离层释放后,能有效耗散背景电子形成空洞,O+和H₂O+数密度呈椭圆形分布;点源、多源和运动目标线源等不同释放方式对电离层的扰动效果不同,证实了人工影响一定形态和区域电离层的可能性;H₂O释放扰动幅度,低层大于高层,白天强于夜晚,释放量越多扰动越突出;夜间化学释放能激发扩展F,并且释放量越多,激发效果越好.      

1989年3月太阳活动引起的电离层骚扰

本文利用我国,苏联,日本和澳大利亚等国16个电离层观测站的资料,分析了1989年3月太阳耀斑引起的大电离层骚扰特征。      

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.     

Ionospheric response to the 3 August 2010 geomagnetic storm at mid and mid-high latitudes

The global ionospheric response to the geomagnetic storm occurred of 3 August 2010 is studied in terms of the ionospheric parameter foF2. Data from three longitudinal sectors (Asia/Pacific, Europe/Africa and America) are considered. Some new aspects of the storm time ionospheric behavior are revealed. Results of the analysis show that the main ionospheric effects of the storm under consideration are: (a) prior to the storm, Japanese, Australian and American stations show increases in foF2, irrespective of the local time. (b) During the main phase, the stations of mid latitudes of the American sector show positive disturbances (in the pre-dusk hours), which subsequently change to negative. (c) During the recovery phase of the magnetic storm long-duration positive disturbances are observed at mid-low latitudes of the African chain. Also positive disturbances are observed in the Australian sector. In the European sector long-duration negative disturbances are seen at mid-high latitudes during the last part of the recovery phase while at mid-low latitudes a positive disturbance is seen, followed by a negative disturbance. In general, the ionospheric storm effects show a clear hemispheric asymmetry.     

磁暴期间中国中低纬电离层不规则体与扰动分析

2017年9月8日发生了一次强磁暴，Kp指数最大值达到8.利用区域电离层格网模型（Regional Ionosphere Map，RIM）和区域ROTI（Rate of TEC Index）地图，分析了磁暴期间中国及其周边地区电离层TEC扰动特征和低纬地区电离层不规则体的产生与发展情况，同时利用不同纬度IGS（International GNSS Service）测站BJFS（39.6°N，115.9°E），JFNG（30.5°N，114.5°E）和HKWS（22.4°N，114.3°E）的GPS双频观测值，获取各测站的ROTI和DROT（Standard Deviation of Differential ROT）指数变化趋势.结果表明:此次磁暴发生期间电离层扰动先以正相扰动为主，主要发生在中低纬区域，dTEC（differential TEC）最大值达到14.9TECU，随后电离层正相扰动逐渐衰减，在低纬区域发生电离层负相扰动，dTEC最小值达到-7.2TECU；在12:30UT-13:30UT时段，中国南部低纬地区发生明显的电离层不规则体事件；相比BJFS和JFNG两个测站，位于低纬的HKWS测站的ROTI和DROT指数变化更为剧烈，这表明电离层不规则体结构存在纬度差异.      

全球电离层对2000年4月6-7日磁暴事件的响应

利用分布于全球的电离层台站的测高仪观测数据,对扰动期间,foF2值与其宁静期间参考值进行比较,研究了2000年4月6—7日磁暴期间全球不同区域电离层的响应形态,并通过对比磁扰期间NmF2的变化与由MSISR90经验模式估算的中性大气浓度比(no／nN2)的变化,探讨了本次事件期间的电离层暴扰动机制．结果表明,在磁暴主相和恢复相早期,出现了全球性的电离层F2层负相暴效应．最大负相暴效应出现在磁暴恢复相早期,即电离层暴恢复相开始时间滞后于磁暴恢复相开始时间．在磁暴恢复相后期,一些台站出现正相扰动．研究结果表明,本次事件期间的电离层暴主要是由磁暴活动而诱发的热层暴环流引起的．     

地磁扰动期间日本Kokubunji站电离层的扰动特征分析

利用日本Kokubunji站(139.5°E,35.5°N)1959年1月到2004年12月共46年的F2层临界频率foF2参数,统计分析了Kokubunji站电离层F2层峰值电子浓度NmF2随地磁活动、太阳活动、季节和地方时变化的形态特征.结果表明,总体来看,磁暴期间Kokubunji站电离层响应以正暴为主,其中在太阳高年夏季为负暴,冬季为正暴,春秋季以负暴为主但幅度较小;在太阳低年夏季以正暴为主,冬季为正暴,春秋季以正暴为主.NmF2扰动与ap指数在夏季太阳高年负相关,在冬季无论太阳高年低年均为正相关,春秋季中4月和9月在太阳高年类似夏季,3月和10月在太阳低年类似冬季.电离层最大负相扰动对最大地磁活动的延迟时间约为12～15 h;正相扰动的延迟时间则分别为3 h和10 h.地磁活跃期间地方时黄昏后到午夜前倾向于正相扰动,清晨倾向于负相扰动.      

Ionospheric disturbances under low solar activity conditions

The paper is focused on ionospheric response to occasional magnetic disturbances above selected ionospheric stations located at middle latitudes of the Northern and Southern Hemisphere under extremely low solar activity conditions of 2007–2009. We analyzed changes in the F2 layer critical frequency foF2 and the F2 layer peak height hmF2 against 27-days running mean obtained for different longitudinal sectors of both hemispheres for the initial, main and recovery phases of selected magnetic disturbances. Our analysis showed that the effects on the middle latitude ionosphere of weak-to-moderate CIR-related magnetic storms, which mostly occur around solar minimum period, could be comparable with the effects of strong magnetic storms. In general, both positive and negative deviations of foF2 and hmF2 have been observed independent on season and location. However positive effects on foF2 prevailed and were more significant. Observations of stormy ionosphere also showed large departures from the climatology within storm recovery phase, which are comparable with those usually observed during the storm main phase. The IRI STORM model gave no reliable corrections of foF2 for analyzed events.     

Forecast of recurrent geomagnetic storms

Long-term forecast of space weather allows in achieving a longer lead time for taking the necessary precautions against disturbances. Hence, there is a need for long-term forecasting of space weather. We studied the possibility for a long-term forecast of recurrent geomagnetic storms. Geomagnetic storms recur with an approximate 27-day period during the declining phase of a solar cycle. These disturbances are caused by the passage of corotating interaction regions, which are formed by interactions between the background slow-speed solar wind and high-speed solar wind streams from a coronal hole. In this study, we report on the performance of 27-day-ahead forecasts of the recurrent geomagnetic disturbances using Kp index. The methods of the forecasts are on the basis of persistence, autoregressive model, and categorical forecast using occurrence probability. The forecasts show better performance during the declining phase of a solar cycle than other phases. The categorical forecast shows the probability of detection (POD) more than 0.5 during the declining phase. Transition of the performance occurs sharply among the declining phases and other phases.     

第23和24太阳活动周高纬地磁感应电流分布特性

基于高纬度芬兰Mäntsälä地区近两个太阳活动周期（1999—2017年）天然气传输管道的地磁感应电流（GIC，I_GIC）观测数据，统计研究了GIC扰动的分布特征以及强GIC扰动与磁暴和地磁亚暴的相关性.研究发现:95.83%时间段的GIC强度分布在0～1A之间.定义:若某个时间段|I_GIC|_max> 1A，则认为发生GIC扰动；|I_GIC|_max>10A，则认为发生强GIC扰动事件.GIC扰动在磁地方时夜侧附近发生的概率最高，这主要与地磁亚暴发生期间电离层电流最剧烈的变化发生在磁地方时夜侧附近有关；强GIC扰动经常爆发式出现，且都发生在磁暴期间，但大多数磁暴并不伴随强GIC扰动事件发生.磁暴急始驱动的强GIC扰动事件较少，由磁层压缩引起地磁场突然增强驱动的强GIC扰动事件持续时间较短；强GIC扰动事件主要发生在磁暴主相和恢复相，由环电流变化驱动的强GIC扰动事件一般持续时间较长且强度较大.      

Ionospheric disturbances at low and mid-low latitudes of the South American sector during the March 2015 great storm

This paper analyzes the response of the near equatorial and low latitude ionosphere of the South American sector to the geomagnetic storm occurred on 17 March 2015. Ionosonde data from Ramey (18.5° N, 292.9° E), Jicamarca (12.0° S, 283.2° E), Boa Vista (2.8° N, 299.3° E), Sao Luis (2.6° S, 315.8° E), Fortaleza (3.9° S, 321.6° E) and Cachoeira Paulista (22.7° S, 315.0° E) are used for the study. The results show negative disturbances in foF2 at low latitudes during the main phase of the storm, which were attributed to prompt penetration electric fields. Thus, the Equatorial Anomaly (EA) started to reduce their structure in this sector since on 17 March. During the recovery phase (on 18 March), positive disturbances were observed at low, mid-low latitudes (in the post-midnight – predawn hours), which can be mainly attributed to enhanced storm-time neutral winds and composition changes (i.e., increase in the O/N2 ratio). Disturbance dynamo electric fields would also contribute in modulating the electron density of the EA during this storm period.     

磁暴期间中低纬电离层暴形态和物理机制分析

本文利用东亚地区１２个低纬电离层台站的测高仪观测数据，对１９７８年８月２７日发生的一次曲型磁暴期间电离层峰值高度和密度的变化进行了分析。采用滑动平均区分开电离层中不同时间尺度的扰动，分析了影响中低纬度电离层暴的几种扰动形态特征，并对其物理机制进行了讨论。结果表明：伴随磁暴急始的磁层压缩，电离层中表现出峰值密度增加和峰值高度下降；磁暴主相期间热层大气暴环流及其所引起的中性大气成分变化控制着电离层的大     

地球磁场对太阳风扰动响应的研究

分别对行星际激波、太阳风动压增大事件和减小事件的地球磁场响应进行了比较. 分析结果表明, 同步轨道磁场对太阳风扰动在向阳面产生较强的正响应, 在背阳面 响应较弱且有时会出现负响应, 地磁指数SYM-H对太阳风扰动的响应为正响应. 同时还得出, 向阳侧同步轨道磁场响应幅度d Bz与地磁指数响应幅度d SYM-H、上下游动压均方差均具有较好的相关性. 地磁指数响应幅度与同步轨道磁场响应幅度相关关系在激波和动压增大事件中具有一致性, 动压减小事件出 现明显差异, 这说明激波和动压增大事件在影响地球磁场方面具有某种共性.