中纬电离层理论模式研究

本文利用谱方法建立起一维时变中纬度电离层理论模式．模式比较周密地考虑了中纬度地区电离层的主要动力学过程和光化学过程．模式的突出优点是计算耗时少．我们对日本Wakkanai站进行了模拟计算,模拟结果同实验结果符合得较好．     

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     

中纬电离层暴负相开始时间与磁暴主相开始时间的对应关系

本文假设在磁暴主相期间,由于极光椭圆带处的空气被加热上升,从而使高纬高空出现富含分子的气体。这些气体由于扩散及与中性风的相互作用会向中低纬移动,其所到之处电子消失系数增加,从而导致负相电离层暴的发生。计算给出了全球中纬电离层暴负相的开始时间与磁暴主相开始时间之间的关系,并讨论了负相电离层暴发生的"时间禁区"问题。结果与有关统计结果符合得很好。     

电离层暴时经验模型STORM在中国区域的适应性研究

利用中国区域内9个垂测站1976---1987年一个太阳活动周期的电离层暴时f0F2数据, 统计分析了电离层暴事件的等级, 以及不同等级的电离层暴随季节和地磁纬度的分布特征. 研究发现, 中小型电离层暴在春秋季发生的概率较大, 不同季节的发生次数与地磁纬度具有明显的关系. 利用STORM模型对电离层暴时f0F2和大型及特大型电离层暴时f0F2的预测值与月中值进行了比较. 结果表明, 除了冬季误差增大外, 发生电离层暴时STORM模型能够有效地改善月中值模型. 增加中国的暴时数据, 并提高对冬季的暴时参数f0F2的预测是改善STORM模型的重要因素. 建立合适的暴时指数来预测f0F2是未来研究的重点.     

基于电离层暴时f_0F_2经验模型Kalman滤波短期预报

利用时间累积地磁指数印ap(T),建立了强地磁扰动条件下电离层f0F2与月中值相对偏差经验模型.该经验模型只在春秋季节和夏季特强地磁扰动条件ap(T)>100,即时间累积地磁指数大于100时达到理想精度.尝试利用气象预报中常用的Kalman滤波方法对模型的系数进行实时修正,以提高预报精度,并对长春站1986-1995年近一个太阳周f0F2数据进行提前一小时预报试验.冬季预报均方根误差为0.76MHz,春秋季节为0.68MHz,夏季为0.61MHz.在特强地磁扰动条件下,预测误差在0.87～1.43MHz之间.该预报方法同时与包含暴时修正模型STORM的国际参考电离层IRI2001进行了比较,展示了Kalman滤波方法实时修正模型系数的能力和良好的应用前景.     

暴时密度增强区附近电离层不均匀体研究

基于IGS提供的TEC数据, 研究了2003年10月大磁暴期间的暴时密度增强(Storm Enhanced Density, SED)现象; 利用GPS观测数据, 计算出ROTI (Standard deviations of ROT)指数, 分析了SED边界附近电离层小尺度不均匀体结构的时间和空间演变. 研究表明, 在磁暴主相期间SED边界附近不均匀体随着磁暴的发展逐渐增多; 在主相的中后期不均匀体的分布密集度达到最大; 在恢复相期间, 不均匀体分布很少; 随着磁暴的发展, 不均匀体开始主要集中在40~45ºN范围内, 随后向高纬漂移, 主要集中在45~55ºN范围内.     

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     

中纬电离层爆负相开始时间与磁暴主相开始时间的对应关系

本文假设以磁暴主相期间，由于极光椭圆带处的空气被加热上升，从而使高纬高空出现富含分子的气体，这些气体由于扩散及与中性风的相互作用会向低纬移动，其所到之处电子消失系数增加，从而导致负相电离层暴的发生，计算给出了全球中纬电离层暴负相的开始时间与磁暴主相开始时间之间的关系，并讨论了负相电离层暴发生的“时间禁区”问题，结果与有关统计结果符合得很好。     

正相电离层骚扰研究

本文对我国五个电离层站月报资料中的正相电离层骚扰(f₀F₂增加)作了分析研究,获得了正相骚扰时空变化的规律性,地磁暴与正相电离层骚扰的关系.对正相电离层骚扰的机理也作了讨论.     

1998年5月磁暴事件期间全球电离层响应形态与机制的研究

利用全球 40余个电离层台站的f₀F₂观测数据,采取对经度进行分区处理的方法,通过计算各台站f₀F₂参数对其月中值的偏离百分比,对 1998年 5月大磁暴期间的电离层扰动形态进行了分析,并对可能的扰动机制进行了探讨.结果表明本次磁暴事件中,在磁暴主要活动相期间的电离层扰动与暴环流理论所描述的电离层扰动特征相符,但在恢复相后期欧洲扇区台站出现的正相扰动似不能用暴环流理论来解释,它可能与对应期间的行星际条件(太阳风与行星际磁场)的变化有关.     

一种电离层物理模型及其在F1谷区形成讨论中的应用

在电离层F区考虑了三种中性成分的4种离子(O~+、No~+、N_2~+和O_2~+),从严格的电子和离子密度连续方程出发,由中性风所满足的动力学方程和离子运动方程解出水平中性风,从而得到离子垂直漂移速度,由此建立了一种电离层的物理模式;并用此模式,针对我国中、低纬(116°E,30°N)地区,讨论了光化学作用对F_1层的影响和动力学效应在F层中的作用。着重讨论由水平中性风引起的离子垂直漂移运动对F_1谷区的影响。结果表明:在光化平衡模式下,E区明显形成。在太阳活动低年夏季可产生明显的F_1“凸缘”。但仅靠光化平衡作用不能产生深的F_1谷区,也不能解释F_2层的形成;双极扩散是F_2层形成的主要机制;中性风的因素对E层影响不大,却可以在太阳活动低年夏季产生谷深在0.05—0.1的深F_1谷区。用此模式还计算了F_1谷区日变化,结果表明:中性风影响模式能较好地反映我国中低纬地区F_1谷区变化的地域特征。     

2000年4月6—8日磁暴期间电离层TEC观测研究

利用北京、乌鲁木齐、武汉GPS观测数据计算的垂直总电子含量,分析了发生于2000年4月6-8日磁暴期间观测区域的电离层状态.结果表明,在4月7日北京时间0200-0700之间,在中、低纬地区出现了较弱的电离层负相暴,与前一日相比,最大TEC之差在-8TECU左右;在北京时间0700之后,在较高纬度地区开始出现强烈的电离层负相暴,并且该负相暴随着时间逐渐增强;但在北京时间0700-0900之间,在低纬地区出现了电离层正相暴.在一定时间内较高纬度地区的负相暴逐渐增强并向南移动而低纬地区的正相暴经历了增强到减弱的过程.     

我国中部地区电离层扰动时空尺度的统计分析

将最大熵动态互普方法用于高频多普勒台阵数据处理，从覆盖太阳活动高、低年份的高频多普勒台阵观测数据中，得出了中国中部地区电离层声重波扰动的传播方向、时空尺度等参量之间的统计分布特性，进而探讨了有关扰动源的情况，结果表明，极区源和局地源两种不同的激发源所激发的声波，分别反映了电离层扰动的全球传播和地区特性两种不同的特征。     

用经验模式参数研究电离层发电机效应

本文利用MSIS-86和IRI-86模式的基本参数,求得热层风系和电导率的三维分布;继而从发电机理论得到了电离层电位及层电流密度在北半球的分布和变化。本研究将大量数据统计平均的大气模式参数与热层、电离层理论研究联系了起来。     

电离层电场半年变化的模拟研究

利用一个中低纬电离层电场理论模式,模拟太阳活动低年、地磁活动平静情况下,中低纬地区电离层电场全年的变化情况。结果显示,单独计算南、北半球（去耦合）得到电离层电场具有明显的周年变化特征,且两个半球电场的相位相差半年左右。而同时计算南、北半球（计及耦合）时,电场则是以半年变化为主,且这种半年变化的幅度和相位随地方时和地磁纬度有变化。提出一个南、北半球耦合电路的简单物理模型给予解释。电路模型初步计算发现,即使两个半球电离层电场分别具有周年变化,只要它们变化的幅度相当,相位相差半年左右,由于跨越南北半球磁力线的耦合效果,耦合的电离层电场会产生明显的半年变化分量。由于缺少连续的电离层电场观测资料,将模拟结果与Richmond基于非相干散射雷达数据建立的经验模式（ISR Model）相比较,结果符合较好。     

1995年10月24日日食电离层效应的模式化研究

利用一个二维纬电离层理论模式模拟１９９５年１０月２４日日全食条件下东亚低纬电离层演变,探索低纬日食电离层效应。模式计算结果显示：日食散间日食区电离层电子与离子光致电离产生率减少使得Ｅ－Ｆ１区电离层光食效应显著,而较高部份电离层对日食影响的响应延迟。     

全球电离层发电机方程的一种数值解法

为了将建立在赤道为对称面假设基础上的二维半球域对称）电离层发电机理论扩展到全球,本文在解发电机方程时,去掉赤道对称面这一假设条件和两极附加的边界条件,使通常的边值问题变成一种“无边界’问题．它更合理地描述了电离层发电机过程,而且可以给出半球发电机理论所不能给出的特征,例如,可以对Ｓｑ电流体系的ＵＴ变化、季节变化、非偶极子地磁场部分的发电机效应等南北半球不对称的情况进行数值计算．计算实例表示,在简单的赤道对称情况下,它可以复现二维半球（对称）发电机模型的结果．在不对称情况下,电流体系的强度、焦点位置、电流方向等显示出较为复杂的变化,而半球发电机理论则无法解释这些特征．     

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.