用电离层特性参量提取等效风场信息

导出了利用中低纬电离层特性参量获取电离层F层峰区高度上等效风场(包含电场和风场信息在内)的基本方程,并尝试用该方法从电离层特性参量(峰高和临频)提取等效风场信息.利用武汉站 DGS-256电离层数字测高仪数据及由美国 Massachusetts Lowell大学最新版的剖面反演程序换算得到F层峰高,获得了武汉地区夏季至日点附近、冬季至日点附近、冬季地磁特别宁静的九天和冬季平均等效风场的初步特征.并利用 Fejer经验电场模式计算冬季电场引起的垂直漂移,估计电场和风场对武汉地区的垂直等效风场的贡献大小.结果表明:等效风场呈现出白天与夜晚幅度和方向的差异、至日点附近冬季与夏季白天的幅度差异以及明显的凌晨凹陷现象;平均情况下,垂直等效风场幅度和方向的变化主要是由中性风引起,受电场的影响不大.     

利用F区电离层特性参量获取等效中性风的方法及讨论

讨论利用电离层特性参量获取F层峰值高度附近中性风信息的三类方法.这些方法主要有:传统的和改进的伺服理论方法、借助电离层模式和数据同化思想的方法和刘立波等提出的方法.并以美国Millstone Hill非相干散射雷达浓度剖面和离子速度数据,以及澳大利亚Beveridge（37°S,144°E）FPI风场和测高仪数据为个例,初步考察利用电离层特性数据导出的等效中性风与观测值的一致性.     

乌鲁木齐地区电离层环境长期变化特性研究

电离层环境变化对电子信息系统具有重要影响,其可能引起短波通信质量下降甚至中断,导致导航信号闪烁和误差增加等. 研究电离层环境特性对于评估空间环境对通信、雷达及导航装备的影响具有重要意义. 本文根据乌鲁木齐电波环境观测站50余年数据,研究了乌鲁木齐地区电离层F层临界频率、F层底高、Es层临界频率的日变化、季节变化和长期变化情况,同时根据HWM07高空风场模型研究了乌鲁木齐地区高空风场的昼夜和季节变化特性.     

半个太阳活动周期内我国中纬地区上空电离层等效板厚的变化特征

本文用新乡(电离层400km对下点是:32.4°N,115.6°E)、重庆(电离层400km对下点是:27.2°N,108.7°E)接收日本同步卫星ETS-Ⅱ的信标资料,研究了我国中纬地区上空半个太阳活动周期内(1981—1985)电离层等效板厚的变化特征,得到了等效板厚日变化、季变化的二维和三维等值图。由付里叶分析和回归方法得出等效板厚日变化各谐波分量与太阳黑子数12个月滑动平均值之间存在弱的线性关系。同时指出在等效板厚日变化中,于当地时0400—0700LT存在一明显的黎明峰。并对出现这种峰的原因作了讨论。     

低纬地磁Z分量的半年变化

利用武汉、广州、泉州和琼中等4个低纬地磁站连续多年的地磁资料，计算了各月5个磁静日Z分量日均值与中午1100---1300时段平均值之差(Dz)，对每年12个Dz采用多元回归分析方法，得到各年的半年变化幅度和相位．结果表明：4个站的Dz每年都有半年变化现象；半年变化幅度与太阳活动有关，一般来说，太阳活动高年Dz半年变化幅度明显大于太阳活动低年；太阳活动本身的半年变化，对Dz半年变化幅度有显著的调制作用；Dz半年变化的相位在3—4月(或9—10月)，即极大值出现在分季；低纬地区地磁Z分量存在显著的半年变化，能够反映赤道电急流也有明显的半年变化，这再一次证明，赤道电急流幅度的半年变化，通过“喷泉效应”使得电离层，f0F2产生半年变化，其是产生，f0F2半年变化的一个主要因素．     

风场对重力波的滤波现象

对MillstoneHill台站数字测高仪DGS－256漂移探测数据进行的分析表明，背景风场对重力波扰动具有明显的滤波作用．这种滤波效应主要表现为：扰动传播方向具有顺时针旋转的日变化特征，扰动相对出现率峰值出现在扰动传播方向与背景风场方向之间的夹角为180°－225°之间．扰动时空尺度越小，其传播越趋向于逆风场方向．     

武汉突发E层的季节变化及其与中层风的关系

通过对2018年武汉站（114.61°E,30.53°N）数字测高仪记录的数据统计分析,研究武汉地区突发E层的特征。研究发现：2018年武汉地区电离层突发E层的临界频率在夏季最高,在冬季有一个次增强现象,在春秋季较低;在正午前最大,在日落后出现小幅度提升,在日出前最低。利用指定动态全球大气气候扩展模型SD-WACCM-X模拟出2018年武汉上空90～140 km高度的平均风场,探讨突发E层与背景风之间的关系,揭示突发E层的形成机制。结果表明,半日潮汐分量可能诱导突发E层临界频率的半日变化,周日潮汐分量诱导突发E层临界频率的周日变化;突发E层的强度可能与纬向风场120 km高度处的风剪切有关。     

顶部电离层总离子密度经度的变化

利用DMSP F13卫星1996-2005年共10年的观测数据,研究地磁中低纬地区黄昏时段(18:00 LT)顶部电离层总离子密度经度变化的季节、地磁纬度和太阳活动变化特征.结果表明总的经度变化在低纬地区与中纬地区具有明显不同特征.不同经度结构的季节变化均以年变化为主,但纬度分布具有明显差异.一波结构主要集中在中纬地区,且南半球明显强于北半球;二波结构南北半球不对称性非常明显;三波结构和四波结构均为低纬地区明显强于中纬地区.通过分析不同波结构对总经度变化的贡献发现,一波结构在南半球中纬地区贡献最大,二波结构在12月前后的15°N附近贡献较大,三波结构和四波结构仅在低纬地区有较强贡献.在不同太阳活动条件下,不同波结构的贡献率有明显变化.     

太阳黑子数及Ap指数周期变化特征的小波分析

应用Morlet小波变换方法从多个变化尺度上对1932—2000年的太阳黑子数及Ap指数的变化特征进行分析．(1)太阳黑子数存在准11年、准32年的周期变化特征及Ap指数存在准32年、准11年、准6个月、准27天和准13．9天的周期变化特征；(2)太阳黑子数及Ap指数有着相似的准11年周期变化，但Ap指数极值的出现要比太阳黑子数极值出现滞后1—2年；(3)Ap指数准27天的周期变化在太阳黑子活动高、低年不同，在太阳活动低年，Ap指数有着较稳定的准27天周期变化，但在太阳活动高年，27天的周期变化几乎消失，这种周期变化的消失和出现时间可在Morlet小波变换图中体现出来。     

太阳活动低年低纬地区VTEC 变化特性分析

利用福州台站(26.1°N, 119.3°E, 磁纬14.4°N)电离层闪烁与TEC监测仪2006-2010年的观测数据, 对该地区垂直总电子含量(VTEC)进行时间变化特性分析. 结果表明, 春秋冬三季的VTEC平均最高值出现在06:00UT, 夏季出现在08:00UT, 所有季节的平均最低值均出现在21:00UT; VTEC变化存在季节异常和弱冬季异常, 春秋季节高, 冬夏季节低, 夏季VTEC比冬季低且最大值出现时间延迟; VTEC在2006-2009年呈现下降的变化趋势, 2010年开始增强, 年际变化与太阳活动及地磁活动变化趋势具有较好的对应关系; VTEC变化与太阳活动存在很好的相关性, 相关系数达到0.5以上, 地磁活动则显示了弱相关的特性; F_10.7与VTEC的相关性随着每天Kp指数总值Σ_kp的增大而减小.     

Recent Progresses on Ionospheric Climatology Investigations

The ionosphere varies over multiple time scales, which are classified into two categories: the climatology and weather variations. In this national report, we give a brief summary of recent progresses in ionospheric climatology with focus on (1) the seasonal variations, (2) solar cycle effects, and (3) empirical modeling of the ionosphere. The seasonal variations of the ionosphere have been explored in many works to give a more detailed picture with regional and global features at various altitudes by analyzing the observation data from various sources and models. Moreover, a series of studies reported the response of the ionosphere to solar cycle variations, which revealed some novel and detailed features of solar activity dependence of ionospheric parameters at different altitudes. These investigations have improved our understanding on the states of the ionosphere and underlying fundamental processes, provided clues to future studies on ionospheric weather, and guided ionospheric modeling, forecasting and related applications.     

Vertical TEC variations and model during low solar activity at a low latitude station,Xiamen

GPS-derived vertical TEC recorded at Xiamen (24.5°N, 118.1°E, geomagnetic latitude 13.2°N), China, during year 2006 is analyzed for the first time and compared to that predicted by ionosphere model SPIM recommend by ISO. A manifest seasonal anomaly is found with the high value during equinoctial season and low value during summer and winter season. Relative standard deviation for VTEC shows high value at around midnight and before sunrise. The correlation analysis exhibits that the variation of VTEC has a very weak relation with geomagnetic and solar activities (Dst, AP, SSN and F10.7). Comparative results reveal that the SPIM overestimates the observed VTEC at most of the time.     

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.      

中纬度地磁暴期间热层垂直风响应机制的模拟

基于TIMEGCM模型,研究了2005年9月10日中纬度地磁暴期间热层（100~650 km）水平风场变化对垂直风的影响。通过连续性方程诊断分析了暴时引起垂直风场变化的机制,结果表明：250 km以上的垂直风场取决于水平风场的变化,而250 km以下的垂直风场由较高高度的垂直风拉动;在地磁暴初相开始时,经向风场相比纬向风场对暴时250 km以上的垂直风场影响更为显著,随着地磁扰动增强,纬向风场对垂直风场变化的贡献更大;温度场对地磁暴的响应遵循同样规律,扰动开始时,温度沿经线传播更快,经向风变化更大,扰动增强后,温度沿纬线传播更快,纬向风变化更大。     

Evidence of change after 2001 in the seasonal behaviour of the mesopause region from airglow data at El Leoncito

Airglow intensities and rotational temperatures of the OH(6-2) and O₂b(0-1) bands acquired at El Leoncito (32°S, 69°W) provide good annual coverage in 1998–2002, 2006, and 2007, with between 192 and 311 nights of observation per year. These data can therefore be used to derive the seasonal variations during each of these seven years, in airglow brightness and temperatures at altitudes of 87 and 95 km. From 1998 to 2001, seasonal variations are similar enough so that they can be well represented by a mean climatology, for each parameter. On the other hand, these climatologies do not agree with what is usually observed at other sites, maybe due to the particular orographic conditions at El Leoncito. With respect to the last three fully documented years (2002, 2006, and 2007), the similarity from year to year deteriorates, and there are greater differences in the seasonal behaviour, more or less in all the parameters. The differences include, e.g., maxima occurring earlier or later than “normal”, by one or two months. All this may suggest the build-up of a new regime of intraseasonal variability, with a possible relationship to corresponding changes in wave activity.     

太阳光谱辐射强度变化对地球能量平衡的影响分析

目前太阳对地球能量平衡影响的研究大都是以太阳总辐射通量密度作为输入参数的. 本文以美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）太阳辐射与气候实验项目的卫星实测数据为基础,对太阳上升相（2010年上半年）和下降相（2007年12月）期间太阳光谱变化对地球能量平衡的影响进行了研究. 结果表明,2010年上半年较强的太阳总辐射通量密度主要是由紫外及红外波段的能量增强引起的,其在200～400nm 和760～4000nm波段内的平均能量分别增加了0.11%和0.05%,而在 400～760nm可见光区的能量却呈减小趋势,平均减小量为0.05%. 通过对MLS2.2全球臭氧日数据进行再分析后发现,相对于2007年12月,2010年上半年平流层臭氧浓度也有所增加,其中在太阳紫外辐射呈现较大增强的2月和3月,其臭氧增量也相对较大,最大值分别出现在33km和40km处,值为0.6mL·m^-3和0.62mL·m^-3. 因此,可见光区能量减弱与平流层臭氧浓度增加的双重削弱作用致使虽然2010年上半年的太阳总辐射通量密度较大,但是到达对流层顶的太阳辐射却有所减小,最大减小量出现在3月,值为0.15W·m^-2. 这一结果说明,太阳活动或总辐射通量密度的增强也有可能对地球对流层系统起到冷却作用.     

Latitudinal variation of the topside electron temperature at different levels of solar activity

A database of electron temperature (T_e) measurements comprising of most of the available satellite measurements in the topside ionosphere is used for studying the solar activity variations of the electron temperature T_e at different latitudes, altitudes, local times and seasons. The T_e data are grouped into three levels of solar activity (low, medium, high) at four altitude ranges, for day and night, and for equinox and solstices. We find that in general T_e changes with solar activity are small and comparable in magnitude with seasonal changes but much smaller than the changes with altitude, latitude, and from day to night. In all cases, except at low altitude during daytime, T_e increases with increasing solar activity. But this increase is not linear as assumed in most empirical T_e models but requires at least a parabolic approximation. At 550 km during daytime negative as well as positive correlation is found with solar activity. Our global data base allows to quantify the latitude range and seasonal conditions for which these correlations occur. A negative correlation with solar activity is found in the invdip latitude range from 20 to 55 degrees during equinox and from 20 degrees onward during winter. In the low latitude (20 to −20 degrees invdip) F-region there is almost no change with solar activity during solstice and a positive correlation during equinox. A positive correlation is also observed during summer from 30 degrees onward.     

昆明上空电离层D区电子密度季节变化的首次观测分析

通过分析2008年8月至2009年7月昆明站(25.6°N, 103.8°E) 中频(MF)雷达观测数据, 研究了太阳活动低年电离层D区电子密度的季节变化特性,发现D区电子密度主要呈现半年变化特征, 即在春秋季电子密度较大, 而在夏冬季则较小, 这与国际参考电离层(IRI)预测的年变化趋势不一致, 但与昆明站电离层测高仪的最低回波频率f_min的观测结果相符. 同时比较了D区电子密度半年变化与纬向风半年变化的关系, 发现二者之间保持了非常一致的变化趋势并对这种一致性的内在原因进行了分析.