论赤道扩展F的密度不规则体(Ⅰ)

本文从等离子体二流体方程组出发,导出适于描述晚间赤道F层现象的DFA模型。证明该模型存在大量偶极涡解。它们可望用于解释赤道扩展F过渡区和中小尺度两区域内存在的大量密度不规则体事实。      

论赤道扩展F的密度不规则体(Ⅱ)

本文对等离子体中的电子和离子分别采用流体和动力论描述, 导出适于描述夜间赤道F层现象的若干非线性模型。由此证明赤道扩展F小尺度区域可存在大量偶极涡、孤子和孤子链等类型的密度不规则体。      

赤道地区和中纬度地区扩展F的特点和比较

通过数值模拟研究了赤道地区和中纬度地区扩展F的触发机制间的联系,发现相同的触发机制在不同纬度的条件下所演化出的结构形态不相同,因此观测上会有所不同;研究了西向电场在赤道地区的作用,发现在适合的电离层参数组合下会产生观测到的电离层F区顶部扰动出现率高于底部扰动出现率的状况;在数值模拟的基础上提出了一个中纬度地区电波散射的模型,用以解释观测到的中纬度地区电波散射的出现率高于线性理论预期的现象.     

IRI-2007对扩展F的预测与观测比较研究

通过对赤道地区两台站的扩展F 实际观测值与IRI-2007 模型预测值的比较, 研究了该模型预测结果的地域局限性和预测的准确度. 该模型建立在美洲扇区赤道附近台站资料基础上, 本文选取非洲扇区大体同纬度两个台站资料进行对比研究. 统计结果表明, 无论在发生概率日均值的年变化趋势上, 还是在扩展F 发生率年均值随地方时变化以及随太阳活动的统计中, 都存在着明显的差异; 而对非洲两站实测值的分析和IRI-2007 模型对南美巴西地区的预测又分别与当前已有的研究结果相符. 分析结果表明, (1) 建立在巴西台站数据基础上的IRI-2007 模型的统计建模极具参考价值; (2) 赤道和低纬度电离层扩展F 现象有强烈的经度效应, 在该模型建模方法基础上, 结合不同扇区实际资料的统计, 能改进该模型全球应用的普适性; (3) IRI-2007模型能正确反映巴西地区扩展F 的发生概率, 用该模型和其他扇区不同条件下的实测值对比, 提供了一个细致研究扩展F经度效应的基础, 有利于确认导致扩展F发生的基本条件和多种影响因素的具体作用.     

基于佳木斯雷达与北海道东雷达观测的F层不规则体回波发生率

利用佳木斯和北海道东高频相干散射雷达的观测数据,对2018年3月至2019年11月期间两部雷达观测到的F层高度的不规则体回波信号发生率的分布特征进行了对比分析。比较了在地磁平静期（Kp <3）和地磁扰动期（Kp> 3）的不规则体回波发生率变化特征,分析了回波发生率在昏侧与晨侧增强的现象和纬度变化特征。昏侧回波发生率增强现象在45°-64°MLAT范围内普遍存在,其中55°-64°MLAT的回波发生率在地磁扰动期明显增强。而晨侧回波发生率增强现象主要分布在45°-54°MLAT的地区,除了春秋分季外,地磁扰动的增强对其影响较弱。中纬日侧回波发生率受地磁活动影响较小。     

磁赤道异常区电离层F区不均匀体发展过程中的闪烁谱研究

本文对我国磁赤道异常区海口站的夜间电离层不均匀体引起的闪烁进行了谱分析，并进行了理论模拟。大部分闪烁出现在午夜前后且持续时间较长。分析结果发现：这种持续时间较长的闪烁的末期和初期的闪烁谱结构有显著差异，末期闪烁谱高频段较初期要明显陆峭，即谱指数显著增大。由此推测出不均匀体发展末期费涅耳尺度以下的不均匀体首先衰减消失，这与国外某些轨道卫星就地测量结果大致相符。同时还从闪烁谱推测出不均匀体发展末期的漂     

双离子成分下的赤道电离层R-T不稳定性

等离子体R-T(Rayleigh-Taylor)不稳定性被认为是赤道夜间F区电离层产生不规则体的主要机制, 经典理论中只考虑了氧离子一种正离子成分, 等离子体R-T不稳定性的表达式与氧离子质量和密度无关. 事实上, 在有些情况下, 电离层F区往往不仅仅只有一种正离子存在. 本文利用连续性方程、动量方程和电流守恒方程, 采用微扰方法, 推导了双离子成分条件下, 赤道电离层R-T不稳定性线性增长率的表达式, 研究多种正离子成分对R-T不稳定性的影响. 结果表明, 双离子成分下线性增长率与两种正离子的数密度和质量都相关, 增长率的大小依赖于两种正离子成分所占的比例.     

赤道电离层F区底部准正弦型不均匀体引起闪烁的数值模拟

本文采用多重相屏模型, 考虑不均匀体特征尺度随高度的变化, 模拟了赤道电离层F区底部准正弦型(BSS)不均匀体引起的闪烁。模拟计算结果表明:BSS不均匀体的特征尺度随高度变化可以导致闪烁谱和不均匀体谱之间谱指数的显著差异。     

中纬地区日间类扩展F不规则结构的观测研究

基于高频多普勒观测,研究中纬地区日间类扩展F现象及其与其他电离层扰动现象的关联.结果表明：日间类扩展F具有出现时间覆盖面广、持续时间长、与其他电离层扰动相互伴随等特征;形态特征表现为回波弥散（与夜间扩展F相似）,弥散回波的频移多倾向于正向偏移,有时与行进电离层扰动（TIDs）相互伴随.日间类扩展F现象虽然是偶发事件,且发生率极低,但其出现时间及区域的广泛性充分体现了该现象对空间天气及空间环境的影响具有不可忽视的重要性.     

磁扰和磁静期间海南扩展F起始时间出现率研究

利用2002年2月至2007年12月(第23太阳活动周的下降段)近6年的海南DPS-4型电离层测高仪探测数据, 对磁扰和磁静夜晚期间扩展F起始时间出现率进行统计研究. 结合海南电离层观测站所观测到的扩展F类型, 将扩展F区分为频率型、区域型、混合型和强区域型, 分别进行统计分析. 结果表明, 无论磁扰还是磁静夜晚, 混合型扩展F起始时间总出现率最高, 最为活跃, 其次为频率型和强区域型扩展F, 最不活跃的是区域型扩展F; 无论在磁扰还是在磁静夜晚条件下, 混合扩展F起始时间主要围绕在午夜前后, 且磁静时更多地起始于午夜前, 而磁扰时则倾向于延至午夜后, 频率型扩展F在午夜后较高, 而强区域型扩展F则在午夜前较高. 在本次太阳活动下降阶段, 强区域型与区域型扩展F的起始时间出现率逐年与太阳活动呈现一定的相关性. 所得结果有助于分析不同类型扩展F在形态和机制方面的差异.     

磁暴对海南地区电离层扩展F的影响

利用2002年2月至2007年12月海南地区DPS-4测高仪观测数据, 用统计分析方法研究了磁暴对电离层扩展F的影响. 结果认为磁暴从整体上抑制了扩展F现象的发生. 但若把扩展F分为不同类型, 则结果却有所不同. 对于频率型(FSF), 在2002年和2003年磁暴对其有促发作用, 在2004---2007年有抑制作用; 对于区域型(RSF), 在2002---2005年磁暴对其有抑制作用, 在2006年和2007年, 对其有弱促发作用; 对于混合型(MSF), 在2002年磁暴对其有抑制作用, 在2003年和2004年有促发作用, 从2005年开始, 磁暴对其有抑制作用; 对于强区域型 (SSF), 在2002---2004年磁暴对其有抑制作用, 在2005年和2006年有促发作用, 2007年有弱抑制作用.     

海南VHF雷达观测到的低纬F区电离层场向不规则体事件分析

中国海南VHF雷达具有快速扫描观测及对电离层不规则体进行二维成像的能力.采用时间序列上的连续观测,可以获得场向不规则体发展变化的一系列二维空间图像.本文对海南VHF雷达2011年10月27日夜间观测到的电离层不规则体事件进行分析,主要结果表明,本次观测到的不规则体可分为三个阶段.在初步形成阶段,不规则体开始出现时非常微弱,发展变化很慢,主要表现为向上可扩展,持续时间约14min.在扩大增强阶段,不规则体快速向上并向两侧扩展,持续时间约14min;不规则体强度前期迅速增大,后期略有减弱,空间尺度达200km以上.在东漂离开阶段,不规则体强度进一步减弱,扩展面积达到最大,主要表现为东向漂移,持续时间近30min.这次观测首次给出了海南地区上空电离层不规则体的形成和发展过程.结合其他台站的观测进行对比分析发现,海南观测到的雷达羽与其他地区的雷达羽具有明显不同,海南地区的雷达羽特性及其对应的物理过程有待进一步观测研究.     

海南地区电离层不规则体纬向漂移速度的观测和研究

根据中国海南富克(19.3°N,109.1°E)三点GPS观测系统2007年3月至11月的观测数据,利用互相关方法分析了三站闪烁信号的时间延迟,得出了不规则体纬向漂移的基本特征.在中国海南地区,闪烁主要发生在春秋季节,夜间不规则体的纬向漂移速度以东向为主,大小在50～150 m/s之间;平均东向漂移速度随时间呈下降趋势.另外,在闪烁刚发生时,不规则体纬向速度起伏较大,这可能与不规则体的随机起伏以及等离子体泡产生时垂直速度较大有关.中国海南地区不规则体纬向漂移速度的这些基本特征与低纬其他地区的测量结果较为一致.     

基于多种观测手段的东亚低纬电离层不规则体事件分析

利用海南台站（19.5°N,109.1°E,dip：13.6°N）和磁赤道区的多种地基和天基观测数据,对2011年11月20日观测到的电离层不规则体事件进行了分析.海南台站VHF雷达、电离层闪烁和数字测高仪的综合观测结果表明,当天日落附近发生了强的电离层不规则体事件,主要表现为雷达羽和强闪烁的形态.结合磁赤道区GPS和C/NOFS卫星观测结果进行分析可知,海南台站日落附近出现的雷达羽和强闪烁与南海磁赤道区产生的主等离子体泡存在明显联系.     

夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析

利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段,对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明,海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体,不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强,在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道,且处于较低高度上,几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生,与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构,且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。     

基于海南VHF雷达观测的低纬E区场向不规则体研究

利用海南VHF雷达（19.5°N,109.1°E;磁纬8.1°N）在2011年7月15—22日期间的连续观测数据,对东亚低纬3m尺度电离层场向不规则体（FAI）特性进行了分析. 主要结果表明,在整个观测期间,E区场向不规则体几乎每天发生,既可发生于夜间,也可发生于白天,且存在各种不同结构. 根据E区场向不规则体发生的时间及形态,可将其分为三种结构类型：低部连续型结构、上部下降型结构以及白天连续型结构. 这些低纬E区场向不规则体的回波谱特性与赤道电集流（EEJ）和中纬区E区场向不规则体中的2型回波相类似,但其随时间的变化与后两者存在明显差异,且与其他低纬区E区场向不规则体回波存在不同程度的差异.     

神舟2号大气密度探测器的探测结果（Ⅰ）日照和阴影区域热层大气密度变化

选用了神舟2号(SZ-2)大气密度探测器在2001年2—4月间的探测数据,进行日照和阴影区域热层大气密度变化的探讨.结果表明:在高度410km附近,日照和阴影区域大气密度变幅为2—3倍,变幅的大小与地磁活动程度呈负相关关系.日照面大气密度峰区位于星下点地方时1400—1500LT的纬度处,峰值大小与太阳活动程度呈正相关关系.阴影面大气密度谷区位于星下点地方时0400-0500的纬度处,同时在±10°纬度区域中还出现了阴影面峰区.