大气行星波影响低频电波吸收变化的机制

本文根据冬季中低纬低电离层中、低频（ＬＦ）电波振幅扰动与高纬平流层中大气行昨波活动密切相关的观测事实，分析研究了可能引起低电离层对ＬＦ电波吸收变化诸因素的作用后，提出了一种能较好地解释观测现象的物理机制，大气行星波可通过两种方式改变大气离化率ｑ，因而引起低电离层中电子密度Ｎ扰动，进而改变由Ｎ大小决定的电离层电波吸收值，结果导致ＬＦ电波振幅发生相应变化。文中给出了描述这一物理计算公式和某些计算结果。     

海南地区电离层闪烁监测及初步统计分析

为开展赤道区的电离层闪烁形态特性及相关物理过程的研究,空间中心海南台站建立了一套GPS电离层闪烁监测系统．该系统是利用Plessey GPS Builder-2系统开发的,对软件的源码进行了修改,使其能以高采样率(50／s)同时并行记录11个通道GPS信号强度数据．对2003年7—12月间L-波段电离层闪烁事件的初步统计分析结果表明,电离层闪烁主要发生在日落后到午夜附近,其中9—11月较7—8月闪烁发生和结束的时间明显提前;电离层闪烁发生的频率和强度在9—11月较其他月份明显增强,其中10月达到最大;电离层闪烁的逐日变化具有很强的随机性,闪烁的发生在秋分附近9月底到10月中旬的磁静日期间达到最大;太阳和地磁活动的增强通常会抑制电离层闪烁的发生,这种情形在秋分附近尤为明显．     

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.      

2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究

利用武汉电离层观象台研制的GPS TEC的现报方法及现报系统,对东亚地区GPS台网的观测数据进行处理分析,特别对2000年7月14-18日和2003年10月28日至11月1日两次特大磁暴期间的数据进行了对比考察,文中分析了两次磁暴间的电离层响应,得到对应不同磁暴时段电离层TEC的不同变化情况,着重揭示了TEC赤道异常峰的压缩和移动以及赤道异常随时间的压缩—反弹—恢复的过程,并结合高纬电离层的部分响应机制进行了说明,结果显示,两次磁暴期的电离层响应表现出了各自不同的特点,从而反映出因季节变化引起的高纬电离层暴时能量注入的不同而造成的全球性电离层扰动的不同形态,由此看出,磁暴期间电离层TEC的变化直接与太阳扰动发生的时间及其对高纬电离层的耦合有关,若短时期内连续发生多次磁暴,则电离层反应更加复杂,不能简单地当做单一磁暴叠加处理。     

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．     

2004年12月13日IMF北向期间极区亚暴电离层电动力学特征

利用KRM地磁反演方法, 结合北半球中高纬度地磁台站数据, 研究了2004年12月13日行星际磁场北向期间发生的亚暴事件, 极区电离层电动力学参量(电流矢量、等效电流函数以及电势)的分布特征. 结果表明, 在该亚暴膨胀相起始后, 午夜之前西向电集流急剧增强, 且等效电流体系表现为夜侧双涡, 同时伴随夜侧增强的南向电场. 由于极弱的直接驱动过程, 卸载过程引起的电离层效应得到清楚显示. 卸载过程在膨胀相期间起绝对主导性作用. 同时, 夜侧电导率的增强是电集流区域电流急剧增强的主要原因.      

电离层数字测高仪被动接收观测模式研究

利用CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪平台,实现了新的电离层数字测高仪被动接收观测模式.利用新开发的观测模式,在观测台站开展了一系列实验观测研究,经过信号处理和信息提取,获得了电离层特征参量f0F2回归方程,高频信道背景噪声分布,电离层D层对电波的吸收等电离层探测信息.实验观测结果表明,所获取的f0F2与主动探测结果相关性在0.84以上,高频信道背景噪声分布以及电离层D层吸收状况与电离层实际分析结果相吻合.     

电离层虚高的高精度测量与分析

为了提高电离层虚高测量精度,介绍了利用电离层回波相位实现高精度虚高测量的方法,并以CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪为研究平台,进行组合脉冲控制和回波相位测量分析,开展了一系列虚高测量实验,并与传统的利用回波时间延迟的虚高测量方法进行了分析比较.实验结果表明,基于回波相位的测量分析方法与回波时延测量分析方法相比,其虚高测量精度高一个量级以上,这对精确反演电离层峰下电子浓度剖面及研究电离层精细结构具有重要意义.      

宇宙噪声的电离层闪烁与电离层不规则结构的结构参数

利用宇宙噪声是均匀的。各向同性的背景电磁辐射的假设,对电子密度涨落空间分布波数谱为负幂律函数的电离层不规则结构,用射线光学方法导出了闪烁功率谱的表示式。与射电星和轨道人造卫星信标的电离层闪烁相比,减少了因相对运动弓队的变量。用数值计算方法研究了电离层不规则结构的结构参量L_y、l_y、p、η对功率谱的影响。与实测资料比较,发现电离层吸收事件期间且Riometer记录的闪烁资料中,60%以上相应的不规则结构有L_y>103,η>η₀(0.2<η₀<0.5).      

火星空间大尺度电流体系分布特征

在MHD模型基础上, 对火星空间环境的电流分布进行了模拟. 结果表明, 火星空间存在着弓激波电流、磁堆积区电流、电离层电流和磁尾电流. 弓激波电流在激波曲面上均由北向南自成体系, 电流密度在弓激波顶区域较大. 在向阳面磁堆积区边界电流与电离层电流彼此耦合形成完整的回路, 在背阳面磁堆积区边界电流与磁尾中心电流片耦合形成完整的回路.      

太阳活动区R9077引起的强烈吸收事件

利用南极中山站的观测数据分析了太阳活动区R9077所引起的强烈吸收事件，其中2000年7月14日的太阳质子事件引起了持续3天多强烈的极盖吸收，同时，激烈的太阳活动使磁层处于极度扰动状态，磁层高能粒子沉降使许多持续时间较短的吸收峰叠加在极盖吸收背景之上，最突出的是7月1日的吸收增强事件，其最大值达26dB。这是自1997年2月中山站安装成像式宇宙噪声接收机以来观测到的最强的吸收，另一个较突出的吸收峰发生在14日1753UT前后，本文还讨论了产生这些吸收的原由。     

Electron densities and temperatures in the Venus ionosphere: Effects of solar EUV,solar wind pressure and magnetic field

The Venus ionosphere is influenced by variations in both solar EUV flux and solar wind conditions. On the dayside the location of the topside of the ionosphere, the ionopause, is controlled by solar wind dynamic pressure. Within the dayside ionosphere, however, electron density is affected mainly by solar EUV variations, and is relatively unaffected by solar wind variations and associated magnetic fields induced within the ionosphere. The existence of a substantial nightside ionosphere of Venus is thought to be due to the rapid nightward transport of dayside ionospheric plasma across the terminator. Typical solar wind conditions do not strongly affect this transport and consequently have little direct influence on nightside ionospheric conditions, except on occasions of extremely high solar wind dynamic pressure. However, both nightside electron density and temperature are affected by the presence of magnetic field, as in the case of ionospheric holes.     

利用Cluster资料对经验及抛物面磁场模式性能的研究

Cluster的观测区包括太阳风与磁层相互作用的关键区域.本文将Tsyganenko经验模式T96,T01及Alexeev抛物面模式A2000的模拟结果与Cluster的磁场资料进行了详细对比,研究了两种模式对于近地点分别位于日侧及夜侧磁层的不同Cluster轨道上磁场的模拟性能.结果表明: (1)Cluster近地点附近轨道上的磁场主要受Birkland电流影响,T96,T01能很好地估计电流系位置,但对其强度模拟有所偏差,由于A2000不包含Ⅱ区场向电流,因此模拟不出近地点附近的磁场扰动; (2)对于0＞Dst＞-100 nT情况,T96与T01性能相当,但由于缺少部分环电流,T96对于日侧昏线附近的磁场模拟偏差大; (3)T96与T01对夜侧近地点轨道上磁场模拟的均方根相对误差为40%左右,受极尖区电流影响,日侧时误差上升到50%,而A2000均方根相对误差明显偏大,均为58%左右.      

夜侧极区电离层对流对行星际激波的响应

利用超级双子极光雷达网（Super Dual Aurora Radar Network,SuperDARN）高频雷达、北半球IMAGE地磁台链以及南极中山站的极光观测数据,研究电离层对流对2012年7月14日一个行星际激波扰动事件的响应.在18:10UT行星际激波到达地球并与磁层相互作用触发地磁急始和磁层亚暴,SuperDARN雷达观测到北半球夜侧极区电离层对流显著增强,观测视野覆盖黄河站的Hankasalmi雷达观测到从激波到达地球至18:33UT,电离层F层出现剧烈扰动,雷达回波数明显增多,并出现局部对流速度反转现象.18:33UT之后,观测到F层出现三块速度高达600m·s-1的逆阳运动不规则体.而与Hankasalmi雷达地磁共轭的南半球Kerguelen雷达探测到的回波主要来自E层,回波数量几乎无变化,但是Kerguelen雷达观测视野内的中山站全天空光学成像仪观测到极光活动显著增强.南北半球夜侧电离层观测结果的差异,主要是由于它们分别处于极夜和极昼.      

Recent advances in model calculations of the Venus ionosphere

Our understanding of the physical and chemical processes which control the behavior of the Venus ionosphere has advanced significantly during the last few years. These advances are the result of a still growing data base and a variety of evolving theoretical models. This review summarizes some of these recent studies, especially those concerning the dynamics of the ionosphere, the maintenance of the nightside ionosphere, the energetics of the nightside ionosphere, and the time evolution of magnetic fields in the dayside ionosphere.     

Novel technology for detecting atmospheric disturbances using GPS. Instantaneous response of the ionosphere to a sudden commencement of the strong magnetic storms

We developed a new technology for global detection of atmospheric disturbances, on the basis of phase measurements of the total electron content (TEC) using the international GPS network. Temporal dependencies of TEC are obtained for a set of spaced receivers of the GPS network simultaneously for the entire set of visible satellites. These series are subjected to filtering in the selected range of oscillation periods using known algorithms for spatiotemporal analysis of signals. An “instantaneous” ionospheric response to the sudden commencement of the strong magnetic storms were detected. On the dayside of the Earth the largest value of the net response amplitude was found to be of order 0.4 TECU (2–3 % of the background TEC value), and the delay with respect to the SSC in mid-latitudes was about 360 s. In higher latitudes the delay goes up to 15 min. On the nightside these values are 0.2 TECU and 30 min, respectively. The velocity of the traveling disturbance from the middle to high latitudes on the dayside as well as from the dayside to the nightside was about 10–20 km/s.     

行星际磁场北向时磁层顶区磁场重联的全球模式

在对背阳面磁层顶区局域磁场重联模拟的基础上提出了一个行星际磁场北向时磁层顶磁场重联的全球模式。行星际磁场北向时碰层顶磁场重联导致近地尾瓣的能量被输送到远磁尾,太阳风能量不在磁尾储存,向阳面磁层顶变厚,磁层受到一系列扰动。      

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.      

Properties of traveling atmospheric disturbances (TADs) inferred from CHAMP accelerometer observations

Densities derived from accelerometer measurements on the CHAMP satellite near 400 km are used to statistically establish characteristics of large-scale (>1000 km) traveling atmospheric disturbances (TADs). Only TADs that at least propagate from the auroral zone to the equator are analyzed here, and a total of 21 identifiable events are found over the years 2001–2007. The average speed of all TADs, regardless of local time, is 646 ± 122 ms⁻¹. The average speeds on the dayside and nightside are 595 ± 127 ms⁻¹ and 685 ± 106 ms⁻¹, respectively, i.e., the speed appears to be 10% higher on average on the nightside. On six occasions TADs were only detected on the night side; however, TADs on the dayside often appear more distinctly in the data. Moreover, contrary to some theoretical expectations, dayside TADs do not dissipate more readily than night side TADs, although much less are detected between 8–20 solar local time. No clear dependence of TAD amplitude or phase speed with respect to Kp, or rate of increase of Kp, is found.