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.     

电离层等离子体泡的磁场扰动特征与识别

等离子体泡是赤道区电离层常见的密度耗空结构,同时伴随着背景磁场的增强和垂直背景磁场方向上的扰动,这些扰动具有阿尔芬波的特征。本文利用Swarm卫星的标量、矢量磁场以及等离子体观测数据,考察了等离子体泡产生的磁场扰动信号特征,发现磁场强度和平均场向分量的增强均与等离子体泡密度下降有较强的负相关性,说明磁场标量和矢量（平均场向分量）数据都可以用来识别等离子体泡。由于Swarm卫星的标量磁场数据噪声明显低于矢量磁场数据,利用标量磁场数据可以提高等离子体泡的识别率,识别更多波动较小的等离子体泡。     

低纬(海南)电离层等离子体漂移对地磁活动的响应

利用2003-2016年期间子午工程海南站（19.5°N,109.1°E）数字测高仪观测到的电离层等离子体漂移数据,分析了高低两种太阳活动条件下纬向和垂直向漂移对近磁静、中等磁扰和强磁扰三种地磁活动水平的响应特性.结果表明：日间纬向漂移各季节均以西向为主,随地磁活动无明显变化,白天日出附近和夜间漂移在各季节均以东向为主,随地磁活动增强而减弱,减弱程度在分季最大,在夏季最小;日间垂直漂移在零值附近变化,且不受地磁活动和季节影响,日落附近漂移仅在分季受到地磁活动的抑制,午夜前垂直漂移在分季受到抑制,在冬季因强磁扰而反向,夏季无明显规律,子夜至日出后垂直漂移在各季节随地磁活动增强而减小.与赤道区Jicamarca相比,两地漂移对地磁活动的响应相近,但在幅度和相位上存在差异,这可能是两地区的地理位置、背景电场和风场结构等不同造成的.     

低纬电离层等离子体块相关等离子体泡演化期间的虚高变化

针对东亚地区地磁低纬度南北半球Vanimo台站（地理2.7°S,141.3°E;地磁 11.2°S,146.2°W）和海南台站（地理19.5°N,109.1°E;地磁9.1°N,179.1°W）上空的3个电离层等离子体块与等离子体泡相关联的事件,利用地面台站的电离层测高仪连续观测数据,研究等离子体泡演化期间的电离层虚高变化。结果表明：以往提出的等离子体块出现约2 h之前等离子体垂直漂移速度从向上（东向电场）转为向下（西向电场）的观点,本文的3个事例均与之不符,或者距反转时间很远（约6 h）,或者由向下转为向上。在等离子体块形成时间点前的1 h内,均有突发的等离子体堆积的运动趋势,或是下降运动速度突然变慢,或是从下降转为向上运动,或是上升运动速度突然加快。这一堆积现象与等离子体块现象相关性更好,也不仅限于漂移速度从向上转变为向下。

     

磁层大尺度扰动的赤道电急流效应—中国,印度低纬台站的分析结果

本文利用印度TRIVANDRUM、KODAIKANAL、ANNAMALAINAGAR和中国的琼中等低纬台站1983—1984两年地磁Z分量资料,对磁层大尺度扰动的赤道电急流效应作了进一步研究.形态分析和周期迭加分析结果证实了作者仅用我国地磁资料所得的结论,即对应磁层环电流的发展,有ΔZ的负扰(即附加东向电急流).双站对比和地方时平均法表明,该效应在日侧最大,半夜至黎明前最弱.有关观测特征与模式计算基本相符.     

低纬地区夜间电离层底部电子浓度与磁扰的关系

本文利用100kHz的低频无线电波资料,计算分析了1986—1987年期间,几种不同磁扰情况下,低纬地区夜间电离层中100km以下区域积分电子浓度及其变化的起因.结果表明:该区域电子浓度的变化与地磁扰动关系密切.在磁静日期间,其值较小,且随磁扰而变化,但比磁扰滞后1到2天.在磁暴后,其值较大,会出现几次剧烈起伏.该区域积分电子浓度的起伏可大于一个量级.沉降电子产生的动致辐射可能是引起该区域电子浓度变化的主要原因之     

太阳活动低年广州地区地磁扰动与电离层闪烁的统计特征分析

基于肇庆地磁台的地磁监测数据和广州气象卫星地面站建立的华南地区GPS电离层闪烁监测网的监测数据, 统计分析了2008年7月至2010年7月太阳活动低年期间广州地区地磁扰动与电离层闪烁的关系. 用肇庆台地磁水平分量H的变化量换算出肇庆地磁指数K, 以此来代表广州地区地磁扰动情况.分析结果表明, 磁暴/强地磁扰动对广州地区电离层闪烁的发生总体表现为抑制作用, 电离层闪烁主要发生在低K值期间, 而在K ≥ 4时电离层闪烁的发生呈下降趋势. 电离层闪烁发生率随季节和地磁活动的变化规律表现在, 春季的弱闪烁发生率、夜间中等以上闪烁发生率和夏季中等以上闪烁的发生率明显与地磁活动指数K相关, 即随$K$指数的增大而减小; 在秋季和冬季闪烁发生率与K指数变化无明显关系. 同时还综合分析了地磁与太阳活动的变化对电离层活动的影响, 广州地区闪烁主要发生在太阳活动较低的磁静日期间.     

大功率高频无线电波对赤道E区双流不稳定性的影响--PIC静电粒子模拟研究

地面入射的大功率高频无线电波（泵波）和电离层等离子体之间的参数相互作用,能够引起静电波的激发,在一定条件下,产生不稳定性.本文用PIC静电粒子模拟方法,研究泵波与赤道电离层E区等离子体的相互作用.研究结果表明,泵波能够控制双流不稳定性的发生,在不同条件下,泵波对双流不稳定性起着稳定与不稳作用,模拟结果定性地与理论研究结果相符合,这为我们对不规则体产生的地面人工控制提供了依据.     

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.     

声重波激发的ESF的波长效应

通过对赤道地区声重波激发的Ｓｐｒｅａｄ－Ｔ扰动的非线性制约方程的拓扑特性,在不同扰动波长和扰动振幅的条件一进行数值计算,以及对原始非线性方程组在不同参数范围内进行数值模拟,显示了声重波的垂直扰动分量对ＥＳＦ演化的影响,为赤道地区Ｓｐｒｅａｄ－Ｆ形态的多样性提供了一种非线性的解释。     

声重波激发的赤道 Spread—F 不稳定性

本文导出了声重波扰动与赤道电离层扩展F层相互作用的基本方程,并对数值模拟结果进行了讨论。结果表明当声重波扰动与Kavleigh-Taylor不稳定性共同作用于赤道F层时,将导致大尺度波状结构的Spread-F.其特征为以一定速度漂移的准周期不规则性,发展到后期伴有羽柱形状的bubble(电子密度低区)产生。这种现状的bubble可上升至F层顶部并发生倾斜。声重波波矢量的方向决定着羽柱的倾斜方向。这些结果与实验观测特征相符,说明声重波扰动不仅是大尺度Saread-F的触发源,而且对其整个形态发展过程起着重要的作用。     

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.     

Rayleigh-Taylor不稳定性非线性特性的数值研究

以往对于单模态Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性非线性特性的研究主要集中于推导和测量恒定的气泡推进速度上,而缺乏对液态尖钉区域非线性动力学特性的详细分析。采用耦合的Level-Set和Volume-of-Fluid（CLSVOF）界面捕捉方法对单模态RT不稳定性的发展过程进行了精确的数值模拟,并利用模拟得到的压力场和速度场信息对RT不稳定性非线性发展阶段的稳态动力学特性进行了分析。模拟结果表明,在液态尖钉根部由于惯性力作用而引起的水平冲击流会在此处形成一个局部最大压力点,由于此处惯性力与压强梯度的平衡,位于最大压力点附近的流动最终将达到稳态。通过理论分析,确定了此稳态流动中各稳态特征参数与初始扰动波长、惯性加速度之间的关系。这些特征参数的确定有助于将经典低速射流的相关理论扩展应用到RT不稳定性诱导雾化的研究领域。     

Total electron content of the ionosphere at two stations in East Africa during the 24–25 October 2011 geomagnetic storm

The equatorial ionosphere has been known to become highly disturbed and thus rendering space-based navigation unreliable during space weather events, such as geomagnetic storms. Modern navigation systems, such as the Global Positioning System (GPS) use radio-wave signals that reflect from or propagate through the ionosphere as a means of determining range or distance. Such systems are vulnerable to effects caused by geomagnetic storms, and their performance can be severely degraded. This paper analyses total electron content (TEC) and the corresponding GPS scintillations using two GPS SCINDA receivers located at Makerere University, Uganda (Lat: 0.3^o N; Lon: 32.5^o E) and at the University of Nairobi, Kenya (Lat: 1.3^o S; Lon: 36.8^o E), both in East Africa. The analysis shows that the scintillations actually correspond to plasma bubbles. The occurrence of plasma bubbles at one station was correlated with those at the other station by using observations from the same satellite. It was noted that some bubbles develop at one station and presumably “die off” before reaching the other station. The paper also discusses the effects of the geomagnetic storm of the 24–25 October 2011 on the ionospheric TEC at the two East African stations. Reductions in the diurnal TEC at the two stations during the period of the storm were observed and the TEC depletions observed during that period showed much deeper depletions than on the non-storm days. The effects during the storm have been attributed to the uplift of the ionospheric plasma, which was then transported away from this region by diffusion along magnetic field lines.     

Four-peak longitudinal distribution of the equatorial plasma bubbles observed in the topside ionosphere: Possible troposphere tide influence

In this paper we consider an idea of the troposphere tide influence on the character of the longitudinal variations in the distribution of the equatorial plasma bubbles (EPBs) observed in the topside ionosphere. For this purpose, the obtained EPB longitudinal patterns were compared with the thermosphere and ionosphere characteristics having the prominent “wave-like” longitudinal structures with wave number 4, which are uniquely associated with the influence of the troposphere DE3 tides. The characteristics of the equatorial mass density anomaly (EMA), equatorial ionization anomaly (EIA), zonal wind and pre-reversal E?×?B drift enhancement (PRE) were used for comparison. The equinox seasons during high solar activity were under consideration. It was obtained that the longitudinal patterns of the EMA and zonal wind show the surprising similarity with the EPB distributions (R???0.8, R???0.72). On the other hand, the resemblance with the ionosphere characteristics (EIA, PRE) is rather faint (R???0.37, R???0.12). It was shown that the thermosphere zonal winds are the most possible transfer mediator of the troposphere DE3 tide influence. The most successful moment for the transfer of the troposphere DE3 tide energy takes place in the beginning of the EPB production, namely, during the seed perturbation development.     

基于伴随理论的Spread-F最优初值扰动提取研究及数值模拟

通过讨论Spread-F扰动初值对于研究R-T不稳定性的必要性,分析初值扰动提取在人工诱导电离层方面的重要作用, 首次提出了应用伴随理论将电离层不稳定性基本方程与Spread-F观测资料相结合提取其扰动初值的方法. 推导了电离层不稳定性方程的伴随模式并进行数值模拟实验, 结果表明电离层不稳定性方程能够较好描述 Spread-F的发展过程; 伴随模式在利用不同迭代初值以及不同时刻观测资料进行反演时, 均能得到较为理想的结果, 表明利用伴随模式反演电离层 Spread-F初始扰动是可行的.