武汉上空中层顶附近大气环流的流星雷达观测

利用2002年2~9月流星雷达的观测, 分析了武汉上空中层顶附近大气环流的特征. 在80 ~ 100 km高度范围内, 冬季纬向环流以西风为主, 在冬季环流向夏季环流转变的过程中, 3月到5月上旬中层顶附近出现纬向东风环流, 但在观测高度内, 5月中旬以后纬向环流基本上为西风. 经向环流主要吹向赤道, 峰值随时间向下移动, 7月份峰值达21 ms^-1. 将每月的平均风与HWM93模式进行比较, 观测得到的北风的值、西风的最大值以及西风转向高度等都明显与HWM93模式不同.     

电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

震前电离层扰动研究进展及汶川地震前电离层变化

介绍了近年来国内外对震前电离层异常扰动研究进展,大量新的观测证据显示,地震活动前的电离层扰动确实存在,而且在震级大于5级的地震发生前几天到几个小时内的孕震区上空会发生显著电离层扰动。针对2008年5月12日发生的里氏8.0级汶川大地震事件,通过利用漠河、北京、武汉和三亚的地基GPS测量获得的垂直电子总含量(VTEC)数据,北京地面测高仪测量的F_2层临界频率和Es临界频率等参量,考察中国上空电离层在地震前的变化情况,发现地震前1～6 d中,5月6-7,10-11日,白天电子浓度比5月1-5日的值偏低。但f_0E_s增强。5月9日日落后中低纬电子浓度出现异常增强,而这段时间地磁活动平静。探求这些异常变化的机制则需收集更多资料做进一步的研究。     

中低纬电离层理论模式的构建和一个观测系统数据同化试验

在前人工作的基础上, 完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS: Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences). TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程, 对地磁场采用偏心偶极近似. 同时结合欧拉网格和拉格朗日网格, 并考虑了等离子体的电场漂移作用. 计算结果表明模式稳定可靠, 能再现大部分电离层大尺度特征. 基于本模式, 进行了一个观测系统数据同化试验. 结果表明, 采用非线性最小二乘拟合的方法, 把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中, 能够准确的估算电场漂移作用, 为进一步开发同化模式, 进行电离层现报和预报奠定了基础.     

用偏相关分析电离层NmF2与低层大气等压面高度的相关性

通过建立电离层NmF2与其不同影响因子的多元线性回归模型, 应用偏相关方法分析了1957~2004年中国武汉电离层NmF2与对流层和平流层不同等压面高度的相关联系, 结果表明偏相关方法能够有效剔除太阳活动, 地磁活动以及季节因子的影响, 真实地反映电离层NmF2与低层大气等压面高度的相关性质, 两者在平流层中部有弱的正相关. 通过偏相关系数的对比发现, 电离层NmF2主要受太阳活动和季节因子的影响, 地磁活动的影响很小, 而低层大气等压面高度的影响很微弱. 研究表明偏相关方法是判断电离层与其上下层大气耦合程度的有效工具.     

基于真实地磁场的中低纬电离层电场理论模式

地磁场作为电离层电动力学过程的背景磁场, 对全球电离层发电机过程以及电离层电场、电流的分布有着决定性的影响. 在研究电离层电场经度结构等精细问题时, 以往模拟中经常采用的偶极场近似过于粗糙和理想化. 基于电离层发电机理论, 通过改进原有电离层电场模式, 在改良的APEX坐标系下发展了一个电离层发电机模式. 该模式较为灵活, 地磁场既可采用较为真实的国际地磁参考场(IGRF)也可采用理想的偶极场, 中性风场和电导率由经验模式的输出参数计算得出. 采用逐线法求解电势的偏微分方程得到中低纬电离层静电势、电场和电流的时空分布. 模式较好的再现了电离层电势、电场和赤道电集流的基本结构和形态, 可应用于中高层大气、电离层电动力学过程的相关研究.     

电离层附加时延修正算法的数值模拟

基于国际电离层参考模型IRI，对我国国土范围内同步卫星高度下电离层带来的随时间空间的变化进行了数值模拟，在给定的修正模型的基础上，模拟了修正效果。     

中低纬电离层F2区峰值参量周年和半年变化及电场影响模拟研究

利用二维电离层理论模式,在地磁平静和太阳活动低年的情况下,模拟中低纬电离层峰值电子浓度NmF2和峰值高度hmF2的周年和半年变化规律.在考虑与不考虑理论模式输入电场的周年和半年变化两种情况下,对比分析研究了电场对电离层NmF2和hmF2周年和半年变化的影响.结果表明,当输入电场没有周年和半年变化分量时,模拟NmF2表现出一定的半年变化特征,而hmF2周年变化分量较强;当输入电场包含了周年和半年变化特征时,模拟NmF2和hmF2周年和半年变化特征明显改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有较大的差别;电场对NmF2半年变化的影响无论是在强度还是范围上都明显大干对hmF2的影响,电场对NmF2的影响在赤道和驼峰区都比较明显,但对hmF2的影响主要集中在地磁赤道区.通过对比模拟NmF2和hmF2发现,中低纬电离层hmF2与NmF2半年变化具有一定的相关性,初步分析认为电离层电场及其关的"赤道喷泉"效应可能是这种相关性的重要纽带;电离层电场对hmF2半年变化的影响仅局限在地磁赤道地区,而对NmF2影响可达驼峰地区,因此hmF2与NmF2半年变化的相关性也仅在地磁赤道较为明显.     

TIME-IGGCAS模式与经验模式和观测数据的比较

TIME—IGGCAS（Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences）模式是我们在前人工作的基础上完善的一个中低纬理论电离层模式．本文把该模式的结果与其他一些有代表性的经验模式和多种观测数据作了详细的对比．比较结果表明：TIME-IGGCAS模式模拟的电子浓度、电子离子温度在数量级上均与经验模型和观测符合得较好，在地方时变化、纬度变化、季节变化这些变化形态上也符合得较好，并且模式能很好地模拟出赤道异常、冬季异常和半年异常这些电离层异常，这为我们进一步开发电离层数据同化模式奠定了良好的基础．无论是与经验模式还是与观测相比，TIME—IGGCAS模式均低估了电子温度而高估了离子温度，模式在日出日落时段和在低高度模拟的偏差较大，这些结果为我们以后进一步完善模式、改善模式的模拟能力提供了参考．     

电离层经度变化波数谱成分与高层大气潮汐模的相关性

电离层沿经度方向变化的3波(WN3)和4波(WN4)经度波数谱成分与高层大气中周日东向2波(DE2)和3波(DE3)潮汐模之间密切相关.利用由JPL全球电离层地图(GIM)数据计算出的总电子积分含量(TEC)的纬度积分ITEC,以及TIMED卫星搭载的TIDI仪器观测到的MLT(Mesopause and lower ...