低地磁扰期间海南电离层F2层临界频率的观测与IRI预测结果的对比研究

国际参考电离层模型(IRI)是非常有影响的电离层经验模型之一,利用该模型对我国东亚地区,尤其是海南低纬度地区,进行长期预测的效果尚未研究。通过对一个太阳活动周(2002~2012年)期间海南观测站(19.5°N,109.1°E)数字测高仪DPS-4D观测到的电离层临界频率foF2在低地磁扰动条件下的月中值日变化、季节变化和年变化进行了分析;并与相应的IRI-2012模型预报值进行了对比研究。结果表明:1观测到的foF2存在着明显的冬季异常和半年异常现象,对太阳活动存在着明显的依赖关系;2IRI-2012模型预报值虽给出了海南foF2的基本观测特征,但细节上IRI模型预测值与观测值还是存在着地方时、季节和年度偏差,主要表现为:在太阳活动低年模型存在高估;在太阳下降年期间模型存在低估;在太阳活动较高时期模型存在明显的分季低估,冬、夏季高估;整体上,多数偏差率在±20%以内。偏差率较大的时段主要集中在0500-0800LT,这与以前研究结果基本一致。这些结果对进一步完善IRI模型,尤其是在中国低纬度地区foF2预测参数方面,具有重要的参考价值。     

基于COSMIC数据开展全球电离层foF2建模及变化特征研究

电离层foF2是短波通信、天波超视距雷达系统所需的关键环境参数,使用2006—2014年COMSIC(constellation observing system for meteorology, ionosphere, and climate)掩星电离层数据和多项式方法,自主构建了高精度全球电离层foF2经验模型,并使用2015—2019年观测数据进行独立检验。本模型结果与建模及独立检验时段电离层foF2观测数据的相关系数分别为0.948和0.937,平均偏差分别为2.38%和3.08%,相对误差分别为11.72%和12.69%。利用该模型研究了电离层foF2时空变化特征,结果表明电离层foF2日夜变化幅度随纬度增加而变大,春秋分季期间南半球日夜变化幅度显著高于北半球,而夏季半球则远低于冬季半球。电离层foF2季节变化幅度随纬度增加而变大,夜间电离层foF2的季节变化以年特征为主,白天则包含了显著的年、半年特征,夜间季节变化幅度明显高于白天,南半球显著高于北半球。电离层foF2中纬槽现象主要出现在春秋分季夜间,经度方向四波结构主要出现在太阳活动低年和春秋分季期间。     

基于IGS的TEC赤道异常南-北不对称性分析

利用IGS提供的太阳活动第23-24周期间2000年1月1日至2011年12月31日的GPS TEC数据,分析了东南亚地区经度110°E区域在不同的太阳活动情况下白天电离层赤道异常(EIA)各参数的南-北不对称性变化,以及不对称性随太阳活动变化的关系。结果表明:太阳活动的强弱与赤道异常双峰强度和双峰差异大小的关系明显,赤道异常双峰在驼峰强度、纬度位置和出现的时间等都有明显的季节变化特征,且有比较明显的南-北不对称性。在太阳活动高时,EIA双峰强度差异明显比太阳活动低时要大,各季节的峰值强度均值表现为北驼峰比南驼峰强,6-8月份北驼峰峰值出现的时间平均比南驼峰出现时间晚约1 h。在太阳活动低时,夏季和秋季节时北驼峰比南驼峰强,秋冬季节南驼峰比北驼峰强,且冬季北驼峰出现的时间要比南驼峰早约1 h,在5-9月份期间北驼峰出现的时间要比南驼峰晚约2 h。随着太阳活动的逐渐升高,冬至期间不对称性指数Ia均值增大的趋势非常明显。     

F2层临界频率的太阴半日周期扰动分析

大气太阴潮汐对ES层和F2层有影响,在ES层和F2层的参数中均发现以太阴半日周期的振荡.通过分析中低纬地区10个台站F2层临界频率(foF2)的太阴半日分量变化,得到以下结论:foF2太阴半日潮有日变化和季节变化.不同的纬度,太阴半日潮的日变化、季节变化不同.武汉foF2太阴半日潮出现最强的月份、武汉中层低热层大气太阴半日潮汐风最强的月份、武汉ES层参数的太阴半日潮最大值出现的月份均相同,这表明,中层和低热层大气太阴半日潮汐和ES层、F2层的太阴半日潮汐有非常强的相关性.     

三亚地区电离层foF2的混沌特性分析及其预测研究

利用三亚台站2013年电离层foF2观测数据,讨论了电离层foF2的混沌特性及其预测.采用改进的C-C算法确定时间延迟和嵌入维数,计算最大李雅普诺夫指数,定量地印证foF2时间序列具有混沌特性.基于RBF神经网络的方法对foF2参量进行短期预报,并将预报结果与Volterra模型、IRI模型和实测数据进行对比.结果表明,采用RBF神经网络法可成功预测foF2的变化,相比于国际参考电离层模型有较大提高,较Volterra模型也有一定提升.在一定时间尺度内,RBF神经网络预测结果较为准确,预测误差较小,超出该预测范围,预测效果将变差.     

简单α效应的α-ω发电机解和活动区涡度的观测

本文介绍了一个基本的α-ω发电机的数值解,探讨了这种模型中极向场和环向场耦合形成的螺度表征量随太阳活动周的变化,与之前观测中所呈现的螺度参数随纬度和时间变化的特征相吻合.其后,使用太阳动力学天文台日震磁场成像仪的时距日震学方法获得的24太阳活动周的矢量速度场,计算了平均涡度随纬度和时间的变化,观测结果显示涡度在南北半球的符号有相反的特征,另外, 2010–2016平均涡度随纬度逐年的平均变化显示了在不同年份,轮廓线显然不完全重叠.这表示太阳上实际的流体涡旋运动可能存在更为复杂的与时间有关的过程.     

南极伊利莎白公主地250年来NO-3浓度变化特征研究

利用1996～1997年中国首次南极内陆冰盖考察获得的50m雪芯资料,详细研究了南极伊利莎白公主地250年来NO -3 浓度变化特征.结果表明:在250年尺度上,本地的NO -3 浓度具有明显的季节变化特征.250年来,伊利莎白公主地NO -3 浓度与太阳活动没有相关关系,认为本地的NO -3 可能主要来源于中低纬度地区的闪电和极地高空中的各种大气过程,雪冰中记录的NO -3 浓度可能是其来源、传输路径和沉积过程的综合反映.     

南极伊利莎白公主地250年来NO-3浓度变化特征研究

利用1996～1997年中国首次南极内陆冰盖考察获得的50m雪芯资料,详细研究了南极伊利莎白公主地250年来NO -3 浓度变化特征.结果表明在250年尺度上,本地的NO -3 浓度具有明显的季节变化特征.250年来,伊利莎白公主地NO -3 浓度与太阳活动没有相关关系,认为本地的NO -3 可能主要来源于中低纬度地区的闪电和极地高空中的各种大气过程,雪冰中记录的NO -3 浓度可能是其来源、传输路径和沉积过程的综合反映.     

太阳活动峰年和谷年期间黑子群与耀斑的统计分析

基于NOAA/SWPC公布的太阳活动数据,我们选取第24太阳活动峰年附近的12个连续月份(2011年7月至2012年6月)和第23太阳活动周谷年附近的12个连续月份(2005年7月至2006年6月),统计了这两段时间中太阳黑子群和耀斑的活动规律,并根据时间、黑子群分布纬度、寿命和磁场类型等对峰年和谷年进行了详细分析和比较,主要结论如下所述.(1)黑子群数随时间的变化在峰年和谷年均比较随机,峰年期间黑子数比谷年增多1.5倍左右.耀斑爆发与黑子群活动具有良好的相关性,但峰年期间存在某个月份耀斑数很少的现象,而谷年期间存在某个月份耀斑数集中增多的现象.(2)无论峰年还是谷年,δ类型黑子群的耀斑产率(耀斑总数与黑子群总数之比)最大,但β型黑子群产生的耀斑爆发最多.耀斑产率与磁场类型有密切关系,但与其所处太阳活动周中的阶段无关.(3)黑子群和耀斑的纬度分布的南北不对称性,以X级耀斑最为显著.峰年较谷年的耀斑数增加主要集中在C级和M级.(4)耀斑产率同黑子群寿命具有良好的相关性,但黑子群的数目同它们的寿命之间没有明显的规律.     

东亚中纬度地区臭氧变化与磁暴关系探讨

本文分析了东亚30°N和40°N上空大气臭氧总量与磁暴活动的变化特征,并采用交叉谱的方法,着重研究了第20太阳活动周内臭氧总量变化和磁暴活动的相互关系,这种相互关系随纬度而有所差异。此外,在太阳活动第20周期间,30°N上空臭氧总量月平均量和磁暴月频数的周期性变化之间存在着密切的关系,且这些变化与大气环流的某些周期韵律有很好的对应。     

异常的第24太阳活动周——新千年的第一个完整的太阳活动周

介绍自2007年下半年到现在的非常低的太阳活动状况:无黑子活动天数为16太阳活动周以来最多,不排除24周的无黑子天数是现代黑子周内最多的可能;高纬度(35°)黑子的纬度为12周最低;从2003年11月～2008年9月,较高纬度(20°)每月没有黑子或只有1个黑子,共计持续了58个月,也为12周以来第一次观测到;太阳风速度、太阳风压、10cm电磁波辐射、太阳极区磁场、太阳总光度辐射等参量都为有观测资料以来的最低.对于这种极低太阳活动的现象,介绍了从当前的日震观测给予的解释、也从Gleissberg周期的长尺度、超长太阳活动周期尺度给予了解释.依据目前的观测,我们确定24黑子活动周于2008年11月开始.综合多种经典太阳活动预报方法给出的对24周太阳活动水平的预报,以及美国国家航空航天局和美国国家海洋大气局对24周的未来发展趋势的预报,认为24周太阳活动水平估计比23周将要弱30%左右.异常的24太阳活动周为太阳物理和日地关系物理研究带来机遇.     

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.     

太阳活动、太阳辐射对地球气候和环境的影响

太阳对地球气候的影响，大多数人一般想到的是太阳活动。其实，太阳对地球气候的影响有两类：一类是太阳活动变化的影响；另一类是太阳辐射的影响，也就是即使太阳活动没有变化，由于地球各种运动引起地球接受太阳辐射的不同而造成的影响。太阳活动周期与气候变化由太阳黑子数显示的太阳活动周期，主要有１１年、２２年周期和准２００年周期等。对太阳活动的１１年周期从１７５５年起开始编号（即以１７５５年开始的太阳活动１１年周期作为第１周，称单数周；接下来的太阳活动１１年周期编为第２周，称双数周，其后依次编号），目前已编到第…     

全球气候变化的多因素探讨

该文对传统的观点提出质疑,认为全球气候是由多因素共同决定的。一方面我们通过对距今420000年的气温序列的研究发现地球历史气温具有准周期性。另一方面,对近150年气温序列进行分析并与温室气体、太阳活动的序列进行对比。发现二氧化碳浓度呈严格上升趋势,不具有波动性,因而无法描述气温变化。而太阳活动的11年滑动平均与气温变化较为吻合,且11年符合太阳活动的周期。因而得出结论,太阳活动在气温变化中占据主导地位。最后构建数学模型以对所得结论加以解释。     

太阳微粒辐射对700毫巴平均环流场的效应

本文以地磁北极为中心,分析了1953—1959年中,太阳活动高值年(1957—1959)和低值年(1953—1955)北半球700毫巴等压面平均高度的变化情况。主要结果为: 1.在高纬区(磁纬80°—70°)太阳活动强盛时期700毫巴等压面平均高度大于这七年的平均高度,而太阳活动弱的时期,则700毫巴等压面平均高度小于七年平均值。在磁纬60°—40°,则太阳活动强的时期700毫巴等压面平均高度小于太阳活动弱的时期的平均高度。2.在极光带附近(磁纬70°附近)太阳活动对气压场的影响比较明显。3.找出了太阳活动第十九周内,太阳活动对北半球影响较明显的地区:北极地区,阿拉斯加地区,西伯利亚北部,北大西洋和北太平洋地区。     

臭氧总量的纬度带变化特征分析

利用NOAA卫星的SBUV/2(SBUV:太阳反向散射紫外辐射测量仪)观测仪资料来分析大气臭氧总量多年(1989～2000年)在不同纬度带的趋势变化、年际变化和季节变化。结果表明:各纬度带臭氧总量都是下降的,但下降幅度和速率各不相同。南北纬度带具有不同的年际变化特征。各纬度带臭氧总量在春季最大,秋季最小,夏冬两季处于中间,对于不同纬度带,臭氧总量季节变化也不同。     

祁连山保护区近56年降水量变化稳定性探析

通过对祁连山保护区的8个气象站1957-2012年降水资料,及降水量变化情况进行了标准偏差分析,发现,祁连山南坡的降水量大于祁连山北坡,高海拔地区的降水量大于低海拔地区.对降水量的稳定性,纬度越高,降水稳定性越好;经度越低,降水稳定性越好;海拔越低,降水稳定性越好.     

近50年来豫西山地亚热带北界变化分析

利用ANUSPLIN对豫西山地及周边27个气象站点1964-2013年1月月均温进行插值处理,得到1月气温空间数据集,借助ArcGIS 10.0得到研究区近50年1月月均温的空间分布,并提取5条0℃等温线的年代际线.结果表明:150年来研究区1月月均温微弱上升,气温倾向率为0.037 6℃/10a,1964-2004年明显增加,气温倾向率为0.233℃/10a.2以111°40′E经线为分界线,西部亚热带北界沿垂直方向变化明显,1964-2003年上移152.9m,2004-2013年又下移222.8m,50年平均下移69.9 m.东部亚热带北界沿经线方向波动变化,1964-2003年北移幅度达到约1.2个纬度,2004-2013年又南移约1.1个纬度,50年平均北移约0.1个纬度.31986年是1967-2007年内气温上升的突变点,突变前后亚热带北界平均上移了165.5m.东段显著向北移动,移动幅度大约为1.5个纬度,最北端已达到35°N附近.     

中国北纬40°上空过渡流区大气月平均状态特征

为了解中国北纬40°上空过渡流区大气月平均状态,使用热层-电离层-中间层大气能量与动力/宽频辐射计大气探测卫星资料,选取北京和酒泉上空50~110km高度2003-2014年共计12a的温度和密度数据,采用Lomb-Scargle谱分析方法分析了两站资料的周期特征、温度和密度周期随大气高度的变化特征,以及太阳活动对过渡流区的影响。结果表明:过渡流区的大气状态随经度变化很小,大气温度随时间变化呈现显著的4个月震荡和年震荡,自然年内温度的4个月震荡在过渡流区底层和顶层具有同位相特征,在中层为反位相特征;大气密度随时间存在半年变化和年变化特征,90km以下以年变化为主,90km以上年变化和半年变化同时存在;过渡流区上层温度和密度受到太阳活动的影响显著,强弱随月份变化。     

用数字信号处理方法分析太阳黑子活动的周期性

太阳黑子数是描述太阳活动水平的主要指标,太阳活动直接影响人类健康和人类赖以生存的环境—地球;依据数字信号处理原理,采用多种处理方法,分析处理了1770-1869年的太阳黑子数年均值;得出了太阳黑子存在11-12年周期的结论.结果表明该方法对研究太阳活动规律乃至天体规律是有效的.