基于长短期记忆网络的扩展F事件短临预测

考虑到我国区域电离层扩展F发生的物理机制和相关因素以及观测数据的可获取性,利用适宜于时间序列预测的长短期记忆网络建立了我国不同区域电离层扩展F事件的预测模型,对未来3 h是否会发生扩展F事件进行预测.以处于我国典型纬度地区的满洲里、北京、海口站为例,利用2015和2016年测试数据集对模型预测精度进行了检验,满洲里、北京、海口站平均准确率分别为92.4%、95.3%、96.0%,平均精确率分别为75.0%、61.2%、62.6%,平均召回率分别为73.0%、50.6%、31.5%.由此可见:在某些情况下,比如在低纬度地区的海口站,模型的召回率较低;除此之外,所建立的扩展F模型在多数情况下具有较高的预测能力.

海南地区扩展F的季节变化研究

对2002年3月～2005年2月期间海南地区DPS-4测高仪观测到的扩展F资料按照频率、区域、混合和强区域扩展等四种类型进行了分析研究。结果表明:在太阳活动高年(2002年),频率扩展不够活跃;区域扩展主要活跃在夏末秋初的7、8和9月份;混合扩展主要活跃在春季的3月份;强区域型扩展则主要活跃在春秋季的3、4和9月份。在太阳活动中年(2003和2004年),频率扩展主要活跃在夏初的5、6月份;区域扩展主要活跃在2004年的秋季9月份,而2003年各季均不够活跃;混合扩展主要活跃在2003年冬季的12、1(2004)月份和2004年的夏季6、7月份;强区域型扩展则主要活跃在2003年秋季的10月份和2004年春季3、4月份以及夏末深秋的8、10月份。海南地区扩展F的特性与巴西Paulista台站的观测结果相比较主要在季节变化上有很大的不同,与印度Ahmedabad台站的观测结果相比较则主要在季节出现率上有较大的差异。

利用电离层层析技术探测日本9.0级地震前电离层异常

利用电离层层析技术对日本Ms9.0地震前21天震中区域附近上空电离层进行了三维重构,并通过2倍标准差方法对反演出的各时刻电离层各格网点电子密度值进行了异常探测。在排除太阳和地磁活动影响后分析得出:2月28日UT14:00—16:00出现的电离层电子密度值异常减小、3月2日UT08:00—14:00、3日UT00:00—06:00和4日UT12:00—20:00出现的电离层电子密度值异常增大极有可能与日本地震有关。

海南地区电离层等离子体泡的多仪器同时观测

根据海南电离层观测站测高仪、闪烁监测仪和中华一号卫星的观测数据,对2004年4月23日三种仪器同时观测到的电离层等离子体泡事件进行了分析.测高仪从14∶30UT到17∶45UT观测到了强区域型扩展F现象,闪烁监测仪观测到闪烁现象出现的时间范围略大于强区域型扩展F的时间范围.在16∶33—16∶34UT期间卫星在海南上空观测到了两个等离子体泡现象.经分析认为,强区域扩展F和闪烁现象都是由卫星观测到的等离子体泡所引起的,从而给出了测高仪、闪烁监测仪和卫星同时观测到等离子体泡的重要观测证据.

中性风在中低纬Spread-F中的作用

讨论了中低纬度电离层F区中有碰撞的Rayleigh-Taylor不稳定性的线性增长率,着重考察背景中性风对增长率的影响,首先建立了适合于描述中低纬地区R-T不稳定性的基本方程,其中包括背景中性风和电场。在此基础上导出了色散关系和不稳定性增长率γ。结果表明,γ随纬度增加而逐渐减小,虽然东西方向和垂直向下的中性风分量有利于不稳定性增长,但在比30度更高的纬度,正常的背景中性风很难使γ为正值,除非存在合适的东西方向电场,亦即电场在中纬度Spread F的形成方面起着重要的作用。文中还根据比较合乎实际的电离层电子密度分布模式估算了线性增长率γ的季节变化。

太阳高年期间海南电离层扩展F出现的起始时间研究

电离层扩展F与电离层闪烁现象密切相关,它们出现的起始时间存在着很大程度上的一致性,因此研究电离层扩展F出现的起始时间将对闪烁预报模型的建立具有重要的应用价值。将太阳高年(2002年3月—2003年2月)期间海南地区DPS-4测高仪观测到的扩展F按照频率、区域、混合和强区域扩展等分为四种类型,对其出现的起始时间进行了分析研究。结果表明:频率扩展和混合扩展的起始时间分别集中在0200LT—0800LT和0000LT—0600LT;而区域扩展和强区域扩展出现的起始时间分别集中在2000LT—0200LT和2000LT—2200LT。

低纬(海南)地区电离层偶发E层的潮汐类周期研究

基于低纬(海南)台站(19.5°N,109.1°E)电离层测高仪在2004年观测到的偶发E层(Es)临界频率(f_oE_s)和虚高(h′E_s)数据,利用谱分析方法,给出了中国低纬地区Es层在全年和不同季节内的短周期变化特性.对全年数据谱分析表明,Es层除具有非常强的24h周期外,还具有显著的12h和8h周期.对不同季节内两个参数的谱分析进一步表明,8 h周期主要出现在f_oE_s参数的春秋分季和夏末及在h′E_s参数的几乎所有季节;6h周期主要出现在f_oE_s参数的11-12月.海南低纬Es层中具有显著的6h和8h周期特性,特别是这两个周期还能同时出现在冬季,这是以往研究中不曾发现的新结果.初步分析认为,Es层的6 h和8 h周期极可能是分别由1/4日和1/3日潮汐所造成的.

Spread-F的经度效应

从三维地理坐标系出发建立模型 ,考虑了地磁倾角和偏角的影响 ,研究Spread F现象的全球分布特点 ,是对以前的研究从赤道地区向中、低纬度地区的推广。从该三维模型中可以看到地磁场的大小和位型的影响 (包括磁倾角和磁偏角的效应 )。由于地磁位型的不同 ,发生率的分布并不具有经度对称性 ,即使在磁赤道附近也如此。在某些特殊的经度和纬度地区 ,会达到发生率的峰值。

南极长城站电离层异常的模拟计算和分析

本文采用现有模式，利用长城站电离层观测资料，模拟计算了Ｆ２层峰值高度及子午向热层风昼夜变化等。同时采用了热层风模式计算了长城站热层风的经验预测值。计算结果较好地解释了长城站的两个异常特征。夏季异常即ｆ０Ｆ２最大值出现在夜间。冬季特别是６、７月份临频显著减小。太阳辐射电离与热层中性风的竞相联合作用是导致夏季异常的关键。长城站地理上虽属高纬区，却处在地磁中纬区。

太阳活动高年海南地区电离层Es临界频率特性研究

利用海南站数字测高仪在2002年太阳活动高年观测到的偶发E层(Es)临界频率(foEs)数据,统计分析了Es层foEs的逐日分布、日中值日变化和日发生率分布特性。结果表明(1)绝大部分临界频率foEs值小于10 MHz,foEs大于10 MHz的情况仅在夏季出现较多;(2)foEs日中值从7点左右开始迅速升高,在10点左右达到极大值,并一直维持到14点左右,之后缓慢下降;(3)Es层发生率在夏季最高,其次是秋冬季,最低为春季。分析表明,风剪切理论能够较好地解释Es日中值日变化,但却不能充分解释Es发生率及foEs大于10 MHz的分布特性。还需考虑太阳辐射水平等因素对foEs分布的影响。这些结果对于低纬电离层Es不规则体的变化规律研究具有重要的科学意义。

电离层极风的EISCAT-VHF雷达观测

极风现象从理论上提出已20多年了,实验上一直没有充分地证实这种现象的存在,以及它的形成区域位于高纬顶部电离层中.我们利用欧洲非相干散射协会(EISCAT)的VHF雷达(在挪威Tromsφ),对H^+离子极风进行了首次实验研究,结果表明,实验期间观测到H^+离子在顶部电离层中的运动速度始终向上,且随高度的增加而增大,从而证实在高纬顶部电离层中确实存在着一个永久向上的H^+离子流,即H^+离子极风,其速度在1000km 高度上达到1km/s,其通量在此高度上接近于饱和,达到10^(12)m^s(-1),而温度小于0.26eV.在我们的探测高度上仍未发展成超声速极风.

芒刺电晕极场强分析与离子风测定

在建立芒刺尖到接地极板间电场分布模型的基础上，提出了在电场中悬挂小球测定离子风的方法。分别采用了滑石粉、石膏和塑料三种材料的小球对离子风进行测定。研究结果表明，在芒刺尖到接地极板间电场中部，场强为（２～４）ｋＶ／ｃｍ范围内，离子风速约为（２～６）ｍ／ｓ。

大西洋低纬度Acsension IS台站强区域型扩展F发生率统计研究

使用位于南半球大西洋的低纬度Acsension IS台站(7.9°S,345.6°E;磁纬2.3°S)的DPS型数字测高仪在2004年探测的扩展F数据,对该台站上空的电离层扩展F、特别是强区域型扩展F的发生率特性进行统计研究。结果表明:探测到的扩展F类型是频率型(FSF)、区域型(RSF)、强区域型(SSF)和混合型(MSF),没有探测到歧型。各种类型扩展F的月变化不同,RSF与SSF的月发生率大致在1~3月和10~12月较高,在5~8月明显降低;不过SSF在7月和9月发生率也较高。各季节SSF占扩展F出现时间的比例在春秋季和夏季高(约30%),在冬季低(5%)。扩展F发生率峰值的地方时出现的顺序依次是RSF、SSF、FSF和MSF。通过将Ascension IS台站的扩展F,特别是SSF的变化规律与其他台站的结果进行比较,发现Acsension IS台站的扩展F,特别是SSF发生率的季节变化与其他经度地区台站以往的结果不完全相同,显示了电离层现象的区域变化特性,并说明SSF应被当做低纬度电离层一种独立的扩展F类型进行研究。

磁暴不同相位期间低纬海南地区电离层扩展F分布特性研究

基于2002—2007年海南地区DPS—4测高仪探测数据,对海南地区电离层四种类型扩展F,包括频率型(FSF)、区域型(RSF)、混合型(MSF)和强区域型(SSF),在磁暴不同相位期间的年际变化和总体分布特性进行了统计分析研究。结果表明:(1)在初相期间,较为活跃的扩展F是在高年(2002)和下降年(2003—2004)的SSF,以及低年(2005—2007)的MSF;(2)在主相期间,较为活跃的扩展F是2002、2006年的SSF和2005、2007年的MSF;(3)在恢复相期间,较为活跃的扩展F是2002年的SSF和2003—2006年的MSF,并且MSF的发生率随太阳活动减弱(从2002年到2006年)有增加趋势。总体上,最为活跃的是SSF和MSF,其次是FSF,而最不活跃的是RSF。分析还表明,初相期间扩展F的发生率要高于主相和恢复相的发生率,这说明快速渗透电场对初相期间的扩展F有促进作用;而主相和恢复相期间扩展F的发生率则受到了快速渗透电场、扰动电场等因素的共同作用。

垂直切变风场中声重波的Burgers-KdV方程研究

本文从可压缩流体的原始动力学方程出发,利用二维约化摄动方法推导出垂直切变风场中考虑曳引效应的二维声重波的Burgers-KdV方程,并对其非线性性态作了一些研究.主要结果:1.声重波在远场处能激发起孤波和多周期波列等非线性波动;2.给出上述非线性波动与大气背景风场、密度等的制约关系;3.进一步推测大气风剪切是E_s形成的可能机制.从本文推导出的方程出发,可进一步研究声重波远场处的相互作用、能量转换、不稳定性和定源等问题.

地震电离层VLF电磁场频谱全球特征研究

与地震活动有关的空间电磁扰动频段主要集中在甚低频／超低频（VLF／ELF），这已经被众多学者研究结果所证实。特别是2004年6月法国DEMENTER卫星成功发射以来，地震电离层电磁异常研究得到了长足发展。然而，相对于来自空间的扰动，诸如磁暴，磁层亚暴，太阳风扰动以及地面闪电等引起的电离层电磁扰动，地震电离层异常为弱信号，怎样凸显地震电离层异常信息是亟需解决的问题。

高纬地区电离层扩展F发生时间研究

利用高纬地区Zhigansk、Yakutsk两个台站的DPS-4电离层测高仪2006年观测到的扩展F(Spread-F,SF)数据统计分析了两台站不同类型SF出现的地方时分布及其季节变化.结果表明:Zhigansk和Yakutsk两个台站观测到的SF主要类型都是频率扩展(Frequency Spread-F,FSF)和混合扩展(Mixed Spread-F,MSF);两台站FSF出现的时间范围具有明显的季节变化,而MSF在各个季节都主要出现在18∶00—06∶00LT.通过分析可以认为这两个高纬度地区FSF的发生主要与电离槽有关,而MSF主要与夜侧磁层粒子沉降有关.

高低纬地区电离层扩展F暴时特性比较研究

不同纬度地区电离层扩展F的对比分析是研究电离层扰动传播的一个重要方法。本文利用三个台站六个磁暴期间的扩展F数据,对高低纬地区电离层扩展F暴时特性进行了对比研究。结果表明,高低纬地区观测到的扩展F类型不完全相同,并且扩展F的起始时刻随着纬度降低而推迟,这表明产生扩展F的电离层扰动是从高纬向低纬地区传播的。

海南地区电离层扩展F现象与Dst变化关系研究

利用2002年2月—2007年12月海南地区DPS—4型测高仪探测数据,统计分析研究了海南地区磁暴期间电离层扩展F现象与D st指数下降值的关系。主要结果为:在海南地区磁暴期间,如果D st指数下降最快值出现在白天,午夜前扩展F现象的发生会被强烈地抑制;如果D st指数下降最快值出现在晚间,夜晚扩展F现象的发生会被激发。这是对海南站电离层观测数据分析,得到的一个新结果。本文还对磁暴期间电离层扩展F现象的发生与电离层扰动发电机电场、磁层渗透电场的关系进行了讨论。

EISCAT Observations of Main Ionization Troughs in the High-Latitude Ionosphere

F-region electron density depletions associated with main ionization troughs in the high-latitude ionosphere are studied using EISCAT CP3 data of meridian scanning experiments. The troughs in our observations are found to appear mainly in dusk sector, extending from late afternoon to pre-midnight, with higher occurrence rate during equinox and winter. Simultaneous ion drift velocity inF-region shows that the main trough minimum is mostly located at the equator ward edge of the plasma convection flow, rather than in the region where the largest ion flow are observed.