地磁平静期赤道电集流的建模研究

本文利用Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月近十年观测的赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)数据,挑选地磁活动平静时(Kp≤3)EEJ的峰值电流密度为研究对象,构建了一个以经度、地方时、季节、太阳辐射通量和月相为参数的EEJ经验模型.将模型计算的EEJ与上述建模所用的Swarm-A卫星实测的EEJ进行比较发现,两者的相关系数约为0.76,平均绝对误差(均方根误差)约为20.91(27.32)mA·m^(-1).该模型可较好地反映Swarm-A卫星从2013年11月到2023年2月观测到的EEJ典型特征,比如,EEJ的幅度随着太阳辐射通量的增加而增加;EEJ有明显的日变化特征,在正午出现峰值,日出附近常出现反向EEJ;EEJ随经度变化呈现显著的波状结构;EEJ的季节变化特征明显,二分季节附近出现峰值,二至季节附近出现谷值;月相对EEJ产生明显影响,正午的EEJ在新月和满月附近出现极大值.为了进一步检验上述建立的EEJ模型的性能,我们利用Swarm-B卫星2013年11月到2023年2月期间地磁平静条件下观测的EEJ数据,对上述模型进行了验证,结果表明本文所建立的EEJ模型能较好地重现Swarm-B卫星观测的EEJ变化.

反向赤道电集流与磁层扰动

对印度Ｔｒｉｖａｎｄｒｕｍ站第２１太阳活动周内地磁Ｈ分量分析表明，不仅在磁扰日及其随后的静日内，强磁扰对赤道电集流有显著作用，即使在持续静日期间，较弱的磁扰仍然对赤道电离层有很大影响．磁静日昏侧出现反向（西向）电集流是正常现象，弱磁扰是使此反向电流消失的可能机制．

CSES卫星观测的赤道电集流特征

本文利用2018年8月到2019年12月期间我国张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)所观测的地磁数据,反演了赤道电集流(EEJ)电流密度的纬度剖面;通过选取的4729个清晰的EEJ事件,分析了在地方时(LT)14∶00附近的EEJ特征.研究结果表明:在地磁平静期间,CSES卫星观测的EEJ电流密度的峰值位于磁赤道附近,其平均幅度约为27 mA·m^(-1).该幅度小于CHAMP和Swarm卫星的观测结果,这与2018—2019年期间太阳活动水平较低(平均F_(10.7)指数约为70 sfu)有关,此外也与CSES轨道所处的地方时相关.平均而言,EEJ的主瓣宽度约为4°,主瓣和旁瓣的峰值电流密度之比约为2.7;在本文所关注的事件中,东向EEJ事件约占83%,西向EEJ事件约占17%;这个比例与CHAMP卫星的观测结果稍有不同,与14∶00 LT附近西向EEJ出现的概率较低有关.东向EEJ的峰值电流密度对经度、季节和太阳辐射水平有显著的依赖性.EEJ峰值密度随经度变化呈现明显的4波结构,可归因于低层大气非迁移潮汐的作用.EEJ峰值电流密度有明显的季节依赖,其幅度在春秋分较大,冬夏季较小.在2018—2019年期间,尽管太阳活动水平较低,EEJ峰值密度随太阳辐射水平的增加而增加.

反向赤道电集流与极盖驱动势

一般认为反向赤道电集流（ＣＥＪ）是一种“非”常态现象，其起因可能是潮汐风波模的特殊组合，或赤道上空局地垂直风切或重力波的作用结果。本文表明，在中性大气和水平风经验模式给出的磁静日中低纬平均条件下，ＣＥＪ应“正常”地出现。磁层－电离层耦合产生的极盖区边界驱动势（或对流电场）则是ＣＥＪ消失的可能机制。

基于神经网络的磁平静期赤道电集流预测

利用BP神经网络技术分别对2008年后磁平静期印度扇区、秘鲁扇区以及CHAMP卫星的赤道电集流(EEJ)变化进行预测,其中神经网络训练数据为对应的2000-2007年磁平静期EEJ观测数据,输入参量为天数、地方时、太阳天顶角、太阳活动指数(F_(10.7))、太阴时以及卫星地理经度,输出参量为EEJ.对EEJ预测结果进行了统计学分析,并且与实际观测结果进行对比.结果表明:BP神经网络对事件中EEJ的变化具有很好的预测能力,预测结果能够反映EEJ的重要分布特征;EEJ预测值与观测值之间具有很好的相关性,其中地磁台站观测值与预测值相关性系数可达85%以上.此外,将BP神经网络模型的预测结果与Yamazaki提出的经验模型结果进行对比,结果显示BP神经网络与其经验模型性能相当.研究结果表明,BP神经网络技术在平静期EEJ变化预测方面性能优异,具有良好的应用前景.

平流层爆发性增温期间赤道电集流中太阴潮汐的经度变化统计学研究

本文利用地磁台站和卫星磁场数据,对平流层爆发性增温(Sudden Stratospheric Warming,SSW)期间赤道电集流(Equatorial Electrojet,EEJ)中太阴半日潮汐的经度变化进行了统计学分析.结果显示,SSW期间秘鲁和印度扇区的EEJ中太阴半日潮汐明显增强,且存在显著的经度差异.秘鲁扇区的EEJ中太阴半日潮汐达到峰值的时间要早于印度扇区,进一步分析发现峰值时间的经度差异与太阳活动和准两年振荡相位有关.此外,SSW期间秘鲁扇区EEJ的太阴半日潮汐峰值强度比印度扇区高.对比不同经度带背景磁场的强度与太阴半日潮汐的峰值幅度的关系,可以看出SSW期间EEJ太阴半日潮汐峰值幅度的经度差异与背景磁场强度有关,但也存在其他物理过程的影响.

赤道电集流的变化:它和S_q电流体系和半日潮的关系

对地磁△H分量的年均日变化和季节变化作了分析,发现赤道电集流中的半年变化在午后消失.这可能是由于S_q的电流焦点纬度在一天中的变化引起的.S_q焦点纬度变化则可能是由叠加半日波引起的这也可用来解释焦点附近台站的△H变化.

近地空间大尺度电流体系

本文简要叙述了磁层-电离层系统大尺度电流体系的观测和研究的基本原理.对五种主要电流体系的形成机制、形态学特征及其在日地能量耦合过程中的作用进行了讨论.

中国地区27天周期电磁响应函数

用“Sompi”谱分析方法对中国14个地磁台的日均值进行了分析.求出对应于27天周期响应的P10幅度和位相.对这一周期求出理想电导替代层的视深度h（?）和电导率σ的等值线图.结果表明σ和h（?）的横向变化在中国中北部地区不是很大.平均h*为950km.平均σ为1.5s/m.这些结果与ScHultz和Larsen（1987）用中国邻近地区的地磁台Irkustk,Memambetsu,Kakioka和Kanoya作出的结果基本一致.用中国南部地区的观测结果我们得到低。和高h.值.这种情况的原因究竞是因为中国南部地区受到高电导率的海洋的影响还是因为赤道电集流的影响.或者是因为地磁Z分企数据中信噪比很低的影响还不很清楚.

利用低轨道卫星地磁观测反演电离层电流概述

随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要介绍了低轨磁测卫星的发展历史和在轨定标流程与方法,回顾了电离层电流的起源、研究历史及产生机制,并详细介绍了利用卫星磁测数据反演电离层不同电流的方法.基于地基和卫星磁测对同一电流的分析结果并不总是一致的,有时会出现明显的差异.造成这些差异的原因可能与采用不同的数据源(比如地基与卫星、卫星与卫星之间)及反演算法中的假设有关.基于有限的观测,在反演中通常要对电流的几何形状和所在位置进行一定的假设,而这些假设可能并不完全满足实际电流的分布.因此,将地基台站和卫星磁测结合起来,通过对比和交叉验证,是检验和改进电离层电流反演算法中假设的合理性的一种有效手段.利用融合后的磁场观测数据,建立更准确的电离层电流反演算法,全面分析电流的形态学和气候学特征,建立以地球磁场信号为媒介的空间天气监测理论与方法,将有助于提升人们对电离层发电机理论、磁层状态以及电离层与磁层之间能量耦合途径等科学问题的理解.