基于GNSS观测的全球赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节依赖特征

赤道等离子体泡是在磁赤道和低纬地区一种通常发生在夜间的大尺度电离层不规则结构.本文利用2010—2021年全球低纬地区GNSS TEC监测仪长期观测数据,分析了赤道等离子体泡对太阳和地磁活动及季节的依赖特征.结果表明,全球每个经度区赤道等离子体泡发生率与太阳活动都显著正相关,赤道等离子体泡的日发生率与F107指数相关系数接近0.70.经度-60°~-30°在赤道等离子体泡高发月份的日落后发生率与F107的相关关系有明显的饱和效应.在季节变化方面,经度-60°~-30°赤道等离子体泡主要发生在1—3月和10—12月,其他经度主要发生在分季.不同经度区赤道等离子体泡日落后发生率季节不对称性存在显著区别,在太阳活动上升期,经度-60°~-30°的10—12月发生率明显高于1—3月;在太阳活动下降期,0°~180°经度区3月分季高于9月分季.此外,地磁扰动对产生赤道等离子体泡主要是抑制作用,特别是在太阳活动高年、分季.

化学复合率对激发赤道等离子体泡影响的数值模拟

本文模拟研究了背景电离层在一维和二维扰动下产生等离子体泡的过程,在模拟过程中引入行进式电离层扰动(traveling ionosphere disturbances,TIDs)模型激发生成电子密度的二维扰动,同时通过改变化学复合率来研究不同复合率对等离子体泡结构形态的影响.模拟结果表明,复合率对等离子体泡的生成速度有较大影响,复合率越大,激发等离子体泡所需时间越长.另外,在二维扰动情况下电离层生成等离子体泡的速度要比一维扰动情况下的速度慢.在一维扰动情况下,不同复合率对等离子体泡结构形态影响不大,而在TIDs激发的等离子体泡中,不同复合率对等离子体泡的结构形态有较大影响.在较小复合率的情况下,TIDs激发的等离子体泡可以产生分叉结构,并伴有大量小尺度的等离子体泡结构,同时模拟结果存在等离子体泡底部收缩现象.模拟结果还表明,当存在大量小尺度等离子体泡时,单个等离子体泡周围的极化电场方向在非线性的演化过程中可能会发生变化,因此并不是所有底部等离子体泡都能够抬升到电离层顶部,只有其周围极化电场方向一直是东向的等离子体泡,才能够进一步抬升到电离层顶部.

利用聚类算法区分小尺度电离层行扰事件与赤道等离子体泡事件

利用Swarm卫星2015年1月1日至2019年12月31日的50Hz高频磁场数据,根据阈值判断垂直于主磁场方向的扰动,对磁纬45°N-45°S之间的小尺度电离层行扰事件进行探测.为避免混淆而产生的干扰,可以根据阈值判断平行于主磁场方向是否发生扰动,从而排除典型的赤道等离子体泡事件.但对于较弱的赤道等离子体泡事件,扰动阈值判断无效.为避免弱赤道等离子体泡事件的污染,根据小尺度电离层行扰事件和赤道等离子体泡事件在不同参数空间中的密度分布差异,利用基于密度的聚类算法将赤道等离子体泡事件进一步甄别提取.结果表明,聚类算法能够有效地将赤道等离子体泡事件从小尺度电离层行扰事件中甄选出来,并使小尺度电离层行扰事件聚类与赤道等离子体泡事件聚类形成清晰的边界.由聚类算法导出的弱赤道等离子体泡事件主要分布在磁纬15°N-15°S,地理经度20°-60°W,月份10至3月之间,并且在20:00MLT-24:00MLT存在高发生率,同时依赖于太阳活动,这也验证了前人的相关研究结果.

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。