一次行星际磁场南向突变的高纬电离层对流响应特征

本文利用北半球的超级双极光雷达网数据，考察了一次行星际磁场南向突变时高纬电离层对流的响应特征，着重分析了响应的时间尺度．对所研究的事件，行星际磁场南北分量在1．5min内从＋7nT突变到-8nT，而在突变前后约40min内都保持相对稳定．结果表明，电离层对流的初始响应发生在磁正午附近，相对于行星际磁场突变到达磁层顶的时间有大约3min的滞后；响应与磁地方时有明显依赖关系，离磁正午越远，响应的滞后时间越长，晨昏两侧的对流响应比磁正午滞后约6min，磁午夜的对流响应比磁正午滞后约12min；对流重新趋于稳定的时间与磁地方时没有明显的依赖关系，该时间尺度约为10～14min．

2013年平流层爆发性增温期间高纬电离层半日潮汐波研究

基于Sondrestrom站(67°N,51°W)非相干散射雷达观测数据,研究了2013年平流层爆发性增温(SSW)事件发生后高纬地区电离层F层和E层半日潮汐波.同时,对1月非SSW发生期间和不同太阳活动期间高纬电离层中的半日潮汐波进行了统计分析,并和2013年SSW事件发生后的结果进行了比较.研究发现,SSW发生后F层经向风中的半日潮汐波有显著增强,其振幅大于80 m·s^(-1)的时间持续了至少60 h,最大值达到109 m·s^(-1).在180~330 km范围内,半日潮汐波振幅平均大了24 m·s^(-1).在E层高度上,经向风中的半日潮汐波也在SSW发生后迅速增强,最大值达到109 m·s^(-1),在108~117 km范围内,其振幅平均大了33 m·s^(-1).在E层纬向风中,半日潮汐波振幅在120 km处连续超过36 h的时间内大于70 m·s^(-1),最大值达到92 m·s^(-1).不同太阳活动期间的半日潮汐波统计结果显示,和低太阳活动期间相比,高太阳活动期间半日潮汐波在F层和E层平均增强14 m·s^(-1).这明显小于SSW期间24和33 m·s^(-1)的增幅,表明高太阳活动不是2013年SSW期间高纬电离层半日潮汐波增强的主要原因.我们的研究表明2013年高纬电离层半日潮汐波的增强很可能是受到SSW事件的影响.

磁暴期间高纬顶部电离层离子上行特征——DMSP卫星观测

本文利用DMSP F13和F15卫星观测数据,对2001—2005年58个磁暴(-472nT≤Min.Dst≤-71nT)期间高纬顶部电离层离子整体上行特征进行了统计研究.观测表明,磁暴期间,顶部电离层离子上行主要发生在极尖区和夜间极光椭圆区.在北半球,磁正午前,高速的离子上行(≥500m·s-1)多集中在65°MLat以上;午后,高速离子上行区向低纬度扩展,上行速度要略高于午前;在南半球,磁午夜前,DMSP卫星在考察区域内几乎所有的纬度上都观测到了高速上行的离子;午夜后,各纬度上观测到上行离子的速度明显降低.离子上行期间,DMSP卫星在极区顶部电离层高度上也频繁地观测到电子/离子增温,且电子增温发生的频率要远高于离子增温.O+密度变化分析显示,DMSP卫星磁暴期间观测到的上行离子更多地源于顶部电离层高度.这些结果表明电子增温在驱动暴时电离层离子整体上行过程中起着重要作用.

高纬日侧电离层离子上行的地磁活动依赖性研究

本文对比分析了太阳活动高、低年期间高纬日侧顶部电离层离子上行随地磁活动水平的变化特征.按地磁活动水平,将DMSP卫星在太阳活动高年(2000—2002年,F13和F15)及太阳活动低年(2007—2009年,F13;2007—2010年,F15)期间的SSIES离子漂移速度观测数据分为三组:地磁平静期(Kp<3),中等地磁扰动期(3≤Kp<5)和强地磁活动期(Kp≥5),分别统计分析了高纬日侧顶部电离层离子上行特征的时空分布.对比分析发现:(1)太阳活动低年期间,高纬日侧电离层离子上行发生率以及上行速度峰值均是太阳活动高年的2倍多,而离子上行通量峰值只有高年的1/6-1/4;(2)在相同太阳活动条件下,地磁活动水平对日侧电离层离子上行发生率峰值的影响并不明显,但对离子上行发生率的空间分布有着显著的控制作用:电离层离子上行高发区随地磁活动向低纬度扩展,并在强地磁活动期间呈现饱和的趋势;(3)日侧顶部电离层等离子体似乎存在两个效率相当的上行区域,一个位于极尖/极隙区纬度附近,离子可沿开放磁力线上行进入磁尾;另一个位于晨侧亚极光区附近,离子沿闭合磁力线上行,有可能进入日侧等离子体层边界层.

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.

南极中山站冬季电离层的平均特性

本文利用南极中山站的数字式电离层垂直测高仪１９９５年的频高图资料，对中山站上空冬季电离层的一些平均特性进行了初步分析。中山站冬季电离层Ｆ层很不稳定，其日变化比较明显，ｆｏＦ２的月中值在０９００ＵＴ出现极大并在１４００ＵＴ附近出现次极大。最大值在０９００ＵＴ（磁中午）附近，这是极隙区软电子沉降、极区等离子体对流和光辐射电离效应等诸多因素综合作用的结果，形成了所谓的磁中午异常。在２０００～０１００ＵＴ之间ｆｏＦ２数值较小，可能是由于这段时间中山站正处于电离层极洞区域。Ｅｓ层几乎每天都可以观测到，在１７００ＵＴ附近出现机率较高，并且ｆｏＥｓ数值较大，多数为极光型Ｅｓ，主要是由于极光粒子沉降引起的。电离层Ｅ层的变化相对平缓。

SuperDARN雷达的对流测量评估

通过与DMSP卫星测量的二维离子漂移矢量的比较,对SuperDARN雷达对流测量进行了评估。二维对流矢量的比较表明,两种观测手段的测量总体上相符,其中对流方向的相关性和一致性均优于对流大小;当对流较强时,SuperDARN测量值有偏低的趋势。进一步分析表明,SuperDARN的视线速度测量与DMSP离子漂移测量的一致性较高,暗示由视线速度推断对流矢量的模型存在局限性,不能有效地反映出对流图像的小尺度结构。