基于地基和卫星观测的中低纬电离层不规则体研究

发布时间：2017-12-10 02:06

  本文关键词：基于地基和卫星观测的中低纬电离层不规则体研究

  更多相关文章： 赤道等离子体泡 中纬中尺度行进电离层扰动 气辉结构 等离子体密度增强 中尺度场向不规则体结构

【摘要】：在这篇论文里面,我们利用大量的全天空气辉成像仪(all-sky airglow imagers,ASAIs)台网图片数据,结合国家子午工程地基台站的两个数字测高仪(Digisonde),一个甚高频(Very High Frequency,VHF)雷达,一个GPS-TEC监测仪,以及C/NOFS(Communication/Navigation Outage Forecasting System)卫星对发生在我国低纬赤道等离子体泡(Equatorial Plasma Bubbles,EPBs)和中纬中尺度行进电离层扰动结构(Mesoscale Traveling Ionospheric Disturbance Structures,MSTIDs)进行了研究。该研究包括三个部分:在第一部分,我们对发生在2013年11月04/05夜晚云南曲靖和广西大兴的两个ASAIAs同时观测到的一起EPB事件的演化过程进行分析。海南富克的Digisonde以及VHF雷达,和C/NOFS卫星也被用来研究该事件。该EPB事件发生在当地的地磁赤道区域并在日落后朝极向延伸。在几乎相同的时间和地理经度范围内,C/NOFS在EPB气辉结构的地磁共轭区域观测到了与EPB气辉衰减结构有相同经度延伸的等离子体密度结构。它们的波长为450 km,纬向延伸达到大约2250 km。在该事件里面,一个朝西南向运动的极强气辉区域(SMEBAR)被首次观测到。这种结构是寄居在赤道电离异常(equatorial ionization anomaly,EIA)峰的等离子体密度增强或EIA峰本身。然而,该SMEBAR的特征完全地不同于之前预报的等离子体液滴(blobs)。SMEBAR中的平均的电子密度只比背景增加了0.5倍。SMEBAR的西南向传播特征与之前东向传播的blobs不一致。EIA峰和SMEBAR可能已经腐蚀了该EPB气辉衰减结构。EAI峰和SMEBAR中的高密度等离子体可能被输送给EPB气辉衰减结构。EPB衰减结构最终变为明亮的气辉结构或消失。当周期性的EPB气辉衰减结构通过Digisonde上空时,周期性的卫星回迹(Satellite Traces,ST)被观测到。ST的发生暗示着该EPB事件很可能由电离层底部的LSWS发展起来。C/NOFS观测表明PSSR并不是做种EPBs的决定因素。这是第一次同时的ASAIs,Digisonde,VHF雷达,和C/NOFS被用来观测从底部的LSWS演化过来的大尺度的EPB群事件。在第二部分,我们利用海南富克,广西大兴和桂平,云南曲靖的四个ASAI观测到的发生在2012-2014年间的EPB气辉数据进行统计分析研究。统计研究主要包括:EPB发生率的日变化和季节变化,EPB的东向漂移速度,EPB的极向地磁纬度延伸,EPB衰减结构的间距和纬向延伸,及EPB的倾斜特征。结果表明:我国赤道地区的EPBs最主要发生在两分点的21:00-00:00 LT。EPB发生率在春秋分和冬夏至存在明显地季节不对称性。EPBs通常以2到6个衰减成群出现。毗邻的EPB衰减间隔在100-700 km之间。平均的EPB衰减间隔为200-300km。一个EPB群的纬向延伸通常低于1500 km,但可以达到3000 km。大约21:00-22:00 LT,EPBs在9.5°±0.5°地磁纬度范围内有一个大约100 m/s的最大纬向漂移速度。之后,EPB漂移速度朝着日出时间减小到50-70 m/s。绝大多数EPBs的平均西向倾斜角在20:00-03:00 LT从5°-10°增加到23°-30°,然后朝着日出减小到10°-20°。EPBs的发生模式和纬向漂移速度与远离我们台站西边20°-32°的印度Kolhapur存在显著的差异。该研究的意义在于:这是我们首次在亚洲地区利用ASAI气辉网络图片数据对EPB的形态特征进行系统的统计分析。该研究有利于我们对EPB的形成演化过程有一个很好的了解。在第三部分,我们利用河北兴隆站的ASAI和法布里-波罗干涉仪,北京十三陵的Digisonde,北京南蒙(BJNM)的GPS-TEC监测仪对发生在2012年02月17/18夜晚的一起伴随有中尺度场向不规则体结构(field-aligned irregularity structure,FAIs)(~150 km)的MSTID事件进行了研究。该中尺度FAI气辉结构产生在朝西南向运动的MSTIDs的一个衰减相平面里。该衰减相平面发生在一个电离层的抬升区域,并产生在周期为2.0 h的GPS-TEC衰减区域。中尺度FAIs导致了周期为15 min的GPS-TEC高频振荡。二维自相关分析表明该中尺度FAIs有一个平行于MSTIDs衰减相平面的相对速度。中尺度FAIs与MSTIDs的这种关系与电波观测的千米尺度的FAIs与MSTIDs的关系是一致的。值得指出的是,这是首次在国际上利用图片分析技术的方法从气辉图片中直接识别出150 km尺度的FAIs。该研究有利于加深对中纬度电离层不规则体形成机制的认识。
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P352

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