东南亚电离层赤道异常半球不对称性及闪烁特征研究

发布时间：2017-08-25 22:25

  本文关键词：东南亚电离层赤道异常半球不对称性及闪烁特征研究

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【摘要】：电离层是近地空间环境的一个重要组成部分。在低纬地区电离层的研究中,电离层赤道异常(Equatorial Ionization Anomaly, EIA)是一个热点研究方向。赤道异常是指白天时在磁赤道两侧的电离层F2层峰值电子浓度(NmF2)出现明显的双峰结构现象。电离层中F2层是电子密度最大的一层,含有电离层中绝大多数电子,因而在低纬和赤道地区电离层电子浓度总含量(TEC)的纬向分布通常也表现出明显赤道异常双峰特征。自电离层赤道异常现象发现以来,许多研究工作者通过大量的数值模拟和统计分析等对EIA现象进行了广泛的研究。而在电离层赤道异常的长期形态变化中,特征是在太阳活动低时的一些结构特征变化仍需进一步研究分析。本文以东南亚赤道异常区的电离层形态变化为主要研究对象,选取俄罗斯科学院IZMIRAN提供的2000年到2013年期间超过一个太阳活动周的数据。在对东南亚经度120-E上的电离层EIA的形态特征基础上,研究了地磁活动平静时电离层异常双峰结构的南北不对称性变化特征,并进一步对在太阳活动低时低纬地区电离层TEC纬向分布出现只有一个峰值的结构情况(即TEC单峰现象)进行了详细分析。同时,由于赤道异常驼峰区是电离层闪烁频发的区域,在论文中我们也对电离层赤道异常北驼峰区的GPS卫星与FY-2D静止气象卫星闪烁特征进行了初步分析。本论文的主要研究工作和内容总体上包含以下几个方面：1、电离层EIA形态变化特征。电离层TEC和NmF2双峰结构在在太阳活动高的年份比在太阳活动低的年份明显。在不同太阳活动条件下,电离层NmF2表现的双峰结构均要对应期间TEC双峰结构要更明显。电离层赤道异常南北驼峰区域TEC和NmF2强度季节异常变化特征明显。在太阳活动低年的夏冬季节月份期间赤道低纬地区TEC纬向分布可能表现为只有一个峰值的结构。电离层赤道异常北驼峰TEC和NmF2强度变化冬季异常现象明显,而南驼峰强度季节变化中基本上都无冬季异常。电离层TEC和NmF2南、北驼峰强度均与太阳活动关系明显,与地磁活动关系不明显。2、电离层EIA双峰结构南北不对称性特征。电离层TEC和NmF2双峰纬度距离有明显的季节变化特征,冬季增大,夏季减小。在太阳活动低的夏秋季,TEC和NmF2双峰纬度距离最小,且冬季双峰结构存在明显的向南偏移现象。在夏季和冬季期间,电离层TEC和NmF2双峰结构不对称性变化最为明显,且EIA双峰结构不对称性存夏冬季节反转和太阳活动高和低时反转的现象。3、赤道异常区TEC单峰现象的提出与分析。通常赤道低纬地区电离层TEC纬向分布都表现为双峰结构特征,但在地磁活动平静时的少数情况下也会出现只有一个峰值的TEC单峰现象。进一步分析表明,北单峰、磁赤道单峰、南单峰分别主要发生在太阳活动低时的夏季、秋季和冬季月份期间。在太阳活动很低时,电离层TEC单峰期间对应的NmF2双峰结构不对称性要明显大于TEC双峰期间对应的NmF2双峰结构不对称性。4、我们提出了太阳直射点下电离层等离子体浓度的初始背景分布对电离层TEC和NmF2纬向分布影响的地理控制作用。结合赤道喷泉效应、夏冬季期间跨赤道中性风和等离子体初始背景的地理控制作用,可以较好的解释在电离赤道异常TEC和NmF2双峰结构不对称性的季节变化特征,以及在太阳活动低时北单峰、赤道单峰和南单峰现象的季节分布特征和形成机制。5、赤道异常北驼峰区深圳台电离层GPS闪烁事件特征。在2010年12月至2014年4月的观测时段内854个电离层闪烁事件都发生在夜间,且主要发生在午夜前。闪烁事件的发生存在东-西侧天区不对称性特征,在台站西侧天区明显比东侧天区偏多。闪烁事件期间共伴随有512个TEC耗尽和460个卫星锁事件的发生,TEC耗尽和卫星失锁事件主要发生在春秋分月份的闪烁事件期间。6、赤道异常北驼峰区FY-2D静止气象卫星闪烁初步分析。我们提出了一种电离层闪烁指数变换方法,使FY-2D闪烁数据尽可能与GPS闪烁指数分布一致,并对FY-2D和GPS闪烁特征进行对比分析。
【关键词】：赤道异常 太阳活动 南北不对称性 单峰现象 电离层闪烁
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P352
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 引言10-28
• 1.1 电离层概述10-12
• 1.2 电离层的基本理论12-18
• 1.2.1 光化学过程12-14
• 1.2.2 输运过程14-17
• 1.2.3 电离层发电机理论17-18
• 1.3 电离层赤道异常研究18-22
• 1.4 电离层闪烁现象研究22-26
• 1.5 本文目的和主要研究内容26-28
• 第二章 赤道异常区电离层变化特征28-52
• 2.1 数据来源与处理28-31
• 2.2 峰强度年与季节变化31-44
• 2.2.1 年变化31-34
• 2.2.2 季节变化34-37
• 2.2.3 冬季异常37-41
• 2.2.4 参数统计41-44
• 2.3 地磁和太阳活动影响44-48
• 2.3.1 地磁活动相关性44-46
• 2.3.2 太阳活动相关性46-48
• 2.4 分析与讨论48-50
• 2.5 小结50-52
• 第三章 赤道异常南北不对称性52-82
• 3.1 双峰强度不对称性52-55
• 3.2 峰纬度不对称性55-59
• 3.3 不对称性指数59-64
• 3.3.1 指数定义59-60
• 3.3.2 指数变化分析60-64
• 3.4 物理机制讨论与分析64-79
• 3.4.1 等离子体浓度纬向分布模型68-72
• 3.4.2 夏冬至双峰结构不对称性72-76
• 3.4.3 春秋分双峰结构不对称性76-79
• 3.5 小结79-82
• 第四章 赤道异常区TEC单峰现象分析82-96
• 4.1 单峰现象分类与数据提取82-83
• 4.2 单峰现象年与季节分布83-85
• 4.3 单峰纬向分布结构85-87
• 4.4 单双峰期间不对称性对比87-90
• 4.5 物理机制讨论与分析90-94
• 4.5.1 北单峰形成91-92
• 4.5.2 南单峰形成92-93
• 4.5.3 磁赤道单峰形成93-94
• 4.6 小结94-96
• 第五章 北驼峰区GPS卫星电离层闪烁事件特征96-108
• 5.1 台站与数据96-97
• 5.2 闪烁事件时间分布特征97-100
• 5.3 闪烁事件空间分布特征100
• 5.4 TEC耗尽与卫星失锁100-103
• 5.5 分析与讨论103-106
• 5.6 小结106-108
• 第六章 FY-2D静止卫星闪烁监测初步分析108-116
• 6.1 FY-2D闪烁监测108-109
• 6.2 FY-2D闪烁指数变换109-112
• 6.3 FY-2D与GPS对比分析112-115
• 6.4 小结115-116
• 第七章 总结和展望116-120
• 参考文献120-129
• 作者介绍129-131
• 致谢131

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