中低纬电离层年度异常与暴时特性研究

【摘要】： 电离层气候和电离层天气特性是电离层物理研究的两个重要方面。当前,电离层气候研究的重点之一是电离层年度异常变化,包括冬季异常(季节异常)、半年异常(春秋季异常)和12月异常(非季节异常或年异常);电离层天气研究的重点是电离层暴。本文着重研究中低纬电离层的年度异常变化与暴时特性。本文首先研究了中低纬电离层的主要气候学特性即电离层年度异常变化。 电离层的静日变化并不是人们所熟知的Chapman层规则变化,而是呈现出非常多的异常现象,这些异常现象涉及到控制电离层的各种因素。弄清电离层中异常行为造成的原因有助于我们了解电离层是如何受各种物理和化学过程的影响和控制的。本文以Topex海洋地形卫星测得的13年的TEC数据、欧洲定轨中心(CODE)11年的GIMs(Global Ionospheric Maps)TEC作为研究对象,采用自然正交分量分析法和傅立叶分析等方法,求出不同地磁纬度和地方时下电子浓度总含量TEC的时间变化特性。我们发现TEC的气候异常变化虽然与NmF2相似,但从程度上有所不同,按对整个TEC变化方差的贡献来说,季节变化(包括白天冬季半球电子浓度比夏季半球高的冬季异常变化和其他时段夏季半球值高于冬季半球值的季节正常变化),非季节变化的贡献相当,且都明显大于半年变化的贡献。同时采用自然正交分量分析法研究9年的DMSP卫星测得的顶部离子浓度的年度异常和地磁活动异常。结果显示顶部非季节异常幅度大于TEC非季节异常的幅度,TEC非季节异常幅度又大于F2峰值电子浓度非季节异常的幅度,从而证实了不同高度电离层具有不同气候特性的观点,即顶部电离层的非季节异常分量比重大,而底部电离层的半年异常比重要大,这也符合两个地区各自不同的物理化学过程的差异。另外,我们认为电离层TEC和顶部电离层离子浓度的年度变化都受太阳F107的控制,但二者所受调制的幅度明显不一样,表明了不同高度上电离层参量受太阳活动调制的差异。季节变化中的冬季异常只在白天的12:00-14:00MLT的中纬和高中纬地区比较明显,其它时段中纬还是夏季高冬季低的正常变化。其中以日出和日落到凌晨这两个