磁暴期间全球电离层扰动形态分析和理论研究

【摘要】： 利用全球电离层台站提供的观测资料及有关行星际、地磁观测资料，根据磁纬变 化将全球分成高、中、低纬三个不同的区域，并采用了UT/LT（世界时/地方时）的方 法，分析了全球电离层F2层参数NmF2和hmF2对于五次由不同行星际磁云引起的不 同类型地磁扰动事件的响应。结果表明：电离层的扰动不但明显地受到行星际地磁扰 动条件变化的影响，而且随纬度、世界时/地方时的变化存在着区域的差异。电离层 暴的发生反映了磁暴期间磁层、热层与电离层之间复杂的相互作用，除热层暴环流外， 还可能存在其它一些的影响机制如粒子沉降电离、顶部等离子体流、磁层电场渗透、 扰动发电机电场，及中性分子的激发等。 在对原有中纬电离层模型改造和重建的基础上，将该模型分别向高纬和低纬扩展， 模型向高纬的扩展主要考虑了对流电场和粒子沉降的影响，模型向低纬扩展主要考虑 了磁场位形、共轭半球的影响。模型包括了0~+离子在内7种离子的产生、复合及输运。 模型的地理轴和地磁轴是分开的，离子的输运方程沿固定的磁流管求解。下边界 （100km）条件假定为化学平衡，在中高纬，磁力线近似为倾斜的直线，上边界（800km） 条件则可以令等离子体流为零。在低纬，磁场近似为偶极磁场，上边界实际上为磁力 线在共轭半球的低端（100km）。 为了检验模型的有效性，我们以98年4-5月空间扰动事件为例，重点研究了高 纬和低纬电离层在此期间的响应。模拟和观测的结果表明，模型不仅能够较好的反映 出宁静日电离层的昼夜变化，而且可以反映出磁暴期间电离层扰动的基本特征。在此 基础上，进一步研究了磁暴期间各种物理过程对于高纬和低纬电离层扰动的影响。在 高纬区，除热层扰动外，主要研究粒子沉降电离、对流电场、分子激发以及顶部等离 子体流对于电离层F区的影响。在低纬区，主要研究了扰动中性风和中性成分变化、 扰动发电机电场和磁层电场渗透对于赤道异常产生和发展的影响。