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电离层F层等效风场的气候学特征

栾晓莉  
【摘要】:电离层F 层高度上中性风和电场对热层-电离层形态结构和动力学、电动力学过程等具有非常重要的作用。目前,中性风场和电场的观测信息主要来自于Fabry-Perot 干涉仪(FPI)、非相干雷达(ISR)以及卫星等非常有限的手段。等效风场是中性风和电场共同对电离层等离子体作用的结果,包含中性风和电场信息。等效风场可从电离层特性参量,如电离层F 层最大电子浓度(临界频率)以及其所在高度(峰高)间接获取,这对弥补中性风场和电场的观测手段不足具有重要意义。特别是现代电离层测高仪已具备24 小时常规观测和全球台网分布的特点,并可通过互连网实现观测数据的实时传输,因此探索从测高仪观测特性参量中提取等效风场的方法还对空间天气的研究与预报具有潜在的应用价值。 本文采用我们提出的一种利用电离层特性参量获取F 层峰值高度附近中性风/电场信息的新方法,系统地研究了电离层F 层垂直等效风场变化特征,包括中低纬地区武汉站(30.6oN,114.4oE)和东经120o-150o经度链上十几个台站(地磁纬度50?S-50?N)上空的等效风场的气候学特征,重点讨论了等效风场的纬度变化趋势受地方时、季节、太阳活动等不同时间尺度因素的影响,并统计分析了全球范围内等效风场幅度和相位与太阳活动相关性及其对季节和纬度等的依赖关系。我们得出的主要结论有: 1、等效风场具有显著的地方时和季节变化规律。在中低纬区域(地磁纬度),等效风场白天垂直向下,夜间垂直向上;而在赤道区域则白天向上,夜间向下。在中低纬地区,等效风场夜间速度在午夜之后时段相对较大,而白天则在正午之前时段相对较大。在武汉地区,等效风场在午夜过后具有与Arecibo 站(18.3oN, 293.3oE)相似的凌晨凹陷现象。垂直等效风场也具有明显的季节变化,如在武汉地区春季的等效风场速度明显小于其它季节;120o-150oE 经度链上夏季白天的等效风场随纬度增加而增大,而冬季白天的极值主要出现在地磁30-40o区域。 2、地磁纬度和磁倾角对等效风场具有调控作用,并且在不同地磁纬度范围等效风场的方向和速度大小均不相同。等效风场对地磁纬度或磁倾角的依赖决定了电场引起的垂直漂移和中性经向风对等效风场的贡献。例如武汉地区垂直


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