【摘要】：電離層是距離地表最近的大氣電離區(qū)域,作為短波通訊的介質(zhì),和人類生活密切相關(guān)。電離層可以使通過它傳播的無線電波發(fā)生反射、折射、散射和吸收等效應(yīng),進(jìn)而對(duì)無線電通訊、廣播、無線電導(dǎo)航、雷達(dá)定位等有重要影響。此外,隨著空間探測技術(shù)的日益成熟,人們通過多方位的電離層觀測手段,獲得了大量的電離層觀測數(shù)據(jù),極大的推動(dòng)了電離層的研究進(jìn)展。太陽風(fēng)-磁層-電離層耦合以及巖石圈-大氣層-電離層耦合一直是廣大學(xué)者們研究的熱門問題。了解暴時(shí)以及臨震電離層的異常特征對(duì)于空間環(huán)境建模以及災(zāi)害性空間天氣預(yù)報(bào)具有重要的科學(xué)意義。本文通過個(gè)例分析和統(tǒng)計(jì)分析分別研究了暴時(shí)電離層擾動(dòng)特征以及臨震電離層異常的時(shí)空變化特征,主要研究工作與結(jié)果歸納如下:(1)本文給出2004年11月9-10日一次超級(jí)磁暴期間低緯和赤道電離層響應(yīng)的觀測和模擬結(jié)果。觀測數(shù)據(jù)包括GPS-TEC,Jicamarca非相干散射雷達(dá)(ISR)的等離子體漂移和垂測儀F2層虛高和臨界頻率。觀測和模擬結(jié)果均顯示磁暴期間 Jicamarca 扇區(qū)白天和夜間在由強(qiáng)東向 PPEF(Prompt Penetrating Electric Field)導(dǎo)致的垂直上行E×B漂移的作用下分別發(fā)生白天和夜間超級(jí)噴泉。兩次超級(jí)噴泉都受到隨后西向擾動(dòng)發(fā)電機(jī)電場的強(qiáng)烈抑制。白天超級(jí)噴泉形成異常強(qiáng)的暴時(shí)F3層,與Balan et al.(2008)不同,SAMI2模式的模擬結(jié)果很好地再現(xiàn)并解釋了赤道F3層的生成、發(fā)展和抑制過程,與電離圖觀測結(jié)果很好地一致。與白天超級(jí)噴泉不同的是,夜間缺乏光化學(xué)作用,電離層抬升后,低緯赤道電離層F區(qū)形成巨大耗空。不考慮中性風(fēng)場的模擬結(jié)果很好地與觀測數(shù)據(jù)一致,這說明,此次事件中,低緯赤道區(qū)中性風(fēng)場效應(yīng)是次要的,電離層主要受強(qiáng)電動(dòng)力學(xué)過程的影響。(2)為了進(jìn)一步理解電離層暴對(duì)經(jīng)度和緯度的依賴性,本文利用Madrigal數(shù)據(jù)庫的TEC數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析了 2001-2015年間的217次單主相型磁暴事件中電離層暴的響應(yīng)特征,其中包括電離層暴對(duì)季節(jié)、地方時(shí)的依賴性,在不同磁暴發(fā)展階段(主相和恢復(fù)相)電離層暴的分布特征,以及電離層暴對(duì)磁暴的延遲時(shí)間的分布特征。對(duì)于緯度的依賴性,本文主要考察了美洲扇區(qū)從赤道到高緯6個(gè)區(qū)域;對(duì)于經(jīng)度依賴性,本文主要考察了中緯地區(qū)的4個(gè)經(jīng)度扇區(qū),包括美洲西部、美洲東部、歐洲以及東亞扇區(qū)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,電離層暴的分布特征具有顯著的緯度差異,負(fù)暴主要發(fā)生在高緯地區(qū),而正暴主要發(fā)生在中緯、低緯和赤道區(qū)。正、負(fù)暴發(fā)生率之比的最大值位于地磁緯度30°N附近。電離層暴的分布還依賴于磁暴的發(fā)展階段。與主相期間相比,恢復(fù)相期間正暴的發(fā)生率降低,而負(fù)暴的發(fā)生率升高。但是,赤道區(qū)和低緯地區(qū)的正暴發(fā)生率在主相期間反而高于恢復(fù)相期間。此外,主相期間,赤道和低緯地區(qū)的負(fù)暴發(fā)生率高于中緯地區(qū)。電離層暴隨地方時(shí)的分布具有顯著的緯度差異。在高緯地區(qū),負(fù)暴主要發(fā)生在白天,正暴主要發(fā)生在夜間。中緯地區(qū),負(fù)暴主要發(fā)生在午夜后到清晨時(shí)間段,正暴主要發(fā)生在白天。赤道地區(qū),正暴和負(fù)暴都主要發(fā)生在白天。相對(duì)于磁暴主相起始(Main Phase Onset,MPO),電離層負(fù)暴響應(yīng)的時(shí)間延遲大都在1Oh以上,而正暴響應(yīng)的時(shí)間延遲大都在10h以下(除了赤道和低緯地區(qū))。特別地,在中緯地區(qū),正暴對(duì)白天發(fā)生的磁暴的延遲時(shí)間比夜間發(fā)生的要短,而負(fù)暴則相反。在中緯地區(qū),美洲扇區(qū)和東亞扇區(qū)電離層正暴的發(fā)生率高于歐洲扇區(qū);而歐洲扇區(qū)的無暴響應(yīng)最為顯著;東亞扇區(qū)負(fù)暴的“時(shí)間禁區(qū)”與美洲和歐洲扇區(qū)不同。(3)基于 CODE GIM(Center for Orbit Determination in Europe,Global Ionosphere Map)數(shù)據(jù),本文首次嘗試?yán)没瑒?dòng)中值差分計(jì)算和圖像特征提取相結(jié)合的方法,統(tǒng)計(jì)分析了 2001-2014年全球121個(gè)MW27.0地震(震源深度DS100 km)臨震0-6天震源中心附近局地TEC變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),共有80個(gè)地震(66.1%)震前0-6天能提取出較為明顯的TEC局地性異�，F(xiàn)象,正異常出現(xiàn)的比例大于負(fù)異常;對(duì)于同一個(gè)地震,會(huì)出現(xiàn)正負(fù)異常兩種形式,并且可能發(fā)生在同一天;震前TEC異�？赡艽嬖谝欢ǖ牡胤綍r(shí)(或周期性)特征,開始于臨震前不同天數(shù)相近地方時(shí)(38次);震前TEC異常更多的發(fā)生在地方時(shí)19-6 LT,大約在日落之后到日出之前;無論地震發(fā)生在磁北緯還是磁南緯,TEC異常最常出現(xiàn)的方位都不位于震源中心上空,而是朝南向偏移;有40個(gè)(50%)地震在其磁共軛點(diǎn)附近也提取出了局地性TEC異常現(xiàn)象,總的來說,其異常形式和震源中心一致,但異常幅度和持續(xù)時(shí)間與震源中心并不一致。主要運(yùn)用異常電場假說對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行了解釋;地震電離層異�，F(xiàn)象復(fù)雜多變,需要結(jié)合更多的事例和觀測資料深入研究。
【圖文】：

方程右邊的生成率、消失率和輸運(yùn)過程的相對(duì)重要性是變化的。因此，在逡逑垂直方向上，根據(jù)電離密度的不同，電離層可從低到高分為Ｄ層、Ｅ層、Ｆ層，逡逑其中Ｆ層又分為Ｆｉ層和Ｆ２層。圖２．１為地面垂測儀測得的中繹電離層在夜間和逡逑白天電離層電子密度隨高度變化的分布圖。實(shí)線和虛線分別表示太陽活動(dòng)高年和逡逑低年。逡逑８００１邋Ｉ＊—：｜�。⒉溃ВВВВВ。ВВВ�。：＇０巧４、＂＊｜’＇＇’＇＇＊’－巧－＊．巧廣＇＂＇廣巧＇《！山！’＇＇＇＊？＊＂￣＇0＇？！巧逡逑－Ｕ逡逑Ｓｏｉｄｒ邋Ｓｏｌａｒ逡逑６前邋ｗ邐yP。邋Ｍｑｘ邐－逡逑ｉ：邋％邋；逡逑Ｌ—邋ＩＶ逡逑0邋＞邋＊邋＊邋Ｉ邋ｔ，；ｄ邋Ｉ邐ｔ邋ｔ邋ｔ邋？ｈｈＩ邋ｆ邋ｉ邋…ｕｒｆ邋ｔ邋ｔ邋：…過逡逑Ｉ夢邐ＩＱ＊邐切？邐妒邐炒２邐抱ａ逡逑ＥＬＥＣＴＲＯＮＳ／ｍ＾逡逑圖２．１中締電離層典型的電子密度高度剖面圖巧ｒｅｋｋｅ，１９９８）逡逑Ｄ層是最底層的電離層區(qū)域，，離地面約５０－９０公里。Ｄ區(qū)主要中性成分為逡逑化和0２，還含有_沽康模危�，邋＆０�

本文編號(hào)：2623462