【摘要】：電離層F層中含有多種等離子體不規(guī)則結(jié)構(gòu),它們是重要的空間天氣現(xiàn)象。這些不規(guī)則體的出現(xiàn),通常能夠影響星地衛(wèi)星的通信,導航及定位等。因此研究這些不規(guī)則體的結(jié)構(gòu)特征及其詳細的演化過程具有非常重要的科學意義和應用價值。本論文,使用子午工程被動光學探測結(jié)果和我們團隊建立的全天空氣輝成像儀(All-sky imager)探測網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)、C/NOFS(Communication/Navigation Outage Forecasting System)衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)、中國環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)GNSS(Global Navigation Satellite System)的TEC(Total Electron Content)觀測數(shù)據(jù)以及子午工程海南臺站數(shù)字測高儀的監(jiān)測數(shù)據(jù),并結(jié)合再分析資料,對在我國上空觀測到的特殊赤道等離子體泡(Equatorial Plasma Bubbles,EPBs)事件及邊緣等離子體增強(Edge Plasma Enhancements of Equatorial Plasma Depletion,EPEEPDs)進行了詳細研究。在特殊等離子體泡事件的研究中,發(fā)現(xiàn)觀測到的類波結(jié)構(gòu)的等離子體泡很可能是由底層臺風引起的大氣重力波誘發(fā)所致,預示了某些特殊電離層不規(guī)則體的形成與低層大氣活動存在重要的耦合關系。此外,在對EPEEPDs的研究中,我們探討了其可能的形成機制。該機制揭示了等離子體泡演化過程中,等離子體的再分配機制在其中起著非常重要的作用,該結(jié)果有利于我們進一步認識電離層不規(guī)則體的形成及演化過程。主要研究結(jié)果歸結(jié)如下:1.利用富克(109.1°E,19.5°N)臺站以及桂平(110.7°E,23.8°N)臺站全天空氣輝成像儀的觀測數(shù)據(jù)研究了我國上空2013年10月04日(事件1)及2013年9月29日(事件2)夜晚觀測到的赤道等離子體泡,對其結(jié)構(gòu)特征以及演化過程做了詳細的研究。研究中發(fā)現(xiàn),事件1中的等離子體泡午夜前呈現(xiàn)出明顯的類波結(jié)構(gòu)特征,且相鄰等離子體泡相互平行。結(jié)合再分析資料及臺風觀測數(shù)據(jù),研究發(fā)現(xiàn)底層臺風引起的大氣重力波很可能是這些類波結(jié)構(gòu)等離子體泡形成的重要誘因。此外,這些等離子體泡沿著西北-東南向分布,與磁子午方向有一個大約30°的夾角。其中一個等離子體泡的高緯度部分突然向東旋轉(zhuǎn),最后形成一個類似“C”形結(jié)構(gòu)的等離子體泡,這樣的演化過程首次被全天空氣輝成像儀觀測到。午夜之后,一個等離子體泡融合進入另一個等離子體泡,石化的等離子體泡的融合過程首次被觀測到。事件2中的觀測結(jié)果呈現(xiàn)了“I”,“S”以及“Y”三種不同形狀的等離子體泡。此外,研究結(jié)果證實等離子體泡的特殊形態(tài)以及與磁子午方向形成的夾角可能和不同緯度夜晚電離層的背景中性風及電導率有關。在“Y”形結(jié)構(gòu)的等離子體泡發(fā)展過程中,其東向分支的速度大于西向分支的速度。2.利用曲靖(103.8°E,25.5°N)臺站的全天空氣輝成像儀以及C/NOFS衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)詳細研究了伴隨著赤道等離子體泡出現(xiàn)的邊緣性等離子體增強(EPEEPDs)。我們發(fā)現(xiàn)EPEEPDs伴隨著等離子體泡而產(chǎn)生,其形成機制可能和等離子體泡演化過程中的極化電場相關。同時,該機制也揭示了等離子體泡演化過程中,等離子體的再分配機制在其中起著非常重要的作用。多年來等離子體泡有較為廣泛的研究,然而出現(xiàn)在等離子體泡邊緣的等離子體增強卻很少被研究。使用曲靖臺站氣輝成像儀及C/NOFS衛(wèi)星四年(2012-2015)的觀測數(shù)據(jù)對EPEEPDs進行了詳細研究。發(fā)現(xiàn)EPEEPDs僅僅出現(xiàn)在等離子體泡的東西邊緣,在其極向邊緣并沒有出現(xiàn)。在等離子體泡的演化過程中,這是一個高發(fā)的現(xiàn)象,四年的平均發(fā)生率達到約82%。EPEEPDs隨經(jīng)度及當?shù)貢r間的發(fā)生變化相似于等離子體泡的發(fā)生,在當?shù)貢r間20:00-22:00有明顯的發(fā)生峰值。其緯向尺度隨著高度具有明顯的變化特征。3.利用曲靖臺站的全天空氣輝成像儀觀測數(shù)據(jù)以及中國環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡GNSS的TEC數(shù)據(jù)對2015年11月08日出現(xiàn)在我國上空的一個特殊赤道等離子體泡的演化過程做了詳細研究。在過去的研究中,大量赤道等離子體泡都出現(xiàn)在日落后的短暫時間,并且通常是自西向東運動。而在我們的觀測數(shù)據(jù)中顯示,當天捕捉到的等離子體泡,出現(xiàn)在接近日出附近,并且在日出之后保持著繼續(xù)生長,一直到日出后大約1小時才消失。這樣一個特殊的等離子體泡的演化過程被全天空氣輝成像儀及GNSS觀測網(wǎng)絡首次捕捉到。同時,在氣輝觀測結(jié)果及GNSS的TEC觀測結(jié)果中顯示這些等離子體泡是西向漂移的,和早期觀測到的東向漂移的日落附近等離子體泡的運動方向相反。此外,在觀測結(jié)果中,等離子體泡的斷裂及復合過程也首次被全天空氣輝成像儀觀測到。這些等離子體泡出現(xiàn)在一個磁暴的恢復相期間,磁暴引起的電離層反饋很可能是誘發(fā)這些特殊赤道等離子體泡產(chǎn)生的重要因素。
【圖文】：

及意義個地球被大氣層所包裹著。而地球大氣隨高度呈基于大氣溫度分布特征，垂直方向我們通常將們分別是對流層、平流層、中間層、熱層和逃逸部分也通常稱之為低熱層，許多重要的大氣波., 2015; Li 等., 2018; Liu 等., 2014, 2018）。而由作用，對應大氣層中的中性成分會被電離，被層，完全電離的區(qū)域被稱之為磁層（熊年祿，是低層大氣和高層大氣之間的連接層，受到多種人類無線電波通訊通常依賴于電離層中的自由

屬于電離層 D 層。只出現(xiàn)在白天，到了夜晚，由于離子間的快速復合作用，在夜晚會消失。而 E 層主要分布在 90 -150 km 高度層，在該區(qū)域，，分布最多的是NO 和O 離子。該高度層中，受制于大氣的一些風剪切效應（Kato 等.,1972），某些時候也會形成一層較為稀薄的金屬離子層，通常稱之為偶發(fā) E 層。而在電離層 150 km 高度之上的部分，我們常稱為電離層 F 層。電離層 F 層是電離層分區(qū)中電子濃度最高的地方，白天通常會分為 F1和 F2層。其中 F1主要分布于 150 -200 km 高度層，通常在夜晚消失。在 200 km 高度層之上，通常分布的是電離層F2層。很多非常有意義及重要的電離層現(xiàn)象均發(fā)生在F2層的赤道附近。例如磁赤道上空的 F2層附近的電子濃度在磁赤道附近常呈現(xiàn)出明顯的“雙駝峰結(jié)構(gòu)”，我們通常稱為磁赤道附近的“赤道異常”現(xiàn)象。同時，很多電子密度不規(guī)則結(jié)構(gòu)也常常發(fā)生在電離層F2層，我們通常將之稱之為擴展F層，即Spread F。當無線電信號經(jīng)過這些不規(guī)則體區(qū)域的時候，常會出現(xiàn)明顯的閃爍現(xiàn)象。同時，
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P352.7

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