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实验室科研人员在地磁平静期中纬度电离层不规则体的分布和对流变化特征方面取得进展

2022年07月01日 星期五 09:44:24

电离层是地球大气部分电离的区域,其中存在复杂的不规则体结构。这些不规则体的出现,通常会对通信、授时、定位和导航系统等产生影响。因此研究这些不规则体的分布特征及其产生机制具有非常重要的科学意义和应用价值。中纬度电离层受到R-T 不稳定性、中性风、梯度漂移不稳定性等因素的影响,另外,磁暴和亚暴期间,对流和沉降区域向中纬度扩展,高纬的能量沉降变化会影响中纬电离层,同时低纬电离层的“喷泉”效应也可能影响到中纬电离层的变化特征。这些都使得中纬电离层的变化非常复杂。

空间中心自主研制的佳木斯高频相干散射雷达位于41.8°N,155.1°W(AACGM坐标系),地磁纬度相比SuperDARN在北美的8部中纬高频雷达低10度左右,独特的地理位置使它可以对北地磁纬45°以上的中纬度地区电离层不规则体运动特征进行长期连续观测。近日,实验室博士生王玮与合作者利用佳木斯高频雷达数据,并结合SuperDARN日本北海道东高频雷达的观测数据对平静期中纬度电离层不规则体的分布和对流特征进行了统计研究。

分析表明,在45°-65° MLAT范围内,不规则体的分布特征表现为回波发生率夏季最高,冬季最低,且在昏侧和夜侧的发生率高于晨侧和日侧。夜侧 中纬度不规则体对流以西向视线速度为主,分季和冬季的速度比夏季更强。一个有趣的发现是在地磁平静期,磁纬45°-55°的范围内雷达西向对流速度随纬度的增加先减小,甚至反转,然后再逐渐增大。这一现象主要发生在午夜附近,整个反转区持续时间约为4-5小时。推测这可能与中性风发电机电场和高纬对流电场的渗透作用对中纬度电离层电场的影响有关。图2 给出了地磁平静期中纬度夜侧电离层F层对流特征的示意图。这项研究使人们对中纬度电离层对流的整体变化特征有了进一步的认识。

相关文章发表在国际知名期刊JGR上。该研究得到了国家自然科学基金,中国科学院空间科学战略先导计划, 子午工程,国家重点实验室专项研究基金等项目的支持。

Wang, W., Zhang, J.J., Wang, C., Nishitani, N., Yan, J.Y., Lan, A.L., Deng, X., & Qiu, H.B. (2022). Statistical Characteristics of mid-latitude Ionospheric Irregularities at Geomagnetic Quiet Time: Observations from the Jiamusi and Hokkaido East SuperDARN HF Radars. Journal of Geophysical Research, doi: 10.1029/2021JA029502



图1 平静期,佳木斯雷达上和北海道东雷达下在3~5波束左和12~14波束右方向上分别获得了不同季节夏、秋分、冬季45°~56°MLAT区域的夜侧视线方向速度分布Kp≤2+。时间按逆时针方向分布。

图2 地磁平静期中纬度夜侧电离层F层对流示意图。

 

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