论文摘要
电离层动力学过程对于电离层形态和变化有重要的影响,开展等离子体漂移研究是电离层动力学的重要课题之一。通常认为,等离子体漂移是电场和中性风场共同作用的结果,中纬地区中性风场对漂移的贡献较大,而低纬地区电场对漂移的贡献较大。磁静日低纬电离层电场在是日间中性风驱动的E区潮汐电场和夜间F区极化电场共同控制的,磁扰期间还受到磁层电场和电离层扰动电场的影响,开展电离层漂移研究将有助于认识全球中高层大气-电离层-磁层动力学耦合系统。本文利用低纬（海南）地区2003-2016年间电离层DPS-4数字测高仪的漂移数据对F区的漂移进行了具体的研究,包括磁静和磁扰期间的日变化、季节变化、以及对太阳活动和地磁活动的响应。分析了近磁静日太阳周期变化,以高低年为例给出了漂移的动力学讨论。此外,结合SWARM卫星和VHF雷达等仪器,本文开展了海南电离层漂移和等离子体块事件的对比研究。主要结果如下:1.近磁静日海南等离子体漂移的特征研究:日间西向漂移冬季最大,随太阳活动无明显变化。夜间东向漂移分季最大,随太阳活动增强而增强;日间南向漂移随太阳活动和季节的变化小于夜间;夜间南向漂移冬季最小,随太阳活动增强而减小。日间向上漂移随太阳活动和季节无明显变化;日落时刻向上漂移和夜间向下漂移随太阳活动增强而增大,分别在分季和夏季最为明显;太阳活动下降年和低年纬向漂移为清晰的日夜分布,垂直漂移以向上为主;上升年和高年垂直向为清晰的日夜分布,纬向漂移以东向为主。太阳活动上升年全天基本为强的南向漂移,其余年份日出日落时刻为较弱的南向漂移。各季节日落反转增强均随太阳活动增强而增强,随地磁活动增强而减弱,且在冬季出现饱和。E区大气潮汐电场和F区夜间极化电场引起的漂移与高年纬向漂移相符较好,体现了电场的控制;HWM14模型等效南北风与场向漂移的较大差异反映了双极扩散及平行电场等作用;结合由南北风拖曳作用引起的垂直速度,本文给出了漂移速度及东西向电场的分布。2.扰动期间海南等离子体漂移的特征研究:各季节地磁活动的影响均是夜间大于日间。日间纬向漂移随地磁活动无明显变化;夜间漂移随地磁活动增强而减弱,减弱程度分季大夏季小;日间弱地磁活动对应较大的南向速度,而夜间强地磁扰动对应较大的南向速度。日间向上漂移不受地磁活动和季节影响;日落附近漂移仅在分季受到地磁活动的抑制;午夜前垂直漂移在分季受到抑制,在冬季因强磁扰而反向,夏季无明显规律;子夜至日出后垂直漂移在各季节随地磁活动增强而减小。3.基于卫星和地基设备的海南电离层漂移对比研究:2016年8月6日blob事件中,SWARM卫星和地基TEC、VHF雷达的同时观测演示了blob衰减、分裂和北移的过程;DPS-4观测的F区漂移和扩展F记录以及层高等参数变化表明电离层峰值高度上下区域也可存在不同的漂移状态。SWARM卫星与海南DPS-4测高仪的漂移观测差异较大,仅夜间纬向相关性略好。本文主要的创新点:利用完整太阳活动周的观测分析了电离层等离子体漂移的长期变化特征,完成了低纬电离层漂移对地磁活动的响应研究,弥补了东亚地区的空当,对全球漂移分布也是重要的补充。结合HWM14模型分析了漂移的动力学机制并定量的刻画了电场的分布和变化;结合卫星和地基设备多手段同步观测,完整分析了低纬等离子体块的演化和与漂移的关系以及漂移沿高度的差异。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 洪宇
导师: 王国军
关键词: 低纬电离层,等离子体漂移,电场,水平风场,等离子体块
来源: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地球物理学
单位: 中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)
基金: 国家自然科学基金(41574150,41474137,41674145),国家重点实验室专项基金
分类号: P352
总页数: 101
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