基于120°E综合观测链的中纬Es形成机制研究

The formation mechanism of midlatitude sporadic E-layer (Es) is one of the hot topics in the current research of ionosphere-atmosphere coupling. Utilizing simultaneous observations of winds and Es from the comprehensive measurements chain (including meteor radars, ionosondes and other ground-based instruments at four stations) along the 120°E meridian, this project is devoted to investigate the response of the midlatitude Es (e.g., foEs, h’Es and Es Occurrence) to the vertical shear of the zonal and meridional winds in the mesosphere and lower thermosphere (MLT) region. We first separately contrast the diurnal variations and spectra of midlatitude Es (foEs, h’Es and Es Occurrence) and MLT winds (zonal and meridional winds). The correspondence of the amplitudes and phases for different atmospheric waves (tides and planetary wave) between Es and MLT winds are further inspect to reveal the contributions of these waves to the formation of Es. Finally, we plan to discuss the dynamical process and physical mechanism of the midlatitude Es in combination with the 3-D model GCITEM-IGGCAS developed by the Institute of Geology and Geophysics (Chinese Academy of Sciences) and the tidal wind mapping technique based on the meteor radar chain. This study will be conductive to understand the coupling processes between ionosphere and atmosphere, improve the current outstanding of the midlatitude Es.

中纬地区电离层突发E层（sporadic E-layer，Es）的形成机制是电离层/大气层耦合的热点研究内容之一。本项目拟采用120°E综合观测链上流星雷达和测高仪的同步观测，以中纬Es的形成机制为研究对象，采用事例研究和统计分析的方法，研究中纬Es的强度、高度和出现率对MLT区域风剪切的响应；对比分析中纬Es各参量与风场的周日变化和频谱特征，确立不同纬度和高度上不同大气波动（不同周期的潮汐和行星波）的贡献；比较中纬Es各参量与风场的波动成分的相位异同点，寻找大气波动对中纬Es诱导作用的直接观测证据；在此基础上，借助于实验室自主研发的电离层/热层耦合模式和已建立的MLT区域风场映射方法，研究中纬Es的动力学过程，揭示中纬Es的形成机制，尤其是风剪切对Es形成的重要作用。项目的实施有助于加强对电离层Es动力学过程的认识，深化电离层/大气层耦合机制的理解。

电离层突发E层（Sporadic E-layer，即Es）是电离层E层高度不规则出现的电离密集薄层。其形成机制是电离层/大气层耦合的热点研究内容之一，也是迄今为止尚未圆满解决的问题。本项目通过120°E综合观测链上两种不同观测手段(流星雷达的中性风场和测高仪的电离层Es观测)的多点同步观测，从大气层/电离层耦合角度出发，围绕中纬Es的起源、形成及其时空变化等方面开展研究，共发表SCI论文5篇。明晰了中纬Es（强度、高度和出现率）的基本特征与出现规律，统计分析了中纬Es的空间分布（远东异常等）和时间变化（包含周日变化、季节变化和太阳活动依赖性）特征；明确了MLT区域大气波动（潮汐和行星波）与中纬Es的关联，提供了中纬Es与MLT区域不同波动(潮汐和行星波)强相关的多台站观测证据，明晰了不同纬度带和不同高度上主导大气波动对中纬Es的贡献差异；揭示了流星数目、潮汐和行星波的季节变化与中纬Es夏季峰值的关联性，确立了中纬Es夏季峰值的主要形成原因和控制因素，给出了形成中纬Es夏季峰值的直接证据；找到了风剪切影响中纬Es形态特征和演变规律的直接观测证据，甄别了中纬Es形成及变化的主控因素，提供了中纬Es形成机制的多台站的观测证据，揭示了MLT区域不同波动诱导中纬Es的动力学过程。加深了对中纬Es分布形态和变化特征的认识，探讨中纬Es的形成机理，重点揭示了中纬Es形成的离子来源和动力学过程，为电离层Es的全面认识奠定基础。