基于武汉MST雷达的中纬度电离层E层不均匀体研究

MST radar observes wind vector, atmospheric waves, and turbulence of mesosphere-stratosphere-troposphere with high temporal and spatial resolution. The generation mechanism and charactersitic structure of E region ionospheric irregularities varies with latitude. This research aims to comprehensively study the mid-latitude ionospheric E region irregularities in China using the outstanding Wuhan MST radar（114 8'8"E, 29 31'58"N）data. Characteristics of temporal and spatial changes of mid-latitude ionospheric E region irregularities are carefully investigated via the MST radar echoes of E region irregularities, directed towards the establishment of statistical features of mid-latitude E region irregularities from large-scale, long-term data analysis. Furthermore, theoretical and numerical studies are performed to understand the physical mechanism(s) of mid-latitude E region irregularities, including background wind field, electric field, and diversity instabilities. This research can provide important information of mid-latitude E region irregularities in China and greatly improve understandings of the formation and the (temporal and spatial) evolution of mid-latitude E region irregularities, which will in turn largely expand the advanced capbilities and the unique performance of Wuhan MST radar.

MST雷达一种用以观测中层（Mesosphere）－平流层（Stratosphere）-对流层（Troposphere）的风场矢量、大气波动和湍流的大型无线电遥感探测系统，其突出特点是具有较高的时间及空间分辨率。电离层E层不均匀体的产生原因和基本结构在不同的纬度条件下均具有不同之处。本项目基于武汉MST雷达（114 8'8"E, 29 31'58"N）探测数据，开展我国中纬度地区电离层E层不均匀体研究。本项目的研究意义在于：可以充分利用MST雷达强大探测能力，发挥其效能，对中纬度电离层E层不均匀体现象展开深入研究，从而大大地拓展武汉MST雷达的使用功能；通过MST雷达对中纬度电离层E层不均匀体的长期观测，可以积累大量观测数据，填补我国在这一纬度地区的E层不均匀体观测数据空白；同时结合高空大气风场观测，可丰富和发展E层不均匀体形成和演变机制研究，具有十分重要科学意义。

中纬度电离层E层不均匀体的激发机制和时空演化特征与突发E层、背景风场、电子密度梯度和重力波调制有着直接联系，是目前空间天气学研究的热点之一，不仅具有重要的科学意义，且具有工程应用价值。本项目利用子午工程-武汉MST雷达的高模式观测数据，对中纬度E层不均匀体回波进行了分析，主要成果如下：（1）利用武汉MST雷达的风场数据，统计分析了武汉地区重力波的特征参数和激发源。（2）利用垂测仪、斜向返回雷达和GPS层析技术对中纬度二维电子密度剖面进行了重构研究。（3）初步建立了开尔文-亥姆霍兹不稳定激发E层不均匀体的数值模型。（4）统计分析了2012-2014年夏季武汉和北京MST雷达的电离层回波数据。上述结果对认识和理解大气风场、电离层背景参数、重力波与E层不均匀体直接的联系，进而分析中纬度地区电离层E层不均匀体的时空演化规律，总结中纬度地区E层不均匀体的统计特征，深入开展中纬度地区电离层E层不均匀体形成的物理机制研究具有十分重要的作用。