基于气辉观测的中纬度行进电离层扰动的研究

In the previous studies, for the first time we used data from a network of all-sky airglow imagers, combining the digisonde, GPS-TEC monitor, VHF radar and FPI from the Chinese Meridian Project, and C/NOFs satellite to carry out a series of studies on equatorial plasma bubbles at low-latitudes and mesoscale traveling ionospheric disturbances at mid-latitude of China, and obtained some very important scientific findings. This project will further use airglow imagers located at mid-latitude (Xinglong) station and at low-latitude (Qujing of Yunnan, Daxin and Guiping of Guangxi, and Fuke of Hainan) stations to study morphological features and evoltion of mesoscale traveling ionospheric disturbances in China. Our project mainly includes two topics: 1. Comparing differences in morphological features of mesoscale traveling ionospheric disturbances occurred at mid-latitude and low-latitude stations. 2. Study on long-distance propagation of mesoscale traveling ionospheric disturbances.

在之前的研究中，我们首次利用全天空气辉成像仪网络数据，并结合子午工程台网的数字测高仪，GPS-TEC监测仪，甚高频雷达，法布里-波罗干涉仪，以及C/NOFs卫星对发生在我国低纬度地区的赤道等离子体泡和中纬度地区的中尺度行进电离层扰动结构开展了一系列研究，并取得了非常重要的科学成果。在该项目中，我们将进一步利用中纬度（兴隆）和低纬度（云南曲靖，广西大新和桂平以及海南富克）台站的气辉成像仪对观测到的中尺度行进电离层扰动的形态特征以及演化过程进行研究。我们的研究主要包括两个方面：1. 对比中低纬度观测到的中尺度行进电离层扰动的形态统计特征；2. 对中尺度行进电离层扰动的长距离传播进行研究。

本项目基于国家大科学装置—子午工程开展研究,利用多地基联合探测设备仪器(全天空气辉成像仪、法布里-玻罗干涉仪、数字测高仪、甚高频雷达、GPS-TEC监测仪等)和多卫星（C/NOFs、SWAR、GRACE）数据对发生在我国中低纬度的夜间MSTID（低纬度的EPB）的形成与演化机理进行了深入研究。主要取得如下重要成果：(1)首次提供了局地电离层不稳定性触发中纬度MSTID内部类赤道等离子体泡（EPB-like；EPB是发生在赤道上空的一种等离子体密度衰减结构）的观测证据。这与之前中纬度电离层层结稳定特征认知不符。该研究成果发表在国际著名期刊Geophysical Research Letters（Paper#2018GL080926）上；(2)首次发现伴随MSTID（或Es；Es是发生在E层高度的金属层）的极化电场是诱发我国中纬度夜间夏季韦德海异常类密度块的主要原因。更新了对夜间密度增强形成机理的认知。该研究成果发表在国际著名期刊Journal of Geophysical Research（Paper#2020JA028085）上；(3)提供了中纬度MSTID和低纬度EPB电耦合的直接观测证据，证实了MSTID是诱发子夜附近EPB内部米尺度不规则体的源之一。该研究成果发表在国际著名期刊Journal of Geophysical Research（Paper#2020JA029005）上；(4) 除了MSTID，对发生在我国低纬度上空的一起特殊EPB事件进行了深入研究：提供了向赤道风诱发锐利-泰勒不稳定性的观测证据，并首次提出了一种电离层底部大尺度波结构诱发低纬度液滴（一种等离子体密度增强现象）的新机制。这些研究结果更新了低纬度EPB形成机理的认识。该研究成果是应杂志社主编邀请和国际知名学者一起发表在英文期刊EPP（Paper#epp2021048）上的专辑论文之一，并获该杂志当期的三大亮点论文之一；(5)参与了AGU-book的工作。该工作是应邀美国物理学会（AGU）杂志主编对课题组多年以来成果的一个总结。我以往的三份重要研究结果发被节选其中。另外，兴隆上空的MSTID的形态特征统计工作也被纳入其中。该项重要成果已经以章节的形式发表在John Wiley & Sons, Inc（Paper#9781119815631.ch19）上。