中低纬电离层夜间特性及其机理研究

夜间电离层存在许多有趣的异常现象，是电离层物理研究、也是模式描述最薄弱的环节之一。本项目拟基于收集整理的电离层历史观测资料和高层大气资料，采用统计方法分析和模式模拟手段，以夜间中低纬电离层为研究对象，考察不同太阳活动水平和地磁活动条件下不同高度上夜间中低纬电离层的气候学特性，描绘等离子体赤道异常在夜间演化的精细图像，探索子夜前和子夜后两类夜间增强现象的特性和地域依赖差异，探讨夜间电离层结构演化特性及其共轭半球间的关联，研究夜间电离层特性与高层中性大气密度、温度结构的关联性、耦合机理，期望揭示一些夜间电离层现象在不同高度上的表征，深化对夜间中低纬电离层结构的统计特性、特定异常现象的演变和相关的化学过程、动力学过程的认识，检验并尝试提升电离层模式对夜间电离层行为的描述能力，推进对夜间电离层结构演变和变化性的认知水平。

本项目采用观测与理论分析以及模式模拟手段，结合电离层/热层综合观测资料，在中低纬夜间电离层气候学与天气学问题上开展了系列工作。项目系统地进行了中低纬电离层夜间增强的特性研究，甑别出两类不同的夜间增强，发现夜间增强的全球分布与地磁构型密切相关，夜间增强的出现率受季节和太阳活动的控制，还发现夜间增强存在明显的高度差异特性。在机理方面取得了有特色的新进展，首次提出并通过模式模拟确认西向电场驱动等离子体向下漂移导致的等离子体汇聚，是引起低纬夜间增强的主要原因，这是一种导致夜间增强的新机理。在中低纬电离层夜间气候学及天气学方面，统计分析和事例研究相结合，明晰了在太阳活动极低年期间夜间电离层的气候学特性，以及对空间天气事件的响应，特别是扰动电场导致的F层抬升是在夜间形成长时间电离层正暴的主要原因。利用自主开发构建的基于真实地磁场位形的电离层理论模式，对中纬夏季夜间异常的空间分布及演化进行了模拟，确认地磁场调控下的中性风输运作用的物理机制。这些系列工作丰富了我们对中低纬电离层夜间结构与演变过程的认识。