东亚中纬地区电离层东西不对称性观测和模拟研究

Recently, the longitude variability in the mid-latitude ionosphere has become the hot topic in the ionospheric physics. This project will utilize the ground and space-based instruments over and around the China to study the east-west difference in the main ionospheric parameters at different time scale like the climatology and weather. And also the ionospheric day-to-day variability and its spatial correlation distance. Through the FPI measured the thermospheric wind and dense GPS network, and abided by the self-developed the 3D ionospheric model that on the frame of the real geomagnetic field, we focus on the influence mechanism of the neutral wind modulation on the ionospheric climatology. Then we will investigate the ionospheric storm characteristics at eastern and western part of China under different storm type and with varied magnitude during the initial, main and recovery phase of the storm, and further explore their mechanism. Then the day-to-day variability and spatial correlation distance are investigated. This project help us to know more accurately about the effect of neutral wind on the ionosphere, thus improve our understanding on the ionospheric regional characteristics and improve the forecasting technique of the Chinese ionosphere.

近年来，中纬地区电离层经度变化及起源成为本领域研究的前沿问题之一。本项目将基于中国及周边地区的地基和空基探测数据围绕中国东西部中纬电离层主要参量的气候学变化差异及机制，天气学变化差异及机制、逐日变化及空间相关性研究等方面开展全方位的比较研究。通过国内自主观测的FPI风场观测资料和加密的GPS-TEC观测，以及其它地基和空基电离层热层数据，同时借助基于真实地磁场的三维电离层模式，着重研究中性风和磁场构型对电离层气候变化的影响机制。重点考察不同磁暴强度和类型及磁暴不同阶段下的中国地区东西部电离层扰动特征及其机理。针对不同事件不同区域电离层扰动的显著差异，探究中纬电离层扰动区域差异的机理，并进一步研究中纬地区逐日变化及空间相关性研究。该项目的展开可更加精确的理解风场对中纬电离层的影响，加深我们对电离层地区特性的认识，提高中国地区电离层的预报精度。

本课题主要针对东亚中纬地区电离层东西不对称性的时空变化特征及其产生机制进行了系统研究。着重利用多种观测手段如东亚地区FPI探测、电离层垂测仪、GPS接收机、顶部电离层探测卫星以及COSMIC 星座等历史资料，采用观测+模式相比较的方法，研究东亚地区电子密度分布特征以及东西部电离层整体演化差异以及暴时变化特性及其产生机制，取得的重要成果如下：（1）利用TEC观测+TIME3D-IGGCAS模式研究静日东亚地区东西部电离层差异机制，观测和模拟表明热层东西向中性风与地磁场构型的共同作用在以上不对称性的产生中扮演了关键角色，中性背景的经度变化为次要因素。（2）利用东亚地区加密测高仪数据和DMSP卫星数据和TIEGCM模式揭示1989年超级磁暴东亚电离层东西演化差异的机制，观测和TIEGCM模式显示地球磁场南北差异导致南北半球极区注入能量的不一致是1989年超级磁暴期间东亚扇区局地强经度差异形成的重要机制。（3）统计结果显示东亚扇区分季东部地区相比于西部台站电离层负暴效应更加明显，且有强烈的季节依赖性，主要归结于东部地区台站更靠近北半球高纬能量沉降区使得其更容易受到中性成分扰动的影响，南半球的暴时环流跨过磁赤道在西部地区形成沉降流导致O/N2上升可能是电子密度保持不变或者下降缓慢的原因。（4）系统研究了岢岚这个地区热层风场的季节、地方时、太阳活动性和地磁活动性差异的特征，并构建了热层风场经验模型，验证了全球水平风场模型HWM系列在此东亚地区的适用性。该项目的执行使我们对于东亚地区的电离层中纬度经度变化规律及其产生机制有了更为深入和全面的认识，特别是热层纬向风场如何调制电离层变化以及大磁暴期间电离层局地的强纬向梯度变化的产生机制有了新的认识。这一结果也为将来电离层及热层模式开发和同化预报提供了参考，同时为国家大科学工程-子午工程二期建设以及将来的科学产出提供了新的研究思路。课题完成了计划任务书中的主要任务，发表相关国际SCI论文8篇，研究成果达到了预期的课题目标。