基于子午工程探测数据的低纬地区电离层扩展F特性及其物理机制研究

The low latitude ionospheric irregularities often affect the propagation of electricmagnetic signals in global communications and navigation system, and they are studied as the significant objective in the ionospheric physics. In this program we will use the great deal of data observed by the ionospheric digisonde at Hainan station of Chinese Meirdian Project during the period of more than one solar active cycle, and combine the data observed by airglow monitor and in-situ satellites, by the methods of statistics, modelling and theory analysis, to mainly analyze the observed characteristics of different type of ionospheric spread F (SF), especially for the Strong Range type of SF (SSF), under the different solar and geomagnetic activity conditions, the variations of plasma pubbles, the correlationship between spread F and plasma bubbles, as well as the mechanism and controlling facters on the SF (especailly on SSF). The innovation of this program lies in utilzing the digisonde data for more than one solar cycle period, and taking SSF as a new SF type, as well as combining the observation by the digisonde, airglow monitor and the relational satellites to do analysis. The study contributes greatly to not only the scientific values in understanding the physical processes of low latitude ionospheric irregularities, but the applied merits in studing the forecast model of ionospheric irregularities.

低纬度电离层不规则体对卫星通讯、导航定位以及星地间信号传输等常具有严重影响，是电离层物理的重要研究内容。本项目拟利用一个太阳周以上的子午工程海南站电离层测高仪观测数据，结合气辉成像仪和有关卫星实地探测数据，采用统计分析、模型分析和理论分析相结合的方法，主要研究不同太阳活动和地磁扰动条件下低纬电离层中不同类型扩展F（特别是强区域型扩展F）扰动变化的特性，低纬度电离层等离子体泡的发生和变化特性，扩展F与等离子体泡的相关关系，以及扩展F（特别是强区域型扩展F）的发生和发展的物理过程和影响因素，理解其物理机制；其创新点在于：利用一个太阳活动周以上的电离层测高仪探测数据，把强区域扩展F作为一种新的独立类型，并将测高仪、气辉成像仪和有关卫星实地探测数据相结合起来开展研究。本项研究对于认识低纬电离层不规则体发生和发展的物理过程具有重要的科学意义，同时对于电离层不规则体的预报模式研究也有着重要的应用价值。

本项目利用子午工程和风云3C卫星的探测数据，围绕着电离层不规则体、闪烁和等离子体漂移以及电离层参数开展了四个方面研究包括：（1）基于FY3C卫星和海南站测高仪等仪器的观测数据对2015年3月强磁暴期间午夜前全球电离层闪烁事件分析研究，结果表明：磁暴通过瞬时渗透电场加强了160oE附近的等离子体泡，并引发了该区域的强闪烁活动发生；但与磁暴相伴随出现的扰动发电机则减弱了全球大部分地区的闪烁活动，并且该影响持续到了磁暴恢复相的后期。该研究结果填补了该磁暴期间利用卫星掩星探测技术获得全球午夜前闪烁活动变化的空白，具有重要的科学意义。(2)利用全球测高仪数据对FY3C卫星的掩星电离层探测数据进行评估，结果表明该掩星探测峰值电子密度结果与测高仪观测结果相关性高于0.9，标准偏差小于20%，证明了风云3C掩星探测结果的可靠性。这为未来利用该卫星数据开展全球电离层研究奠定了基础。(3)利用海南站长期的测高仪漂移数据开展了海南电离层等离子体漂移对地磁活动的响应研究，结果表明：白天日出附近和夜间漂移在各季节均为东向，并随地磁活动增强而减弱；垂直向漂移在分季日落附近会受到地磁活动影响，其他时段则无明显效应。(4)通过对长期海南站测高仪观测到的foF2、临界高度hmF2和标高Hm等参数在低地磁扰动条件下的月中值日变化、季节变化和年变化进行了分析，并与相应的IRI-2012模型值进行了对比研究。结果表明：白天foF2存在着明显的冬季异常，与太阳活动相关性较好；hmF2存在着明显的日落反向前增高现象；Hm与太阳活动的相关性主要表现在白天且相关性不高；IRI-2012模型以观测值M(3000)F2因子为输入计算得到模型值在太阳活动中低年基本与观测值接近，但在太阳活动高年其偏差显著地增大了。这些结果对进一步完善IRI模型，尤其是在中国低纬度地区电离层临界参数预报值方面，具有重要的参考价值。