电离层赤道异常时空变化特性观测研究

The equatorial ionization anomaly (EIA) is a most important feature at low and equatorial latitudes in the ionosphere. It is also one of main content for ionospheric physics and space weather research. Observation on temporal and spatial variation of equatorial ionization anomaly play an important role on understanding the formation and electrodynamical processes in the low latitude ionosphere. Meanwhile, It has a practical application for analyzing and predicting low latitude ionospheric effects of satellite navigation and communication. In this project, the equatorial ionization anomaly over China will be studied by a novel densely observation network with Beidou, GPS and GLONASS satellite beacon receiving and ionospheric vertical sounding technique. The EIA’s fine structure, temporal and spatial evolution, as well as day-to-day variability will be investigated. The characteristics of EIA and its daily and seasonal variations is given by the statistical analysis. The roles of ionospheric parameters that control and affect the generation and distribution of EIA will also be discussed. By comparing the results with those EIA from different longitude sector, the regional characteristics and generation mechanisms of EIA over China will be revealed.

电离层赤道异常是低纬和赤道电离层中最重要的电离层现象，一直是电离层物理和电离层空间天气的重要研究内容。对电离层赤道异常中不同尺度时空变化特性进行探测与研究，对理解低纬电离层电动力学过程具有十分重要的学术意义，同时在分析和预测低纬电离层对卫星导航和通信的影响也具有实际应用前景。本项目通过基于我国北斗卫星信标的GNSS多信标接收和流动式电离层垂直探测，开发电离层赤道异常区密集阵列探测技术和分析方法，发展和建立电离层赤道异常峰区观测系统，实现对我国电离层赤道异常现象时空变化的综合探测，给出我国电离层赤道异常的精细结构、演化过程和逐日变化特性，统计分析我国电离层赤道异常的日变化和季节变化，探讨各种电离层背景参数在电离层赤道异常形成和发展中的作用和影响，并与其它经度扇区观测结果进行对比分析，揭示出我国电离层赤道异常的地区特性以及可能形成机制。

中国南部处于电离层赤道异常区，该区域发生的各种时空尺度电离层结构与变化，一直是电离层物理和电离层空间天气的重要研究课题。本项目通过发展GNSS电离层TEC和流动式电离层垂直探测技术，建立综合观测网络，对我国电离层赤道异常区进行密集网络化观测，利用这些自主观测数据，分析研究我国南部电离层赤道异常区不同尺度电离层变化特性。项目取得的主要研究成果有，开发完善了BG2 GNSS电离层TEC监测仪和流动PDI2电离层数字测高仪有关技术，在我国南部电离层赤道异常区建立GNSS电离层TEC观测网络和电离层数字测高仪观测链并连续运行获取我国电离层赤道异常区探测数据。利用这些观测数据，给出了我国南部电离层赤道异常区电离层TEC时空变化特性，包括电离层日落增强，中国电离层东西差异，电离层赤道峰区移动与逐日变化和电离层扰动传播变化特性。首次观测到2018年4月18日磁暴主相后在东南亚大经度范围电离层TEC同时震荡现象，并发现这种大范围电离层TEC震荡与准周期行星际磁场Bz南向反转密切相关。通过比较分析中国地区不同纬度电离层峰值高度hmF2观测值和IRI2016模式预测值，给出了国际参考电离层模式采用的AMT2013，SHU-2015和BSE-1979方法在中国地区的适应性和精度。首次报道了电离层赤道异常峰北沿的武汉地区出现圆盘状的强Es结构，空间尺度达500公里宽，1000公里长。给出了中国低纬地区电离层不均匀体不同高度区域耦合特性，揭示出在2017年9月6日到9日磁暴期间，两次IMF Bz向南偏移引起的向东向极化的快速穿透欠屏蔽电场分别主导了美洲和亚洲扇区日落赤道等离子体泡的产生。项目的上述研究成果多次在国内外学术会议报告交流，发表有关SCI论文11篇，对于提升对我国电离层探测研究水平，理解低纬电离层电动力学过程具有重要学术意义，同时在分析和预测低纬电离层对卫星导航和通信的影响也具有实际应用前景。