扰动发电机电场的特性与电离层效应

The disturbance dynamo process is one of the key and hot topics in the ionospheric physics. Under the financial support of NSFC, we focus on the disturbance dynamo zonal and vertical electric fields in the low-latitude ionosphere through analyzing the ground-based and satellite observations with case and statistical studies and conducting the simulations. The longitudinal patterns of the disturbance dynamo electric fields are investigated. We further reveal the responses of the disturbance dynamo electric fields to the geomagnetic storms occurring at different universal times, and its variations in different local times, seasons and solar activities and so on. The observations of the thermospheric winds are used to extract the roles of the disturbance winds on disturbance dynamo electric fields. The storm time variations of the low-latitude ionospheric electron density and peak height are identified based on the comprehensive observations. We then conduct the theory model to distinguish the involved physics and reveal the effects of the disturbance dynamo electric fields on the ionospheric morphology. This project provides the key contributions to improve our understanding of the low-latitude ionospheric electrodynamics during the space weather.

扰动发电机过程是电离层物理的重要科学问题和研究热点之一。本项目拟基于地基和卫星探测的综合观测数据，采用事件分析、统计分析和模式模拟手段，以低纬电离层扰动发电机纬向和垂直电场为研究对象，辨识扰动发电机电场的经度变化图像；考察发生在不同世界时磁暴期间扰动发电机电场的响应，揭示扰动发电机电场的世界时依赖性，并分析其地方时、季节与太阳活动等变化性；结合热层风场观测资料，探究扰动风场对扰动发电机电场时空特征的控制作用；综合观测数据分析磁暴期间低纬电离层电子密度和峰值高度的响应特性，利用理论模式分析其中的物理过程，揭示扰动发电机电场对电离层空间结构的影响。期望通过本项目的实施，推进对空间天气期间低纬电离层电动力学基本物理过程的认识。

扰动发电机电场是空间天气期间电离层变化的主要驱动源。本项目综合地基与天基观测数据，结合典型事件重点分析、统计分析与模式模拟的手段，在扰动发电机电场的特性与电离层效应方面开展了四个方面的工作：（1）探究了典型磁暴事件期间中低纬电离层电场在不同经度的变化特征，分析了扰动发电机电场经度差异的成因，揭示了扰动风场在扰动电场经度变化中的作用及贡献，发现扰动发电机电场具有明显的世界时依赖性；（2）统计研究了磁暴恢复相期间不同经度扇区赤道电离层电场的变化，白天扰动发电机电场在第一天以西向电场为主，在第二至四天有30%的东向电场，特别是揭示了恢复相期间白天长时间增强的情况，并分析了其季节及经度差异；（3）研究了磁暴期间电离层电子密度与温度的扰动特征，揭示了扰动电场怎样通过电动力学过程影响不同纬度、经度与高度电离层结构的变化；（4）最近研究揭示磁暴期间来自低层大气的波动也发挥作用，我们分析了低层大气波动对电离层电场的影响，可以更好的筛选与辨识扰动发电机的演化特性。通过本项目的实施，更加丰富的了解扰动发电机电场的演化规律，拓展了我们对扰动发电机电场特性与电离层效应的认知，为进一步清晰地描绘电离层空间天气变化提供助力。本项目按照计划书要求已完成研究目标，累计已发表标注项目资助号论文12篇，其中第一作者论文6篇。