基于新型指数定量的研究电离层扰动与地磁活动的关系

Geomagnetic activity usually cause Ionospheric disturbance, as a common space weather phenomenon, which often interfere with short wave communication seriously, would also cause the satellite signal mutation, which finally lead to unpredictable azimuth error. So understanding of evolution law and characteristics of ionospheric disturbance is of great significance to research into space weather. Due to the limitation of observation techniques and historical data, early research is main focus on theoretical and qualitative study, but few in quantitative research. So this project intends to base on a kind of new index to quantitatively study the time-space relationship between ionosphere disturbance and geomagnetic activity. First, by using the space analysis method under the condition of different type of geomagnetic activity, to study its change of position, distribution pattern, and spatial scales. Try to establish a quantitative relationship of their optimal parameter combination in time and space. Then, due to the global distribution characteristics of the index, the spatial-correlation coefficients can be obtained by calculating the relationship between the index and geomagnetic activity index, and according to its distribution characteristics to study the physical mechanism. Finally, analyze the variation of spatial-correlation coefficients under the condition of different time scales. After that, further study the time scale with significant change, and study its possible control factors under the condition. These quantitative results will deepen the understanding of the relationship between ionospheric disturbance and geomagnetic activity, and constraint and validate the existing theoretical model.

地磁活动常常会引起电离层的扰动，作为一种常见的空间天气现象，它会严重干扰短波通信，还会引起卫星信号发生突变，导致不可预知的方位误差，因此对其特征的研究将变的尤为重要。由于观测手段和历史资料的限制，早期主要以定性的理论研究为主，而定量上的研究还很欠缺。因此，本项目基于一种新型指数定量研究电离层扰动与地磁活动的时空关系。首先，利用空间分析方法研究在不同类型地磁活动条件下，指数所反映出的扰动的位置变化、分布类型、以及空间尺度，并试图建立它们的最佳参数组合在空间上的一种定量关系。然后，利用新型指数的全球分布特性计算它与地磁活动指数之间的空间相关系数，并根据分布特征研究其物理机制。最后，分析在不同时间尺度条件下空间相关系数的变化特征，并深入研究其中具有显著变化特征的时间尺度，分析电离层扰动在该条件下可能的控制因素。这些定量结果将会加深对电离层扰动与地磁活动时空关系的理解，约束和验证现有的理论模型。

本项目主要是利用基于白谱法构建的新型指数研究不同条件下地磁活动引起电离层扰动的差异性，同时采用空间分析方法研究指数所反映的电离层扰动的空间分布特征。并通过构建电离层扰动指数来研究在不同地磁活动条件下的变化特征，研究明白谱法构建的指数能够非常有效且精确的提取由地磁活动造成的电离层扰动，该指数构建方法也将是一种潜在的技术来研究其他地球物理驱动源（如台风）对电离层的作用。另一方面，深入的研究由地磁活动控制的电离层长期变化趋势以及短期弱响应成因，分析不同时间尺度上电离层扰动受到地磁活动控制的全球分布特征。用定量结果约束和验证现有的与地磁活动相关的电离层扰动的理论模型，以增进对其的演化过程的理解。研究表明，短期的地磁活动的暴前条件会引显著影响电离层对相邻磁暴的响应效果。而长期地磁活动作用，在不同的太阳活动周期有着显著的差异，并且在太阳活动下降期，地磁活动的作用效果通常达到了最高水平。在太阳活动高年，地磁活动作用效果较强但不稳定。而在太阳活动低年和上升期，地磁活动作用效果很弱。.本项目的科学意义是不仅可能会对暴时小尺度电离层扰动的动力学过程有着深入的认识，以及探究出新的空间天气预报方法。另外，研究成果将具有重要的应用价值，所获得的暴时指数将可应用于业务性的空间天气预报，面向用户的空间天气服务产品的、精细化程度、实用性都会有显著的提高，从而提升空间天气学及其相关应用在经济社会和国家安全方面的重要作用。