电离层赤道异常的高度变化及经度结构

The feature of electron density at equatorial region topside ionosphere is still unclear, which is also one of the key problems to be improved in existing models. Utilizing the topside electron density observations from topside sounder, ionospheric radio occulation and in-situ satellites, this project is devoted to investigate the topside equatorial ionization anomaly (EIA) statistically, with a major focus on the altitudinal variation and longitudinal structures of topside EIA. We will study the occurrence and the strength of topside EIA under different solar activity levels, seasons and local time. Further, the north-south asymmetry and the altitude and latitude where the two crests of the EIA are merged will be inspected in each longitude sector. The dynamical processes and physical mechanisms which modulate the altitudinal and longitudinal variations of EIA will be explored by conducting the comparative study of EIA at hmF2 and the topside ionosphere. This project will give more information about the feature of electron density at low-latitude topside ionosphere and lay the foundation for improving the model performance in describing topside ionosphere and relative applications.

目前低纬顶部电离层电子密度的特征还不十分清楚，是现有模式致力于改进的问题之一。本项目拟收集整理顶部探测、无线电掩星观测和卫星原位探测的顶部电离层电子密度观测资料，通过统计分析方法，以顶部电离层赤道异常(EIA)现象为研究对象，给出顶部电离层EIA的高度变化和经度差异特征。揭示顶部电离层EIA现象在不同高度上的发生率和强度随太阳活动水平、季节、地方时的变化情况。考察顶部电离层EIA现象中存在的经度差异，包括各经度区域内的南北不对称性、EIA双峰的融合高度以及位置等。根据顶部电离层与F2层峰高处的EIA特征差异与联系，探讨EIA高度变化及经度变化中的理论机制。通过本项目的研究能增加对低纬顶部电离层电子密度特征的认识和理解，为提升电离层模式描述顶部电离层电子密度特征能力和电离层相关应用提供基础。

本项目围绕顶部电离层赤道异常现象的经度变化和高度变化展开了现象及相关机制展开了研究。主要的研究内容及结果为：.（1）赤道异常南北双峰不对称性的转换及其经度和高度变化。导致赤道异常南北双峰不对称性转换的因素主要有南北半球O/N2不一致的地方时变化，夏季半球的太阳辐射强于冬季半球的太阳辐射以及F层电离层在夏季半球被抬升到更高的高度。转换时间存在经度变化，主要是由于地磁偏角的经度变化造成的纬向和经向中性风在不同经度扇区互相作用的方式不同以及赤道异常双峰在不同经度扇区的位置与日下点的距离造成中性风大小上的差异造成的。.（2）顶部电离层赤道异常双峰的融合高度。融合高度在低太阳活动水平下约在400km左右，在12:00LT和19:00LT有两个极大值。融合高度的经度变化与潮汐有密不可分的关系，并且西向传播的潮汐对经度结构的产生也有着重要的作用。在太阳活动高年，赤道异常现象有时可达到840km的高度，其发生率在分季的某些经度扇区的夜晚时段较高。.（3）电离层电子密度经验建模及模型描述顶部赤道异常物理学特征能力的评估。基于主成分分析法建立了关于标高，F2层最大电子密度，F2层最大电子密度所在高度及两个增长率系数的经验模型，并依据α-Chapman方式重建电子密度剖面模型。模型能描述出国际参考电离层IRI模式不能体现的赤道异常双峰融合现象及和观测更为接近的双峰不对称性转换时间.（4）低纬电离层动力学过程研究发现等离子体密度梯度是产生等离子体由冬季半球到夏季半球扰动漂移的原因，而等离子体温度则与所观测到的等离子体漂移方向相反。