重力波驱动中纬度Es层场向不均匀体研究

The sporadic E (Es) layer is a very special ionospheric region. The plasma source and the formation of Es, as well as, the irregularities in Es are all attractive research objects. The applied project is to study the state of the midlatitude Es filed-aligned irregularities (FAI) and their generating mechanism. By many kinds of observing methods and the designed detecting network, the midlatitude Es FAIs of several scales will be observed and the effect of the gravity waves will be studied. Based on the data analysis, we will study the inner links between the gravity wave and the irregularities and that how the FAI is produced by the variations of the conductivity and electric field in Es. Four ionosondes in a T-shape are firstly used to find the gravity waves and estimate their propagating direction, as well as to study the relationship between the irregularities and the characteristic frequency of Es (namely, ftE and fbEs). The log-periodic antenna array in Xianning points to north and will be used to observe the Bagg scattering echoes of the FAI.The main-lobe of the array is perpendicular to the magnetic field 100km over Wuhan. The MST radar in Chongyang is applied to record the gravity waves in the upper atmosphere and the all-sky airglow imager will also be used to observe the gravity waves.

偶发E层是电离层中特殊的区域，其等离子体来源，其形成机制，它包含的不均匀结构特征都是科学家感兴趣的研究对象。本申请项目旨在对中纬度Es层场向不均匀体的形态和激发机制开展研究。通过多种探测手段和设计的探测网络，观测中纬度多种尺度Es层场向不均匀体，研究重力波在不均匀的形成过程中的作用。在分析观测数据的基础上，通过重力波和不均匀体两种现象的关联性，研究电导率和电场是如何变化而引起沿磁场排列的不均匀体的。本项目在观测技术上，首次利用四部T型布局的测高仪探测电离层中的不同尺度重力波，估计重力波在水平面的传播方向，并研究Es层最大频率foEs和遮蔽频率fbEs与不均匀体的关系。同时，利用位于咸宁、主波束方向垂直于武汉上空100km处磁场的对数周期天线阵列探测不均匀体的布拉格散射回波；位于崇阳的MST雷达会用于研究高层大气中的重力波现象；还考虑将全天空气辉成像仪加入到重力波的观测中来。

在2015至2018年间，申请人完成了申请中提交的所有内容，解决了预计的关键科学问题。建立了多基站的电离层观测系统并使用子午工程海南富克的VHF相干散射雷达对电离层不均匀体开展了观测研究，发展了一套不均匀体回波的处理和定位方法，积累了大量的宝贵数据，对电离层不均匀体和扰动的动力学过程和物理机制开展了深入的研究。基于四年来的研究成果，发表了SCI文章11篇，大多数文章发表在JGR和IEEE TGRS上。依托此课题毕业博士生5人和硕士生2人，在读5名博士生和3名硕士。主要研究成果包括：.1.自行组建探测实验对日食的电离层效应进行了观测，发现日食引起的重力波扰动E区等离子体，同过K-H不稳定性引发的场向不均匀体；.2. 通过比对E区不均匀体QP回波的正负向与电离层测高仪南北向漂移速度的统计特征，发现当等离子体泡漂移速度为南/北向时，准周期回波呈现负/正向倾斜，由此认为背景风场对不均匀体回波的形态有控制作用；.3.观测发现在白天有等离子体泡出现，这是很罕见的现象。两小时后不均匀体以扩展F的形式出现在邵阳测高仪的上空。观测到的应该是夜间等离子体泡沿磁力线向北漂移变成的化石结构。.4.利用中国地区的流星雷达和测高仪研究了2013年SSW期间大气和电离层的响应，发现准16天行星波增强了高太阳活动下电离层和低层大气的耦合，而风场是主要的驱动力；.5.利用测高仪和多普勒探测仪观测了2011年名古屋海啸期间的电离层响应，研究海啸引起的重力波的特征，并对海啸源进行了精确定位。