低纬电离层F区不均匀体时空演变特性研究

Observations on temporal and spatial evolution and movement of low latitude ionospheric F region irregularities play an important role on understanding the formation and electrodynamical processes of ionospheric irregularities. It is also one of main content for space weather research. In this project, low latitude ionospheric F region irregularities with different scale sizes over China will be studied by multi-instrument observations, including Sanya VHF coherent radar, digital ionosonde and short baseline GPS TEC and scintillation receivers, etc. The temporal and spatial evolution, movement，and possible relationship between different scale size irregularities will be investigated under geomagnetic quiet and disturbed conditions, during both pre- and post-midnight hours. The roles of ionospheric parameters that control and affect the generation and distribution of different scale size irregularities through the secondary instability will be discussed. Moreover, the daily, seasonal and annual variations of different scale size irregularities over China will be given by the statistical analysis of multi-instrument observations. By comparing the results with those irregularity measurements from different longitude and latitude regions, the regional characteristics and generation mechanisms of low latitude ionospheric F region irregularities with different scale sizes over China will be revealed.

地球低纬电离层F区不均匀体时空演变与运动特性观测研究,对于理解低纬电离层电动力学过程和电离层闪烁等现象具有十分重要的学术意义和实际应用前景，是当前电离层空间天气的重要研究内容。本项目通过发展VHF电离层相干散射雷达、电离层数字测高仪和GPS电离层TEC与闪烁短基线观测阵等相关观测模式和分析方法，实现对我国低纬电离层F区中不同尺度不均匀体综合探测。通过对不同地磁活动（磁静日、扰日）和地方时（午夜前后）条件下F区不均匀体的综合分析，研究不同尺度不均匀体形成、演化和漂移运动过程，给出低纬电离层F区多尺度不均匀体时空变化特性及其相互之间可能关系，探索不同条件各种电离层背景参数如何影响二次不稳定性过程从而形成不同尺度不均匀体的机理,统计分析我国低纬不同尺度F区不均匀体的日变化、季节变化和年变化特性，并与其它经纬度不均匀体观测结果进行对比分析，揭示我国低纬电离层F区不同尺度不均匀体的地区特性。

围绕低纬电离层F区不均匀体时空演变与运动特性，本项目研制开发了VHF雷达电离层不均匀体空间扫描探测模式、干涉成像探测模式和3点短基线GPS电离层漂移观测系统。利用这些观测数据，分析给出了我国低纬电离层F区不均匀体和闪烁的日、年变化以及时空演变特性，包括不同空间环境条件的影响和作用，如磁暴期间电离层的响应，并与不同经度、纬度电离层特性进行对比分析。其主要结果包括：首次观测发现日落前电离层F区底部薄层结构及可能的形成机制；给出了我国低纬F 区羽毛状周期不均匀体空间距离（经度）大多在200–600公里范围，不均匀体漂移速度在每秒80-150米，其平均速度每小时减少13米；统计给出我国低纬地区电离层幅度闪烁出现率的年、季变化特性，分析发现电离层闪烁与电离层等离子体泡的出现紧密相关，电离层闪烁出现率最大值在太阳活动高年的分季期间，并在太阳极小年的6月观测到白天周期性电离层闪烁事件,并还发现电离层闪烁出现率在春分和秋分存在不对称现象，秋分季节的9到10月三亚电离层闪烁的平均开始时间比春分季节的3到4月要早25分钟左右，秋分和春分季节电离层不均匀体东西向漂移方式基本相似，从日落后的每秒150米慢慢减少到午夜时分的每秒50米左右。通过这些研究成果，揭示了我国低纬电离层F区不均匀体的变化特性，丰富了我们低纬电离层中各种动力学和电动力学过程现象的认识，对于推动电离层物理科学研究进步具有重要科学意义。