电离层F层等效风场的气候学特征

论文题目: 电离层F层等效风场的气候学特征

论文类型: 博士论文

论文专业: 空间物理学

作者: 栾晓莉

导师: 万卫星,刘立波

关键词: 等效风场,中性经向风,电场漂移,季节变化,纬度变化,太阳周期变化,电离层气候学,电离层与热层耦合

文献来源: 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 电离层F 层高度上中性风和电场对热层-电离层形态结构和动力学、电动力学过程等具有非常重要的作用。目前,中性风场和电场的观测信息主要来自于Fabry-Perot 干涉仪(FPI)、非相干雷达(ISR)以及卫星等非常有限的手段。等效风场是中性风和电场共同对电离层等离子体作用的结果,包含中性风和电场信息。等效风场可从电离层特性参量,如电离层F 层最大电子浓度(临界频率)以及其所在高度(峰高)间接获取,这对弥补中性风场和电场的观测手段不足具有重要意义。特别是现代电离层测高仪已具备24 小时常规观测和全球台网分布的特点,并可通过互连网实现观测数据的实时传输,因此探索从测高仪观测特性参量中提取等效风场的方法还对空间天气的研究与预报具有潜在的应用价值。本文采用我们提出的一种利用电离层特性参量获取F 层峰值高度附近中性风/电场信息的新方法,系统地研究了电离层F 层垂直等效风场变化特征,包括中低纬地区武汉站(30.6oN,114.4oE)和东经120o-150o经度链上十几个台站(地磁纬度50?S-50?N)上空的等效风场的气候学特征,重点讨论了等效风场的纬度变化趋势受地方时、季节、太阳活动等不同时间尺度因素的影响,并统计分析了全球范围内等效风场幅度和相位与太阳活动相关性及其对季节和纬度等的依赖关系。我们得出的主要结论有: 1、等效风场具有显著的地方时和季节变化规律。在中低纬区域(地磁纬度),等效风场白天垂直向下,夜间垂直向上;而在赤道区域则白天向上,夜间向下。在中低纬地区,等效风场夜间速度在午夜之后时段相对较大,而白天则在正午之前时段相对较大。在武汉地区,等效风场在午夜过后具有与Arecibo 站(18.3oN, 293.3oE)相似的凌晨凹陷现象。垂直等效风场也具有明显的季节变化,如在武汉地区春季的等效风场速度明显小于其它季节;120o-150oE 经度链上夏季白天的等效风场随纬度增加而增大,而冬季白天的极值主要出现在地磁30-40o区域。2、地磁纬度和磁倾角对等效风场具有调控作用,并且在不同地磁纬度范围等效风场的方向和速度大小均不相同。等效风场对地磁纬度或磁倾角的依赖决定了电场引起的垂直漂移和中性经向风对等效风场的贡献。例如武汉地区垂直

论文目录:

摘要

Abstract

第一节绪论

1.1 电离层动力学过程及其对电离层的影响

1.1.1 电离层中的主要动力学过程

1.1.2 动力学因素对不同纬度电离层的影响

1.2 中性风场与电场的观测手段以及相关经验模式

1.3 中性风场/电场漂移研究的进展

1.4 本文工作的目的

第二节利用电离层特性参量推求 F 层等效风场的方法介绍

2.1 等效风场的研究历史

2.2 传统伺服方法及方程

2.3 改进的伺服方法

2.4 我们的方法介绍

2.4.1 我们方法的推导

2.4.2 我们的方法与观测手段的对比

2.4.3 方法应用于赤道站的初步讨论

2.5 推求等效风场相关电离层参量的获取

2.6 获取等效风场的误差来源及讨论

2.6.1 等效风场计算的误差来源

2.6.2 相关参数取值的影响

1、伺服常数取值的影响

2、离子-中性碰撞频率取值的影响

3、顶部剖面假设的影响

2.7 小结

第三节武汉地区垂直等效风场特征

3.1 等效风场周日变化

3.2 等效风场季节变化

3.2.1 数据选取与季节划分

3.2.2 结果与讨论

3.2.3 等效风场与经验模式结果的比较

3.3 等效风场与太阳活动的相关性

3.4 小结

第四节 120°-150°E 经度链上等效风场的气候学特征

4.1 前言

4.2 数据选取与分析方法

4.3 分析结果

4.3.1 平均等效风场的周日变化

4.3.2 南北半球等效风场的对称性

4.3.3 等效风场纬度依赖性和太阳周期变化

4.3.4 等效风场的纬度梯度

4.3.5 等效风场的潮汐分量

4.4 比较与讨论

4.4.1 与经验模式计算等效风场比较

4.4.2 与相关风场气候学研究结果的对比

4.5 小结

第五节全球等效风场太阳周期变化特征的统计分析

5.1 研究背景

5.2 数据来源和分析方法

5.3 统计分析结果

5.3.1 台站个例分析

5.3.2 周日幅度和相位的太阳活动依赖性

5.3.3 半日幅度和相位的太阳活动依赖性

5.3.4 日均值随太阳活动的变化趋势

5.4 讨论与对比

5.4.1 离子曳力的影响

5.4.2 关于日均值太阳周期变化的讨论

5.4.3 台站地理位置的影响

5.5 小结

第六节总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

附录攻读博士学位期间发表及完成的论文

致谢

发布时间: 2005-11-16

参考文献

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电离层F层等效风场的气候学特征

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