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Electric field penetration into Earth's ionosphere:a brief review for 2000–2013

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Science Bulletin 2015年第8期60卷 748-761,M0003页

作者：魏勇赵必强李国主万卫星 Key Laboratory of Earth and Planetary Physics Institute of Geology and Geophysics Chinese Academy of Sciences

Electric field penetration is a consequence of solar wind interaction with planetary magnetosphere and/or ionosphere. For both Earth with intrinsic magnetosphere and Mars/Venus without intrinsic magnetosphere, the penetration electric field causes various kinds of global and local electrodynamic response of the ionosphere to the solar wind electric field, especially the plasma motion in the ionosphere. Within the first 14 years of the twenty-first century, the cause and effect of the electric field penetra- tion on Earth has been investigated extensively and understood more deeply. Here we review the progress acquired on the patterns and drivers of the penetration electric field, and its influences on the plasma distribution and the equatorial spread F in the mid- and low-latitude ionosphere. From the perspective of comparative study, we also shortly introduce the new results for Mars. What has become clear is that our understanding of electric field penetration has been significantly improved, but ultimately the crucial details of the global picture still remain un- known. Looking forward to the future research of the electric field penetration in Earth＇s ionosphere, the break- through relies on new instruments built up at different longitudes to improve the global coverage of the observa- tion. An integrated network of instrument is necessary to reveal the longitude and local-time dependence of the electric field penetration and shed new light on the physical details of the global ionospheric processes driven by the electric field penetration.

关键词： Electric field penetration Ionosphere Magnetosphere

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2023年行星物理学热点回眸

科技导报 2024年第1期42卷 99-113页

作者：魏勇柴立晖陈一定范开高佳维何飞乐会军李国主林红磊綦超戎昭金宋玉环孙伟家王誉棋吴兆朋徐长仪闫丽梅尧中华袁憧憬乐新安张驰张辉张金海钟俊中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

2023年,行星物理学作为行星科学的一个主干分支学科,呈现出百花齐放、交相辉映的态势。中国的行星物理学还发展出一些新兴的领域,如太阳与行星磁场发电机过程、地球与行星空间环境长期变化、地球与行星多圈层耦合过程等,为中国未来深空... 详细信息

2023年,行星物理学作为行星科学的一个主干分支学科,呈现出百花齐放、交相辉映的态势。中国的行星物理学还发展出一些新兴的领域,如太阳与行星磁场发电机过程、地球与行星空间环境长期变化、地球与行星多圈层耦合过程等,为中国未来深空探测的跃升发展奠定了坚实基础。选择20个行星物理研究领域,以中国行星物理学的进展和热点为主线,置之于世界和历史的时空横纵之中,展示了中国和世界行星物理学的发展态势。

关键词：深空探测行星科学行星物理学

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流星不均匀体多波段探测系统与初步观测结果

地球与行星物理论评（中英文） 2024年第3期55卷 292-307页

作者：李怡李国主解海永孙文杰胡连欢武志陈文志黄照国吴宝元赵秀宽余优常首民宁百齐刘立波中国科学院地质与地球物理研究所、地球与行星物理重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所、北京空间环境国家野外科学观测研究站北京100029 中国科学院大学、地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所、黑龙江漠河地球物理国家野外科学观测研究站北京100029

流星体注入地球空间给地球带来外部物质并影响地球空间环境.为了探知流星体对空间环境的影响,需获取不同类型流星体及其在地球大气中产生系列现象的特征.本文介绍近期研制建设的流星不均匀体多波段探测系统.该系统设计采用光学大范围成... 详细信息

流星体注入地球空间给地球带来外部物质并影响地球空间环境.为了探知流星体对空间环境的影响,需获取不同类型流星体及其在地球大气中产生系列现象的特征.本文介绍近期研制建设的流星不均匀体多波段探测系统.该系统设计采用光学大范围成像和无线电相控阵雷达与双基地全天空雷达主动探测,实现对不同尺寸流星体坠入地球高空大气/电离层后的烧蚀、蒸发和电离到流星不均匀体产生与演化等系列过程探测.通过开发多种探测模式和相应的数据分析反演算法,获取流星体速度、质量、成分和星际来源、流星等离子体头和等离子体尾迹不均匀体的空间精细结构与演化以及低电离层“瞬时”风场等多参量信息.利用该系统观测数据,对流星体及其产生的流星等离子体头、等离子体尾迹场向和非场向不均匀体、流星闪耀和尘埃不均匀体以及电离层不均匀体等开展了初步研究.

关键词：流星流星体流星尾迹不均匀体电离层不均匀体探测系统

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基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

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地球物理学报 2013年第7期56卷 2141-2151页

作者：李国主宁百齐胡连欢李明北京空间环境国家野外科学观测研究站中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:... 详细信息

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.

关键词：低纬电离层E区准周期回波场向不规则体 VHF相干雷达

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究：3．距离扩展流星尾迹回波

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地球物理学报 2013年第12期56卷 3969-3979页

作者：李明李国主宁百齐胡连欢北京空间环境国家野外科学观测研究站、中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

距离扩展流星尾迹回波(RSTE,range spread trail echo)观测通常采用高功率大孔径雷达.本文利用三亚(18.4°N,109.6°E)VHF雷达观测,分析研究了小功率VHF雷达观测的RSTE特征.结果表明,三亚VHF雷达在相干散射模式观测的RSTE,其发生和演化... 详细信息

距离扩展流星尾迹回波(RSTE,range spread trail echo)观测通常采用高功率大孔径雷达.本文利用三亚(18.4°N,109.6°E)VHF雷达观测,分析研究了小功率VHF雷达观测的RSTE特征.结果表明,三亚VHF雷达在相干散射模式观测的RSTE,其发生和演化的主要形态特征类似高功率大孔径雷达的观测结果.通过2011年8月期间,三亚VHF雷达相干散射模式观测的RSTE,与同时的全天空流星模式观测的镜面流星尾迹(SE,specular trail echo)数据,统计分析了RSTE和SE随地方时以及高度的变化,发现短持续时间RSTE(小于等于15s)与SE具有类似的时间-高度变化特征,而长持续时间RSTE(大于等于15s)发生的峰值时间,相比SE和短持续时间RSTE向晨侧偏移,且长持续时间RSTE对高度的依赖性比短持续时间RSTE显著.此外,全天空流星模式观测SE的数量远多于相干散射模式观测的RSTE数量,可能与不同模式下的观测角度、波束宽度等因素相关.

关键词： VHF雷达距离扩展流星尾迹回波镜面流星尾迹回波场向不规则结构时间-高度分布

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:1.电离层E区连续性回波

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地球物理学报 2013年第3期56卷 719-730页

作者：宁百齐李国主胡连欢李明北京空间环境国家野外科学观测研究站中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25m/s,多普勒宽度主要分布在20至70m/s;连续性回波的高度... 详细信息

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25m/s,多普勒宽度主要分布在20至70m/s;连续性回波的高度大约以1km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至50m/s,多普勒宽度为20至110m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.

关键词：低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波 VHF相干雷达

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究：4.太阳活动低年夏季F区回波

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地球物理学报 2014年第1期57卷 1-9页

作者：胡连欢宁百齐李国主李明中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院电离层空间环境重点实验室北京100029 中国科学院地质与地球物理研究所北京空间环境国家野外科学观测研究站北京100029 中国科学院大学北京100049

太阳活动低年夏季,低纬电离层F区场向不规则体表现出与太阳活动高年和其他季节明显不同的特征.本文利用我国三亚站(18.4°N,109.6°E,地磁倾角纬度dip latitude 12.8°N)VHF雷达、电离层测高仪、GPS闪烁监测仪和美国C/NOFS卫星观测数据... 详细信息

太阳活动低年夏季,低纬电离层F区场向不规则体表现出与太阳活动高年和其他季节明显不同的特征.本文利用我国三亚站(18.4°N,109.6°E,地磁倾角纬度dip latitude 12.8°N)VHF雷达、电离层测高仪、GPS闪烁监测仪和美国C/NOFS卫星观测数据,研究了太阳活动低年夏季我国低纬电离层F区场向不规则体的基本特征.分析发现无论磁静日还是磁扰日,夏季电离层F区不规则体回波主要出现于地方时午夜以后,回波出现的时间较短,高度范围较小,伴随着扩展F出现,但没有同时段的L波段电离层闪烁.太阳活动低年夏季午夜后的低纬电离层F区不规则体回波,可能并不总是与赤道等离子体泡沿磁力线向低纬地区的延伸相关,而可能由本地Es等扰动过程引起.

关键词：太阳活动低年夏季不规则体等离子体泡雷达

2015年3月磁暴期间中国中低纬地区电离层变化分析

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地球物理学报 2017年第1期60卷 1-10页

作者：孙文杰宁百齐赵必强李国主胡连欢常首民中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院地球与行星物理重点实验室北京100029

2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴,Dst指数达到-233 nT.本文利用电离层测高仪f_。F_2和h_mF_2、北斗同步卫星(BDSGEO)TEC以及GPS电离层闪烁S4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区(北京、武汉、邵阳和三亚)的电离层变化进行分... 详细信息

2015年3月17日爆发了本太阳活动周最大的地磁暴,Dst指数达到-233 nT.本文利用电离层测高仪f_。F_2和h_mF_2、北斗同步卫星(BDSGEO)TEC以及GPS电离层闪烁S4指数对此次磁暴期间中国中低纬地区(北京、武汉、邵阳和三亚)的电离层变化进行分析,并对此次磁暴所引发电离层暴的可能机制进行了探讨.磁暴期间,中低纬电离层暴整体表现为正相暴之后长时间强的负相暴.3月17日白天中纬正相暴为风场抬升电离层所致,而驼峰区及低纬地区正相暴由东向穿透电场所引起;3月18日白天长时间的强负相暴为西向扰动发电机电场和成分扰动所引起;3月17和18日夜间的负相暴可能是日落东向电场受到抑制以及赤道向风场对扩散的抑制导致驼峰向赤道压缩所致,同时被抑制的日落东向电场强度不足以触发产生赤道扩展F,导致低纬三亚和邵阳夜间电离层闪烁在磁暴期间受到完全抑制.这是我们首次基于北斗同步卫星TEC组网观测开展的电离层暴研究.

关键词：电离层暴北斗同步卫星电子浓度总含量TEC

北京上空电离层8小时潮汐波对2018年SSW的响应研究

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地球物理学报 2022年第6期65卷 1921-1930页

作者：张雯敏马铮龚韵张绍东李国主武汉大学电子信息学院武汉430072 地球空间环境与大地测量教育部重点实验室武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

本文利用北京中国科学院地质与地球物理研究所站和北京怀柔站的电离层TEC数据以及由全球导航卫星服务系统(IGS)提供的全球电离层地图(GIM)数据,研究了2018年2月极区平流层爆发性增温(SSW)期间北京上空电离层8小时潮汐波的变化过程.研究... 详细信息

本文利用北京中国科学院地质与地球物理研究所站和北京怀柔站的电离层TEC数据以及由全球导航卫星服务系统(IGS)提供的全球电离层地图(GIM)数据,研究了2018年2月极区平流层爆发性增温(SSW)期间北京上空电离层8小时潮汐波的变化过程.研究结果表明,SSW发生后电离层8小时潮汐波振幅有较长时间的明显增强,且增强分量主要为8小时迁移潮汐波.同时,SSW发生后北京站上空电离层增强的8小时潮汐波也呈现出周期约为6.5天的振荡.通过分析同一时期北京站流星雷达观测到的风场数据,我们发现SSW爆发后低层大气中也存在着异常增强的6.5天波.这表明电离层中调制8小时潮汐波的6.5天振荡很可能与SSW期间低层大气所激发的6.5天波有关.

关键词：电离层TEC 平流层爆发性增温迁移潮汐波 8小时潮汐波 6.5天波