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日侧伴随电子加速的离子上行事件的分布特征

地球物理学报 2023年第5期66卷 1829-1846页

作者：余尧胡泽骏蔡红涛武汉大学电子信息学院武汉430072 中国极地研究中心自然资源部极地科学重点实验室上海200136 浙江大学海洋研究院浙江舟山316021

本文基于2005年1月和7月DMSP F13卫星的观测数据,研究了日侧伴随电子加速的顶部电离层离子整体上行事件的分布特征.结果表明,离子上行主要发生在磁纬70°~80°MLAT范围内,加速电子磁层源区对应低纬边界层和等离子体片边界层;冬季上行存... 详细信息

本文基于2005年1月和7月DMSP F13卫星的观测数据,研究了日侧伴随电子加速的顶部电离层离子整体上行事件的分布特征.结果表明,离子上行主要发生在磁纬70°~80°MLAT范围内,加速电子磁层源区对应低纬边界层和等离子体片边界层;冬季上行存在明显的"晨昏不对称性",主要发生在晨侧(06∶00—09∶00 MLT),夏季上行主要发生在磁正午(09∶00—15∶00 MLT),以磁正午为中心近似呈对称分布,并且冬季离子上行发生率显著高于夏季;离子上行发生率在中等地磁活动时期显著增强,上行区域随着地磁活动的增强向低纬度方向扩展;行星际磁场Bx>0时,对应等离子体片边界层13∶00—18∶00 MLT和06∶00—09∶00 MLT区域内上行发生率增加,行星际磁场By的方向会导致上行高发区以磁正午为中心发生反转,行星际磁场南向时,上行发生率增强;冬季离子上行平均速度高于夏季.

关键词：电子加速离子上行地磁活动行星际磁场

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极隙区一次长时间ELDI事件的观测研究

地球物理学报 2022年第12期65卷 4583-4592页

作者：谷骏蔡红涛胡坤潘建宏高顺祖张宏武汉大学电子信息学院武汉430072

E层占优电离层(ELDI)是一种特殊的电离层垂直结构,表现出与偶发Es明显不同的时空分布和形态特征,但其形成机理尚不清楚.本文报道了发生在2001年7月15日的一次长持续时间(~2.3 h)的ELDI事件.地面雷达观测表明,该ELDI事件可以按照电子密... 详细信息

E层占优电离层(ELDI)是一种特殊的电离层垂直结构,表现出与偶发Es明显不同的时空分布和形态特征,但其形成机理尚不清楚.本文报道了发生在2001年7月15日的一次长持续时间(~2.3 h)的ELDI事件.地面雷达观测表明,该ELDI事件可以按照电子密度剖面不同的变化特征分为两个阶段.在第1个阶段里,E层密度大幅度增强而F层密度未有明显变化;在第2个阶段里,E层密度回落至正常水平而F层密度强烈耗空.卫星及其他地面设备的协同观测数据表明,高能离子沉降是ELDI第1阶段的主导形成机制,而强等离子体对流是第2阶段的主导机制.

关键词： E层占优电离层离子沉降 F层耗空等离子体对流

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赤道附近局地激发LS-TAD的事例观测

地球物理学报 2022年第3期65卷 853-861页

作者：潘建宏蔡红涛谷骏周康俊罗逸楠高顺组武汉大学电子信息学院武汉430072

大尺度行进式大气扰动(LS-TAD)通常被认为起源于极区高纬,本文报道了一起激发于低纬赤道地区、在北半球向高纬传播的LS-TAD观测事例.2002年8月10日07∶30 UT,CHAMP卫星在30°W磁赤道附近观测到显著的大气密度增强,在随后的2个连续轨道上... 详细信息

大尺度行进式大气扰动(LS-TAD)通常被认为起源于极区高纬,本文报道了一起激发于低纬赤道地区、在北半球向高纬传播的LS-TAD观测事例.2002年8月10日07∶30 UT,CHAMP卫星在30°W磁赤道附近观测到显著的大气密度增强,在随后的2个连续轨道上,该密度增强依次出现在北半球更高纬度上,表现出明显的极向位移,是典型的LS-TAD事件.北美洲的2条地面GNSS子午台链也同时记录到了与之相伴随的大尺度行进式电离层扰动(LS-TID)印记.CHAMP卫星和地面GNSS台站在南半球均没有记录到与上述LS-TAD/TID相关联的前序行扰.我们认为该极向传播的LS-TAD事件起源于赤道低纬地区,突然增强的离子垂直漂移是其可能的激发源.

关键词：赤道区域离子垂直漂移 LS-TAD LS-TIDI

基于掩星观测的全球低纬地区电离层不均匀体形态分析

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电波科学学报 2022年第4期37卷 687-698页

作者：於晓王妍甄卫民刘钝蔡红涛中国电波传播研究所青岛266107 武汉大学电子信息学院武汉430072

基于气象、电离层和气候星座观测系统(Constellation ObservingSystem for Meteorology,Ionosphere and Climate,COSMIC)掩星闪烁指数观测数据,将遮掩点的位置作为电离层不均匀体出现的位置,对比分析了电离层E区不均匀体和F区不均匀体... 详细信息

基于气象、电离层和气候星座观测系统(Constellation ObservingSystem for Meteorology,Ionosphere and Climate,COSMIC)掩星闪烁指数观测数据,将遮掩点的位置作为电离层不均匀体出现的位置,对比分析了电离层E区不均匀体和F区不均匀体随时间、空间、太阳活动和地磁活动的变化.发现E区闪烁主要出现于夏季半球的中纬地区;而F区闪烁主要出现于春秋季的磁赤道和低纬地区,受到地磁场的强烈控制.除季节因素外,太阳活动对E区闪烁的影响并不是基本的,而赤道异常和赤道附近的F区闪烁受到太阳活动的显著控制:相比太阳活动低年,高年的F区闪烁强度更大,且扩展至更高的纬度.地磁扰动时,中低纬地区电离层E区闪烁的全球分布与地磁平静时相似,但是闪烁的强度总体上略有增加,尤其是凌晨时段(00:00—06:00LT);中低纬地区电离层F区闪烁的全球分布也与地磁平静时相似,但是闪烁强度明显增加,且扩展至更高的纬度,尤其是00:00—06:00LT及18:00—24:00LT的太平洋扇区.两者对比表明,电离层F区闪烁对地磁活动更为敏感.将COSMIC掩星与天基原位观测的闪烁出现率结果进行对比,发现掩星手段不仅可以反映全球尺度的电离层不均匀体变化特征,包括它随季节/经度、地方时、太阳活动和地磁纬度的变化,而且可以反映电离层不均匀体随高度的变化,这是以往的观测手段难以拥有的.

关键词：电离层闪烁电离层不均匀体偶发E层扩展F GNSS掩星

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由非相干散射雷达数据重建极光沉降粒子能谱

地球物理学报 2007年第1期50卷 10-17页

作者：蔡红涛马淑英武汉大学电子信息学院

本文研究了由极区地面雷达电子密度高度剖面测量数据重建极光沉降粒子能谱的基本原理和方法.在4-30 keV能量范围内,重建结果与FAST卫星实测数据在数值水平和变化趋势上基本吻合;在地磁平静和磁暴期间,重建获得能谱特征与前人研究结果相... 详细信息

本文研究了由极区地面雷达电子密度高度剖面测量数据重建极光沉降粒子能谱的基本原理和方法.在4-30 keV能量范围内,重建结果与FAST卫星实测数据在数值水平和变化趋势上基本吻合;在地磁平静和磁暴期间,重建获得能谱特征与前人研究结果相一致.该方法开辟了获取沉降粒子能谱特征的一条新途径,可以弥补卫星能量粒子观测数据磁地方时分辨率的不足,对于建立空间环境扰动模式具有重要的学术意义和应用价值.

关键词：非相干散射雷达电子密度极光沉降粒子能谱

低太阳活动期间极区ELDI的EISCAT/ESR雷达观测

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地球物理学报 2014年第11期57卷 3532-3540页

作者：沈格蔡红涛李飞周康俊占卫家黄定娟武汉大学电子信息学院武汉430072 武汉大学空间环境与大地测量教育部重点实验室武汉430072

本文利用2009—2011年EISCAT/ESR雷达的场向观测数据,统计研究了低太阳活动期间极区E层占优电离层(ELDI)事件的发生规律及其主要特征.地面雷达观测表明,极区ELDI表现出明显的季节变化特征:在冬季和早春发生率较高.EISCAT雷达(极光椭圆纬... 详细信息

本文利用2009—2011年EISCAT/ESR雷达的场向观测数据,统计研究了低太阳活动期间极区E层占优电离层(ELDI)事件的发生规律及其主要特征.地面雷达观测表明,极区ELDI表现出明显的季节变化特征:在冬季和早春发生率较高.EISCAT雷达(极光椭圆纬度)观测到的ELDI多出现在磁午夜扇区,平均持续30min;ESR雷达(极尖/极隙区纬度)观测到的ELDI多出现在磁正午附近,平均持续14min,表现出与之前无线电掩星观测结果不一致的日变化特征.在ELDI事件期间,两处雷达观测到的电离层NmE/NmF2比值和E层厚度都没有表现出显著的空间差异.事例分析证实E层电子增强和F层电子密度耗空都能够独立地导致ELDI,然而,统计分析表明上述两个过程对ELDI的形成都起着不可或缺的作用.

关键词：极区 E层占优电离层粒子沉降等离子体对流

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一种可选的电离层TEC区域重构方法

电波科学学报 2022年第5期37卷 875-882页

作者：车磊欧明陈奇东蔡红涛甄卫民陈龙江靳睿敏中国电波传播研究所青岛266107 西安电子科技大学西安710071 武汉大学电子信息学院武汉430072

电离层总电子含量(total electron content,TEC)区域重构常采用克里金空间插值方法,该方法基于电离层TEC数据的位置关系及相关性等特征,同时满足空间加权估计的无偏性和最优性特征,因此被广泛应用.但克里金空间插值方法拟合变异函数时,... 详细信息

电离层总电子含量(total electron content,TEC)区域重构常采用克里金空间插值方法,该方法基于电离层TEC数据的位置关系及相关性等特征,同时满足空间加权估计的无偏性和最优性特征,因此被广泛应用.但克里金空间插值方法拟合变异函数时,传统理论变异函数模型面临函数曲线固定、空间细节变化无法反映以及模型选取人为主观等问题.为解决上述问题,文中提出一种可选的电离层TEC区域重构方法,从TEC数据的空间变化特征出发,采用最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LS-SVM)拟合实验变异函数,能够更精确地刻画变异函数,反映电离层TEC空间变化趋势.为验证本方法的准确性,选用中国陆态网地基GNSS台站三组不同时刻穿刺点垂直TEC(vertical TEC,VTEC)值作为实测数据,同时选用普通克里金空间插值方法中的指数理论变异函数模型、球状理论变异函数模型以及LS-SVM理论变异函数模型进行实验对比.三组实验结果表明,本文方法计算的均方根误差(root mean squared error,RMSE)分别为1.54 TECU、1.76 TECU和2.45TECU,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别为1.21 TECU、1.23 TECU和1.62 TECU,误差均小于其他两种理论变异函数模型,重构效果最好,为电离层TEC区域重构提供了一种可选的思路.

关键词：电离层TEC 区域重构克里金空间插值最小二乘支持向量机(LS-SVM)

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高纬电离层气候学特征研究——EISCAT雷达观测及与IRI模式的比较

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地球物理学报 2005年第3期48卷 471-479页

作者：蔡红涛马淑英 K.Schlegel 武汉大学电子信息学院空间物理系 Max-Planck Institute fuer Aeronomie D-37191 Katlenburg-Lindau Germany

利用1988～1999年欧洲非相干散射EISCAT(EuropeanIncoherentScatter)雷达观测数据,对不同太阳活动周相、不同季节的极光椭圆区电离层F区电子密度进行统计分析,研究其气候学特征,并与IRI 2 0 0 1模式比较.EISCAT观测到的电子密度显示出... 详细信息

利用1988～1999年欧洲非相干散射EISCAT(EuropeanIncoherentScatter)雷达观测数据,对不同太阳活动周相、不同季节的极光椭圆区电离层F区电子密度进行统计分析,研究其气候学特征,并与IRI 2 0 0 1模式比较.EISCAT观测到的电子密度显示出显著的太阳活动高年“冬季异常”和太阳活动低年半年变化等现象.EISCAT实测电子密度随时间和高度的平均二维分布和5 0 0km高度以下总电子含量TEC ,从总体来看与IRI 2 0 0 1模式预测结果符合较好.但高年在TEC达到最大值前后,IRI 2 0 0 1模式预测的电子密度高度剖面与EISCAT观测结果有显著差别:F2 峰以上IRI 2 0 0 1模式预测的电子密度过大,造成TEC明显高于雷达观测值.另外,在太阳活动下降相,EISCAT观测显示出明显的半年周期季节变化特征,但IRI 2 0 0

关键词：极区电离层气候学特征冬季异常电离层模式

大尺度场向电流及其与单色极光电子的联系--Swarm卫星观测

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地球物理学报 2020年第4期63卷 1262-1270页

作者：张琬蔡红涛周康俊张宏高顺祖武汉大学电子信息学院武汉430072

Swarm卫星A/C在480km左右高度伴飞,通过二者磁场观测数据,可在不需假设无限大垂直电流片的情况下更加真实地计算出场向电流(FAC).本文利用最新的Swarm观测数据,研究了大尺度场向电流的时空分布特征,及其对行星际条件的依赖;结合极光沉... 详细信息

Swarm卫星A/C在480km左右高度伴飞,通过二者磁场观测数据,可在不需假设无限大垂直电流片的情况下更加真实地计算出场向电流(FAC).本文利用最新的Swarm观测数据,研究了大尺度场向电流的时空分布特征,及其对行星际条件的依赖;结合极光沉降粒子时空分布信息,探究了场向电流可能载流子及其源区.分析发现:(1)IMF Bz分量主要控制FAC的强度大小,By分量主要改变FAC的结构与分布,最为明显的是0区FAC;(2)昏侧1区上行FAC与单色极光电子的高发区域具有较高的重合度,且在不同行星际条件下均表现出相类似的纬度分布;(3)在上述区域内,FAC密度与单色极光电子能通量表现出较好的相关性.这表明单色极光电子对昏侧1区上行电流起着重要贡献.

关键词：场向电流行星际磁场单色电子极光