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自然资源部极地科学重点实验室开放研究基金2021年度课题申请指南一、开放基金简介自然资源部极地科学重点实验室成立于2004年。
实验室坚持以基础研究为重点，以高起点、高水准和高质量为准则，围绕我国极地考察的国家需求和极地科学研究的重大前沿科学问题，在极地雪冰与海洋环境研究、极区电离层-磁层耦合与空间天气研究、极地生态环境及其生命过程研究、南极天文观测研究和极地科学基础平台技术研究方面开展了一系列有重要学术价值的研究。
实验室自成立以来，共资助项目80余项。
2021年拟资助强度为5万元/项，资助项目4项，执行期为两年(2022.01-2023.12)。
二、开放研究基金的资助范围为了促进极地科学领域的新理论、新思想和新技术的发展，加强国内外学术的交流，培养和造就更多的高层次极地科技人才，本实验室设立开放研究基金，资助极地科学的基础和应用基础研究。
实验室2021年重点支持围绕全球变化主题开展的研究课题。
开放研究基金目前着重资助的研究范围为：（一）极地雪冰与海洋环境研究方向在长期连续的野外观测、卫星遥感观测和实验室分析基础上，通过理论和研究方法的创新，重点研究极地冰盖、冰川、冰架、海冰、海洋、大气的关键物理化学过程及其变化，探索冰冻圈与其它圈层的相互作用机制，认识极地雪冰与海洋对全球变化的响应与反馈。
主要包括：雪冰物质平衡与海平面变化研究、冰-雪-气现代过程研究、冰芯气候环境记录研究、海冰变化与物理过程研究、极区海洋特征水团与环流变异过程研究、海冰-海洋-大气系统相互作用研究、极地海洋、雪冰遥感观测研究、极地地球系统模拟重点资助以下方向：1.南极冰盖雪冰环境和不稳定性研究2.极地海洋/海冰过程及其气候效应研究3.极地地球系统模拟研究（二）极区电离层-磁层耦合与空间天气研究方向发挥我国南极中山站和北极黄河站处于地球极隙区纬度并构成磁共朝的地理优势，对极区空间环境进行连续监测，开展极区电离层-磁层耦合研究，进一步认识磁层、电离层和中高层大气对太阳活动响应的关键过程，探索利用极区地面观测台站现报和预报空间天气的物理方法。
电离层：地球大气的高空魔镜在距离地面约60到1000千米范围内，存在着一个特殊区域，尽管很多人不熟悉它，但日常的通讯、广播、导航、定位都离不开这个区域，它就是电离层。
美国航天局近期公布了两项探索电离层的新计划，目的就在于了解空间天气、地磁暴等现象如何影响大气层上部的电离层。
天生不安分存在着大量自由带电粒子在地球引力的作用下，地球大气聚集在地球周围而形成了大气层，大气层受到太阳辐射、日月引力等作用，处于不停的运动之中。
它的密度、温度、压力、成分和电离度等随着高度、经纬度时而变化。
我们熟悉的对流层、平流层、散逸层等，是按地球大气温度随高度分布的特征来分的。
如果按大气电离状况分层，则可分为中性层、电离层和磁层。
与“老实”的中性层相比，电离层可谓是相当不安分。
在中性层中，原子和分子的电子被原子核牢牢吸引住，因而中性层并不导电。
而电离层如同它的名字一样，是被电离的大气层，存在着大量的自由电子和离子。
中科院地质与地球物理研究所刘立波研究员介绍，要迫使电子离开牢牢依附着的原子或分子，就需要足够高的能量，而这个神秘力量正是太阳辐射中的紫外线、X射线等。
当紫外线、X射线到达地球上空时，被大气吸收，消散的能量引起中性大气电离，这个产生自由电子的过程称为光电离。
此外，进入大气层的高能粒子也能产生大气的电离，称为微粒电离。
电子密度是衡量电离层的重要物理量，其决定于两个相反的过程：一个是中性大气吸收太阳辐射而电离的过程；另一个是正负带电粒子碰撞而复合成中性粒子的过程。
那为什么只有电离层能产生大量的自由电子和离子呢？原来在很高的高度上，太阳辐射虽强，但空气密度很小，可供电离的成分有限，所以电子密度不会很大；在较低高度处，空气密度大，可供电离的中性成分很多，但太阳辐射透过厚厚的大气时变得愈来愈弱，而且复合过程变强，因此，这里的电子密度也不会很大。
由此可知，电子密度在某一中间高度将达到最大值，因而电离层就成了大气层中的特殊成员。
电离层的地理现象
电离层是一种地理现象，位于地球大气层的最高层，它给宇航以及其他飞行物形成了护罩。
一般情况下，电离层的上限大概在800公里左右，它的存在可以起到避免低外太空中的辐射。
由于电离层浓度不均匀，所以电离层也会影响发射信号强度，这就是所谓的电离层效应。
电离层无处不在，它会影响人工卫星提供服务的覆盖范围、无线电信号传播的距离以及电磁旁瓣功率的增强或消减。
电离层受空气中物质及其相互作用的影响，如水汽、氮和氧气及来自太阳的辐射等，而且它们都会产生自己特定的物理效应和化学反应，因此，关于电离层的研究也正在发展和深入。
此外，电离层对地球的环境也有着重大的影响，如地球气候在某些方面将会受到电离层变化的影响，例如极地辐射和极地贸易风等。
随着研究的深入，人们将会有更深刻的了解，电离层的变化与地球环境的关系，从而更好的为我们的环境作出更有效的保护。
总之，电离层对地球来说有着重要的作用，它可以保护运行在高空的航天器免受外太空的辐射危害，同时也参与到地球气候的变化，因此，地球上的生物等都受到它的影响。
研究电离层将会为我们提供更多有效的保护方法和有效的利用方法，从而更好的应用到具体的工程实践当中。
高纬电离层电动力学1、高纬电离层电动力学,共旋电场,在相对太阳静止的参考系中测量到的电场为：其中为地球自旋的角速度〔每小时15度〕,,,,物理含义：由于大气的粘制作用，位于底部的等离子体将与地球一起转动，依据磁冻结原理，地球磁场的磁力线又将带动上层等离子体与地球共转，将受到洛仑兹力〔〕的作用，产生电荷分别，在等离子体内形成极化电场，这个极化电场就是共旋电场。
,共旋电场的作用使得等离子体的漂移速度和地球的旋转速度一致,对流电场+共旋电场,旋转效应使对流图发生畸变。
计入共转效应后，两个对流单元是不同的。
黄昏侧，回流和共转作用在相反的方向，因此黄昏对流单元有显著的畸变。
,,南向IMF，高纬2、F层等离子体对流示例，每一条流线都是等势线图中虚线为极盖，即中心位于离磁极午夜一侧约5?，半径约15?的园。
,(a)未考虑共旋电场,(b)考虑共旋电场,昼侧高纬电离层对流图像的示意图。
可以看出当Bz为南向时，对流图像对行星际磁场y重量的依靠。
,夜侧高纬电离层对流图样的示意图。
可以看出存在各种改变。
观测到图a和d的对流图样更频繁。
,当IMF有北向重量时昼侧对流几何构形的主要特征。
最显著的特征是有四个对流单元。
对流图样对By的依靠导致一个为主的高纬单元和三单元化的图样同时出现。
,来自阅历对流模式的电势等值线图。
磁层电场或等离子体对流的阅历模式基于大量卫星测量数据构造3、。
模式可以得到对全部的IMF(By,Bz)组合和不同IMF大小范围内的电场图像。
上图是对IMF大于7.25nT的状况得到，同时不包括共转。
,,电离层和磁层电流之间可能的耦合。
,,当Chatanika非相干散射雷达位于极光卵内时测量的电子密度。
两次高度-纬度扫描分开大约10min。
留意电子密度特殊是在低电离层中的快速增添。
,极光,磁尾的高能粒子〔主要是电子〕沉降到极区电离层高度，撞击中性大气，使其产生受激辐射而发光。
极光一般发生在极区100-400公里高度，常常出现产生极光的区域形成一个环状的带，称为极光椭圆带，大约在地磁纬度67-77度，但在强磁暴时也可能在低纬4、看到。
电离层纬度划分电离层有一定的高度，在它之上没有水汽和杂质。
大气电离层由3个不同的层次组成。
自下而上分别是：对流层、平流层、中间层。
自下而上又分为四个带：一、对流层；二、平流层；三、中间层；四、暖层。
电离层划分如下： 7— 10层为近地面区，对流层上部的区域[gPARAGRAPH3]个纬度带都有（由南向北）：赤道附近7～10层对流层中部的纬度带： 10层和25～35层平流层中部的纬度带： 35～40层、45～50层、 60～65层、 65～70层、 75～80层、 85～90层、 95～100层、 100层以上暖层中部的纬度带： 45～50层、 55～60层、 60～65层、 65～70层、 70～75层、 75～80层、 80～85层、 85～90层、 90层以上。
从太空看电离层：白色带状，蓝色块状，黑色带状，粉红色扇形等。
1-2层（ 1-3km）为平流层，这里的气温约20 ℃-30 ℃，湿度50-70％；第二层（ 3-4km）为中间层，其气温可达到约40 ℃-50 ℃，相对湿度大于50％；第三层（ 4-8km）为暖层，为约50 ℃-70 ℃；第四层（ 9-12m）为高层，为约70 ℃-90 ℃。
11层以上的区域都是属于对流层了。
电离层低层就是和太阳光反射有关的颜色，也就是我们肉眼所看见的东西的颜色。
地球表面某一特定高度上空气受太阳紫外线影响后，所产生电离现象，随着纬度的不同，该高度的电离层也不同。
因此在电离层之上是水汽层，因为水是吸热反射体，越靠近地面则受太阳紫外线影响程度越高，所产生的电离现象就越强烈。
当地球表面和低层电离层所形成的电离电位差达到临界值时，空气就会被电离，形成带电荷的离子或分子，称为“电离层”，电离层就是离子层，主要是对流层顶及以上，约平流层底附近至高于对流层顶30～40km。
电离层又分为上下两个带，上带称为“ e”层（又名“ 1层”或“ 1度”），电子密度比地磁场还高出数百倍，不但含有带正电的粒子，还包括少量的负粒子，而下带则称“ d”层（又名“ 2层”或“ 2度”），电子密度则较低。
1990年3月21日磁暴期间的电离层响应沈长寿;吴健;等【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2002(045)C00【摘要】利用美、欧、日等国非相干散射雷达观测的离子速度，高纬地磁站链1min分辩率H分量及多站地百电离层垂测h'F等多种资料，对高低纬电离层的磁层耦合响应进行事例分析。
除常规地磁资料外，极光区两雷达站对F层离子速度的测量是考察高纬电离层对流的很有效手段。
本次中强磁暴期间赤道环电流指数Dst的最小值为-136nT，但其最大对离子速度却超过2500m/s，双对流圈的西旋则约为30°。
从此次事件中极光区两雷达站离子速度的连续观测，得出了物理上合理的电离层对流形态，此图像得到地磁站链记录的有力支持。
本事例的中低纬电离层响应再次确认了磁层扰动从高纬向中低纬穿透的事实。
此外，Arecibo非相干散射雷达站资料又进一步证明：在同一经度链附近，磁暴期认间电离层垂测h'F的多站突增现象是东向拢动电场从高纬穿透到中低纬，再通过E×H垂直向上的等离子漂移，使用F层底部上升的结果。
本文用高、低纬台站的多种预测资料较好地分析了该典型电离层物理现象。
【总页数】7页(P9-15)【作者】沈长寿;吴健;等【作者单位】北京大学地球物理系，北京100871;中国电波传播研究所，电波环境国家重点实验室，北京102206【正文语种】中文【中图分类】P353【相关文献】1.2000年7月和2003年10月大磁暴期间东亚地区中低纬电离层的GPS TEC的响应研究 [J], 夏淳亮;万卫星;袁洪;赵必强;丁锋2.1998年5月磁暴事件期间全球电离层响应形态与机制的研究 [J], 张满莲;尚社平;郭兼善;罗熙贵3.2004年11月强磁暴期间武汉电离层TEC的响应和振幅闪烁特征的GPS观测[J], 徐继生;朱劼;程光晖4.1990年3月21日磁暴期间的电离层响应 [J], 沈长寿;资民筠;吴健;索玉成;郭兼善;史建魁5.基于北斗GEO卫星的磁暴期间电离层TEC响应分析 [J], 白晓涛; 蔡昌盛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电离层运动dianliceng yundong电离层运动motions in the ionosphere电离层中的大气环流、湍流、潮汐振荡和各种大气波动过程。
电离层运动与中性大气运动在物理特性上有很大不同。
电离层大气是部分电离的，带电粒子的运动一方面受大气中性成分运动的控制，另一方面还受电磁场的作用，以致电离层中不同大气成分的运动互不相同。
但是，通过极化电场的作用以及中性分子与离子的相互碰撞，不同成分的运动又相互制约与联系。
所以电离层运动的形态，不仅多变，而且十分复杂。
它不仅与电离层下面的大气运动有紧密的动力耦合，同时与电离层上面的磁层扰动以及太阳活动紧密相关。
目前，对电离层运动的认识还不够深刻，现有的电离层动力模式还不能满意地描述电离层运动的平均形态。
由于电离层运动直接影响电离层的形态、结构与变化，激发电离层不均匀结构和等离子体不稳定性，对人类活动，特别是地面和空间无线电系统，产生不可忽略的影响。
因此，不断完善电离层动力模式，阐明各种运动形式的物理特性，并对电离层中一些暂态动力过程进行实时预报都具有实际意义。
电离层运动的主要形式有：盛行风中层大气环流的上延部分，它是低电离层中的主要风系。
由于低电离层中碰撞频率很高，大气中性成分与电离成分一道运动。
大气湍流低电离层中的主要运动形式。
中层大气的湍流运动由下向上一直延伸到120公里,导致电离层中出现不均匀电离结构。
大气行星波又叫长波，是发生在中层大气以下的周期大于一天的大气波动。
通常认为，20世纪60年代发现的平流层增温现象和电离层吸收的冬季异常现象之间的联系，与低层大气行星波有关。
热层风上部电离层的主要风系。
在热层中，太阳辐射使日照半球的大气加热，温度最高与最低点分别出现在地方时约15点和04点的赤道上空。
温差引起的大气压力的水平梯度，使大气从高温区向低温区运动。
即热层风的基本方向是：跨过南北两极，由向阳面吹向背阳面，在中纬地区，上午有西向分量，上半夜有东向分量。
地球物理概论–空间物理地球科学概论空间物理部分提纲关键词：地球空间–⾼层⼤⽓、电离层、等离⼦体层、磁层空间天⽓太阳与太阳系太阳系探索☆地球空间⼀、地球空间概述1、地球空间的定义：靠近⾏星地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。
内边界⼤约距离地球表⾯60公⾥，外边界是太阳风与地磁场相互作⽤形成的。
2、地球空间内的物质：地球⼤⽓的⼀部分，从距离地⾯约60公⾥，扩展到⼏⼗个地球半径。
地磁场（磁流体发电机△）。
⼆、地球⼤⽓层（只有平流层以上且不包括平流层的中⾼层⼤⽓才划⼊地球空间）1、地球⼤⽓层次划分：a.对流层–平流层–中间层–热层【加热：太阳紫外线辐射和X射线（最重要）、带电粒⼦加热（⾼纬地区）、电离层电流加热（⾼纬地区）】–磁层（完全电离的⼤⽓）（⼤⽓层层次划分依据：温度的垂直变化）b.此外还有两个特殊的层，臭氧层、电离层2、地球的⼤⽓层的⼤⽓密度⽇变率：40km-变化⼩50km~100km变化中等100+km随太阳活动和地磁活动剧烈变化3、中⾼层⼤⽓（⼤⽓层中属于地球空间的） a.⾼层⼤⽓密度随太阳活动变化，原因：太阳紫外辐射增强，且被⾼层⼤⽓吸收b.研究20～100公⾥的⼤⽓的重要性：亚轨道飞⾏器的飞⾏范围、载⼈航天器⽓动加热严重的区域、中程导弹飞⾏空间、亚轨道旅游、对地观测、军事侦察三、电离层1、什么是电离层：电离层是地球⾼层⼤⽓的⼀部分，因受太阳的紫外线、X射线和带电粒⼦辐射⽽电⼒。
是地球⼤⽓中⾃由电⼦密度⾜以对⽆线电波传播产⽣显著影响的区域。
2、电离层的⾼度范围：60~1000km3、电离层的基本特性是：a.具有⾜够数量的⾃由电⼦和离⼦，显著地影响电磁波传播b.电离度低（~1%），相当多的⼤⽓分⼦和原⼦未被电电离；电⼦和离⼦的运动还部分地受中性风的影响。
4、电离层的结构，电离层电⼦密度以及离⼦成分随⾼度的变化#分层结构与不匀称结构①电离层的分层结构：D 60~90km; E 90~160km; F 160km以上f critical=9×10-3√N WHRER N=electron density per cm3and fcriticalis in MHz.D层：主要电离源：太阳的拉曼α辐射和软X射线辐射/夜间D层基本消失/由于⼤⽓⽐较稠密，电⼦与中⼼粒⼦和离⼦的碰撞频繁，⽆线电波在这⼀层中的衰减严重/夜间D层基本消失。
