高纬电离层现象2015

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。

高纬地区电离层扩展F发生时间研究陶伟;史建魁;王国军;ZHEREBTSOV G;POTEKHIN A;ROMANOVA E;RATOVSKY K;STEPANOV A【摘要】利用高纬地区Zhigansk、Yakutsk两个台站的DPS-4电离层测高仪2006年观测到的扩展F(Spread-F,SF)数据统计分析了两台站不同类型SF出现的地方时分布及其季节变化.结果表明:Zhigansk和Yakutsk两个台站观测到的SF主要类型都是频率扩展(Frequency Spread-F,FSF)和混合扩展(Mixed Spread-F,MSF)；两台站FSF出现的时间范围具有明显的季节变化,而MSF在各个季节都主要出现在18:00-06:00LT.通过分析可以认为这两个高纬度地区FSF的发生主要与电离槽有关,而MSF主要与夜侧磁层粒子沉降有关.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2013(028)003【总页数】8页(P472-478,484)【关键词】高纬电离层;扩展F;发生时间;季节变化【作者】陶伟;史建魁;王国军;ZHEREBTSOV G;POTEKHIN A;ROMANOVAE;RATOVSKY K;STEPANOV A【作者单位】中国科学院空间天气学国家重点实验室,北京100190;中国科学院空间天气学国家重点实验室,北京100190;中国科学院空间天气学国家重点实验室,北京100190;Institute of Solar-Terrestrial Physics, RAS, Irkutsk, Russia;Institute of Solar-Terrestrial Physics, RAS, Irkutsk, Russia;Institute of Solar-Terrestrial Physics, RAS, Irkutsk, Russia;Institute of Solar-Terrestrial Physics, RAS,Irkutsk, Russia;Institute of Cosmophysical Research and Aeronomy, RAS, Yakutsk, Russia【正文语种】中文【中图分类】P352.5引言高纬地区是电离层扩展F(Spread-F, SF)现象频繁出现的区域之一[1].Shimazaki利用北半球15个台站的电离层测高仪观测数据发现高纬地区的SF现象主要发生在夜间[2]，这与低纬和赤道地区相同[3].Singleton通过分析位于美洲和远东地区31个台站的电离层测高仪观测数据，进一步指出在磁纬50°和55°之间的高纬地区，SF发生率的峰值大约出现在02∶00LT附近[4].Penndorf利用磁纬大于50°N的加拿大北极群岛附近34个台站在1957年7月至1958年12月的电离层测高仪观测数据对高纬地区SF的出现时间进行了统计，其研究结果也表明高纬地区夜间SF发生率较高，并指出地磁纬度60°N附近的Fairbanks(GML 64.5°N，102.2°W)和Anchorage(GML 60.8°N，101.6°W)两个台站在冬季期间SF发生率的最大值出现在后半夜的05：00LT附近[5-6]，这与纬度相近的西伯利亚Tiksi台站(GML 60°N，168°W)的观测结果相似(Besprozvannaya and Lovcova，1956)[7].Shimazaki通过分析处于磁纬50.1°至88.1°的15个台站在1958年1月的电离层频高图，也对高纬地区SF的出现时间进行了研究.他指出在地磁纬度50°至60°地区，冬季的SF发生率在地面日出后迅速降低，最小值大约出现在日出后3至5小时[8].图1 四种类型SF的频高图实例从目前高纬电离层SF发生时间的研究现状可以看出，虽然已经取得了一些研究结果，但还缺乏系统性的研究，并且自1957—1958国际地球物理年以后，未看到有新的关于东亚高纬地区SF发生时间的论文发表.由于不同类型SF的物理产生机制不同，因此需要对SF进行分类研究[9-10].而之前的研究都未对SF进行分类.本文利用Zhigansk和Yakutsk两个东亚高纬电离层台站在2006年的测高仪频高图数据，对两台站各类型SF的发生时间进行统计分析，并对其物理机制进行了讨论.1 数据来源及分类本研究所用数据来源于俄罗斯Zhigansk和Yakutsk两个高纬台站的DPS-4电离层测高仪在2006年探测所获取的频高图，两台站的地理坐标以及地磁纬度如表1所示.表1 Zhigansk和Yakutsk两台站的位置台站地理纬度地理经度地磁纬度Zhigansk66 3°123 4°55 2°Yakutsk62 0°129 6°50 9°根据电离层测高仪实际观测的频高图，SF现象可以被分为不同的类型.本文按照《电离图解释与度量手册》建议的标准把SF现象分为四类进行分析研究[11]，它们分别是频率型扩展F(Frequency Spread-F，FSF)、区域型扩展F(Range Spread-F，RSF)、混合型扩展F(Mixed Spread-F，MSF)和分叉型扩展F(Branch Spread-F，BSF).图1给出了这四种类型SF的频高图观测实例，图中探测时间为世界时.按照电离层研究中的常规，本文取各季节分别为：5—8月为夏季，3—4月以及9—10月为分季，11—12月以及1—2月为冬季.2 结果分析对SF的出现率进行定义.在所讨论的月份，把每天0—24 h各小时时段内各类型SF的持续时间分别进行累加，求得每个小时时段各类型SF总持续时间占整个月份期间该时段的总有效观测时长的百分比，即为该类型SF的发生率.2.1 Zhigansk台站不同类型SF的季节变化图2给出了2006年1—12月Zhigansk台站FSF出现率的地方时变化情况，图中横坐标表示地方时，纵坐标是各时段FSF的发生率.图2 2006年Zhigansk台站1—12月FSF发生率的地方时分布可以看出在Zhigansk站，FSF不仅在各季的夜间都出现，也可在白天被观测到. 还可看出，冬季期间Zhigansk站的FSF主要出现在09∶00—18∶00LT时段，并且其发生率表现出双峰结构：FSF发生率在09∶00—11∶00LT附近出现首个峰值后开始下降，直到正午附近达到最低，随后发生率又开始上升，并在15∶00—18∶00LT附近达到第二个峰值，其大小高于前一个峰值；11月至12月FSF发生率的最大峰值从60%增长至80%左右，而从1月至2月其峰值则由80%下降至60%附近.在春季和秋季期间，Zhigansk站的FSF出现时间范围相对冬季没有太大变化，但发生率却大幅降低，并且最大发生率的出现时间推迟至21：00LT附近.夏季期间FSF主要出现在18∶00—05∶00LT时段，其他时段基本没有FSF现象发生.数据分析结果还表明，MSF也经常在Zhigansk站被观测到.图3给出了2006年1至12月Zhigansk站MSF发生率的地方时变化.图3与图2的表示方法一致. 图3 2006年Zhigansk台站1—12月MSF发生率的地方时分布可以看到，在各个季节期间Zhigansk台站MSF的出现时间都主要在18∶00—06∶00LT时段.其出现率最低是在冬季，分季和夏季期间发生率最大，其最大值约为20%.本文还对Zhigansk站RSF和BSF进行了统计研究.结果表明：RSF和BSF发生率都低于10%，这比FSF和MSF的小得多；RSF主要出现在冬季和分季某些日子的日出和日落附近；BSF只在分季、冬末以及初夏的一些夜间出现.2.2 Yakutsk台站不同类型SF的季节变化图4给出了2006年1至12月Yakutsk台站FSF发生率的地方时变化，其表示方法与图2和图3完全一致.可以看出，Yakutsk站的FSF发生率在冬季最高，分季次之，夏季最低.FSF在各季夜间都有出现，白天也可被观测到，其中冬季正午前后其发生率在10%以上. 冬季期间Yakutsk站FSF主要出现在03∶00—21∶00LT，其发生率也表现出双峰结构：首个峰值大约出现在09∶00LT，随后发生率有所下降，在14∶00LT附近又开始上升，并在18∶00LT附近达到第二个峰值.春季期间FSF的出现时间范围和出现率都大幅减小，4月份白天的正午已经没有FSF出现.夏季期间FSF的出现时间范围最小，主要为18∶00-03∶00LT.进入秋季后，其出现的时间范围又逐渐变大，在一些日子的正午附近时段又可观测到FSF. 统计结果表明，MSF也是Yakutsk地区经常观测到的一类SF.图5给出了2006年1—12月Yakutsk台站MSF出现率的地方时变化.从图5可以看出，Yakutsk站MSF的出现率在夏季最高.其在各季节都主要出现在18∶00—06∶00LT，并且在8—12月的09∶00—18∶00LT也有发生.本文也对Yakutsk台站RSF和BSF的出现率进行了统计分析，结果表明，RSF和BSF的出现率比FSF和MSF都小得多，一般都低于10%.RSF在各个季节主要都出现在18∶00—03∶00LT，BSF主要出现在21∶00—06∶00LT.2.3 两台站结果对比分析从以上分析可以得出，在出现时间范围和出现率大小两方面，高纬Zhigansk和Yakutsk台站在各季节都是FSF的发生最为活跃，这与熊年禄等人给出的高纬地区最常观测到频率型扩展的结论相同.统计分析结果还表明，MSF也是这两个高纬台站经常观测到的一类SF现象.各季节期间在两台站出现率最低的是 RSF和BSF. 不仅在各季的夜间，两台站在白天也可观测到FSF的发生，统计结果表明白天FSF的发生率具有季节变化：冬季最高，分季大幅减小，夏季几乎为零，表现出随着白天时间变长而降低的特点.两台站MSF在各季节均主要出现在18∶00—06∶00LT时段.RSF和BSF在两个台站出现时间范围最小，发生率最低；Zhigansk站RSF只在冬季和分季某些日子的日出和日落附近出现，而Yakutsk台站RSF则主要出现在夜间的18∶00—03∶00LT，并且几乎在各季节都能观测到；两台站BSF都只在分季、冬末以及初夏某些日子的午夜前后出现.图4 2006年Yakutsk台站1—12月FSF发生率的地方时分布图5 2006年Yakutsk台站1—12月MSF出现率的地方时分布3 讨论Bowman等人提出电离层F层电子密度出现较大梯度时可能会导致FSF的发生[12-14].大量探测资料表明，通常在夜间高纬电离层中存在着电子密度谷区(称为主电离槽).在冬季和分季的黄昏一直到日出前，主电离槽的出现率都较高，夏季期间主电离槽则主要出现在午夜附近[15-16].有关主电离槽的研究结果表明其边界具有较大的电子密度梯度[17-18].Nichol对位于南半球电离槽附近的Hobart 和Canberra两个台站的SF数据进行分析后指出，这两个地区SF的发生率在电离槽出现时都较高，他认为高纬电离层SF的产生与电离槽密切相关[19].Pirog等人根据北半球8个台站(包括 Zhigank和Yakutsk)的电离层测高仪观测数据也发现了电离槽现象[20].本文对Zhigank和Yakutsk两台站FSF发生时间统计的结果表明：两台站FSF都主要发生在夜间，并且冬季FSF的发生率大于夏季，这与高纬电离槽出现时间及出现率的季节特点相似，因此本文认为两台站的FSF也可能主要与电离槽密切相关.当电离槽区域扫过台站时，台站上空电离层增大的电子密度梯度引起了电离层FSF现象.而从图2和图4还可看到Zhigansk和Yakutsk两个台站FSF的出现率在冬季的白天也较高，说明电离层FSF的产生不只与电离槽有关，还可能受到其他因素的作用.一个重要的因素可能来源于磁层和高纬电离层之间复杂的相互作用[21]，在这些作用下，磁层发电机和电离层扰动发电机输出的电场可通过等离子体E×B不稳定性在高纬电离层中产生电子密度不规则体[22]，继而导致FSF的发生.在各个季节，Zhigansk和Yakutsk两台站的MSF主要都出现在夜间的18∶00—06∶00LT.这可能与高纬夜侧电离层的粒子沉降有关.Akasofu指出太阳风能量输入的一部分储存在地球磁尾，在磁层亚暴期间爆发性的释放，最终耗散在地球的电离层和大气中.亚暴耗散的能量会导致夜侧高纬电离层局部地区粒子沉降和焦耳加热[23-24]，使得电离层电导率显著增大，引发高纬电离层电场的变化.焦耳加热对高纬尤其是极光带区域的电离层也将产生强烈的扰动，这些变化和扰动可能也是引起MSF发生的主要原因，这些都还需要进一步的深入研究.另外，AE-C卫星对主电离槽观测统计分析结果表明各季节主电离层槽主要出现在夜侧，因此电离层槽也是引起Zhigansk和Yakutsk两台站MSF的因素，但非主要因素.Rastogi 和 Woodman指出RSF的产生是由于电离层F层底部出现大尺度的不规则体所造成的[25].因此在高纬地区，RSF出现率非常小可能是由于高纬地区电离层扰动主要源自顶部，而来自底部的扰动相对较少.高纬两台站BSF的出现时常伴随着电离图空缺现象，这说明此时电离层对电波的吸收作用非常强烈.有文献报道高纬空缺现象可能与极光椭圆带有密切关系[26]，因此BSF的发生可能也与极光椭圆带有关.4 结论本文根据高纬地区Zhigansk和Yakutsk两台站DPS-4电离层垂直测高仪在2006年的频高图观测数据，分析研究了这两个地区各类型扩展F的发生时间以及季节变化特性.研究结果表明：FSF是两个台站经常观测到的SF类型，其不仅出现在各季的夜间，在冬季和分季的白天也可被观测到，并且白天FSF的出现率随着白天变长而降低；MSF是两个台站经常观测到的另一种SF类型，两台站MSF出现的时间范围大致都在18∶00—06∶00LT；RSF和BSF在两个高纬台站的出现率最低.通过分析讨论，本文认为Zhigansk和Yakutsk台站FSF的发生主要与电离槽有关，等离子体E×B不稳定性也是导致FSF的发生的可能因素；两台站MSF的发生可能主要是来自磁尾的粒子沉降和焦耳加热引起的；BSF的出现常伴随着电离图空缺现象，其发生可能与极光椭圆带有关.这些都需要更多的观测和理论研究来验证.参考文献[1] REBER G. 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北极高纬电离层经验模型（E-CHAIM）是一种描述电离层特性的模型。

它基于大量的观测数据，通过解析公式来描述电离层中各种参量的空间和时间变化。

这种模型在空间科学、气象学和通信工程等领域有广泛的应用。

北极高纬电离层经验模型的特点是运算速度快、空间范围广，并具有一定的预报能力。

然而，由于在建模过程中对相关物理量进行了平均，因此该模型给出的电离层参数随时间的变化只是平均情况。

此外，北极高纬电离层经验模型的数据可以通过一些观测站或卫星轨道数据获得。

这些数据可以帮助科学家更好地理解电离层的特性，进一步推动相关领域的研究和发展。

电离层理论一、 电离层背景（基本结构、光化学过程、动力学和电动力学过程，及对无线电电波传 播产生的影响）二、简述赤道区电离层等离子体漂移观测特征、电离层电场产生的物理机制，及其赤道异常的影响三、简述赤道区电离层中存在的等离子体不稳定性及其可能的物理机制四、简述高纬对流电场、粒子沉降、场向电流在磁层-电离层耦合中的作用及其对高纬电离层结构和动力学的影响。

五、简述磁暴期间对电离层扰动产生明显影响的各种可能的物理机制一、 电离层背景（基本结构、光化学过程、动力学和电动力学过程，及对无线电电波传 播产生的影响）电离层基本结构电离层是由高层大气层中气体电离而形成的，其中的电子密度足以影响到无线电波的传播。

气体的电离主要依赖于太阳及其活动。

电离层的结构及峰密度（NmF2）随时间（太阳黑子周期、季节、昼夜）、地理位置（极区、极光区、中纬和赤道区）以及一些与太阳相关的电离层扰动而发生很大的变化。

电离层的电离源主要是来自太阳的（极）紫外辐射（Extreme ultraviolet radiation ）和高能粒子辐射。

对电离层产生显著影响的是地球相对于太阳的旋转，电离成分在阳侧半球增加而在夜侧半球减少。

除此之外，宇宙射线也可以影响到电离成分的分布，电离层对大气的变化极为敏感，任何大气的扰动都会影响到电离成分的重新分布。

电离层按电子密度的分布可分为四个区域： 即D 区、E 区、F 区和顶部区，这些区域可以作进一步划分，如F 区可以分为F1区和F2区等。

可以认为各层由于中性大气的某种成分吸收太阳辐射而产生，他们对入射太阳光子谱的不同部分的响应不同。

处于平衡态的电离层受到如下各种因素的联合作用：光化学过程、热力学过程、动力学过程、电磁学或电动力学过程。

其中的E 层和F1层，近似为Chapman 层，由Chapman 产生率函数和光化平衡条件决定。

在较高处的F2层，它的分布除受光化学过程外还受到诸如中性曳力和磁层过程的共同作用。

电离层法拉第旋转效应嘿，朋友！您知道什么是电离层法拉第旋转效应吗？这听起来是不是有点高深莫测？但别担心，让我来给您慢慢说道说道。

咱们先来说说这电离层。

您就把它想象成是天空中的一层“神秘面纱”。

这层面纱可不简单，里面充满了各种带电的粒子，就像一个热闹的“粒子大派对”。

而法拉第旋转效应呢，就好比是光线在这个“粒子派对”中迷路了，然后方向发生了改变。

您想想，就像您在一个迷宫里，本来以为一直往前走就能出去，结果走着走着发现方向偏了，是不是挺神奇的？这电离层法拉第旋转效应在我们的生活中其实也有着不少的影响呢。

比如说在通信领域，它就像个调皮的小鬼，时不时地来捣乱一下。

信号在传输的过程中，被它这么一折腾，可能就变得不太稳定，甚至出现中断的情况。

这难道不可气吗？对于无线电波的传播，它也是个重要的角色。

就好比在一场接力赛中，它是那个决定接力棒传递是否顺利的关键因素。

要是处理不好它的影响，那这无线电波的传播可就出大问题啦！科学家们为了研究清楚这个效应，那可是费了不少的功夫。

就像探险家在未知的丛林中摸索前行，充满了挑战和困难。

他们不断地进行实验，分析数据，就是为了能够更好地掌握它的规律。

那要怎么应对这个效应带来的影响呢？这就需要我们运用各种聪明的办法啦。

比如说改进通信设备，让它们更能适应这种变化。

这就好像给我们的通信工具穿上了一层“防护服”，能够抵御这种干扰。

再比如，通过更精确的计算和预测，提前做好准备。

这就像是在出门前查看天气预报，知道可能会有风雨，提前带上伞一样。

总之，电离层法拉第旋转效应虽然复杂神秘，但只要我们不断去探索，去研究，就一定能够更好地应对它带来的挑战，让它为我们所用，而不是给我们添麻烦。

您说是不是这个理儿？。

核爆电离层效应
电离层效应是指由于太阳辐射的紫外线照射地球大气层，使大气层中的气体分子离子化，形成电离层，从而影响电波的传播。

电离层效应是一种自然现象，它可以阻碍电波的传播，使电波无法传播到大气层以外的空间。

电离层效应的发现是20世纪50年代的事情，当时科学家们发现，当电波传播到一定高度时，就会受到电离层的影响，电波的传播就会受到阻碍。

这种现象被称为电离层效应。

电离层效应对我们的生活有着重要的影响，它可以阻碍电波的传播，使电波无法传播到大气层以外的空间，从而保护地球上的生物免受太阳辐射的伤害。

此外，电离层效应也可以阻碍人造卫星的信号，从而影响我们的通信。

电离层效应也可能会导致核爆炸。

当核爆炸发生时，会产生大量的紫外线，这些紫外线会照射到大气层，使大气层中的气体分子离子化，形成电离层，从而影响电波的传播，从而导致核爆炸的电离层效应。

电离层效应是一种自然现象，它可以阻碍电波的传播，使电波无法传播到大气层以外的空间，从而保护地球上的生物免受太阳辐射的伤害，但是它也可能会导致核爆炸，因此，我们应该加强对核爆炸的监督，以防止核爆炸发生，从而避免电离层效应的发生。