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南美实验室科研人员在南大西洋异常区电离层特性研究关键取得要紧成果

文章来源: | 发布时间:2020-06-23 | 【打印】【关闭】

  南大西洋异常区(South Atlantic Anomaly-SAA)是指位于南美洲东侧的南大西洋地磁异常区域,其纬向区域范围为10°N~60°S、经向区域范围为20°E~100°W,主题区域约在(45°W,30°S)处。与邻近区域相比,南大西洋异常区的磁场强度约为同纬度区域的一半,是目上地球上面积较小的磁异常区。受磁异常的影响,来自太阳风的能量粒子以及宇宙线可以直接侵入高层大气,通过日地能量耦合动力学过程沿磁力线直接映射到电离层,引起众多的电离层不规则体结构。

  电离层是地球大气层被太阳电离的部分。电离层中等离子体的产生、演化以及能量传输等与能量源头太阳、上部的磁层和底部的中低层大气息息相关。南大西洋磁异常区使得高能带电粒子的容量分布环境发生改动,导致电离层闪烁高发,易于 对人类无线电波通信、导航等高高技术区域都将产生很大的影响,易于 探究南大西洋异常区的电离层特性对于容量天气的研究具有非常要紧的意义。

  中科院南美容量天气实验室/中巴容量天气联合实验室(南美实验室)博士下尤里阿诺.莫罗(Juliano Moro)、中方指导教授容量天气学国家细节实验室徐寄遥研究员、王赤院士等科研人员,联合巴西国家容量研究院克莱齐奥(Clezio Denardini)等,首次利用南美实验室圣玛利亚台站(53.7°W,29.7°S)和中国子午工程武汉台站(114.4°E,30.5°N)数字测高仪数据进行对比归纳,给出了南大西洋异常区电离层特性。圣玛利亚正好位于南大西洋异常区主题区域附近,该区域电离层扰动改动能很好的反应南大西洋异常区的改动特征,巴西区域的地磁偏角很大,导致其所处的电离层“驼峰区”异常,而与圣玛利亚东西、南北共轭对称的中国武汉区域电离层不受南大西洋异常区的影响,可针对异常区导致的电离层特性异同进行交叉对比研究。通过对比归纳同一太阳活动极小期的两地电离层改动,易于 给出南大西洋异常区对电离层的影响及其改动特征。

  图一:全球部分电离层数字测高仪站点分布图(图中红五星标注的台站地位分别为巴西圣玛利亚站和中国武汉站)

  研究选取了处于太阳活动极小期的2017年9月1日至2018年8月30日的探测数据,分别对巴西圣玛利亚和中国武汉两个区域电离层F2层临界频率(foF2)、峰高(hmF2)、厚度参数(B0)、E区临界频率(foE)等参数进行了研究归纳。研究表明,圣玛利亚区域电离层各参数均呈现出明显的季节特征、昼夜改动和逐日改动特征。 诸如图2中(a)和(e)显示,F2层临界频率表现出显著的昼夜改动,这一改动趋势是由于地球自转、太阳辐射引起的中性大气光电离过程改动导致的。在一切季节中,均观测到日出下F2层临近频率增加,在当天下午达到峰值下一直下降直至日出的特征。出现这种现象的原因是由于缺乏太阳照射,而中性大气密度不断增加和化学反应不断损失导致的。

  图二:巴西圣玛利亚区域电离层参数日间和季节性改动。此道(a)~(d)分别是圣玛利亚台站数字测高仪foF2,foE,hmF2和B0等参数单日叠加图;(e)~(h)分别是十二月份(红),三月份(绿),六月份(黑)和九月份(蓝)的foF2,foE,hmF2和B0参数月平均值

  为更进一步探讨地磁活动对电离层改动的影响,研究TEAM选取2017年9月7日和2018年8月26日两次磁暴事件,对磁暴期间和平静期的变异系数(CV)进行研究,并对巴西圣玛利亚和中国武汉两个区域同一事件期的电离层数据进行比较。归纳对比发现,武汉区域在磁暴期间的CV增强结果与圣玛利亚区域同样;不尽同样的是圣玛利亚区域在磁暴期间的变异性高于武汉区域。导致两个区域变异性异议的原因是由于圣玛利亚处于南美地磁异常区使得该区域的电离成分增加,高能粒子被俘获并沿方位角漂移到更低高度的大气并在半球之间反弹遭成的。

  图三:2017年9月地磁风暴干扰剧烈活动期(红)和平静期(黑),巴西圣玛利亚区域和中国武汉区域的foF2,foE,hmF2和B0参数的评估改动系数(CV)

  变异系数(CV)被用作定量描述电离层随时间和季节改动的各参数的指标,地磁干扰活动对于变异系数结果有着直接的影响,此研究归纳的特点正是决定了太阳活动和地磁活动低年的数据对扰动源进行归纳研究,这也是此研究的优势与亮点之一。研究结果清楚表明,除了磁平静时期的气象圆素,地磁干扰是南美地磁异常区圣玛利亚上空电离层改动的另一要紧圆素。

  此研究论文已发表于Journal of Geophysical Research: Space Physics,位列该期刊2018-2019年下载量排行榜上百分之十。

  文章链接 

  Citation:

  Moro, J., Xu, J., Denardini, C. M.,Resende, L. C. A., Silva, R. P., Liu, Z.,et al. (2019). On the sources of the ionospheric variability in the South American Magnetic Anomaly during solar minimum. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 124.

  (供稿:南美实验室、天气室)

 

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