夏季电离层夜间异常的动力学过程研究

本项目拟应用提取的风场信息，分析和模拟中纬夏季电离层夜间异常受动力学过程的影响。我们将首先利用全球COSMIC掩星群观测的电离层峰值浓度和峰值高度，提取热层等效风场信息，并与经验模式HWM风场及全球电离层热层耦合理论模式NCAR-TIEGCM模拟的风场进行比较。同时，利用所获取的热层风场，作为高精度一维电离层理论模式的输入参量，结合数据同化的技术，以揭示电离层动力学过程尤其是热层风场是否是形成中纬电离层夏季夜间异常的主要机制，同时探讨中性大气成分(O/N2)及电离层顶部通量对夏季电离层夜间异常的可能贡献。

当前对中纬夏季电离层夜间异常增强机制的讨论主要建立在各种与观测现象有关的猜测的基础上。其中对南半球的分析，多数研究对起重要作用的动力学因素如热层中性风，采用的是虚拟值或由在南半球缺乏观测的经验模型（如水平风模式HWM）的预测值作为讨论的对象。本项目的研究通过比较的南半球夏季电离层异常区与非异常区的峰值密度, 考察同时期当地电离层观测所反演的中性风场的经度变化，进一步深入探讨了夜间电离层变化特征及其主要动力学过程。运用2006-2008年期间COSMIC 掩星群观测电离层最大电子密度和峰值高度数据，分别分析和反演南半球中纬区域电离层最大电子密度和F2 层中性风，研究其经度与季节变化；分析了风力漂移对该区域夜间电离层形态和变化的影响，以及地磁场形态对经向和纬向风力漂移的调制作用。该研究有一个重要的新发现，即电离层电子密度随经度的最大相对变化，并非出现在黄昏时夏季夜间电离层异常最显著的时刻，而是受夜晚赤道向风的影响，出现在数小时后午夜附近的时段。同时，该项研究探讨了以往较少关注的经向风场和地磁场倾角对南半球中纬夜间电离层的变化特征的重要影响。 在该项目的资助下， 申请人发表相关国际 SCI论文多篇。该研究的代表性论文已发表在欧洲高水平地学杂志上（Luan and Dou, Ann. Geophys., 2013）。