电离层局部异常电场的电动力学效应研究

To prove direct relationships among the anomalous electric field disturbances, plasma density disturbances and seismic activity is a difficult, but challenging task of the modern ionosphere physics. It is becoming hot topic again because recently the intensity and frequency of earthquakes have been increasing with devastating results. Abundant ionospheric data have been supplied for the topic with the in situ measurements of low Earth orbit satellites and ground based GPS observations. In this project the temporal-spatial evolution features of the anomalous electric field and plasma density in the ionosphere will be revealed based on the analysis of the data above. The electrodynamic effect of anomalous electric field will be simulated, and the local seismo-ionospheric anomalies of electric field and plasma density will be analyzed to explore theoretical basis for the research of seismo-ionospheric effect.

电离层电场和等离子体密度在地震活动前后经常出现明显异常，但是确认和理解他们之间的关系却一直是现代电离层物理学中的一个极富挑战性的课题。进入新世纪以来，世界范围内灾难性地震频发，该课题再次成为热点。近年来，低轨卫星和地基电离层观测技术的迅速发展，使得电离层观测的时空密度快速增加，积累了大量的观测数据，从而为挑战这一课题提供了丰富的数据支撑。本课题将对大量电离层观测数据进行分析，着重于不同时空尺度电离层异常电场和等离子体扰动的形态特征和时空演化特征的提取；研究电离层异常电场电动力学效应的模拟方法，重现异常电场的电动力学效应与等离子体异常的演化特征；在此基础上，开展对强震前后电离层局部电场异常与等离子体异常的提取与分析，探索地震-电离层电场异常与等离子体扰动的关系，为地震-电离层效应的观测和研究寻找新的思路和理论依据。

电离层电场和等离子体密度在地震活动前后经常出现明显异常，在长期的研究中，研究者们对各种相关案例进行着个例分析和统计论证。近年来，世界范围内灾难性地震频发，该课题再次成为热点。本项目使用多种数据源，以电离层电场和电离层电子总含量在地震前后的异常分析作为切入点，研究了一些前沿和关键问题，完成了计划研究的任务。课题组成员研究了地震前后电离层电场的统计特征、对电离层电子总含量进行统计及案例分析，地震前后确实可能有电场、等离子体浓度等物理参数的变化。根据我们的研究结果，这种可能性随震级的增加而显著提高。我们试验了多种方法来建立ELF电场和等离子体扰动之间的关联，并未发现明显关联。我们还尝试进行电场的仿真研究探索，会在今后进一步深入研究。另外，为了更充分的了解电离层在空间天气宁静时的状态，我们还根据国际最新前沿的发展趋势，探索性的研究了电离层在太阳活动极小时的电离层等离子体的空间分布特征及电子的热平衡特征等内容。电离层中电子的热平衡过程影响了各种粒子的温度和浓度等物理状态，但这个热平衡过程至今尚未得到很好的理解，而我们的研究发现太阳活动极小时夜间的电离层电子浓度和电子温度具有显著的正相关性，这部分研究成果已经在Journal of Geophysical Research杂志上发表。