低纬电离层/热层经度变化性的模拟研究

观测发现低纬电离层/热层系统的各种特征参数都存在明显的经度变化性。已有的研究表明，地磁场和源于中低层大气的非迁移潮汐对低纬电离层/热层耦合系统的经度变化有明显的控制和驱动作用。本项目将综合利用我们发展的电离层/热层数值模式，通过数值模拟研究地磁场和大气非迁移潮汐对低纬地区电离层/热层耦合系统经度变化的影响，分析各种低纬电离层/热层经度变化的主要形成机制和控制因素。同时，结合目前已有的电离层和热层观测数据，通过与模拟结果的对比分析，本项目还将进一步研究观测到的电离层/热层各种物理参数经度变化的主要成因。模拟研究电离层/热层的经度变化性，揭示相应的特征和形成机理，对当前电离层/热层物理学研究和相关空间天气研究都有重要的意义。

本项目综合利用电离层/热层数值模式和观测数据，主要通过数值模拟研究地磁场和大气非迁移潮汐对低纬地区电离层/热层耦合系统经度变化的影响，分析其物理机制。在本项目支持下，申请人开发了一个基于真实地磁场的涵盖整个电离层和等离子体层的理论模式TIMEDD-IGGCAS，并利用该模式在真实地磁场下对电离层中纬夏季夜间异常现象（MSNA）进行了研究，发现该现象主要发生在相互独立的东亚区、北美区和南太平洋区，并证明该分布是由地磁场的经度变化所驱动的，并给出了物理解释。申请人基于其独立开发的全球电离层热层耦合模式GCITEM-IGGCAS对非迁移大气潮汐对低热层一氧化氮NO密度和电离层E区电子密度的经度变化的影响进行了模拟研究，发现DE3潮汐能在低热层高度有效的驱动一氧化氮密度和电子密度的经度四波结构，而DE2潮汐能在低热层高度有效的驱动一氧化氮密度和电子密度的经度三波结构，证实非大气潮汐对它们密度经度变化的控制作用，支持了低热层高度观测中发现的一氧化氮密度四波结构能够由DE3 等非迁移潮汐直接驱动的观点，并成功解释了其物理机制。申请人利用ROCSAT-1卫星数据发现电离层等离子体电动力学垂直漂移存在春秋分不对称性，且该不对称性存在明显的地方时和经度依赖。利用该漂移驱动理论模式，模拟了电离层等离子体密度的春秋分不对称，部分再现了观测结果，证实垂直漂移不对称性是电离层密度春秋分不对称的重要驱动因素。利用TIMED/TIDI观测的潮汐风驱动TIDM-IGGCAS-II模式，模拟漂移春秋分不对称性，部分再现了观测结果，发现DW1、SW2、DE3和DW2潮汐主要驱动了漂移不对称，证实潮汐是电离层垂直漂移春秋分不对称的主要驱动因素。本项目推进了我们对低纬电离层/热层经度结构及其成因的认识。