太阳活动性对中低纬电离层时空变化特征的影响

Solar activity variation is the primary driving force for ionospheric long-term variations; it significantly modulates the spatiotemporal variations of the ionosphere. The dependence of ionospheric spatiotemporal variations on solar activity and its mechanism are ionospheric climatology problems which have not been well resolved. Based on the comprehensive observations for the ionosphere, this project will comparatively investigate the characters of the ionospheric climatology spatiotemporal variations at different solar activities, which will systemically reveal the primary features of the spatiotemporal variations of ionospheric electron density at different solar activities. The project also will investigate the quantitative relationships between some characteristic parameters of ionospheric spatiotemporal variations and solar activity, with emphasis on the global features of these quantitative relationships. Combining ionospheric and thermospheric data, the project will investigate the relation between the modulation of solar activity on the ionosphere and the variations of upper atmosphere and ionospheric dynamics and electrodynamics processes by statistical analysis and theoretical simulation to reveal the possible mechanisms of long-term evolutions of ionospheric spatiotemporal variations. This project should upgrade our understanding for ionospheric climatology and the variability of ionospheric structures, and further reveal the modulations of upper atmosphere and ionospheric dynamics and electrodynamics processes on the variability of the ionosphere.

太阳活动性的变化是电离层长期变化的主要驱动源, 对电离层时空变化有显著的调制。电离层气候学时空演化特征对太阳活动性的依赖及其机理是电离层气候学中尚未很好认识和解决的问题。本项目基于电离层综合观测资料，较系统地开展不同太阳活动性条件下电离层气候学时空变化特征的对比研究，揭示不同太阳活动性条件下电子密度的主要时空演化特征；定量地研究电离层一些主要气候学时空演化特征参量随太阳活动性的变化关系，关注这些定量变化关系的全球特征；结合高层大气数据，采用统计分析和数值模拟的方法，着重分析太阳活动性对电离层的调制与高层大气以及电离层动力学、电动力学过程的变化之间的关联，揭示电离层气候学时空变化特征长期演变的可能机制。项目的研究可以推进对电离层气候、电离层结构变化性的认知，并更深入地揭示高层大气以及电离层动力学、电动力学过程对电离层变化性的控制。

基于电离层综合观测资料，主要围绕不同太阳活动性条件下电离层的时空变化特征与机理开展研究，发表SCI论文8篇。揭示了太阳活动性极端低的情况下电离层的不同于正常太阳活动周情况的时空变化特征及相关物理机制；如夜间向赤道中性风引起中纬电离层被更显著地抬升，导致夜间TEC随纬度的变化出现三峰结构。揭示了不同太阳活动性条件下顶部电离层赤道异常结构的高度扩展、地方时演化、经度变化等特征及其动力学机理。发现随着太阳活动增强，峰值电子密度随地方时变化的日落—夜间增强有多种变化趋势；并揭示日落—夜间增强随太阳活动的变化趋势与中性风日变化的相位有关。给出了低太阳活动期间夏季半球日落—夜间增强的空间分布，揭示南半球的日落—夜间增强格外显著的主要原因是其特殊的地磁构型。首次得到低太阳活动期间峰值电子密度夜间增强的空间分布；揭示了该空间分布与地磁场构型的关系以及夜间增强的纬度变化与等离子体层顶的关联、经度变化与热层密度经度变化的关联；发现冬季半球夜间增强的空间分布与夏季半球峰值电子密度的空间分布之间有关联，其机制是沿着磁力线从夏季半球向冬季半球的等离子体输运。揭示了电离层季节变化中的春秋分不对称的地方时依赖性与太阳活动依赖性。以上研究结果增进了对电离层气候学变化性与机理的认识。此外，揭示了电离层对2007–2009低太阳活动期间较弱地磁活动的响应特征（不同于电离层对强地磁活动的响应）；发现电离层对太阳辐射的太阳活动周与自转周变化的响应程度以及响应的时间延迟效应的差异，从电离层对太阳辐射响应的层面揭示了电离层空间天气与气候学变化的差异性。