抽象性
低纬度电离层密度统计全局观进一步激发研究低对赤道纬度电离层密度结构强烈纵向变异的兴趣极低纬度电动和离子中和联动特别是低中位电离层等离子结构动态的纵向差异尚未完全理解数值研究对流层潜在热释放显示下层大气在静默状态下确实可引入纵向依赖和低纬度电离层变异性第一次,我们同时用TIDI观测方式对电子区和电离层密度分布使用地面(GPS接收器)和空间仪表(C/NOFS原位密度和GPSCHAMP技术EC)进行全球潮流风结构观测结果显示纵向结构化区风组件 可能是赤道异常波数四模式形成的原因
开工导 言
北纬30度磁度之间的低纬度电离层完全存在于封闭田线上,因此相对与磁层和太阳风驱动器隔绝,而电离层中高纬度区域则比较相近高密度等离子密度可能约占地球空间所有等离子体的二分二分之多,经常会成为扰动空间环境并干扰对飞机、导弹、卫星和其他目标的检测和跟踪,扭曲通信导航并干扰全局指令、控制监视操作低赤道纬度等离子分解机制扰动或再分配,形成增密度数度对磁赤道两侧形成赤道电离异常垂直漂移 低向赤道纬度初级等离子传输机制夜间报告的案件很少一号,2iA编程大都活跃在dayside
晚间段 当传导力增强终结器时 等离子再分配再次增强 形成更强EIA结构等离子分解发生中断和静默磁静时段,日端E区潮风运动驱动日端Pedersen电流沿终结器生成电荷积聚,并成为日端东端电场或垂直电场的主要来源 流出式3..........................................问题在于,同样局部时段, 等离子再分配过程为何行为与纵向相异?有明显证据表明全球波四结构的形成据信是由于垂直结构不同 浮度不等 垂直密度分布自佐川等[4数组继续报告全球波四结构的存在例举使用IMAGE-FUV研究3,5时尚GUI3topex定时技术6COSMIC广度7,8CHAMP九九和ROCSAT-110卫星原位电子密度和陆基全电子集图一号中报全波四号签名纵向四分位模式无法用F区域风力、磁场强度或磁和地理等量相冲法等因素解释逆向变化归结为太阳热潮,对流层隐热振荡11,12并视之修改E-区域迪纳摩转而修改电离层 流水点5..由臭氧和水蒸气加热的纵向变异因陆海差异和地形学异异 非线性波浪移波非线性交互13可视为东向传播非移动波3 (de3)的附加源5,12..
建模结果九九并间接估计CHAMP加速计测量14表示中风四大结构存在的纵向四大结构电子区迪纳摩由电子区高度中立风驱动(见[见15并参考文献)实验观测中立风显示四维结构的形成可加强上述建议,即风强度的任何潮变都对E-regiondyra
本文首次显示TimedTIDI观察的清晰证据,即风的纵向/局部时间调节形成纵向四层结构,随高度上升向东移动同时地基GPSTEC、C/NOFS原位密度和CHAMP顶端GPSTEC显示相似纵向四层结构中风同时组成四层结构中度风峰离相位近180度,电离层密度分布峰值中风签名同步分析以及EIA原位和GPS技术EC观察为赤道电离层新研究提供极好机会,特别是在理解波数四结构及其编组机制物理方面。
二叉工具数据分析
2.1.TIDI风度
Timed多普勒干涉仪(TIDI)是一种风度测量工具,旨在调查地球中间层和下热层电离层从70至120公里高度的动态TIMED卫星轨道高度为625千米,轨道倾角为74.1摄氏度TIDI测量横向向量风场精度3m/s和垂直分辨率2k16..使用四肢扫描技术扫描高层大气光层,观察OI557.7nm和O旋转线20-0762nm大气波段,TIDI判定多普勒移位并测量日间和夜间中风速度17..详细描述TIDI工具可在别处查找16,17..
i取样轨迹覆盖本地时间24小时称为一雅乌周期(卫星向向轨飞行方向)。因此我们分析区段风和中度风 基础是单个雅乌周期分析基础假设气候事件,如四个单元结构的形成和平均风强度在每个60天期间没有显著变化风速平均为每60天
2.2.C/NOFSPL密度
成功发射通信/导航流出系统卫星[C/NOFS18号机上各种工具给科学界带来极大契机,加深对电离层电动学的了解低倾角(13度)椭圆(400x870千米高度)轨道飞行,轨道周期为100分钟双盘探测器PLANAR LangmuirProbe设计通过感知电离层等离子密度提供高时分辨率局部密度异常测量,这是C/NOFS上多项工具之一
C/NOFS持续测量低纬度电离密度,这对于研究赤道电离层的气候特征非常重要,如四单元结构的形成
2.3地基和空基GPSTEC
GPS星座目前由29颗卫星组成,以~55度倾斜六大离散轨道平面和~20,200千米高度(y4.2L)运行卫星用频率播送2L波段信号 GHZ和 千兆赫由于电离层分布性,双频全球定位系统测量可计算基于地面GP接收器记录分级码和载波相测量数份文件描述从GPS观察得到的TEC计算细节19号................................................
类似地,LEO卫星配备双带频GP接收器,如CHAMP[20码,21号提供对顶端电离层和等离子层区域进行遥感监测的机会GPS接收器持续接收GPS卫星传输双频信号LEOGP接收器和GPS卫星之间的射线路径综合电子密度可与陆基GPS技术EC相同方式导出[20码..
3级观察
赤道电子密度全局纵向变异视局部时间而定,可使用全球定位系统技术EC估计数据进行监测,这些数据来自全世界快速增长全球定位系统接收器记录的数据。图一号显示2D典型例子2C分布式地图表示两个月(2008年7月和8月)宁静日 GPS技术执委会平均为每2小时局部时段绘制局部时间覆盖点为每个面板顶部,而每个面板白区表示无数据覆盖区从图中可以看出,纵向波四结构(由四粉圆表示)上午开发(底部面板),下午完全开发(从顶部开始第二和第三面板)后开始淡出晚间段,顶部面板显示密度峰值在亚洲比较强,它随时间开发不如其他三大峰值可见度高,尤其是在局部午后(底部第三面板)。极有趣特征图中可见一号密度四大峰向西向高纬度水平粗线表示地磁赤道和赤道异常峰值
图2示例显示60天数据平均并绑入5度++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++每一面板代表不同的两小时局部时段,由每面板顶部提供,面板覆盖时间段从上午(底部面板)到下午晚间(顶部面板)。我们的分析周期从2008年7月持续到8月为了避免风暴驱动风的影响,只有磁静时段 )被包括正向和逆向构件分别表示东向和西向风向左侧和右面板表示估计海拔105千米和110千米的区域风区风显示左右面板显示清晰纵向结构并有清晰波四结构四波结构在上午分块中变得更加显亮,前三大板从底部显示即使在下午晚时(前2块板)波数四结构可见性,但不如早先本地时段结构清晰自TIDI仪器测量夜间中度80至103千米[175千米和110千米高度1800立特后四分位风数据是否持久偏风构件没有显示波四签名清晰结构,图中可见3显示曲风组件与图相似2.横向破折曲线都用图解2并3描述地磁赤道位置
我们还分析C/NOFS卫星从PLP测量中获取的离子原位密度数据3个月平均离子密度分解为5摄氏度和30分钟局部时间箱为了获取合理的全球数据覆盖下文所述标准,我们平均3个月数据而不是2个月数据因此,每3个月,我们产生一种全球电离层密度结构(卫星位置单点函数经度),显示低纬度电离层的气候特征,如波数四结构图4显示2008年8月至10月期间C/NOFS原位密度统计2D全球电离层典型例子顶端面板显示全纬度范围(++13摄氏度)卫星470千米以下时原位密度平均值,并仅显示++8摄氏度磁度覆盖值(从顶端面板取二分数)。双面板四大波结构清晰可见,清晨本地时段仅观察到三次峰值,此时非洲峰值无法见底部二块图4显示由TIDI仪器观察的区段风组件平均风度从-30摄氏度到-30摄氏度风比地磁赤道对称性强 取此纬度范围合理二维(局部时间/长度)地图分区风显示分区分量比曲度分量多结构化多
相类似,CHAMP卫星GPS接收器也可以提供上层电离层密度分布纵向变异的统计图像图顶面板5显示3个月(2008年8月至10月)静默日平均端端分配技术EC 1500-1700局部时段上方GPS技术EC2D变量表示顶端电离层密度分布中的清晰波数四结构底部两面板显示区段平面图和曲面平面风构件平均时段与顶端GPS技术EC平均时段相同时段区风组件显示更多结构特征,包括波四结构主要分布于南半球
4级讨论和结论
电子区域潮风对赤道和中纬度电离层所有东西电场都有帮助日间电子区域横向风运动产生电流,产生电场两极分化赤道区域白天向东电场转而产生磁赤道周围等离子垂直提升Immel等[5优先建议由横向风引起 逆向向向传播 非移动潮流E区高度, 据信该潮流因热带对流层释放潜在热量而振奋11修改 与电子区迪纳摩相联流22号..改变全球垂直流速可引起电离层密度分布纵向依赖,例如波四结构的形成Hagan等[12电离层-电离层-电流通用模型(TIME-GCM)下界强制全球规模波模型(GSWM)显示,波四度局部定时变异是由于F区垂直赤道等离子流通过东向传播非二元波3所有这些都显示纵向四重结构归结于内部驱动器,而不是下热层而非外部(磁层或太阳源)影响排除外部驱动器的重要性 本研究只考虑磁静录制数据 周期性
低纬度电子区二元波变压中性大气运动,生成黎明电荷累积(阳性电荷)和阴性电荷累积区段(见[见[参15))电场由电荷分布产生 白天向东 夜间向西热潮因对流层隐热而振奋,在E-C区产生中性风,有可能改变东西电场中风向风向移动离子,分离电荷,并可能导致产生更多电场和极化电荷,极化电荷积聚到风驱动电流偏差之处。热潮生成电场可增强或削弱负责电离层密度分布的东向电场网(视区风方向而定)。纵向构造区风组件(见图解)2,4并5可生成东向或西向电场热潮带风向西向移动离子向西移动并产生电荷分离并由此产生更多东向电场,增加东向电场,从而增加东向电场,垂直流变强反之,区风向东转,产生更多西向电场,削弱网电场和垂直流从静默日同时观察全球密度和中度风分布中可以清楚地看出这一点。四波结构峰值接近离相平面,中性风峰值见图6.图显示北半球异常峰值区域从每个纵向垃圾桶提取的最大密度北半球因其数据覆盖优于南半球而选择类似的提取技术应用到由TIDI仪器测量的区风数据上TimeD卫星图6显示全局TEC分布峰值(蓝曲线)和105千米高度区风峰值(红曲线)和110千米黑曲线值,以14000-1600时经度函数(顶板)和1600-1800时区风峰值局部时间函数垂直破折线表示对应色曲线峰值纵向定位从图中可以看出,随着潮风向上传播,分区风峰向东移,而这在顶端板上更清晰可见与东向传播非移动波数3(DE3)一致,据认为3波数3负责修改东向电场纵向依赖性,并由此改变低纬度电离层密度纵向分布的垂直漂移区风峰值接近平面180度与全局技术执委会峰值中度风向几乎向西分布电离层四分位模式峰值即使是东向,其规模也非常弱与上述物理描述一致这是因为电场由E-区域风分配生成,沿磁场映射F-区域产生垂直流转并再分布电离层等离子同时,中潮风的曲面分量(见图二)3)不显示清晰纵向结构,表示区块比曲面分量对赤道垂直流调节产生更大效果,从而对全密度分布的纵向依存产生更大效果这可能是由开尔文波模式DE3潮流调节中性风3..开尔文波,这是DE3的第一个对称模式,有强带风,只有极弱度偏差风类似地,使用CHAMP加速计测量Lühr等[14量化区风扰动 与F区高度非移动潮显示强波四结构 间接估计区风 从CHAMP加速计观察Lühr等[14并发现四分位风峰值比密度峰值下降180度,这与我们的结果一致
(a)
(b)
从全球技术执委会分布中观察到的另一个非常重要特征是向西扩展技术执委会峰值,图中粉色圆形显示一号.全球四细胞模式在夏季北半球较强,当地时间清晨可见(见底层面板),特别是在约100摄氏度时,技术执委会形成清晰异常结构跨赤道风可能形成偏差峰值,北半球强15..四分位模式持续到午夜,四分位峰值较高,西向清晰扩展140至1800本地时段,图二图二图三图显示一号.反之,除图中显示的几例外2区风峰没有显示向西清晰扩展即使是局部时长图(见图图)4区风形成清晰东向扩展模式并发如前所述,图中显示全球技术执委会分布一号表示宁静日 平均值,因此没有理由称技术执委会峰向西扩展是由于次极分化流23号,24码磁层源或扩展高纬度对流25码电场机制向西扩展增强技术执委会最有可能与下热层驱动程序相关联,但还需要进一步的建模调查才能理解四分位模式峰值TEC向西扩展后物理
东向传播非移动波数3驱动热带对流层潜在热释放首次同时显示电子区全球风结构以及电离层密度分布显示纵向结构潮带风构件 可能是赤道异常波数四模式的形成潮流调区风和赤道异常之间的良好关联显示,区风最有可能提供机制,负责全密度分布的纵向依赖,包括波四结构的形成这可能通过热区风纵向变异发生,驱动dramo效果,如向西(东向)潮变分区风,可生成更多东向(西向)电场,可增强(微量)净电场,并由此增强指定长距离段垂直流速向西扩展增强技术执委会经度 四分模式峰尚不清楚是什么原因导致宁静时向西扩展 允许我们排除SAPS或扩展对流电场产生电离层密度向西扩展等效果显示结果突出理解扩展背后物理的重要性,需要更多建模调查才能加深对特征的理解
感知感知
这项工作得到了NASALWS和Geospace科学程序(NNX11AP02G和NNX09AR84G)和AFOSYIPGrant(FA9550-10-1-0096)的支持HaystackMIT全球GPSTEC团队、C/NOFS原位密度团队、CHAMPGPTEC数据团队和TIMED中性风数据团队