中國(guó)低緯地區(qū)行星波擾動(dòng)觀(guān)測(cè)及其對(duì)SF的影響

朱正平，高紫楓，羅偉華

(中南民族大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，武漢 430074)

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中國(guó)低緯地區(qū)行星波擾動(dòng)觀(guān)測(cè)及其對(duì)SF的影響

朱正平，高紫楓，羅偉華

(中南民族大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，武漢 430074)

摘要為研究在日落后反轉(zhuǎn)增強(qiáng)(PRE)期間行進(jìn)式行星波電離層擾動(dòng)(TPWIDs)對(duì)F層的調(diào)制機(jī)制以及對(duì)擴(kuò)展F(SF)形成和發(fā)展的作用，利用三亞地區(qū)DPS-4D數(shù)字測(cè)高儀2012年探測(cè)的34080張數(shù)字頻高圖數(shù)據(jù)，獲取了電離層特性參數(shù)-真高，以真高的逐日變化表征行進(jìn)式行星波擾動(dòng)，分析了中國(guó)低緯地區(qū)SF高發(fā)季節(jié)中行星波擾動(dòng)特性，并研究了行星波擾動(dòng)時(shí)的不同相位對(duì)SF產(chǎn)生和發(fā)展的影響.結(jié)果表明：地磁平靜時(shí)期，在PRE期間，TPWID行星波擾動(dòng)調(diào)制著PRE時(shí)期的電場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)其相位的不同能導(dǎo)致F層的高度上抬或下降；日落后F層高度的變化控制著SF的發(fā)生，在三亞地區(qū)真高閾值大約為250 km，即當(dāng)PRE導(dǎo)致F層高度上抬到大于250 km時(shí)，有利于SF產(chǎn)生；并且在分點(diǎn)季節(jié)(3月，4月，9月和10月)，TPWID行星波相位也調(diào)制著SF的開(kāi)始時(shí)間，即TPWID相位越大，SF發(fā)生的越早，TPWID相位越小，SF發(fā)生的越晚甚至不發(fā)生.

關(guān)鍵詞數(shù)字頻高圖；行進(jìn)式行星波電離層擾動(dòng)；日落后反轉(zhuǎn)增強(qiáng)；擴(kuò)展F；開(kāi)始時(shí)間

Observation of Planetary Wave Disturbances and Their Influence on Spread F in Low Latitude Region of China

ZhuZhengping,GaoZifeng,LuoWeihua

(College of Electronics and Information Engineering, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

AbstractTo study the modulation mechanism of traveling planetary wave ionospheric disturbances (TPWIDs) on F layer during pre-reversal enhancement (PRE) and its effect on the formation and development of spread F (SF), in this paper, the characteristics of planetary wave disturbance is analyzed during the high SF season in china′s low latitude region, and the influence of TPWIDs phase on the formation and development of SF is investigated by the method that TPWIDs are used to refer to oscillation of the true height, which is the day-to-day variability and one of the ionosphere characteristic parameters obtained from ionogram observed by Digital Portable Sounder 4d(DPS-4D) ionosonde at sanya in 2012. The results show that TPWIDs-type oscillations controlling the strength of the electric field during PRE, therefore, slowly push the F layer height up and down according to the TPWIDs phase in the geomagnetic quiet period. the occurrence of SF is strongly controlled by the change of post-sunset F layer height and the altitude of 250 km may be a threshold at sanya, so when the the electric PRE causes the F layer bottom side to reach heights above 250 km, it is conducive to generate SF. Also during equinox (March, April, September and October) the onset time of SF is modulated by the TPWIDs phase in such way that, when the phase greater, SF occurs earlier and when the phase smaller, SF occurs later or no SF.

Keywordsionogram; TPWIDs; PRE; spread F; the onset time

1938年，Booker和Wells[1]首次利用電離層測(cè)高儀觀(guān)測(cè)夜間磁赤道地區(qū)的電離層，發(fā)現(xiàn)并將電離圖上F層回波描跡出現(xiàn)彌散狀的現(xiàn)象定義為SF，已有研究表明，當(dāng)SF現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，無(wú)線(xiàn)電信號(hào)會(huì)受到這種電離層不規(guī)則體的嚴(yán)重影響，其相位和振幅會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)，即閃爍現(xiàn)象[2].SF發(fā)生涉及多種電離層過(guò)程，其形成機(jī)制始終是電離層物理的一個(gè)重要科學(xué)研究課題.開(kāi)展SF產(chǎn)生機(jī)制以及出現(xiàn)的起始時(shí)間規(guī)律的研究對(duì)實(shí)現(xiàn)空間天氣預(yù)報(bào)以及短波通信和衛(wèi)星通信保障等也有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值.

Rayleigh-Taylor(R-T)[3,4]不穩(wěn)定性是赤道及低緯地區(qū)電離層大中尺度不規(guī)則體產(chǎn)生的基本機(jī)制，而觸發(fā)R-T不穩(wěn)定性需要很小的擾動(dòng)源作用在F層底部，目前研究提出引發(fā)R-T不穩(wěn)定性的重要擾動(dòng)源有來(lái)自大氣層和外部因素的熱層風(fēng)，重力波，磁暴以及行星波[5-7]等，它們的共同作用使得電離層F層出現(xiàn)逐日變化的SF現(xiàn)象.

行星波是全球范圍的波，周期為2～35 d[8]，起源于對(duì)流層或平流層[9]水平和垂直方向傳播，通過(guò)調(diào)制潮汐或熱層風(fēng)等氣象活動(dòng)到達(dá)F層[10,11].Lastovicka[12]指出行星波在底層大氣通過(guò)調(diào)制向上傳播的潮汐波使得F層存在行星波狀擾動(dòng).Bertoni[13]通過(guò)對(duì)F層虛高的時(shí)間變化率dh′F/dt以及SF開(kāi)始時(shí)間進(jìn)行小波分析結(jié)果顯示，周期為12 d的擾動(dòng)與行星波有關(guān)，并且指出在傍晚時(shí)刻電離層垂直漂移速度越大可能導(dǎo)致SF發(fā)生越早.

在本文中，我們采用中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所安裝在中國(guó)低緯地區(qū)三亞站的數(shù)字測(cè)高儀探測(cè)的電離層特性參數(shù)-真高來(lái)表征TPWIDs行星波的波動(dòng)情況，研究和討論了SF發(fā)生與F層在傍晚時(shí)刻真高變化的關(guān)系，指出TPWIDs控制著PRE期間的電場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)TPWIDs相位不同導(dǎo)致電離層F層上抬或下降；在日落后由TPWIDs行星波引起的F層垂直漂移為SF發(fā)生創(chuàng)造了有利或不利條件.

1數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所三亞(18oN, 109oE)綜合觀(guān)測(cè)臺(tái)位于中國(guó)低緯地區(qū)，其安裝的DPS-4D數(shù)字測(cè)高儀長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)積累了大量的數(shù)字頻高圖觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，除了日常的電離層監(jiān)測(cè)外，此數(shù)據(jù)也非常適于低緯地區(qū)SF統(tǒng)計(jì)特性及物理機(jī)制等研究[14-17].測(cè)高儀可工作在多種模式，而最常用是頻高圖模式，即從1～30MHz掃頻模式發(fā)射高頻脈沖波，脈沖寬度533 μs，頻率步長(zhǎng)0.05 MHz，發(fā)射功率300W，通過(guò)測(cè)量從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，獲得電離層高度隨掃描頻率的變化圖.測(cè)高儀每5 min工作1次，不僅能夠探測(cè)電離層的基本參數(shù)變化，也能夠探測(cè)電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其探測(cè)數(shù)據(jù)具有很高的精度和可靠性[18,19].通過(guò)對(duì)探測(cè)到的頻高圖進(jìn)行自動(dòng)度量[20]結(jié)合手動(dòng)度量，可以比較準(zhǔn)確地獲得電離層特征參數(shù).本文采用的真高數(shù)據(jù)就是對(duì)三亞地區(qū)2012年的34080張頻高圖進(jìn)行度量后獲得的.

2數(shù)據(jù)分析

圖1a和1b給出了在不同2d中分別出現(xiàn)了有無(wú)SF發(fā)生情況的頻高圖，圖中橫坐標(biāo)為探測(cè)頻率，縱坐標(biāo)為虛高，200 km以下為E層或E層二次回波，頻高圖選取時(shí)間為18 LT、19 LT、20 LT、21 LT，即電場(chǎng)PRE時(shí)期.圖1a為2012年2月19日PRE時(shí)期的電場(chǎng)沒(méi)有導(dǎo)致F層上抬的情況，圖中在18LT時(shí)，探測(cè)頻率為3 MHz時(shí)對(duì)應(yīng)的F層虛高大約為250 km，在19 LT時(shí)，頻點(diǎn)3 MHz對(duì)應(yīng)的虛高基本沒(méi)有改變，而在20 LT、21 LT時(shí)有所下降，其他頻點(diǎn)也類(lèi)似，結(jié)果在這種條件下沒(méi)有SF發(fā)生.而圖1b中PRE期間F層的動(dòng)態(tài)情況很不一樣，在2012年10月11日18 LT時(shí)3 MHz對(duì)應(yīng)的虛高在250 km以下，在19 LT時(shí)由于電場(chǎng)作用使得F層高度上抬到280 km左右，隨后20 LT、21 LT時(shí)刻在頻高圖上可以明顯看到各頻點(diǎn)出現(xiàn)了多重回波，即發(fā)生了SF現(xiàn)象.F層上抬是由PRE引起的，而PRE的發(fā)生是由日落后電離層緯向風(fēng)在F層產(chǎn)生一個(gè)垂直向下的電場(chǎng)導(dǎo)致的.F層垂直極化電場(chǎng)Ez表示為：

Ez=Uy×B0[∑F/∑F+∑E)]，

(1)

其中Uy為電離層緯向風(fēng)，B0為地球的磁場(chǎng)強(qiáng)度，∑F和∑E分別表示F層和E層集成電導(dǎo)率.在白天，E層集成電導(dǎo)率∑E?∑F,Ez趨向于零；在日落時(shí)刻，由于∑E快速衰減，按照公式(1)，Ez在背太陽(yáng)面的電場(chǎng)強(qiáng)度將增強(qiáng)，由于極化電場(chǎng)Ez是無(wú)旋電場(chǎng)，這將導(dǎo)致夜間緯向電場(chǎng)增強(qiáng)，使得F層發(fā)生上抬[21].在PRE期間，F(xiàn)層上抬是導(dǎo)致SF產(chǎn)生的一個(gè)重要因素[22].

圖1　2012年2月19日和10月11日在三亞地區(qū)探測(cè)的頻高圖Fig.1　Lonogram observed for February 19 and October 11, 2012, Sanya

圖2　三亞地區(qū)2012年10月11～14日在3、4、5、6、7、8MHz頻點(diǎn)探測(cè)的電離層虛高變化以及對(duì)應(yīng)的Dst變化Fig.2　Virtual height variation for 3,4,5,6,7,8 MHz for the period 11～14 October 2012 observed at Sanya and Dst variation

圖3　三亞地區(qū)2012年9月10～13日在3、4、5、6、7、8MHz頻點(diǎn)探測(cè)的電離層虛高變化以及對(duì)應(yīng)的Dst變化Fig.3　Virtual height variation for 3,4,5,6,7,8 MHz for the period 10～13 September 2012 observed at Sanya and Dst variation

圖4　三亞地區(qū)2012年9月14～17日在3、4、5、6、7、8MHz頻點(diǎn)探測(cè)的電離層虛高變化以及對(duì)應(yīng)的Dst變化Fig.4　Virtual height variation for 3,4,5,6,7,8 MHz for the period 14～17 September 2012 observed at Sanya and Dst variation

為了詳細(xì)解釋在PRE期間，F(xiàn)層上抬與SF發(fā)生之間的聯(lián)系，圖2、3、4給出了幾種情況下電離層虛高的日常變化、PRE時(shí)期電場(chǎng)的逐日變化以及SF的發(fā)生情況.圖中上面是連續(xù)4 d每隔15 min 6個(gè)探測(cè)頻點(diǎn)(3,4,5,6,7和8 MHz)對(duì)應(yīng)虛高變化，下面是對(duì)應(yīng)當(dāng)天的Dst指數(shù)變化，灰色框?yàn)樵赑RE期間(10UT～14UT)電離層的虛高變化，黑色框代表SF發(fā)生的時(shí)間段.同時(shí)圖中也展示了探測(cè)頻點(diǎn)在F層的二次回波(>400 km)以及E層和Es層的虛高(110 km左右).由于本研究主要關(guān)系著SF發(fā)生條件和開(kāi)始時(shí)間，所以我們僅考慮在19 LT(11UT)～23 LT(15 UT)期間發(fā)生SF的情況.圖2展示的是有地磁擾動(dòng)的情況下PRE時(shí)期電場(chǎng)變化與SF發(fā)生情況.圖中在2012年10月11～12日的PRE期間，F(xiàn)層都發(fā)生了上抬到高于預(yù)想高度的情況，并且都發(fā)生了SF現(xiàn)象，在14日PRE期間F層沒(méi)有出現(xiàn)上抬的現(xiàn)象，結(jié)果在這種情況下也沒(méi)有SF發(fā)生，但是在13日，F(xiàn)層在PRE時(shí)期出現(xiàn)了上抬很高的現(xiàn)場(chǎng)，然而SF也沒(méi)有發(fā)生，并且Dst指數(shù)在13日有很強(qiáng)的擾動(dòng)現(xiàn)象(Dst<-30nT).有研究表明，如果Dst指數(shù)下降最快值出現(xiàn)在白天，SF的發(fā)生會(huì)被強(qiáng)烈地抑制；如果Dst指數(shù)下降最快值出現(xiàn)在晚間，夜晚擴(kuò)展F的發(fā)生會(huì)被激發(fā)，磁暴整體上抑制SF的發(fā)生[23].圖3、4展示了2012年9月10～17日地磁活動(dòng)比較平靜時(shí)期(Dst>-30nT)電離層虛高的日常變化、PRE時(shí)期電場(chǎng)的逐日變化以及SF的發(fā)生情況.圖中有3 d(2012年9月11日、2012年9月15～16日)沒(méi)有發(fā)生SF現(xiàn)象，其他5 d都在19LT(11 UT)以后出現(xiàn)了不同程度的SF現(xiàn)象，從圖中可以看出在有SF發(fā)生的天中，PRE前期如果F層虛高已經(jīng)遠(yuǎn)高于預(yù)想高度(2012年9月10、12日)，那么隨后將不在上抬或有很小幅度的上抬，如果F層高度低于或等于預(yù)想高度(2012年9月13～14日、2012年9月17日)，隨后F層將會(huì)出現(xiàn)急劇上抬現(xiàn)象，直至達(dá)到遠(yuǎn)高于預(yù)想的高度.而在沒(méi)有SF發(fā)生的天中，PRE期間F層的虛高都沒(méi)有發(fā)生上抬到遠(yuǎn)高于預(yù)想高度的情況.因此進(jìn)一步證實(shí)了PRE時(shí)期電場(chǎng)對(duì)逐日發(fā)生的SF現(xiàn)象有重要影響.圖5、6、7展示的為三亞地區(qū)2012年的SF發(fā)生情況、PRE期間真高變化以及Dst指數(shù)變化.圖中最上面圖為SF每天的發(fā)生時(shí)段，縱坐標(biāo)為當(dāng)?shù)貢r(shí)間，灰色和淺灰色粗線(xiàn)分別表示區(qū)域型擴(kuò)展F(RSF)和頻率型擴(kuò)展F(FSF)發(fā)生的時(shí)間段，虛線(xiàn)表示當(dāng)天沒(méi)有SF發(fā)生，黑色粗線(xiàn)表示當(dāng)天無(wú)數(shù)據(jù)，灰色方框?yàn)?9 LT(11 UT)～23 LT(15 UT)時(shí)間段，黑色細(xì)線(xiàn)為SF開(kāi)始時(shí)間，用來(lái)對(duì)比TPWIDs行星波相位的變化.中間兩部分為探測(cè)頻率3、4、5、6、7 MHz在三亞地區(qū)當(dāng)?shù)貢r(shí)間20 LT和20:30 LT對(duì)應(yīng)的F層真高變化；下面部分為Dst指數(shù)變化.其中選用當(dāng)?shù)貢r(shí)間20 LT和20:30 LT是因?yàn)镻RE電場(chǎng)主要在20 LT到20:30LT期間推動(dòng)著F層上抬或下降，其強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間為SF的發(fā)生創(chuàng)造了有利或不利的條件；F層真高數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)頻高圖度量后獲得的，能夠準(zhǔn)確地反映出F層的真實(shí)高度；Dst指數(shù)可以方便分析在地磁平靜和擾動(dòng)時(shí)期TPWID行星波對(duì)SF發(fā)生的影響.

圖5　2012年1～4月SF發(fā)生情況和PRE期間探測(cè)頻率3、4、5、6、7 MHz在20 LT、20:30 LT對(duì)應(yīng)的真高變化以及四個(gè)月對(duì)應(yīng)的Dst指數(shù)變化Fig.5　Occurrenced of SF ,true height variation for 3,4,5,6,7 MHz in 20 LT， 20:30 LT during PRE and Dst variation from January to April 2012

圖6　2012年5～8月SF發(fā)生情況和PRE期間探測(cè)頻率3、4、5、6、7 MHz在20 LT、20:30 LT對(duì)應(yīng)的真高變化以及四個(gè)月對(duì)應(yīng)的Dst指數(shù)變化Fig.6　Occurrenced of SF ,true height variation for 3,4,5,6,7 MHz in 20 LT， 20:30 LT during PRE and Dst variation from May to August 2012

圖7　2012年9～12月SF發(fā)生情況和PRE期間探測(cè)頻率3、4、5、6、7 MHz在20LT、20:30 LT對(duì)應(yīng)的真高變化以及四個(gè)月對(duì)應(yīng)的Dst指數(shù)變化Fig.7　Occurrenced of SF ,true height variation for 3,4,5,6,7 MHz in 20 LT， 20:30 LT during PRE and Dst variation from September to December 2012

本研究主要目的是分析TPWIDs行星波在PRE期間對(duì)F層的影響和對(duì)SF發(fā)生的作用.可以想象，如果沒(méi)有以天為周期的波調(diào)制，F(xiàn)層真高的逐日變化應(yīng)該呈現(xiàn)隨機(jī)性的，如果F層真高變化呈現(xiàn)出以天為周期的波動(dòng)性變化，說(shuō)明TPWIDs行星波調(diào)制著F層的高度.通過(guò)圖5、6、7中真高的逐日變化可以看到，其變化呈現(xiàn)的是波動(dòng)性的而不是隨機(jī)性的，這就表明TPWIDs行星波調(diào)制著電離層F層，通過(guò)F層真高變化可以體現(xiàn)出TPWIDs行星波的波動(dòng)情況.同樣的方法，F(xiàn)agundes[24]通過(guò)對(duì)F層虛高的逐日變化研究結(jié)果顯示，F(xiàn)層中周期為2 d，5 d，10 d，16 d的擾動(dòng)與來(lái)源于對(duì)流層的行星波有關(guān).不過(guò)其研究的時(shí)間為夜晚，PRE完成以后.仔細(xì)觀(guān)察圖5、6、7中真高的逐日變化，在PRE期間，TPWIDs行星波對(duì)F層調(diào)制特征可以理解為：TPWIDs控制著PRE時(shí)期電場(chǎng)的強(qiáng)度，進(jìn)而控制著電離層垂直漂移速度，最后決定了F層底端的高度，而在地磁擾動(dòng)時(shí)期這種調(diào)制被強(qiáng)烈的抑制.由于F層的高度控制SF的發(fā)生，因此TPWIDs行星波的相位和擾動(dòng)電場(chǎng)對(duì)SF的形成和發(fā)展有著重要影響.以下將圖5、6、7中2012年的數(shù)據(jù)分別以冬季(1、2、11、12月)、分點(diǎn)季節(jié)(3、4、9、10月)、夏季(5、6、7、8月)三個(gè)時(shí)段進(jìn)行詳細(xì)分析TPWIDs行星波對(duì)SF的影響.冬季是SF低發(fā)生率季，與分季和夏季相比其PRE時(shí)期的電場(chǎng)很弱，使得PRE期間的F層的高度很低.但是，在PRE期間電場(chǎng)很強(qiáng)時(shí)，也會(huì)有SF現(xiàn)象發(fā)生.仔細(xì)觀(guān)察1、2、11、12月可以看出，在19 LT～23 LT期間出現(xiàn)SF的天，其在20 LT的真高(3～8 MHz)會(huì)出現(xiàn)上抬到高于250 km的現(xiàn)象，并且此時(shí)TPWID行星波的相位最大(1月21、24日，2月1～4、15、23、29日，12月15日).而在23 LT以后出現(xiàn)的SF沒(méi)有這樣的特征.

分點(diǎn)季節(jié)3和4月是冬季到夏季的過(guò)度時(shí)期，SF發(fā)生率高.在3月份，20日以前F層真高(3～8 MHz)在20 LT和20:30 LT時(shí)刻低于250 km，并且當(dāng)TPWIDs行星波相位使得F層底端高度高于250 km時(shí)，才有SF發(fā)生；而20日以后到4月份，F(xiàn)層底端高度整體高于250 km，但當(dāng)TPWID行星波的相位最小時(shí)，沒(méi)有SF發(fā)生，并且此時(shí)大部分情況下PRE期間的F層底端高度都低于250 km.仔細(xì)觀(guān)察3月和4月，在20 LT時(shí)明顯發(fā)現(xiàn)，在相鄰連續(xù)的天F層底端的高度越來(lái)越高，對(duì)應(yīng)的當(dāng)天SF發(fā)生的時(shí)間就更早.并且，SF發(fā)生開(kāi)始時(shí)間的波動(dòng)與TPWID行星波的波動(dòng)有很大的關(guān)聯(lián)型，表現(xiàn)為真高越高，SF發(fā)生的越早，真高越低，SF發(fā)生的越晚.同樣的現(xiàn)象在9月和10月也如此，從8月29日開(kāi)始，在無(wú)地磁擾動(dòng)的情況下，幾乎每天都有SF發(fā)生，在20 LT和20:30 LT時(shí)刻，F(xiàn)層高度波動(dòng)在250 km上下，SF發(fā)生與F層高度的關(guān)聯(lián)同樣是F層越高發(fā)生時(shí)間越早.這表明，在SF高發(fā)季節(jié)，F(xiàn)層低端的高度不僅為SF的發(fā)生創(chuàng)造了有利的條件，而且控制著SF發(fā)生的時(shí)間.

夏季，在PRE期間，F(xiàn)層底端高度大都高于250 km，但是SF發(fā)生開(kāi)始時(shí)間整體較晚，并且FSF居多.只有少數(shù)幾天在19 LT～23 LT期間發(fā)生了SF現(xiàn)象，雖然其發(fā)生時(shí)間與TPWID行星波的相位看不出明顯的關(guān)聯(lián)，但是依然可以看到PRE期間F層真高有上抬現(xiàn)象(5月2、11日，6月17、18日，7月9、30日，8月7、10、26日).

3結(jié)果與討論

通過(guò)分析三亞地區(qū)2012年的電離層數(shù)據(jù)結(jié)果顯示TPWID行星波擾動(dòng)對(duì)SF發(fā)生起著重要的作用，但是這種作用在冬季、夏季和分季有所不同.在冬季，當(dāng)TPWIDs行星波相位最大導(dǎo)致PRE時(shí)期F層真高升高到250 km以上時(shí)才有可能發(fā)生SF現(xiàn)象；在夏季，PRE期間F層低端高度整體較高，SF發(fā)生的開(kāi)始時(shí)間整體比較晚，并且FSF居多，只有少數(shù)情況可以觀(guān)察到在SF發(fā)生時(shí)F層有比較明顯的上抬現(xiàn)象；在分季，SF現(xiàn)象幾乎每天都會(huì)發(fā)生，只有當(dāng)TPWID行星波相位最小使得F層真高在PRE期間低于250 km時(shí)或有地磁擾動(dòng)時(shí)，才不會(huì)有SF現(xiàn)象發(fā)生，并且可以明顯看到SF的開(kāi)始時(shí)間與TPWIDs行星波相位有一定的關(guān)聯(lián)，即TPWID行星波相位控制SF開(kāi)始時(shí)間：在F層高于250 km的情況下，TPWID相位越大，SF發(fā)生時(shí)間越早.因此整體上，250 km是個(gè)閾值，即TPWID行星波通過(guò)相位的不同調(diào)制著PRE時(shí)期的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得在PRE期間F層的高度上抬到高于250 km時(shí)，為SF的發(fā)生創(chuàng)造非常有利的條件.

SF現(xiàn)象的發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果，太陽(yáng)高低年、重力波、磁暴相位以及磁暴期間局地風(fēng)場(chǎng)等[25-28]都會(huì)對(duì)SF的發(fā)生產(chǎn)生影響.Abdu等[29]研究發(fā)現(xiàn)快速滲透電場(chǎng)對(duì)SF起著主要作用，而擾動(dòng)發(fā)電機(jī)電場(chǎng)起著調(diào)節(jié)作用.Tsunoda[30]指出大尺度的波結(jié)構(gòu)可能與SF的形成與發(fā)展有關(guān)系.可見(jiàn)地磁擾動(dòng)時(shí)期，由于地磁擾動(dòng)電場(chǎng)的調(diào)節(jié)作用，抑制了SF的形成，而在地磁平靜時(shí)期，TPWID行星波對(duì)SF的形成起著主導(dǎo)作用.通過(guò)本文研究結(jié)果顯示，TPWIDs調(diào)制著PRE時(shí)期的電場(chǎng)，根據(jù)PRE時(shí)期的電場(chǎng)強(qiáng)度推動(dòng)著F層上抬到有利于SF發(fā)生的高度，進(jìn)而使得TPWIDs行星波控制著SF的發(fā)生和開(kāi)始時(shí)間.

4總結(jié)

本文利用2012年三亞地區(qū)DPS-4D數(shù)字測(cè)高儀探測(cè)的頻高圖數(shù)據(jù)，主要分析研究了TPWIDs對(duì)PRE時(shí)期電場(chǎng)的調(diào)制以及TPWID行星波的不同相位導(dǎo)致F層垂直漂移與SF現(xiàn)象發(fā)生的相互關(guān)系，主要結(jié)果為：地磁平靜時(shí)期，在PRE期間，TPWID行星波調(diào)制著PRE時(shí)期的電場(chǎng)強(qiáng)度，根據(jù)其相位的大小能導(dǎo)致F層的高度上抬或下降；日落后F層高度的變化控制著SF的發(fā)生，分析結(jié)果顯示三亞地區(qū)真高閾值大約為250 km，即當(dāng)PRE導(dǎo)致F層升高到高于250 km時(shí)，有利于SF產(chǎn)生，因此SF的發(fā)生對(duì)TPWID的相位有一定的依賴(lài)性；并且在分點(diǎn)季節(jié)，SF的開(kāi)始時(shí)間與TPWID相位也有一定的關(guān)系，表現(xiàn)為SF發(fā)生的越早對(duì)應(yīng)的TPWID相位就越大，SF發(fā)生的越晚甚至不發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)的TPWID相位就越小.

參考文獻(xiàn)

[1]Booker H G,Wells H W.Scattering of radio waves by the F region ionosphere[J].Terr Magn,1938,43: 249-256.

[2]Skone S,Kundsen K,Jong M D E.Limitations in GPS receiver tracking performance under ionospheric scintillation conditions[J].Phys Chem Earth:A,2001,26: 613-621.

[3]Saito S,Maruyama T.Ionospheric height variations observed by ionosondes along magnetic meridian and plasma bubble onsets[J].Ann Geophys,2006,24: 2991-2996.

[4]羅偉華,徐繼生,朱正平.赤道-低緯電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)和閃爍活動(dòng)出現(xiàn)率的理論模型構(gòu)建[J].地球物理學(xué)報(bào),2013,56(9): 2892-2905.doi: 10.6038/

cjg20130903.

[5]Kelley M C,Larsen M F,Lahoz C.Gravity wave initiation of equatorial spread-F: a case study.Journal of Geophysical Research[J].1981,86(NA11): 9087-9100.

[6]Devasia C V,Jyoti N,Subbarao K S V,et al.On the plausible linkage of thermospheric meridional winds with the equatorial spread F[J].Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,2002,64: 1-12.

[7]Takahashi H,Abdu M A,Wrasse C M,et al.Possible influence of ultra-fast Kelvin wave on the equatorial ionosphere evening uplifting[J].Earth Planets and Space,2009,61(4): 455-462.

[8]阮雪琴,張訓(xùn)械.我國(guó)中低緯地區(qū)上空低電離層中的行星波[J].空間科學(xué)學(xué)報(bào),1988,8(2): 108-115.

[9]Lastovicka J,Krizan P,Sauli P,et al.Persistence of the planetary wave type oscillations in foF2 over Europe[J].Ann Geophys,2003,21: 1543-1552.

[10]Forbes J M,Leveroni S.Quasi 16-day oscillation in the ionosphere[J].Geophysical Research Letters,1992,19(10): 981-984.

[11]Abdu M A,Ramkumar T K,Batista I S ,et al.Planetary wave signatures in the equatorial atmosphere -ionosphere system,and mesosphere E-and F-region coupling[J].Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,2006b,68(3-5): 902-915.

[12]Lastovicka J,Sauli P.Are planetary wave type oscillations in the F2 region caused by planetary wave modulation of upward propagating tides?[J].Adv Space Res,1999,24(11):1473-1476.

[13]Bertoni F C P.Equatorial spread-F occurrence observed at two near equatorial stations in the Brazilian sector and its occurrence modulated by planetary waves[J].Journal of Atmospheric and Sola-Terrestrial Physics,2011,73: 457-463.

[14]Zhu Z,Lan J,Luo w,et al.Statistical characteristics of ionogram spread-F and satellite traces over a Chinese low-latitude station Sanya[J].Adv Space Res,2015,56: 1911-1921.

[15]Li G,Ning B,Abdu M A,et al.Precursor signatures and evolution of post-sunset equatorial spread-F observed over Sanya[J].J Geophys Res,2012,117: A08321.doi:10.1029/2012JA017820.

[16]Li G,Ning B,Liu L,et al.Shear in the zonal drifts of 3 m irregularities inside spread F plumes observed over Sanya[J].J Geophys Res(Space Physics),2015,120: 8146-8154.

[17]羅智賢,肖賽冠,史建魁,等.磁擾和磁靜期間海南擴(kuò)展F起始時(shí)間出現(xiàn)率研究[J].空間科學(xué)學(xué)報(bào),2012,32(5): 704-712.

[18]朱正平,陳錕,周健勇,等.基于回波相位的電離層虛高的實(shí)時(shí)獲取與分析[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008.27(4): 70-72.

[19]朱正平,寧百齊.電離層高精度高頻多普勒頻移參量的時(shí)域探測(cè)方法[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,26(3): 40-42.

[20]丁宗華,寧百齊,萬(wàn)衛(wèi)星.電離層頻高圖參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)度量與分析[J].地球物理學(xué)報(bào),2007,50(4): 969-978.

[21]Takahashi H,Lima L M,Wrasse C M,et al.Evidence on 2-4 day oscillations of the equatorial ionosphere h′F and mesospheric airglow emission[J].Geophysical Research Letters,2005,32: L12102.doi: 10.1029/2004GL022318.

[22]Saito S,Maruyama T.Ionospheric height variations observed by ionosondes along magnetic meridian and plasma bubble onsets[J].Ann Geophys,2006,24: 2991-2996.

[23]Dabas R,Laksmi D,Reddy B.Effect of geomagnetic disturbances on the VHF nighttime Scintillation activity at equatorial and low latitudes[J].Radio Sci,1989,24: 563-570.

[24]Fagundes P R,Pillat V G,Bolzan M J A,et al.Observations of F layer electron density profiles modulated by planetary wave type oscillations in the equatorial ionospheric anomaly region[J].J Geophys Res.2005,110: A12302.doi: 10.1029/2005JA011115.

[25]王國(guó)軍,史建魁,王霄,等.太陽(yáng)高年期間海南電離層擴(kuò)展F出現(xiàn)的起始時(shí)間研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2006,6(13): 1895-1897.

[26]Li G,Ning B,Hu L,et al.Longitudinal development of low-latitude ionospheric irregularities during the geomagnetic storms of July 2004[J].J Geophys Res,2010,115: A04304.doi:10.1029/2009JA014830.

[27]Li G,Ning B,Zhao B,et al.Characterizing the 10 November 2004 storm-time middle-latitude plasma bubble event in Southeast Asia using multi-instrument observations[J].J Geophys Res,2009,114: A07304.doi:10.1029/2009JA014057.

[28]Blanc M,Richmond A D.The ionospheric disturbance dynanlo[J].J Geophys Res,1980,85: 1669-1686.

[29]Abdu M A,Batista I S,Bertoni F,et al.Equatorial ionosphere responses to two magnetic storms of moderate intensity from conjugate point observations in Brazil[J].J Geophys Res,2012,117: A05321.doi: 10.1029/ 2011JA017174.

[30]Tsunoda R T.Multi-reflected echoes: Another ionogram signature of large-scale wave structure[J].Geophys Res Lett.2009,36: L01102.doi:10,1029/2008GL036221.

中圖分類(lèi)號(hào)P352

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1672-4321(2016)01-0081-08

基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41474135，41474134)

作者簡(jiǎn)介朱正平(1968-)，男，教授，博士，研究方向: 電離層無(wú)線(xiàn)電傳播，信號(hào)檢測(cè)與信息處理，電離層垂直探測(cè)設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)，無(wú)線(xiàn)電探測(cè)新觀(guān)測(cè)模式，E-mail: zpzhu2007@sina.com

收稿日期2016-01-11