地質地球所關于電離層經度變化的起源研究取得進展

　　電離層經度變化的起源一直以來都是國際高層大氣物理研究的熱點之一，而不同緯度帶的經度變化特征及機制又完全不同。低緯電離層主要受E(電場)×B(磁場)電動力學過程的影響。中低緯的各種潮汐風場結構和電導率經度差異會導致電離層電場的經度差異，從而導致電子濃度的經度變化，如低層大氣中DE3的非遷移潮汐過程會導致低緯電離層出現波數為四的經度結構。與低緯相比，中緯電離層經度差異絕對變化小，但相對差異較大。最近，MIT學者利用長達數十年的 Millstone非相干散射雷達測量的電離層資料和美國密集的GPS數據證明：即使北美地區都位于近磁極位置，其東西部電離層日變化仍然存在較大差異，該差異與北美地區磁偏角對緯向風場的調制作用有關(East-West Coast differences in total electron content over the continental US, Geophys. Res. Lett., 38, L19101, 551 doi:10.1029/ 2011GL049116)。北半球中緯磁偏角差異較大的區域除了北美地區，另一個在遠東地區。

　　中科院地質與地球物理研究所地磁與空間物理研究室趙必強副研究員利用遠東地區東經135°E和西經70°E三對測高儀及掩星資料研究了中國東西部電離層差異。研究表明(I)中國電離層電子濃度白天5-9月西部高于東部可達40%，而夜間東部高于西部僅15%;西部白天峰值高度高于東部約30-50km(如下圖所示)。通過提取峰高和HWM計算的漂移貢獻推算中國東西部差異可由地磁偏角分布調制的垂直風場漂移引起。(II)白天和夜間東西差異的年變化幅度和相位均與美洲地區結果有較大差異。(III)電離層電子濃度東西差異在遠東與北美地區具有相反的太陽活動依賴性。

　　該結果證明北半球中緯電離層存在受磁偏角影響，波數為2的電離層經度變化，但遠東和北美地區東西差異的氣候學變化過程十分不同，顯示中緯地區經度差異除緯向風場變化外可能還受其它機制的影響如中性大氣化學成分的經度變化以及弱地磁擾動過程中極區能量注入的經度差異，這些假設的證實還需進一步研究。

　　該研究成果近期發表在美國地球物理期刊JGR-space physics (Zhao, B., M. Wang, Y. Wang, T. Yu, Z. Ren, X. Yue, J. Zhu, W. Wan, B. Ning, J. Liu, and B. Xiong (2012), East-West Differences in F-region Electron Density at Midlatitude: Evidence from the Far East Region, J. Geophys. Res., doi:10.1029/2012JA018235)

遠東地區電離層2007-2008年夏季的三維分布和地磁偏角變化(虛線)