電離層等離子體漂移運(yùn)動對電離層結(jié)構(gòu)的形成和動力學(xué)過程具有非常重要的作用。它不僅具有隨地方時(shí)、經(jīng)度和緯度的變化特征，也具有季節(jié)變化和年變化的特征，也會隨著太陽和地磁活動等因素而發(fā)生變化。研究者常用測高儀、非相干散射雷達(dá)、以及衛(wèi)星就位探測來獲得數(shù)據(jù)對其進(jìn)行研究。但就低緯度東亞扇區(qū)而言，電離層等離子體漂移運(yùn)動的有關(guān)研究工作依然很少，還未取得足夠的探測和研究結(jié)果，以認(rèn)識等離子體漂移運(yùn)動對電離層的作用。
子午工程海南富克站（地理緯度，19.5oN，109.1oE）電離層垂直測高儀于2002年改造成為數(shù)字化的測高儀， 它不但能夠持續(xù)穩(wěn)定地獲得當(dāng)?shù)仉婋x層剖面參數(shù)和不規(guī)則體的有關(guān)觀測數(shù)據(jù)，而且還能夠通過“漂移”模式獲得等離子體運(yùn)動三維速度。最近，太陽活動與空間天氣實(shí)驗(yàn)室王國軍副研究員和史建魁研究員等利用海南站電離層垂直測高儀自2003年至2016年的漂移觀測數(shù)據(jù)， 分析研究了當(dāng)?shù)仉婋x層F區(qū)底部等離子體漂移速度的擾動和變化， 取得了創(chuàng)新性的研究結(jié)果。有關(guān)研究論文發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Raido Science上。
該研究結(jié)果表明，電離層垂直漂移速度在不同的地磁和太陽活動條件下具有相似的日變化特征，即在04:00LT之前有一個(gè)小幅的上沖，之后在日出后迅速轉(zhuǎn)向，很快達(dá)到向下最小值，然后向下速度逐漸減小，在約10:00LT點(diǎn)恢復(fù)到零值上下，在日落前有一個(gè)明顯的抬升速度，日落之后迅速下降并轉(zhuǎn)為向下漂移，之后在午夜前有一個(gè)向上抬升速度出現(xiàn)。這些特性，與南半球Jicamarca站的觀測分析結(jié)果具有明顯的不同，體現(xiàn)了電離層的區(qū)域特性。這對于認(rèn)識電離層的全球變化具有非常重要的作用。
電離層漂移速度的日落反轉(zhuǎn)前增強(qiáng)（PRE）是低緯度電離層等離子體垂直向速度受到極化電場影響最直接的反應(yīng)。本研究表明，漂移速度幅度在太陽活動高年大于其在太陽活動低年的值，在春秋分季和夏季要明顯強(qiáng)于其在冬季的值；其峰值出現(xiàn)時(shí)間在分季和冬季早于在夏季的時(shí)間。它的幅度在低地磁活動時(shí)隨太陽活動增強(qiáng)而增大，而在高地磁活動情況下則與太陽活動無關(guān)。
東西向漂移速度方向?yàn)榘滋煳飨?，晚上東向，并且晚間東向幅度大于西向幅度。在低太陽活動條件下，夜間東向速度不隨地磁擾動而變化；但在高太陽活動條件下， 其東向速度幅度與地磁活動成負(fù)相關(guān)。這說明地磁活動能夠抑制東向漂移速度。南北向漂移速度觀測結(jié)果表明，不論地磁和太陽活動如何，基本上都是南向漂移，并且在上午時(shí)段達(dá)到速度最大值。本研究認(rèn)為這與電離層赤道異常（EIA）的形成和發(fā)展有關(guān)。
通過分析海南站與南美Jicamarca站（位于磁赤道附近）電離層等離子體體漂移的異同，本研究認(rèn)為兩個(gè)站的電離層等離子體速度差異主要?dú)w因于動力機(jī)制和高度的差異。海南站等離子體漂移速度主要受控于電場和風(fēng)場，而早晨的垂直向和南北向速度都與赤道異常區(qū)的形成有關(guān)。
本研究為進(jìn)一步分析電離層底部運(yùn)動和形態(tài)特征提供了依據(jù)，同時(shí)也為與其他觀測手段進(jìn)行對比研究提供了基礎(chǔ)。
Ref: Wang, G., Shi, J., Torkar, K., Wang, Z., Wang, X., Cheng, Z., & Shang, S. (2023). Statistical study on plasma velocities in the bottom-side ionosphere over low latitude Hainan station: Digisonde measurement. Radio Science, 58, e2022RS007635. https://doi. org/10.1029/2022RS007635
圖1. 不同太陽和地磁活動條件下典型的海南測高儀觀測到的等離子體三維漂移速度。
圖2. 海南站測高儀觀測到的2003-016年期間不同太陽和地磁活動條件下垂直向等離子體的日變化特性。紅星、藍(lán)色棒和黃色棒分別代表了平均值、對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方差和標(biāo)準(zhǔn)誤差。最大誤差為3.8m/s. LT=UT+7.3 小時(shí)。
圖3. 2003-2016年期間海南測高儀觀測到的平均東西向速度日變化在不同F(xiàn)10.7和Kp水平下的對比。
