地质地球所研究提出一种表征强es不均匀体的指数-凯发k8旗舰厅注册登录

　　电离层偶发e层（sporadic e layer，简称es层）,存在于地面上方90-130 km以内的空间区域，是在风剪切作用下形成的密度显著高于周边区域的金属离子层。由于风剪切结构受到多种物理机制的调制，因此es层内常伴随有各种尺度的不均匀结构。在之前的研究中，孙文杰等（2018, 2020, 2021，jgr）开发了从gnss tec数据中提取es扰动的方法，并基于统计研究得到了大尺度（大于1000 km）强es的形态结构（多为西北-东南向延展的带状结构）、运动特性（以30-210m/s的速度向西南方向漂移）和主要的产生源区（20°-45°n/100°-125°e）。然而，在es大尺度形态的内部，还伴有各种小尺度的精细不均匀结构，这些小尺度不均匀结构使得es内部具有复杂的形态特征和物理特性。另一方面，基于gnss观测数据定义的电离层指数多适用于f区不均匀体，如在赤道等离子体泡研究中常用的roti指数和幅度闪烁指数s4，由于其较低的时间分辨率（5分钟）或对es较低的敏感度，不适用于表征具有精细小尺度结构的es不均匀体。 

　　在中科院地质与地球物理研究所实验技术创新基金支持下，研发了一套可获得高时间分辨率tec和闪烁指数的gnss观测系统，并将该系统应用在电离层不均匀体和闪烁观测网（）的建设中。该观测系统在ionise观测网中主要沿23°n和110°e架设，并在磁赤道区建有观测点（如图1所示）。他们在该研究中利用观测网1秒分辨率的tec，提出了一种高时间分辨率（30秒）的es指数hr-roti。图2所示为该es指数与传统的电离层指数在强es观测中的对比。由图2可见，强es结构引起的tec扰动多为几分钟左右的毛刺状突起，相比于其他指数，hr-roti能完美地捕捉和表征小尺度es不均匀体扰动的形态，并能在毛刺状扰动连续出现时将其清晰分辨。 

图1 本研究用到的仪器站点分布（mlat为磁dip latitude）

图2 强es事件中的(a) 1秒分辨率tec与s4指数，(b) 传统roti指数和本研究提出的es指数（hr-roti）

　　利用该es指数，孙文杰等综合多站点观测数据，对小尺度es不均匀体结构的空间尺度和间隔进行了统计研究（图3）。统计结果显示，小尺度es不均匀体结构的典型时间尺度和时间间隔分别约为2分钟和2-4.5分钟，根据以往研究中es的典型漂移速度60m/s，得到小尺度es不均匀结构的典型空间尺度和空间间隔（周期）分别约为7km和7-16km，而传统的电离层指数roti 由于较低的时间分辨率并不能得到es结构内部小尺度不均匀体的空间信息。结合北京和三亚的测高仪观测结果，他们进一步研究了强es不均匀体在不同纬度对gnss信号闪烁的影响（图4）。结果表明，虽然es层密度高，但由于其厚度小，因此引起信号幅度闪烁的概率较低；由于卫星信号在更高的纬度拥有更低的仰角，信号在es层内经过的路径更长，因此在中纬（北京）和低纬（三亚）强es引起幅度闪烁的概率分别为37%和12%。 

图3 由es指数（上）和roti（下）得到的es不均匀结构的典型时间尺度（左）和不均匀结构之间的典型时间间隔（右）

图4 北京（上）和三亚（下）es指数与foes（左）和幅度闪烁指数s4（右）的统计关系

　　该研究首次利用高时间分辨率tec提出了一种表征强es不均匀体的指数，利用该指数分析得到了es不均匀体内部小尺度结构的典型空间尺寸和空间间隔，研究结果不仅与以往的雷达（vhf雷达、insar雷达等）观测相吻合，还为kh不稳定性调制小尺度es结构的理论研究提供了观测支撑。

　　研究成果发表于空间物理学国际学术期刊jgr: space physics（孙文杰，，杨雨嫣，，杨思朋，，李怡，，，^*.occurrence of regional strong es irregularities and corresponding scintillations characterized using a high-temporal-resolution gnss network [j]. journal of geophysical research: space physics, 2021,126(11): e2021ja029460. doi: ）。成果受国家自然科学基金（no. 42020104002, 41727803, 42074190, 41904141）、中科院国际合作项目、中科院日地网和子午工程等联合资助。