α-Chapman 标高:经度变化与经验建模

标高是描述电离层电子密度剖面高度梯度的参数,与电离层动力学、等离子体温度与成分等密切相关,是电子密度剖面建模的一个关键参数。然而,以往对标高经度变化的研究还不够充分,无论是在统计还是经验建模方面。电离层经度变化是指在相同地方时下不同经度的电离层参数有明显差异的现象。我们收集11年的COSMIC掩星电子密度剖面数据,通过定标高α-Chapman函数拟合F2层峰高以上200 km内的电子密度剖面得到低顶部电离层的α-Chapman 标高。统计结果显示中纬标高有显著的经度变化,并显著的受到地磁场构型的控制。图15展示了不同太阳活动水平下地方时10:00 LT 时α-Chapman 标高的全球分布。白天中纬度标高与F2层峰高有较好的相关性,而夜晚它们呈现相反的相位且相关性变差,这表明中性风主控白天中纬电离层剖面,中性风在改变电离层高度的同时也调制电子密度剖面的形态,而夜晚其他因素有重要影响。考虑经度效应,采用双层主成分结合傅里叶展开的方法,我们建立了标高的5变量(纬度、经度、地方时、年积日、太阳活动F10.7指数)经验模式:2PCAFourier-Hm。模式以较小的误差(与观测均值的相关系数为0.97、均方根误差为2.25 km)较好的描述了低顶部标高的典型气候学变化特征(包括新发现的中纬经度变化)。模式定量研究表明标高对经度的依赖性与对太阳活动的依赖性相当,甚至更为重要。

该成果发表在Journal of Geophysical Research: Space Physics (DOI: 10.1029/2018JA026286)。

α-Chapman 标高 (Hm) 在 (a) F10.7< 90 sfu与 (b) F10.7< 90 sfu太阳活动水平下、
地方时10:00下的经纬度分布,DOY表示年积日