南黄海地区电离层乳突的古生代际变化

南黄海地区电离层乳突的古生代际变化

一、一种新的北峰分布结果表明，南阳北半球磁极异常的峰值约为1.5度或30度左右。这里的异常曲线是指f0f2在低纬度范围内的纬度分布剖面上表现出的双峰。顶部测量表明，随着高度的增加，强称相对于浓度的峰值逐渐收敛，最终流入磁极。总离子浓度的增加是由于连接到南北异常倾角的磁力线造成的。由于电离层赤道异常有明显的经度效应.不仅美洲、非洲、亚洲扇区的赤道异常形态有明显的差异,而且在经度只差40度的印度和香港扇区赤道异常北峰的位置也往往不一样.文献分析了太阳活动低年的1964年亚洲及澳洲地面垂测站的f0F2的纬度分布,发现在太阳活动低年赤道异常北峰的位置在台北一线.由于缺乏广州和海南垂测站的资料,所得北峰的纬度值似乎偏高.文献利用1964年卫星信标子午仪4A测量电离层电子含量随纬度的分布资料,得出东南亚一带赤道异常北峰的位置在香港一带.但是该文数据不多,且显示出北峰位置的几条曲线皆是在上午取得的.文献分析太阳活动高年1969年亚洲、澳洲垂测站资料,认为赤道异常北峰的位置在广州一带.由于该文所用f0F2取值地方时12h不是赤道异常发展最强的时段,且昆明站、瑞丽站数据太少,因而所得北峰位置的纬度值似乎偏低了一点.本文利用东亚扇区靠近赤道异常北峰附近四个垂测站的电离层月报表资料,分析赤道异常北峰位置随季节的变化和随太阳活动周相的变化规律,并且发现赤道异常的两日振荡将导致北峰位置的相应波动.二、保护方式:平均位置上的“两张皮”形成电离层赤道异常的关键是磁赤道上空的等离子体的E×B向上漂移.文献就是在连续性方程中加入了这一项横切磁力线的等离子体向上漂移,才导出了能够解释赤道异常成因的“喷泉理论”.可见F层中的电场是控制赤道异常形态的最重要因素.对于非太阳活动高年,赤道区F层中的电场主要来自E层发电机效应产生的极化电场,白天向东,夜晚向西,大致上呈正弦变化.对于太阳活动高年,特别是秋冬春季节,电场在日落后反向前会重新增强,一般认为这是由热层风驱动的F层发电机电场起作用的结果.正是这种F层发电机电场的作用,使得赤道异常在高年可以维持到次日凌晨地方时2—3h.关于东亚扇区赤道异常在一天之内的发生、发展到消亡的过程,在太阳活动低年,一般在9—10h形成,强度逐渐增大,双峰逐渐拉开,到14h赤道异常发展到最强(峰谷比最大),双峰位置的纬度值也最高.然后逐渐减弱,双峰逐渐靠拢,在18h消失.在太阳活动高年,则在10h出现,15h发展到最强,17h稍有减弱,19h重新增强一直持续到次日凌晨02h消失.本文研究赤道异常北峰的移动是指每天赤道异常发展最强时段内北峰位置的季变化和逐年变化.因此取f0F2月中值在14h、15h、16h三个小时值的平均值作为研究的数据基础.这样做可以平滑掉一些起伏波动的影响,得到平均情况下北峰位置的移动规律.提供观测数据的台站见表1.由于冲绳站采用135°EMT,台北、广州站采用120°EMT,海南站采用105°EMT,为了归化到120°EMT进行比较,冲绳站取值要推迟一个小时,海南站取值要提前一个小时.以f0F2月中值三个小时值的平均作为纵坐标,以月份为横坐标可得图1.图1清楚显示赤道异常在分点月最强,冬季次之,夏季最弱,与文献的结论一致.从图1也容易得到赤道异常北峰移动的季变化、年变化规律.每逢夏季6—7月份,北峰移到广州一带,即使是太阳活动最剧烈的1958年也不例外.于是导致广州值高于台北值,台北值高于冲绳值.每逢秋、冬、春季节则北峰要北移,移的位置不仅与季节有关,而且与太阳活动有关.1957年秋到1958年春已非常接近第19周太阳活动峰值时段,故北峰移到广州、台北之间,造成有时台北值各高于广州值,有时则相反.但它们都明显高于冲绳的1958年秋到1959年春正是第19周太阳活动峰值时段.北峰已移到台北一线,造成台北值明显高于广州值及冲绳值,说明北峰相当陡.1959年秋到1960年春太阳活动峰年已过,北峰南移到台北、广州之间,但靠近台北一些,形成大部分时间内台北值略高于广州值,但明显高于冲绳值.1960年秋到1961年春已属太阳活动下降段中年,北峰明显地移到广州一线,形成广州值高于台北值,台北值高于冲绳值.随着太阳活动下降的进一步推移,根据前面的发展趋势外推似乎北峰还应进一步南移.文献也提到低年赤道异常峰的位置要靠近赤道一些.为了确凿找到北峰南移的位置,有必要对比太阳活动低年的1964—1965年广州、海南的值,为此作图2.由图2可见,除7月份的广州值较靠近海南值外,其他月份广州站的f0F2值都明显高于海南站.这说明即使在太阳活动低年北峰仍在广州一带.以上讨论的是平均情况下东亚扇区赤道异常北峰的移动规律.下面讨论赤道异常两日振荡引起的附加位移.对于1958年11月,从图1已经知道赤道异常北峰的平均位置在台北一带,这是对由E层发电机电场为主通过喷泉效应形成的赤道异常.对于以F层发电机电场为主(即日落后电场反向前,重新增强后的电场)通过喷泉效应形成的赤道异常也有相同的结论,见图3.图3纵坐标是f0F2月中值在19h、20h、21h的平均值.在1958年11月18日到27日存在连续4个周期的赤道异常两日振荡,如图4所示.在这期间内北京地磁台及佘山地磁台都未有磁暴记录,因而排除了磁暴的暴时效应引起f0F2两日振荡的可能.由于低纬粒子沉降的通量比高纬至少要小3个量级,所以只在夜间E层消失后才会看到粒子沉降在E层的电离效果,粒子沉降在低纬F层产生明显的电离效应似乎不大可能.一个比较合理的看法是:大气的两日振荡调制潮汐风或热层风,使得潮汐风或热层风具有两日振荡的起伏,然后通过发电机效应和喷泉效应导致赤道异常的两日振荡,详细讨论参见文献.从图4可以看到,两日振荡虽然在下午已形成但振幅不大,直到夜晚F层发电机电场起作用的时段内(19LT—22LT)振幅才明显增大.现在考查这个期间内赤道异常两日振荡给北峰的位置带来什么影响.图5a是f0F2逐日变化图.冲绳站取19—21h三个整点小时值的平均,台北站取18—20h三个整点小时值的平均.从图1及图3已知在1958年11月份赤道异常北峰的平均位置在台北,冲绳站的f0F2明显低于台北.现在由于赤道异常的两日振荡在11月22日、24日、26日冲绳的f0F2大于台北,说明北峰已移到冲绳一带;而在21日、23日、25日北峰仍在台北一带.北峰的位置呈现出两日振荡.太阳活动低年,北峰的平均位置南移到广州一带.对比广州、海南的临频也会看到类似的北峰位置的两日波动,如图5b.模拟计算表明,若两日波的振幅是一日波振幅的50%,则可使北峰位置有5度的波动;两日波的振幅是一日波振幅的25%,可使北峰位置有4度的波动.这个结果是否可信,有待于和低轨卫星信标(例如NNSS型卫星)的观测结果相比较.三、正常轨道区域的无规弹性北峰位置根据上面的分析可得东亚扇区赤道异常北峰的移动规律如下:1.每逢夏季6—7月份,不管是太阳活动高年还是低年,北峰的平均位置都在广州一带,即北纬23°、磁纬12°、磁倾角31.5°附近.2.太阳活动最激烈的高年的秋、冬、春季节(如1958—1959年),北峰的平均位置在台北一带,即北纬25°、磁纬14°、磁倾角34°附近.3.太阳活动低年的秋、冬、春季节,北峰的平均位置也在广州一带.4,太阳活动中年或不太激烈的高年,北峰的平均位置在台北与广州之间,即在北纬23°—25°、磁纬12°—14°、磁倾角31.5°—34°之间.5.赤道异常的两日振荡,将使北峰的位置产生相应的波动.与赤道异常双峰相对应的是赤道上空等离子体较稀薄的等离子体槽区.最近发现这个赤道等离子槽并不总是在磁赤道上空,而是随着经度的变化槽区的位置会南北移动,特别在亚洲扇区向北移动较大.人们自然会问北峰的位置是否也会和赤道等离子体槽一起北移呢?前面得到的结论能否适用于中国中部和西部地区呢?这个问题需要进一步研究.大气行星波不仅有两日周期,还有3日、4日、5日等周期的波动,他们的叠加将形成无规的逐日变化(day-to-day-variation).这个无规的逐日变化也会调制到潮汐风或热层风上,通过发电机效应和喷泉效应导致赤道异常的