武漢突發(fā)E 層的季節(jié)變化及其與中層風(fēng)的關(guān)系*

朱品潔 滕陳軻敏 谷升陽(yáng) 竇賢康 李國(guó)主 解海永

1(武漢大學(xué)電子信息學(xué)院 武漢 430072)

2(中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 北京 100029)

0 引言

電離層突發(fā)E（Es）層是指出現(xiàn)在電離層E 層上由金屬離子構(gòu)成的局部電離增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，垂直厚度約為0.5～5 km，水平覆蓋范圍可達(dá)幾十至幾百千米。突發(fā)E 層是電離層E 層最顯著的異常。

Es 層的分布具有晝夜變化、季節(jié)變化和太陽(yáng)黑子周期變化的特征，并隨地理經(jīng)緯度而異。在低緯及赤道地區(qū)，Es 層出現(xiàn)于白天，季節(jié)差異不大；在中緯地區(qū)，Es 層白天出現(xiàn)率高于夜晚，夏季頻發(fā)；在高緯地區(qū)及極區(qū)，Es 層大多在夜晚出現(xiàn)，且不受季節(jié)的影響。Smith[1]發(fā)現(xiàn)中低緯度遠(yuǎn)東區(qū)域的Es 層出現(xiàn)夏季異?，F(xiàn)象，相比于同緯度的其他區(qū)域，該異?，F(xiàn)象出現(xiàn)頻率更高。Hocke 等[2]提出，在夏季半球的中低緯度地區(qū)觀測(cè)到強(qiáng)Es 主要發(fā)生在90～110 km 的高度范圍內(nèi)。

對(duì)于中緯突發(fā)E 層的形成機(jī)制，Dungey[3]提出了風(fēng)剪切理論，Whitehead[4]和Axford[5]進(jìn)一步發(fā)展和完善了該理論：在電離層E 層區(qū)域高度的中性風(fēng)場(chǎng)由高層大氣的水平氣壓梯度力形成，由于存在地磁場(chǎng)，這些被風(fēng)驅(qū)動(dòng)的帶電粒子受到洛侖茲力的影響，導(dǎo)致其在垂直方向上漂移，上層的離子漂移到較低高度，下層的離子漂移到較高高度，Es 層則由這些漂移運(yùn)動(dòng)的金屬離子壓縮形成。

從Es 形成的光化學(xué)角度看，分子離子（O2+和NO+）和金屬離子（Fe+和Mg+）是討論Es 層時(shí)必須考慮的兩個(gè)主要元素。Niu 等[9]利用全天空流星雷達(dá)和數(shù)字測(cè)高儀聯(lián)合觀測(cè)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，流星雨期間大量流星雨電離產(chǎn)生Es 層，流星雨后沉積的金屬離子在風(fēng)剪切作用下形成Es 層。Zhou 等[10]認(rèn)為中緯度電離層突發(fā)E 層的發(fā)生隨著地磁活動(dòng)水平的增加而增加。Qiu 等[11]發(fā)現(xiàn)大氣北向電場(chǎng)在一定程度上對(duì)Es 事件的發(fā)生有抑制作用，并對(duì)Es 層事件的發(fā)生高度有明顯影響。此外，Liu 等[12]發(fā)現(xiàn)在中低緯度夜間電離層中，E 區(qū)和F 區(qū)之間存在電動(dòng)力耦合，并提出了突發(fā)E（Es）層的觀測(cè)證據(jù)?？傊?，地磁活動(dòng)、天氣、流星雨、太陰潮汐、地震等都有可能對(duì)Es 層產(chǎn)生影響，其影響機(jī)制仍需進(jìn)一步研究和分析。

Es 層電波傳播是指基于Es 層的超短波反射和散射傳播。由于Es 層是電離層E 層上電離增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其電子密度很高，會(huì)影響無(wú)線電波的傳播。高頻信號(hào)在傳播過(guò)程中由于不能穿透Es 層而被反射或散射，不能到達(dá)電離層F 層，因此阻礙了信號(hào)在電離層F 層上傳播。而Es 層對(duì)超短波進(jìn)行反射和散射，增大了傳輸距離，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸[13]。Zhang等[14]基于電離層Es 層的電子密度時(shí)空分布特點(diǎn)，建立高階Es 反射模型。Chen 等[15]通過(guò)對(duì)中國(guó)夏季Es 層對(duì)短波通信的影響進(jìn)行分析，構(gòu)建了Es 傳播模型。Wang 等[16]提出了一種基于決策樹(shù)算法的自動(dòng)識(shí)別Es 層回波的方法，以提高Es 層識(shí)別效率。

中國(guó)很多山區(qū)、河流、沙漠、戈壁灘等地區(qū)的通信受環(huán)境限制，在信息發(fā)達(dá)的時(shí)代，遠(yuǎn)程通信的需求更加迫切。而中國(guó)大部分地區(qū)處于北半球中緯度，Es 層發(fā)生率高，且Es 層強(qiáng)度也高，這意味著Es 層出現(xiàn)頻繁且Es 層較厚，信號(hào)不易穿透，更利于超短波的傳播。因此，基于Es 層電波傳播的遠(yuǎn)程超短波通信將解決這一難題。但是Es 層具有突發(fā)性且其形成機(jī)制尚未明確，不能提供穩(wěn)定的通信條件，因此對(duì)Es 層的變化特性、形成機(jī)制及其與中層風(fēng)的關(guān)系的探討對(duì)超短波通信具有深遠(yuǎn)的意義。

本文統(tǒng)計(jì)了2018 年武漢地區(qū)電離層Es 層的臨界頻率和虛高并研究其季節(jié)特征，利用指定動(dòng)態(tài)大氣通用氣象擴(kuò)展模型SD-WACCM-X 模擬出90～140 km高度的平均風(fēng)場(chǎng)，分析Es 與背景風(fēng)的關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)與分析方法

1.1 Es 層數(shù)據(jù)處理

電離層數(shù)字測(cè)高儀是觀測(cè)電離層的常規(guī)儀器。Es 層參數(shù)主要有臨界頻率f0Es、虛高h(yuǎn)'Es等。臨界頻率f0Es為Es 層能夠反射O 波的最大頻率，與最大電子密度相對(duì)應(yīng)，該參數(shù)可以代表Es 的強(qiáng)度。武漢站測(cè)高儀每15 min 進(jìn)行觀測(cè)，本文選取2018 年f0Es整點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其中每月f0Es的取值是該月內(nèi)各地方時(shí)的中位數(shù)，即每月的f0Es是包含24 個(gè)數(shù)據(jù)的集合，一共12 個(gè)月。對(duì)Es 層的虛高h(yuǎn)'Es和常規(guī)E 層的臨界頻率f0E也進(jìn)行同樣處理。

1.2 風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

由中性風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的離子垂直運(yùn)動(dòng)速度可以表示為

其中，U和V分別為中性風(fēng)場(chǎng)緯向和經(jīng)向分量，I為磁傾角，r為離子–中性成分碰撞頻率與離子回旋頻率之比。120 km 以下，r遠(yuǎn)大于1，所以該區(qū)域內(nèi)w由式（1）中緯向風(fēng)場(chǎng)決定，西向（東向）風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致離子向下（向上）漂移；120 km 以上，離子回旋頻率不變，而由于中性成分隨高度呈指數(shù)衰減，碰撞頻率迅速下降，導(dǎo)致r遠(yuǎn)小于1，該區(qū)域內(nèi)w由經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)決定，北向（南向）風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致離子向下（向上）漂移[17]。

Es 層一般出現(xiàn)在90～130 km 高度，而流星雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)探測(cè)的高度在80～100 km，其無(wú)法探測(cè)到更高高度的風(fēng)場(chǎng)。到目前為止，沒(méi)有對(duì)100～140 km 風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)探測(cè)的觀測(cè)設(shè)備。而基于全大氣層耦合模式的數(shù)據(jù)同化，能夠提供中高層大氣最接近真實(shí)狀態(tài)的風(fēng)場(chǎng)信息，有效彌補(bǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)的不足。本文利用SD-WACCM-X 模型對(duì)90～140 km 高度的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，搭建WACCM-X 運(yùn)行環(huán)境，對(duì)中高層大氣真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行模擬，提供90～140 km 高度的風(fēng)場(chǎng)信息，探討武漢中性風(fēng)場(chǎng)與Es 形成機(jī)制的關(guān)系。

根據(jù)介質(zhì)是氣相還是液相，選擇對(duì)應(yīng)的介質(zhì)，計(jì)算泄漏孔理論泄漏速率v，確定介質(zhì)泄放的總質(zhì)量m總，利用探測(cè)系統(tǒng)等級(jí)、隔離系統(tǒng)等級(jí)、泄漏速率減少系數(shù)factdi和最大泄漏持續(xù)時(shí)間tmax，n來(lái)確定實(shí)際泄漏速率vn和實(shí)際泄漏質(zhì)量mn。計(jì)算公式如式(5)～式(11) 所示:

WACCM-X 是美國(guó)國(guó)家大氣研究中心NCAR建立的一種綜合性大氣數(shù)值模式。WACCM-X 是整個(gè)大氣層的模型，其延伸到熱層約500～700 km 的高度，并包括電離層。WACCM-X 模式包含對(duì)流層、平流層、中間層、熱層等，不僅包含大氣中性成分，也包含大氣電離成分。該模型使用NCAR 的通用地球系統(tǒng)模型CESM（The Community Earth System Model）作為通用數(shù)值，將高層大氣模型HAO，中層大氣模型ACOM 以及對(duì)流層模型CGD 結(jié)合在一起。WACCM-X 可用于模擬特定事件，方法是使用氣象數(shù)據(jù)分析觀測(cè)值來(lái)約束模型，在下邊界使用指定的海面溫度，并重建歷史時(shí)期的光譜輻照度。Sassi等[18]將該模型配置稱為指定的動(dòng)態(tài)WACCM-X（SDWACCM-X）。

SD-WACCM-X 全球風(fēng)場(chǎng)模型在80 km 以下采用了MERRA2 再分析數(shù)據(jù)進(jìn)行約束，模型結(jié)果更加準(zhǔn)確，可信度更高。純粹的理論模型不能夠很好地對(duì)中高層大氣的實(shí)際狀況進(jìn)行模擬，而基于衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)同化，不僅保留了數(shù)值模式的多參數(shù)特性，而且使數(shù)值模擬結(jié)果更加貼近于真實(shí)大氣狀態(tài)。基于這些數(shù)據(jù)同化結(jié)果，進(jìn)而計(jì)算出E 層高度的背景風(fēng)場(chǎng)及其梯度，并提取E 層高度處風(fēng)場(chǎng)的潮汐波動(dòng)信息，深刻揭示Es 的形成機(jī)制。Sassi 等[18]對(duì)2009 年冬季的平流層突然變暖（SSW）期間基于SD-WACCM-X 提供的潮汐進(jìn)行了詳細(xì)討論，發(fā)現(xiàn)對(duì)于遷移的周日潮（DW1），在100 km 附近顯示出幅度的減小，這種行為與熱帶緯向平均渦度的變化有關(guān)。

SD-WACCM-X 模型水平分辨率為1.9°×2.5°（經(jīng)度×緯度）。SD-WACCM-X 按氣壓分層，從海平面到高度最大平面共分為145 層。本文所研究的武漢2018 年90～140 km 區(qū)域約分為23 層，高度分辨率約1.5～4 km。SD-WACCM-X 模擬計(jì)算結(jié)果的時(shí)間分辨率為1 h，每日24 組數(shù)據(jù)，包含白天和晚上。

最小二乘法是提取中性大氣風(fēng)場(chǎng)中潮汐波動(dòng)的有效方法，采用4 天窗口向前滑動(dòng)1 天的諧波擬合方法，得到周日潮汐、半日潮汐的振幅。用于諧波分析的擬合函數(shù)為

其中，t為當(dāng)?shù)貢r(shí)間，y為風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，T為所研究的波動(dòng)周期。本文T取24 h 和12 h。參數(shù)A和B用于計(jì)算潮汐波的波動(dòng)幅度和相位，而C代表擬合窗口內(nèi)背景風(fēng)場(chǎng)的狀態(tài)。通過(guò)最小二乘法擬合，確定系數(shù)A，B和C，其中潮汐波的波動(dòng)幅度和相位計(jì)算公式為

通過(guò)改變觀測(cè)高度，計(jì)算在不同高度的潮汐幅度值，探討潮汐高度與Es 事件的相關(guān)性。通過(guò)改變周期T的值，對(duì)不同分量的潮汐波進(jìn)行計(jì)算，來(lái)分析不同潮汐波分量對(duì)Es 的貢獻(xiàn)。

2 分析結(jié)果

2018 年武漢Es 層臨界頻率（f0Es）的分布如圖1所示。其中，每月f0Es的取值是該月內(nèi)各地方時(shí)的中位數(shù)，即每月的f0Es是包含24 個(gè)數(shù)據(jù)的集合。圖1(a)為f0Es隨季節(jié)和地方時(shí)的變化，可以明顯看出：f0Es的最大值出現(xiàn)在夏季中午，最高達(dá)7 MHz；其他季節(jié)除中午外，f0Es值也較低。圖1(b)顯示了武漢地區(qū)12:00 LT 時(shí)f0Es的季節(jié)變化，可以看出：夏季Es 強(qiáng)度明顯高于其他季節(jié)，其中在6 月達(dá)到最大；春秋季f0Es較低，在冬季有一個(gè)次要增強(qiáng)現(xiàn)象。圖1(c)顯示了武漢6 月f0Es的日變化，可以看出：f0Es有明顯的晝夜不對(duì)稱性，f0Es在中午達(dá)到最大值，在日出前時(shí)段最小，在日落后出現(xiàn)次要增強(qiáng)現(xiàn)象。

圖1 (a) 2018 年Es 層臨界頻率f0Es 隨月份和地方時(shí)的變化，(b) 12:00 LT 時(shí)f0Es 隨月份的變化，(c) 6 月f0Es 隨地方時(shí)的變化Fig.1 (a) Variations of f0Es with month and LT,(b) variation of f0Es with month at 12:00 LT,(c) variation of f0Es with LT in June

Es層主要出現(xiàn)于90～130km高度上，武漢2018年Es層虛高的季節(jié)變化和日變化如圖2 所示。從圖2 中h'Es隨月份和地方時(shí)的變化上看，h'Es均呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)。從圖2 (a) 12:00 LT 時(shí)h'Es的季節(jié)變化上看，武漢站點(diǎn)Es 虛高呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，極大值出現(xiàn)在春季和冬季，秋季Es 層出現(xiàn)高度明顯低于其他季節(jié)。從圖2 (b) 6 月日變化上看，武漢站點(diǎn)Es 虛高呈現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)，極大值出現(xiàn)在日出時(shí)段，日落時(shí)段高度有小幅度的提升，白天以及午夜Es 層出現(xiàn)在較低高度。大部分Es 層出現(xiàn)在120 km 以下。

圖2 2018 年Es 層虛高h(yuǎn)'Es 隨月份和地方時(shí)的變化Fig.2 Variations of h'Es with month and LT in 2018

3 討論

3.1 Es 層與E 層狀態(tài)的相關(guān)性

2018 年武漢地區(qū)電離層E 層臨界頻率（f0E）的季節(jié)變化和日變化如圖3 所示。由圖3(a)可以看出，武漢地區(qū)電離層E 層臨界頻率的日變化和季節(jié)變化相比于Es 層比較規(guī)律。由圖3(b)可以看出，E 層臨界頻率的季節(jié)變化，夏季最高，春秋季次之，冬季最低。從圖3(c)可以看出，E 層主要是日間現(xiàn)象，在06:00－19:00 LT 時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)，其臨界頻率在中午12:00 LT前后最高，在早晨和傍晚較低。上述結(jié)果與Wang等[19]對(duì)海南地區(qū)2002－2007 年的電離層E 層臨界頻率的觀測(cè)分析基本一致。

與電離層E 層的臨界頻率相比，Es 層臨界頻率的日變化和季節(jié)變化更復(fù)雜，且臨界頻率的值更高。對(duì)比圖1 中武漢地區(qū)電離層Es 層和圖3 中E 層臨界頻率的季節(jié)變化和日變化特征。在季節(jié)變化上，Es 層和E 層臨界頻率分布結(jié)構(gòu)在夏季時(shí)最相似，二者的不同之處在于：f0E在冬季最低，而f0Es在春秋季最低，這可能是由于f0Es在冬季有一個(gè)小幅度增長(zhǎng)的現(xiàn)象；相對(duì)于f0E，夏季的f0Es明顯高出其他季節(jié)，最高頻率為最低頻率的2 倍，而f0E約為1.1 倍。在日變化上Es 層和E 層臨界頻率分布相似之處是：白天的變化趨勢(shì)都是先增大，在12:00 LT 前后有最大值，然后再減小，在日出和日落時(shí)都較低；f0Es的變化趨勢(shì)更為陡峭。Es 層與E 層最大的不同在于，E 層主要是日間現(xiàn)象，在06:00－18:00 LT 時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)，而Es 層在夜晚也會(huì)出現(xiàn)，且在夜間21:00 LT 時(shí)，f0Es出現(xiàn)小幅度回升。此外，f0Es值明顯高于f0E，Es 層是E 層中局部電離增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

圖3 (a) 2018 年E 層臨界頻率f0E 隨月份和地方時(shí)的變化，(b) 12:00 LT 時(shí)f0E 隨月份的變化，(c) 6 月f0E 隨地方時(shí)的變化Fig.3 (a) Variations of f0E with month and local time in 2018,(b) variation of f0E with month at 12:00 LT,(c) variation of f0E with local time in June

3.2 Es 層與潮汐波的相關(guān)性

Es 出現(xiàn)在90～130 km 高度處，潮汐的影響不容忽視。通過(guò)分析風(fēng)場(chǎng)中潮汐分量的季節(jié)變化，可以探究突發(fā)E 層季節(jié)變化與周日潮汐和半日潮汐的關(guān)系。

利用SD-WACCM-X 模型模擬出武漢2018 年90～140 km 高度處的風(fēng)場(chǎng)，其時(shí)間分辨率為1 h，每日24 組數(shù)據(jù)。利用最小二乘法提取出緯向風(fēng)場(chǎng)中的周日潮汐分量和半日潮汐分量的幅度，并進(jìn)行月平均處理，如圖4 所示。由圖4 可以明顯看出，緯向風(fēng)場(chǎng)中的半日潮汐幅度遠(yuǎn)大于周日潮汐幅度，占主導(dǎo)地位。如圖4(a)所示，緯向風(fēng)場(chǎng)中的周日潮汐分量在冬季月份110 km 高度處達(dá)到極大值，約35 m·s–1。如圖4(b)所示，緯向風(fēng)場(chǎng)中的半日潮汐分量在夏季出現(xiàn)最大值，達(dá)60 m·s–1。

圖4 2018 年緯向風(fēng)場(chǎng)周日潮汐分量(a)和半日潮汐分量(b)隨月份的變化Fig.4 Variation of zonal wind diurnal (a) and semidiurnal (b) tides with month in 2018

Zuo 等[20]統(tǒng)計(jì)得到Fort Monmouth（4 0.4°N，285.9°E）f0Es數(shù)據(jù)頻譜分布，其24 h 和12 h 周期十分明顯，分析后認(rèn)為Es 層與大氣潮汐風(fēng)場(chǎng)相關(guān)。根據(jù)大量觀測(cè)臺(tái)站數(shù)據(jù)可知：低緯度地區(qū)Es 出現(xiàn)率的周日變化是單峰結(jié)構(gòu)，風(fēng)場(chǎng)周日潮汐分量占主導(dǎo)；中緯度地區(qū)Es 出現(xiàn)率的周日變化呈雙峰結(jié)構(gòu)，半日潮汐分量占主導(dǎo)。這些結(jié)論證實(shí)了潮汐風(fēng)場(chǎng)對(duì)Es 的誘導(dǎo)作用。從圖4 可以看出，緯向風(fēng)場(chǎng)中半日潮汐占主導(dǎo)地位，圖1 中f0Es日變化的雙峰結(jié)構(gòu)也證實(shí)了這一觀點(diǎn)。Es 的強(qiáng)度出現(xiàn)雙峰結(jié)構(gòu)很大可能是半日潮汐分量引起的。從季節(jié)變化的角度來(lái)看：圖1(a)中f0Es的日變化在夏季表現(xiàn)為明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，而冬季則表現(xiàn)為單峰結(jié)構(gòu)；而圖4 中夏季以半日潮汐分量占主導(dǎo)，冬季以周日潮汐分量為主。這些結(jié)論進(jìn)一步佐證了半日潮汐分量誘導(dǎo)f0Es的半日變化，周日潮汐分量誘導(dǎo)f0Es的周日變化。

3.3 Es 層與背景風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)性

根據(jù)風(fēng)剪切理論，由式(1)可知120 km 高度以下Es 的形成由緯向風(fēng)決定。因此本文著重分析緯向風(fēng)場(chǎng)。從SD-WACCM-X 模型模擬的2018 年90～140 km 高度處的緯向風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)中選取12:00 LT 時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行月平均，并計(jì)算對(duì)應(yīng)風(fēng)場(chǎng)的高度梯度。圖5(a)為緯向風(fēng)場(chǎng)隨季節(jié)的變化，其中東向風(fēng)為正，西向風(fēng)為負(fù)。圖5(b)為12:00 LT 時(shí)緯向風(fēng)場(chǎng)的高度梯度隨季節(jié)的變化。由圖5(a)可以看出，在120 km下方出現(xiàn)較強(qiáng)的東向風(fēng)，130 km 上方出現(xiàn)較強(qiáng)的西向風(fēng)，這一現(xiàn)象滿足風(fēng)剪切理論，即西向（東向）風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致離子向下（向上）漂移。由圖5(b)可看出，在約120 km 高度夏季東向風(fēng)強(qiáng)度最強(qiáng)，相應(yīng)地在120 km形成的風(fēng)剪切最強(qiáng)，在冬季也出現(xiàn)了較強(qiáng)的風(fēng)剪切。結(jié)合圖1 中約120 km 高度處形成的風(fēng)剪切與Es 強(qiáng)度在季節(jié)變化上有相同的特征，可知Es 層的強(qiáng)度與緯向風(fēng)場(chǎng)120 km 高度的風(fēng)剪切有一定的相關(guān)性。

圖5 2018 年12:00 LT 時(shí)(a)緯向風(fēng)場(chǎng)和(b)垂直風(fēng)剪切隨月份的變化Fig.5 Variation of zonal wind (a) and the vertical shear (b) with month at 12:00 LT in 2018

4 結(jié)論

2018 年武漢地區(qū)電離層突發(fā)E 層的臨界頻率具有季節(jié)單峰特征，夏季最大；日變化上呈雙峰結(jié)構(gòu)，中午最大，日落后有一個(gè)次要增長(zhǎng)。Es 層大多出現(xiàn)在100～110 km 高度處。

在季節(jié)變化上，電離層E 層的臨界頻率在冬季最低，而電離層突發(fā)E 層的臨界頻率在春秋季最低，這可能是由于電離層突發(fā)E 層的臨界頻率在冬季有一個(gè)小幅度增長(zhǎng)的現(xiàn)象。在日變化上，電離層Es 層與E 層臨界頻率白天的變化趨勢(shì)相同，不同之處在于E 層主要是日間現(xiàn)象，而Es 層在夜晚也會(huì)出現(xiàn)，且其在夜間出現(xiàn)小幅度回升。

電離層突發(fā)E 層臨界頻率的日變化在夏季表現(xiàn)為明顯的雙峰結(jié)構(gòu)，而冬季則表現(xiàn)為單峰結(jié)構(gòu)；緯向風(fēng)場(chǎng)在夏季以半日潮汐分量為主，冬季以周日潮汐分量為主。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步佐證了風(fēng)場(chǎng)半日潮汐分量誘導(dǎo)f0Es的半日變化，周日潮汐分量誘導(dǎo)f0Es的周日變化。

在約120 km 高度處形成的風(fēng)剪切在夏季最強(qiáng)，在冬季也出現(xiàn)了較強(qiáng)的風(fēng)剪切，在春秋季較弱，與Es 強(qiáng)度隨季節(jié)變化的特征相同，Es 層的強(qiáng)度與緯向風(fēng)場(chǎng)120 km 高度處的風(fēng)剪切有一定的相關(guān)性。

致謝Es 數(shù)據(jù)是中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所北京空間環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站觀測(cè)得到，由國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心–地球物理分中心提供。本論文的數(shù)值計(jì)算得到了武漢大學(xué)超級(jí)計(jì)算中心的計(jì)算支持和幫助。