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科研进展

SR:赤道地区雷暴引起的对流层-电离层能量交换的动力学过程

  上下大气层耦合和相互相互作用问题一直是大气科学和日地物理界关注的前沿和热点。低层大气通过动力、电磁等多种方式对上层大气产生影响,而上层大气也会通过上下大气层耦合影响下层的天气气候。地球电离层上连外层空间,下接中层大气,是日地系统中承上启下的关键环节,电离层基本状态和扰动也是影响人类空间活动和通讯的关键因素。

北京28  低纬电离层存在非常复杂的扰动变化过程,虽然此前已经发现中纬度地区对流层雷暴可以通过重力波或闪电电场等形式引起低电离层的扰动,但由于瑞利-泰勒不稳定性产生等离子体泡引起的电离层不规则性导致的信号提取难度,对流层雷暴对低纬电离层的影响以及这种影响的水平尺度至今仍是未解之谜。

  位于赤道地区的刚果盆地被认为是全球闪电最活跃的区域。最近大气所LAGEO实验室郄秀书课题组来自尼日利亚的博士后Ogunsua博士等,利用地基全球闪电定位观测,并结合西非地区-刚果盆地的GPS接收站实测的通信路径上的电离层电子总含量(total electron content, TEC)数据,采用多项式滤波等方法,发现赤道地区对流层雷暴对电离层电子含量影响的确凿证据,并发现雷暴导致的电离层电子含量变化从雷暴发生位置向特定方向传播,电子含量变化偏差的峰值可达±1.5 TECUs左右,雷暴诱发的重力波周期在16到76分钟之间(图1)。赤道电离层内部的动力学在白天受雷暴活动的影响被抑制,而夜间因电离层内部存在的等离子体泡等引起TEC大幅变化,雷暴引起的重力波的影响则可以忽略。

北京28图1. 雷暴引起的大气波动动力学以及电离层的响应

  Citation:

北京28  Ogunsua, B.O., Srivastava, A., Bian, J. et al. Significant Day-time Ionospheric Perturbation by Thunderstorms along the West African and Congo Sector of Equatorial Region. Sci Rep 10, 8466 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-65315-3

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