全日食艏艉波

批准号:
41804154
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
孙杨轶
依托单位:
学科分类:
D0411.空间物理学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
早在1970年代,科学家就预测,当日食月影在大气中以超音速移动,激发低层大气的重力波,能产生艏波。2009年7月22日全日食期间,广布东亚密集的地面全球导航卫星系统记录的电离层全电子含量,不仅完整观测了日食艏波(bow wave),还发现了艉波(stern wave)。然而,2017年8月21日全日食的艏波则类似于冲击波,无完整明显的艉波被发现。同样是月影由西向东划过地球大气,为何这两个日食产生了不同的艏艉波?为了回答这个问题,首先,本项目将使用非线性方法完整分析日食期间不同尺度的波动,分析数据为全电子含量,掩星卫星的电离层电子浓度,电离层测高仪参数,卫星大气温度等。接着,使用地基和天基电子浓度数据,建立和研究日食期间电离层三维电子浓度结构。最后,使用电离层理论模式重制日食期间电离层结构和动力的改变。研究全日食艏艉波形成的物理机制。
英文摘要
Since 1970, scientists have speculated that a “bow wave” appears around the moon shadow of total solar eclipse if the source velocity exceeds the propagation speed of atmospheric gravity waves. The ground-based GNSS (Global Navigation Satellite System) TEC (total electron content) observations show the bow and stern waves in the eastern Asia longitudinal during the total solar eclipse on 22 July 2009. However, the massive TEC observation shows that the bow wave is induced by the acoustic gravity wave at the ionospheric altitude over the continent of United States during the 23 August 2017 total solar eclipse. No obvious stern wave appears during the 2017 eclipse. To answer the question of why the bow and stern waves of the two eclipses are different. In this proposal, we first apply the nonlinear time-frequency analysis method to examine the wavy structures of the electron density from GNSS, radio occultation, and ionosonde. The temperature profiles from TIMED/SABER (Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics / Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry) will also be examined. Moreover, we will construct the three-dimensional electron density structure using GNSS TEC and radio occultation electron density profiles during the eclipses. Eclipse effects on ionospheric electron density structure and dynamics will be simulated using TIE-GCM (National Center for Atmospheric Research, Thermosphere-Ionosphere- Electrodynamics General Circulation Model). It can be expected that the ionospheric electron density gradients and change of background structure/dynamics benefit the occurrence of plasma instabilities during the eclipse that could attribute to the formation of the bow and stern waves.
超音速日食月影能在低层大气激发重力波,并上传产生艏波。2009年7月22日全日食期间,广布东亚的全球导航卫星系统(GNSS)地面接收机密集记录的电离层全电子含量,不仅完整观测了日食艏波,还发现了艉波。然而,2017年8月21日全日食的艏波则类似于电离层移行扰动,无完整明显的艉波。同样是月影由西向东划过地球大气,为何产生的波动差别甚大?为回答这个问题,本项目着重研究了2017年8月21日和2020年6月21日两次具有密集观测数据的日食事件。结果显示电离层突发E层(sporadic E, Es)的气候学形态,很大程度决定了日食艏艉波的成因。在北美夏季Es不容易产生,所以日食主要引发电离层行扰的演化。然而,亚洲地区夏季Es较为好发,日食引发的波动主要是Es行为的改变。分析2017年8月21日的日全食事件发现,月影在电离层中产生的移行扰动如海浪般陡峭并且破碎。分析2020年6月21日的日环食事件发现,最大遮蔽期间,Es从110km剧烈抬升至150km高度,强度减弱并且弥散在130km至190km高的范围。在最大遮蔽发生之后,Es呈现多分层的结构。在130km至190km的范围内分成了3至5层。此外更发现Es以最大遮蔽路径为中心,向南北方向延伸和移动。移动特性和2009年7月22日的日全食产生的艏艉波类似。此外,研究2020年日食发现,月影导致的电离层和热气层扰动在日落交界面产生了日落反转增强(pre-reversal enhancement),导致日食对电离层的影响持续至午夜, 并催生等离子不规则体。同样是月影由西向东划过地球大气,但是引发的波动及其成因大相径庭。因此纵然是研究类似的事件,也需从基础出发,重新思考理解。本项目关键数据为GNSS和测高仪。这两种仪器帮助我们对于每次日食引发的波动能有新的认知。
期刊论文列表
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Wave steepening in ionospheric total electron density due to the 21 August 2017 total solar eclipse
2017 年 8 月 21 日日全食导致电离层总电子密度波陡化
DOI:10.1029/2020ja028931
发表时间:2021
期刊:Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子:--
作者:Y. Y. Sun;M. M. Shen;Y. L. Tsai;C. Y. Lin;M. Y. Chou;T. Yu;K. Lin;Q. Huang;J. Wang;L. Qiu;C.-H. Chen;J.-Y. Liu
通讯作者:J.-Y. Liu
Nighttime ionosphere perturbed by the annular solar eclipse on June 21, 2020
2020年6月21日夜间电离层受到日环食的扰动
DOI:10.1029/2021ja029419
发表时间:2021
期刊:Journal of Geophysical Research: Space Physics
影响因子:--
作者:Yang-Yi Sun;Chieh-Hung Chen;Haiyin Qing;Rui Xu;Xiaoning Su;Chunhua Jiang;Tao Yu;Jin Wang;Huiru Xu;Kai Lin
通讯作者:Kai Lin
Multilayered sporadic‐E response to the annular solar eclipse on 21 June 2020
对 2020 年 6 月 21 日日环食的多层零星响应
DOI:10.1029/2020sw002643
发表时间:2021
期刊:Space Weather
影响因子:--
作者:J. Wang;X. Zuo;Y. Y. Sun;T. Yu;Y. Wang;L. Qiu;T. Mao;X. Yan;N. Yang;Y. qi;J. Lei;L. Sun;B. Zhao
通讯作者:B. Zhao
GNSS brings us back on the ground from ionosphere
GNSS 将我们从电离层带回地面
DOI:10.1186/s40562-019-0144-0
发表时间:2019-11
期刊:Geosci. Lett.
影响因子:--
作者:Yang-Yi Sun
通讯作者:Yang-Yi Sun
DOI:10.3390/atmos10060297
发表时间:2019-06
期刊:Atmosphere
影响因子:2.9
作者:Yang‐Yi Sun;Chieh-Hong Chen;Jann‐Yenq Liu;Tsung‐Yu Wu
通讯作者:Yang‐Yi Sun;Chieh-Hong Chen;Jann‐Yenq Liu;Tsung‐Yu Wu
电离层对极端对流层变化的响应
- 批准号:42174211
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2021
- 负责人:孙杨轶
- 依托单位:
国内基金
海外基金
