电离层暴是空间天气学的重要组成部分,极端电离层扰动能够导致短波通讯中断,长波信号相位异常,严重干扰卫星导航系统的精确性。自Appleton和Ingram首次发现电离层暴现象以来,虽然针对该现象已进行了大量的形态分析和物理机制的研究,但还远未达到令人满意的程度。影响电离层暴扰动形态的两个最主要因素为:(1)行星际扰动事件引起的磁暴条件的千变万化;(2)电离层对这些空间扰动事件的响应在不同区域(如纬度)随地方时、季节以及太阳活动存在较大差异。电离层暴机制探讨的复杂性反映在磁暴期间磁层、热层中各种物理化学过程与电离层扰动复杂的相互作用。电离层暴的研究仍然是空间物理领域所面临的难题之一。
大部分低纬电离层暴的研究是由美国、巴西和印度的小组开展的,且观测结果集中在70°W的东太平洋和75°E印度洋两个经度带上。从磁场构型来说,电离层暴的演化应具有明显的经度效应。目前对东亚地区低纬电离层暴各种形态的成因还远未清楚,其主要原因是因为缺乏赤道地区的观测。我所地磁与空间物理研究室赵必强副研究员等人对2006年4月13-17日间由太阳风高速流引起的大磁暴(Dst = -122nT)所造成的东亚-澳大利亚扇区电离层扰动进行了分析(Zhao et al. Ionospheric response to the geomagnetic storm on 13-17 April 2006 in the West Pacific region. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,71(1):88-100,2008IF:1.667)。他们通过对东亚-澳大利亚14个地面站和70多个GPS台网测量的数据分析表明,此次磁暴造成的电离层暴主要特征为:赤道南北低纬地区在14日出现24小时持续的强正暴效应,并伴随有周期性的大尺度电离层波动结构——行扰(TIDs)。最大电离层总电子含量上升30个TECU,F2层临界频率上升4-6MHz。他们通过引入电场经验模式,认为下午和夜间的正暴效应可能由渗透电场和扰动发电机效应以及风场的共同作用造成。中纬地区先出现正暴,持续时间12小时,紧接着是15-16日持续时间长达两天的长时间负暴效应,临界频率下降2-3MHz,TEC下降5个TECU。在磁暴恢复相期间14日上午,电离层正暴在低纬出现南北不对称结构,可能与磁暴期间造成热层风不对称有关。