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中低纬地区电离层电子密度的时空分布特征十分复杂，因此，对中低纬地区电离层电子密度进行原位观测很有意义。多年以来，随着卫星的发射，朗缪尔探针等原位观测设备成为研究电离层电子密度分布特征的重要数据来源。欧洲航空局的Swarm卫星于2013年11月22日成功发射。Swarm卫星由三颗相同的近极轨道卫星组成，分别是Alpha（A）、Bravo（B）和Charlie（C）。每颗Swarm卫星的电场仪器（Electric Field Instrument，EFI）搭载了两个朗缪尔探针（Langmuir probes，LP），用来观测电离层电子密度（Ne），采样率为2 Hz。自2014年4月17日起，Swarm A卫星和C卫星在距地球表面约460 km高度的近极轨道上肩并肩并排飞行，经度差约为1.4°（即距离约150 km），Swarm B卫星运行在距地球表面约510 km的近极轨道上。因此，每颗Swarm卫星都为研究同一地理经度线上空电离层电子密度随地理纬度的变化（即电子密度的经向变化）提供了观测数据。此外，Swarm A卫星和C卫星的肩并肩飞行为研究电离层电子密度随地理经度的变化（即电子密度的纬向变化）提供了丰富的观测数据。本文利用2014–2018年期间Swarm卫星朗缪尔探针的电子密度观测数据，较为系统地研究了电离层F2层峰高度以上的电子密度时空分布特征。本文的主要工作和研究结果总结如下。
一、每颗Swarm卫星飞过地理纬度87.35°S–87.35°N范围大约需要47分钟。每颗Swarm卫星每天（指世界时0–24 h）的朗缪尔探针电子密度观测数据存储在一个数据文件中。为了便于研究中低纬地区（指地理纬度范围40°S–40°N）电离层F2层峰高度以上的电子密度时空分布特征，本文开发了Swarm卫星朗缪尔探针观测数据的分段提取程序，然后验证了该程序的正确性。
二、为了研究中低纬地区电离层F2层峰高度以上电子密度的纬向变化特征，本文对2014年4月17日至2018年12月31日的Swarm A卫星和Swarm C卫星的朗缪尔探针观测数据进行了分析。分析的结果表明，大多数情况下，在地方时白天，中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上的纬向变化可以忽略。然而，在地方时19–24 h和地方时0–3 h期间（即地方时夜间），由于赤道等离子体不规则结构（Equatorial Plasma Irregularities，EPIs）的存在，经常（发生率为15.59%）观测到中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上存在显著的纬向变化。2014年至2018年，随着太阳活动逐渐减弱，中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上存在显著纬向变化的事件（即异常事件）的年发生率逐年降低。本文研究结果表明，在太阳活动高年的地方时夜间，由于EPIs的发生，中低纬地区电离层电子密度在约150 km的纬向间距上经常发生显著的变化。这表明，在太阳活动高年的地方时夜间，进行电子密度区域预测（即用一个地点上空观测到的电子密度预测附近另一地点上空的电子密度）可能存在很大的误差。
三、电子密度不规则结构（指电子密度随地理纬度剧烈变化的结构）会干扰电磁信号的传播，从而对卫星导航定位的精度和各种通信链路造成一定的负面影响。为了研究中低纬地区电离层F2层峰高度以上电子密度不规则结构的时空分布特征，本文首先开发了自动识别中低纬地区电离层电子密度不规则结构的程序，并且验证了该程序的准确性。然后利用电子密度不规则结构自动识别程序，对2014年1月1日至2018年12月31日的Swarm A卫星朗缪尔探针观测数据进行了处理分析。分析结果表明，在大多数情况下，中低纬地区电离层电子密度不规则结构事例出现在地方时20–24 h和地方时0–7 h期间。2014年电子密度不规则结构事例主要发生在9月和10月，其中，10月电子密度不规则结构事例的发生率（22.61%）最高。2015年电子密度不规则结构事例主要发生在2月、6月、10月和11月，其中，2月电子密度不规则结构事例的发生率（18.89%）最高。2016年电子密度不规则结构事例主要发生在6月和7月，其中，6月电子密度不规则结构事例的发生率（25%）最高。2017年电子密度不规则结构事例主要发生在6月、7月、8月和12月，其中，7月电子密度不规则结构事例的发生率（38.12%）最高。2018年电子密度不规则结构事例主要发生在7月、8月和12月，其中，7月电子密度不规则结构事例的发生率（36.40%）最高。
四、在低纬地区，电离层电子密度分布最显著的一个异常特征是赤道电离层异常（Equatorial Ionospheric Anomaly，EIA）现象。赤道电离层异常现象通常在地方时9 h开始产生，至下午得到充分发展，在夜间逐渐减弱，清晨时趋于消失。一般情况下，赤道电离层异常区的电子密度随地理纬度的变化特征是在磁赤道两侧呈现双峰结构，但是少数情况下也会出现只有一个峰值结构的赤道电离层异常单峰现象。目前，对赤道电离层异常单峰现象的研究较少。为了研究赤道电离层异常单峰现象的时空分布特征，本文对2014年1月1日至2018年12月31日期间的Swarm A卫星朗缪尔探针观测得到的电子密度数据进行了统计分析。本文的统计分析结果表明，赤道电离层异常单峰现象事例主要发生在地方时9–21 h（即白天和黄昏期间），在夜晚和黎明期间赤道电离层异常单峰现象事例的数量较少，在地方时9–10 h期间赤道电离层异常单峰现象事例发生率最高。2014年至2018年，随着太阳活动的逐年减弱，赤道电离层异常单峰现象事例的年发生率逐年增加。
一、每颗Swarm卫星飞过地理纬度87.35°S–87.35°N范围大约需要47分钟。每颗Swarm卫星每天（指世界时0–24 h）的朗缪尔探针电子密度观测数据存储在一个数据文件中。为了便于研究中低纬地区（指地理纬度范围40°S–40°N）电离层F2层峰高度以上的电子密度时空分布特征，本文开发了Swarm卫星朗缪尔探针观测数据的分段提取程序，然后验证了该程序的正确性。
二、为了研究中低纬地区电离层F2层峰高度以上电子密度的纬向变化特征，本文对2014年4月17日至2018年12月31日的Swarm A卫星和Swarm C卫星的朗缪尔探针观测数据进行了分析。分析的结果表明，大多数情况下，在地方时白天，中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上的纬向变化可以忽略。然而，在地方时19–24 h和地方时0–3 h期间（即地方时夜间），由于赤道等离子体不规则结构（Equatorial Plasma Irregularities，EPIs）的存在，经常（发生率为15.59%）观测到中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上存在显著的纬向变化。2014年至2018年，随着太阳活动逐渐减弱，中低纬地区电离层电子密度在150 km纬向间距上存在显著纬向变化的事件（即异常事件）的年发生率逐年降低。本文研究结果表明，在太阳活动高年的地方时夜间，由于EPIs的发生，中低纬地区电离层电子密度在约150 km的纬向间距上经常发生显著的变化。这表明，在太阳活动高年的地方时夜间，进行电子密度区域预测（即用一个地点上空观测到的电子密度预测附近另一地点上空的电子密度）可能存在很大的误差。
三、电子密度不规则结构（指电子密度随地理纬度剧烈变化的结构）会干扰电磁信号的传播，从而对卫星导航定位的精度和各种通信链路造成一定的负面影响。为了研究中低纬地区电离层F2层峰高度以上电子密度不规则结构的时空分布特征，本文首先开发了自动识别中低纬地区电离层电子密度不规则结构的程序，并且验证了该程序的准确性。然后利用电子密度不规则结构自动识别程序，对2014年1月1日至2018年12月31日的Swarm A卫星朗缪尔探针观测数据进行了处理分析。分析结果表明，在大多数情况下，中低纬地区电离层电子密度不规则结构事例出现在地方时20–24 h和地方时0–7 h期间。2014年电子密度不规则结构事例主要发生在9月和10月，其中，10月电子密度不规则结构事例的发生率（22.61%）最高。2015年电子密度不规则结构事例主要发生在2月、6月、10月和11月，其中，2月电子密度不规则结构事例的发生率（18.89%）最高。2016年电子密度不规则结构事例主要发生在6月和7月，其中，6月电子密度不规则结构事例的发生率（25%）最高。2017年电子密度不规则结构事例主要发生在6月、7月、8月和12月，其中，7月电子密度不规则结构事例的发生率（38.12%）最高。2018年电子密度不规则结构事例主要发生在7月、8月和12月，其中，7月电子密度不规则结构事例的发生率（36.40%）最高。
四、在低纬地区，电离层电子密度分布最显著的一个异常特征是赤道电离层异常（Equatorial Ionospheric Anomaly，EIA）现象。赤道电离层异常现象通常在地方时9 h开始产生，至下午得到充分发展，在夜间逐渐减弱，清晨时趋于消失。一般情况下，赤道电离层异常区的电子密度随地理纬度的变化特征是在磁赤道两侧呈现双峰结构，但是少数情况下也会出现只有一个峰值结构的赤道电离层异常单峰现象。目前，对赤道电离层异常单峰现象的研究较少。为了研究赤道电离层异常单峰现象的时空分布特征，本文对2014年1月1日至2018年12月31日期间的Swarm A卫星朗缪尔探针观测得到的电子密度数据进行了统计分析。本文的统计分析结果表明，赤道电离层异常单峰现象事例主要发生在地方时9–21 h（即白天和黄昏期间），在夜晚和黎明期间赤道电离层异常单峰现象事例的数量较少，在地方时9–10 h期间赤道电离层异常单峰现象事例发生率最高。2014年至2018年，随着太阳活动的逐年减弱，赤道电离层异常单峰现象事例的年发生率逐年增加。