电离层是地球上层大气的重要组成部分,也是日地空间环境中连接近地大气和外层空间的重要枢纽,它还与卫星导航、无线通信以及人类空间活动息息相关。此外,电离层中的各种粒子因受到中性风、电场等不稳定因素的影响而发生复杂的变化,形成了各种不同尺度的电离层电子密度不规则结构(简称电离层不规则结构)。在中低纬地区,电离层不规则结构的发生率最大且影响最为严重,因此,研究中低纬地区的电离层不规则结构的分布特征颇具意义。欧空局的Swarm卫星由三颗近极轨道卫星组成,其携带的朗缪尔探针为研究中低纬电离层电子密度不规则结构的时空变化特征提供了丰富的原位观测数据。作为近极轨道卫星,Swarm卫星更为研究中低纬电离层电子密度不规则结构沿经向方向的变化特征提供了帮助。目前,关于沿地磁子午线方向(即经向方向)的中低纬电离层不规则结构变化特征的研究比较少。有鉴于此,本文利用2014年1月至2016年12月期间Swarm卫星原位观测提供的电子密度观测数据开展了如下工作。一、每颗Swarm卫星的飞行范围为地理纬度87.35°S–87.35°N,且飞过该地理纬度范围所需时间约为47分钟。Swarm卫星朗缪尔探针原位观测获得的电子密度数据以天为单位存储在不同的数据文件中。本文使用Matlab软件开发了一套对中低纬地区(指地理纬度范围40°S–40°N)Swarm卫星原位观测的电子密度数据进行分段提取的程序,并验证了程序的正确性。二、为了研究中低纬地区的电离层不规则结构的分布特征,首先通过编程自行开发了一套自动识别、分类中低纬电离层不规则结构的程序,然后使用该程序对2014年1月至2016年12月期间在地理纬度40°S–40°N区域内三颗Swarm卫星原位观测得到的电子密度数据进行了自动识别和分类,然后对程序自动识别和分类的结果进行了人工验证。人工验证结果证明了本文开发的自动识别、分类中低纬电离层不规则结构的程序的适用性。三、由于对沿地磁子午线方向(即经向方向)的中低纬电离层不规则结构变化特征的研究仍然比较少,因此,本文分析了2014年1月至2016年12月三颗Swarm卫星在亚太地区(即地理经度范围为90°E至150°E的地区)和南美地区(即地理经度范围为-81°E至-63°E的地区)原位观测得到的电子密度观测结果。分析结果表明,中低纬电离层不规则结构主要发生在地方时夜间(即地方时18h–6h),这与广义R-T机制产生低纬电离层不规则结构的结论是一致的。2014年至2016年,随着太阳活动强度的逐渐减弱,中低纬电离层不规则结构的发生率也逐年减小,这与前人研究得出的电离层不规则结构发生率与太阳活动强度之间的关系是一致的。2014年至2016年期间,大多数情况下(亚太地区的发生率为52%–83%,南美地区的发生率为54%–69%)中低纬电离层不规则结构呈现出南北半球对称性。这说明,在亚太地区和南美地区,可以利用位于南、北半球两个磁共轭区域的其中一个区域的中低纬电离层不规则结构观测数据预测另一个区域是否出现中低纬电离层不规则结构。该方法为研究中低纬电离层不规则结构的分布特征提供了新的思路。此外,与亚太地区电离层不规则结构高发于春秋两季不同的是,南美地区每年的1月、9月、10月、11月和12月观测到的“含有电离层不规则结构事例”的数量较多,2月至8月期间观测到的“含有电离层不规则结构事例”的数量相对较少。这与前人研究得出的南美地区电离层不规则结构的季节分布特征是一致的。四、由于海洋和地缘政治原因,地球上有大片地区无法设立地基GNSS(Global Navigation Satellite System,即全球导航卫星系统)台站以研究电离层不规则结构引起的L波段电离层闪烁现象,Swarm卫星的电子密度原位观测数据为研究上述地区的电离层不规则结构的分布特征提供了丰富的数据源。本文将2014年1月至2016年12月的Swarm卫星的电子密度原位观测和三亚台站的地基GPS电离层闪烁观测在同时、同地监测到的电离层不规则结构进行了对比,将对比结果分为Swarm卫星原位观测和三亚地基GPS电离层闪烁观测都监测到电离层不规则结构的事例、仅Swarm卫星原位观测监测到电离层不规则结构的事例、仅三亚地基GPS电离层闪烁观测监测到电离层不规则结构的事例三种情况。本文的分析结果表明,两种手段都监测到电离层不规则结构的概率为27.27%,仅由Swarm卫星原位观测监测到电离层不规则结构的概率为60.61%,仅由三亚地基GPS电离层闪烁观测监测到电离层不规则结构的概率为12.12%。这说明尽管利用不同的观测手段进行同时、同地监测是深入研究中低纬电离层不规则结构分布特征的一种新思路,但Swarm卫星电子密度原位观测和地基GPS电离层闪烁观测这两种观测手段得到的结果的一致性不太好。本文对导致这两种观测手段得到的结果一致性不好的可能原因进行了分析。