电离层闪烁是导航卫星等的无线电信号穿过扰动的电离层时信号的振幅和相位等出现扰动变化的现象，闪烁严重时甚至会出现信号失锁/中断，与人类生活息息相关。电离层闪烁主要发生在低纬地区(南北磁纬20°之间)和极区。电离层幅度闪烁指数S₄和相位闪烁指数σ_φ通常用来量化表征电离层闪烁的大小。这两种标准闪烁指数（S₄和σ_φ）最初应用在低纬地区的低频信号上，且表现良好，后来被扩展应用到高纬地区/极区。然而，极区电离层的特征与低纬的有很大差异，尤其是极区电离层对流速度明显大于低纬的。近年来，标准闪烁指数的适用性不断受到挑战。很多学者尝试从电离层闪烁理论和定性分析上探索电离层闪烁指数的问题，但却一直缺乏强有力的直接观测证据，无法令人完全信服。

我们（王勇、张清和等）利用加拿大北极高纬电离层监测网（CHAIN）获取的大范围电离层闪烁监测数据与覆盖同一区域的SuperDARN SAS和KAP两部雷达提供的电离层对流数据（如图1所示），首次从观测上直接证实了两种标准闪烁指数与极区电离层对流速度存在很好的相关性，且有不同依赖关系，能够为极区常常出现的“幅度闪烁弱、相位闪烁强”这种现象提供了合理解释。图2给出了一个典型事件的两种电离层闪烁指数（S₄和σ_φ）与电离层对流速度的对比图。从中可以看出在选定区域（洋红色框内）的电离层对流速度较大，而此时电离层相位闪烁指数σ_φ明显大于幅度闪烁指数S₄。进一步地，我们利用2013-2015年的观测数据统计给出了电离层闪烁指数与电离层对流速度依赖关系图（见图3），发现两种电离层闪烁指数与对流速度呈现出不同的依赖关系，即随着对流速度的增加，相位闪烁比幅度闪烁增加地更快。这是因为当电离层对流速度增大时，引起与闪烁密切相关的菲涅尔频率的增大，当我们仍然采用常用的菲涅尔频率（0.1Hz）时，与闪烁不相关的折射效果将会被错误的引入，从而引起闪烁指数的增大，这一现象在电离层相位闪烁指数上表现的尤为明显。由于在极区相位闪烁σ_φ非常依赖于电离层对流速度，我们使用这一指数时要非常小心。该研究工作有助于深入理解极区电离层闪烁指数的表征以及闪烁的产生机理，有利于开展极区电离层闪烁建模和预报，从而更好地为全球通讯导航等提供服务。

图1. 极区CHAIN GPS接收机（黄色星号标示），SuperDARN KAP和SAS雷达视野范围示意图。洋红色区域为所研究区域。

图2. 两种电离层闪烁指数与电离层对流对比图，（a）电离层对流速度，（b）电离层相位闪烁指数，（c）电离层幅度闪烁指数。

图3. 电离层闪烁指数与电离层对流速度依赖关系统计图。（a）电离层相位闪烁指数-对流速度，（b）电离层幅度闪烁指数-对流速度。

该研究工作由山东大学、加拿大新不伦瑞克大学、挪威奥斯陆大学、美国弗吉尼亚理工，英国莱切斯特大学等的研究人员合作完成。该结果已经被Journal of Geophysical Research - Space Physics接受，将于近期发表（Wang Y., Q.–H. Zhang, P. T. Jayachandran, J. Moen, Z.-Y. Xing, R. Chadwick , Y.-Z. Ma, J. M. Ruohoniemi, M. Lester, Experimental evidence on the dependence of the standard GPS phase scintillation index on the ionospheric plasma drift around noon sector of the polar ionosphere, 2018）。

感谢UNB CHAIN电离层闪烁监测网和SuperDARN雷达网提供的观测数据。该研究受国际空间科学研究所（北京）(ISSI-BJ)项目、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等的资助。