日食通过快速局部减少太阳辐射为研究地球电离层提供了独特的机会。2024年4月8日的日全食特别适合研究这些瞬态效应，因为其全食带穿越了墨西哥的多个地区，从而可以进行多仪器观测。电离层主要由光电离产生的带电粒子组成，对太阳辐照度的变化非常敏感。因此，日食期间太阳的暂时遮挡会产生一系列复杂的电动力学和热层响应，可能影响通信、导航和定位系统（Vyas和Sunda，2012年）。
传统上，人们使用非相干散射雷达（例如Chen等人，2013年；Salah等人，1991年；Evans，1965年）和电离层探测仪（例如Sergeeva等人，2024年；Cherniak和Lysenko，2013年；MacPherson等人，2000年）来分析日食对电离层的影响，但这些方法提供的信息具有空间局限性。近年来，全球导航卫星系统（GNSS）测量成为研究电离层变化的一种多功能且高分辨率的工具。除了日食研究外，GNSS数据还被用于研究地震对电离层的影响（Melgarejo-Morales等人，2025年）、识别可能的预兆异常（Shahzad等人，2025年；Melgarejo-Morales等人，2023年），以及评估地磁暴的影响（Vazquez-Ontiveros等人，2025年；Gonzalez-Esparza等人，2024年）等地球物理和空间天气应用（Ratnam等人，2012年；Tahir等人，2024年；Le等人，2025年）。
当日食发生时，月球位于地球和太阳之间，部分或完全阻挡了太阳辐射。尽管这种现象在全球范围内普遍存在，但在特定地点相对罕见。太阳辐射是控制电离层结构的主要因素，电离层表现出日变化、半年变化和太阳周期变化。在日食期间，太阳极紫外（EUV）通量的突然减少类似于加速的日落过程，抑制了光化学和热力学反应，导致电子密度（Ne）和总电子含量（TEC）迅速下降。当光照恢复时，电离层逐渐恢复，其变化与纬度、当地时间和太阳活动有明显的相关性（Le等人，2009年）。
典型的TEC减少幅度在中纬度地区为30-40%，在高纬度地区为10-30%，并在最大遮挡后约5-20分钟内出现（Ding等人，2010年；Jakowski等人，2008年；Afraimovich等人，1998年；Hoque等人，2016年；Momani等人，2010年）。在磁赤道附近，由于赤道电离异常（EIA）的动态作用，观察到了更强烈和更复杂的响应，减少幅度超过40%（Tsai和Liu，1999年）。这些效应的幅度和持续时间取决于多种因素，包括地磁条件、太阳高度角、季节和等离子体传输过程（Espenak和Meeus，2006年）。
2024年4月的日食引发了显著且多样的电离层响应。Zhang等人（2024年）报告称，TEC减少了超过10 TECU，且这种减少在日全食后14-23分钟才出现；Swarm-A卫星数据中也未观察到EIA现象。与这些发现一致，Sanyal等人（2025年）观察到TEC和VLF信号随太阳遮挡程度的变化而减少，证实了太阳辐射减少对电离率的直接影响。在大陆尺度上，Le等人（2025年）发现美国各地的TEC减少了20-40%，随后在日食后有所增强，并出现由于大尺度等离子体传输引起的二次减少。此外，Aa等人（2024年）描述了高度依赖性的响应，低层电离层几乎立即作出反应，而高层电离层的减少则延迟了长达2.5小时。这些研究共同表明，电离层对日食的反应具有空间结构和高度依赖性。
驱动这些变化的物理机制涉及光化学复合、中性风动力学和电磁传输之间的相互作用（Rishbeth，1970年；Rishbeth和Garriott，1969年）。在F2层以下，复合作用占主导地位，导致E层和F1层电子密度大幅下降，从而降低了电离层的导电性。在F2层以上，垂直和水平等离子体通量控制着电离层的重新分布（Chen等人，2013年；Bullett和Mabie，2018年）。在日全食期间，月球阴影的超声速运动导致EUV迅速衰减和冷却，使F2层高度（hmF2）附近的电子密度减少了30-50%（Aa等人，2021年）。
此外，日食还会在地球磁场中产生可观测的电动力学扰动。Chernogor等人（2024年）在多个INTERMAGNET站点检测到高达±10 nT的变化，其幅度和时机取决于月球阴影的几何形状和局部电离层条件。此外，Chernogor等人（2025年）发现环形日食期间存在准周期性的全球扰动，尤其是影响水平磁分量。此外，在日食期间还经常观察到行进电离层扰动（TIDs）（Yang等人，2018年；Eisenbeis等人，2019年），其波长约为50-600公里，周期接近45分钟，表明重力波的产生对这一复杂现象有所贡献。
然而，日食引起的等离子体密度梯度的陡峭程度与随后产生的等离子体不规则性（例如通过S4指数测量）之间的关系尚未完全阐明。此外，这些过程的电动力学特征可以通过地面磁力计检测到，对基于卫星的跨电离层无线电通信和导航系统具有实际影响（Vyas和Sunda，2012年），仍然是活跃的研究课题。
因此，本研究的目的是利用2024年4月8日日全食期间的连续磁力计记录和GNSS无线电掩星（GNSS-RO）电子密度剖面，来研究日食引起的初级等离子体减少与由此产生的电动力学不稳定性之间的关系。在这种情况下，GNSS-RO技术提供了详细的电子密度垂直剖面，而本地磁力计数据则为地磁变化提供了补充信息，从而增强了对电离层动力学的理解。本文的结构如下：首先描述GNSS-RO处理策略，然后是COSMIC-2数据处理、CYGNSS S4指数处理以及磁力计站点描述。接下来呈现电离层扰动的结果和讨论，最后得出结论。
