电离层F区等离子体不规则结构(又称等离子体泡)是低纬度电离层闪烁的主要原因,研究电离层等离子体泡具有很强的科学意义和应用价值。通过气辉成像来观测等离子体泡,可观测较大范围内等离子体泡的结构、变化和运动特征,国际有较多光学手段研究等离子体泡的工作,我国由于缺乏光学观测资料而少有此类工作开展。本文利用海南站气辉观测仪,对等离子体泡开展了长期观测研究,主要工作包括如下几个方面:(1)国内外等离子体泡的研究现状分析。通过调研等离子体泡的光学观测和无线电手段探测研究的最新成果,分析全天空气辉成像仪的结构和工作原理,掌握了利用气辉成像仪探测等离子体泡的方法,并通过调整海南站气辉成像仪的参数设置,得到了原始等离子体泡的气辉图像。(2)等离子体泡图像的预处理方法研究。分别采用图像增强、方位校正、图像投影等技术,对原始气辉图像进行了图像预处理,获得了方位确定、清晰可识别的等离子体泡图像,并根据等离子体泡的特点,提出进一步图像处理的相关技术。(3)海南地区等离子体泡的特征研究。通过处理的等离子体泡图像,分析了我国海南地区等离子体泡的基本特征:形状为南北方向的条状,随着时间推移出现分叉,表现出“羽毛状”,整个泡体向西倾斜;东西方向的尺寸为几十到几百公里;有东向漂移特征,漂移过程中,西墙比东墙更稳定,典型漂移速度为50~150m/s。并通过统计2013年9月至2014年5月份等离子体泡出现的时间规律,发现等离子体泡一般出现在日落后1~2个小时,持续时间为1~4个小时左右。(4)光学观测结果与GPS探测数据的对比研究。将光学图像与GPS信标探测的数据对比,发现它们有很好的对应关系,等离子体泡会引起TEC(电离层电子密度总含量)的下降和S4(幅度闪烁指数)的上升,然后统计对比分析了光学数据和GPS的S4数据,说明等离子体泡是闪烁的重要条件。