主动空间试验中空间电荷波向电磁波的转换

本文理论分析了电子束沿地磁场穿越均匀、磁化等离子体密度跃变区域时，在弱磁场近似、哨声波激发、低频近似等几种典型情况下电子束流空间电荷波（Space charge wave）向电磁波的转换.先运用小信号假设求得电子束入射进均匀各向异性冷等离子体之后的色散关系和空间电荷波波数，然后借助于电磁波分量和电子束速度的边界条件，求解电子束在等离子浓度发生变化区域激发的波振幅，在几种典型情形下推导出空间电荷波转换为电磁波之间转换系数的近似解，给出了相应波辐射的坡印亭(Poynting)矢量表达式.结果表明，在渡越辐射（Transition radiation）情形下电子束可以在空间等离子体中激发出阿尔芬波（Alfven wave）和哨声波（Whistler wave）.所得结论可用于对主动空间试验结果的分析.     

低纬地区电离层电流的人工调制数值模拟

利用高频泵波能对低电离层进行有效的人工扰动.采用ELF/VLF调幅高频电波对电离层进行加热,电子温度会随着调制频率振荡,并引起电导率周期性变化,从而使加热区内电离层电流周期性变化,形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,辐射调制频率范围内的无线电波.早期的电离层人工调制研究主要集中在高纬和极区,本文讨论低纬地区电离层人工调制的可能性.本文的理论研究和数值模拟结果表明,低纬地区低电离层电导率在周期性加热的条件下能有效地被调制,使加热区域形成ELF/VLF波的电流辐射源,并分析了不同加热参数和入射条件对调制效果的影响.     

基于Van Allen Probes EMFISIS波动仪器观测的内磁层上频带哨声合声波全球分布的统计分析

基于Van Allen Probes近三年的EMFISIS仪器波动观测数据,针对内磁层上频带哨声模合声波幅度的全球分布特性对地磁活动水平的依赖性进行了详细的统计分析,着重研究上频带合声波平均场强幅度随磁壳值(L)、磁地方时(MLT)、地磁纬度(MLAT)的分布特征及不同强度区间的合声波的发生概率.结果表明,上频带合声波的平均场强幅度与地磁活动条件密切相关,在强磁扰期,平均幅度可达到40 pT以上.在外辐射带中心区域(L=4~6),上频带合声波的幅度最强;在L~3的区域,上频带磁层合声波没有分布.在夜侧至晨侧(22—09MLT),上频带合声波幅度最强;在下午侧至昏侧(15-19MLT),上频带合声波幅度最弱;日侧(10-14MLT)上频带合声波在不同地磁活动条件下都存在,幅度偏小.上频带合声波主要分布在|MLAT|10°,其中21-09MLT范围内、磁纬位于|MLAT丨5°的平均场强幅度最强,磁扰期间可达约100 pT.另外,统计而言,中等幅度(10~30 pT)的上频带合声波在夜侧至晨侧(23-09MLT)靠近磁赤道区域的发生率最高,可达15%左右.强幅度(30 pT)的上频带合声波普遍分布在夜侧(01-05MLT),发生率最小.本文建立的上频带哨声模合声波的全球分布模型结合已经建立的下频带合声波的全球分布模型,将有助于进一步深入理解该重要磁层等离子体波动对地球等离子体片、辐射带、环电流动力学过程的定量贡献.     

大功率高频电波加热电离层中参量衰减不稳定性研究(2):EISCAT实验观测

本文利用欧洲非相干散射雷达协会(European Incoherent Scatter Scientific Association,EISCAT)的两次加热实验诊断数据,基于我们在文章(1)中建立的数值模型,定量分析了实验过程中出现参量衰减不稳定性(Parametric decay instability,PDI)的物理过程.分析结果如下:(1)通过对两次加热实验数据的分析,均观测到了增强的等离子体谱线(HFPLs)和离子声波谱线(HFILs),谱线的频率和加热电波频率满足频率匹配条件,表明电离层加热过程中参量衰减不稳定性的激发.(2)通过对加热电波反射区电子密度和离子密度模拟数据的谱分析,可以清晰发现与实验结果相符的朗缪尔波和离子声波.实验1观测到的离子声波谱线频率为8.8 kHz,而模拟得到的离子声波在5～6 kHz,实验2观测到的离子声波谱线为7.1 kHz,而模拟得到的离子声波频率在5.5～6 kHz,模拟结果与实验观测比较一致.(3)实验观测和模拟结果均表明,在参量衰减不稳定性激发过程中,加热电波频率(f_h)与等离子谱线频率和离子声波谱线频率(f_(ia))并不是简单匹配,实验1观测到的等离子体谱线频率为f_h-3f_(ia),实验2观测到的等离子体谱线增强频率为f_h—f_(ia)和f_h—3f_(ia).这一结果表明在加热过程中出现了多次参量衰减的现象,从而为朗缪尔湍流的激发提供了条件.     

利用射线追踪方法研究化学物质释放对高频加热的聚焦效应

电离层化学物质释放能导致释放区域电子密度的损耗,从而产生明显的电离层空洞现象.高频电波通过电离层空洞时,由于电子密度不同,对电波产生折射效果进而形成聚焦效应.本文利用射线追踪方法,评估高频电波通过空洞形成聚焦加热的效果.结果表明,释放水分子与SF6都能对电离层产生明显的空洞,空洞半径约为25～50 km,电子密度的损耗...     

地球辐射带能量电子通量在不同地磁活动下的统计分析

利用大约15个月的CRRES卫星MEA能量电子观测数据,分别在地磁活动平静(0≤Kp＜3)、中等(3≤Kp≤6)及强烈(6＜Kp≤9)的条件下,选取电子能量为148 keV,509 keV,1090 keV,1581 keV的辐射带能量电子通量进行统计分析,得到了不同地磁活动条件下地球辐射带高能电子通量在(L,MLT)...     

2003年10月底太阳风暴期间中山站电离层吸收效应的观测与分析

本文介绍了成像式宇宙噪声接收机技术和数据分析方法,通过对南极中山站成像式宇宙噪声接收机在2003年10月底太阳风暴期间的观测数据进行分析,得到了相应的极区电离层的吸收效应,它们主要是强度为2. 7dB的宇宙噪声突然吸收和强度高达31dB持续4d的极盖吸收。     

AR滤波器方法在低纬哨声处理中的尝试

高纬与低纬哨声的主要区别表现在信号持续时间和强度上。在低纬地带,哨声持续时间通常较短,其强度要比高纬哨声弱,因此,其信噪比也较低。如何处理和分析低纬哨声信号,从高噪声背景中抽取有用信息,一直是很重要的课题。 传统的傅里叶变换方法,即非参数估值方法,虽然简便、陕捷,但由于这种方法仅仅利     

GNSS掩星探测数据的f_0F_2和h_mF_2全球分布特征

全球电离层分布特别是f_0F_2和h_mF_2对雷达探测、无线电通信以及卫星导航等有非常大的影响,为研究全球f_0F_2和h_mF_2的时空分布,利用全球导航卫星定位系统(GNSS)掩星数据统计分析了全球f_0F_2和h_mF_2的周年变化特性、日变化特性以及季节变化特性,并通过与日本地区测高仪站f_0F_2数据进行对比,分析了两种探测方式获取电离层参数的相关性。结果表明,全球f_0F_2和h_mF_2周年变化与太阳活动和地磁活动具有明显的正相关性,f_0F_2和h_mF_2还具有明显的空间分布特性。此外,全球f_0F_2和h_mF_2峰值出现在LT 14:00—16:00期间,且h_mF_2出现明显的日落后赤道电离异常复苏现象。全球f_0F_2具有比较明显的季节变化特性,f_0F_2峰值出现在春秋季中低纬地区,在夏冬季较小,且出现比较明显的冬季异常现象,而h_mF_2季节分布相比f_0F_2并不明显。通过和日本地区Wakkanai、Kokubunji、Yamagawa以及Okinawa测高仪站f_0F_2数据对比,发现两种探测手段获取的电离层参数具有较好的相关性。初步研究表明,全球f_0F_2和h_mF_2分布受到多种因素的影响,其中太阳活动和地磁活动占主要地位,其次是电场、热层风以及高能粒子沉降等。     

耗散作用对大气中声波传播影响的数值研究

通过结合保色散关系空间差分格式和Runge-Kutta时间格式的数值方法,研究了耗散作用对声波传播的影响.结果表明,耗散的不均匀性会同时影响声波的传播轨迹和传输损耗.不均匀的耗散会使得波包上部和下部承受不同程度的衰减,造成波包能量中心向弱耗散方向移动,使波包能量中心的传播轨迹发生偏折.与此同时,声波的传输损耗也受到了改变：与无耗散情况相比,声波的几何扩散衰减受到抑制;与均一耗散情况相比,声波的大气声吸收明显减小.由于声波衰减系数与声波频率的平方成正比,耗散作用使声波传播具有色散性质.不均匀耗散对于声波波包能量中心传播轨迹的偏折作用随频率的增加而增强.