用部分反射雷达研究低电离层的不规则性

本文建议用电压干涉技术通过部分反射雷达来测量低电离层中的电子浓度不规则性及其扰动。电压干涉技术首先由Woodman提出用在Jicamarca的非相干散射雷达上,精确地确定一个高的局部散射区的位置。在单个散射体存在的情况下,这是一个简单而有效的技术。但当多个散射体同时存在时便产生了问题。Farlty等发展了一个谱干涉方法,可以有效地区分不同的散射体。后来此方法采用一对或3个天线成功地用在对流层、中层和电离层扰动的研究中。Rttger等也使用事后波束控制（Postsetqeam Steering）方法,广义上说这也是干涉方法,来确定大气扰动结构和一些参数。Adams等则更进一步提出了一个工作在中频2.66MHz的成像Doppler干涉方法,通过10个天线采用谱干涉和Doppler技术研究中层大气扰动的物理机制。     

不同尺度低纬电离层不规则体漂移特性的观测研究

利用我国三亚站GPS短基线接收机阵以及VHF电离层相干散射雷达多波束扫描模式进行同时观测,对2011年10月22日至29日夜间两种不同尺度电离层不规则体的纬圈漂移速度进行比较研究.结果表明,两种不同手段观测的不同尺度不规则体漂移速度,在大小、变化趋势以及时间范围上基本一致.不规则体产生在20:00 LT(LT为北京时)左右,以100～250 m/s的速度东向漂移,并且速度幅值起伏较大;在不规则体发展中后期(21:00LT以后),东向漂移速度减低到50～150m/s,并延续至午夜.两种手段观测的漂移速度差异,一个重要原因可能来自于两者观测范围的不同.此外,GPS短基线接收机阵观测的400米尺度电离层不规则体通常比VHF雷达探测到的3米尺度电离层不规则体存在的时间要长.     

暴时低纬电离层不规则体响应特征的多手段观测

2010年10月11日发生了一次中等强度的磁暴.本文利用三亚(18.4°N, 109.6°E)数字测高仪、VHF雷达和GPS TEC/闪烁监测仪数据以及120°E子午线附近我国漠河(53.5°N,122.4°E)、北京(40.3°N,116.2°E)和武汉(30.6°N,114.4°E)的数字测高仪和GPS TEC/闪烁监测仪数据,分析了磁暴期间我国中低纬地区电离层不规则体的响应特征.结果表明:这次磁暴触发了10月11日午夜前后两个时段低纬(三亚)电离层不规则体事件,而在较高的纬度地区(武汉及以北),并没有观测到电离层不规则体与闪烁.在午夜前,电离层不规则体的发生受磁暴主相期间快速穿透电场激发;在午夜后,电离层不规则体受磁暴恢复相的扰动发电机电场触发,该时段伴随行星际磁场北向翻转的过屏蔽穿透电场也可能是扰动源之一.此外,磁暴期间不同尺度的电离层不规则体会伴随发生.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究:2.东亚低纬电离层E区准周期回波

中低纬电离层E区不规则体准周期雷达回波现象,在地球不同经度区被观测到并开展了有关研究.本文利用三亚(109.6°E,18.4°N)VHF相干散射雷达2011年2月6日的观测,第一次给出了中国低纬电离层E区准周期回波的发生和变化特征.观测结果表明:准周期回波发生在地方时夜间2100—2200LT的110km高度上,与连续性回波可同时发生;准周期回波斜纹在雷达探测的高度-时间-强度(HTI)图上可延伸5～20km,持续时间为5～15min,回波斜纹高度随时间以20～30m/s下降,斜纹在HTI图上彼此间隔10km和10min左右.此外,雷达回波多普勒谱和雷达干涉分析显示不同高度准周期回波的多普勒速度随高度-时间表现出不同的变化趋势,与回波条纹斜率无明显联系,不同高度准周期回波对应的不规则体在东西方向也表现出截然不同的运动特征.分析结果表明,三亚电离层E区准周期回波的发生可能并不是由散块Es随着中性风周期性的经过雷达探测区域所致,而可能和Es中的扰动结构相关.     

基于三亚VHF雷达的场向不规则体观测研究: 1.电离层E区连续性回波

基于三亚(109.6°E,18.4°N)VHF电离层相干散射雷达观测,分析了我国低纬电离层E区场向不规则结构连续性回波的发生特征.研究结果表明:白天,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至25 m/s,多普勒宽度主要分布在20至70 m/s;连续性回波的高度大约以1 km/h的速度缓慢下降,与偶发E层(Es)底部所在高度(hbEs)有很好的相关性,表明在背景电场影响下,Es经梯度漂移不稳定性产生场向不规则结构,引起E区连续性回波.夜间,E区连续性回波的多普勒速度范围为-50至 50 m/s,多普勒宽度为20至110 m/s,回波在时间-高度-强度图上常呈现多层结构,可能与潮汐引起的多个离子层相关;而E区连续性回波的短暂中断,以及120 km以上高E区连续性回波的发生,则可能归因于赤道扩展F极化电场的影响.此外,对E区连续性回波多普勒速度与全天空流星雷达风场观测的比较发现,在100 km以下,多普勒速度与子午风场有很好的相关性.     

赤道-低纬电离层不规则结构和闪烁活动出现率的理论模型构建

为构建赤道-低纬电离层不规则结构和闪烁活动出现率的理论模型,本文根据分析赤道-低纬电离层的广义Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性得到的三维线性增长率的表达式,计算分析了线性增长率随地方时的变化特征.并选取计算得到的每日增长率的极大值表征每日的线性增长率,分析增长率随季节、太阳活动和地理经度的变化特征以及逐日变化特征,建立三维广义R-T不稳定性线性增长率的理论统计特征模型,发现增长率表现出显著的随地方时、季节、太阳活动和地理经度以及逐日变化特征.通过比较分析增长率的变化特征与不规则结构和闪烁活动的变化特征,发现三维广义R-T不稳定性的线性增长率能较好地反映不规则结构和闪烁活动随季节、太阳活动、地理经度以及逐日变化规律.本文建立的R-T不稳定性的三维线性增长率的统计特征模型可用于构建赤道-低纬电离层不规则结构和闪烁出现率的理论形态特征模型.     

海南电离层F区不规则体的气辉观测

本文利用子午工程海南富克站(19.5°N,109.2°E)全天空气辉成像仪630 nm波段的气辉图像,通过对气辉原始观测资料进行图像增强、方位校正和图像投影等预处理,得到可清晰识别电离层等离子体泡的图像产品,获得了我国海南地区首次电离层等离子体泡的光学观测结果.在此基础上,分析了等离子体泡的形状、结构、变化、空间尺度和运动速度这些基本特征.研究显示:典型的等离子体泡形状为南北分布的条状,常出现分叉现象,大部分情况整体向西倾斜;东西方向的尺寸为几十到几百公里;典型漂移速度为50~150 m·s-1.统计了2013年9月至2014年5月等离子体泡观测数据,发现其出现的典型季节为9-10月和2-4月、典型时间为日落后1~2个小时并持续1~4个小时左右.     

基于COSMIC资料分析电离层F层不规则体结构

根据电离层不规则体的产生会导致周围电子浓度发生起伏变化的原理,利用2007年COSMIC掩星系统的TEC数据,通过平滑滤波得到TEC的扰动值ΔTEC的变化,利用其研究F层不规则体的时空变化特征.统计结果表明:扰动较大的掩星事件主要发生在磁纬±20°之间和高纬地区,春季和秋季带状分布较为明显,不同经度地区较强扰动的掩星事件的分布也有不同特征;较强ΔTEC的掩星事件主要发生在地方时午夜前和午夜后两个时段,发生的高度主要在250~400 km范围内.这些结果与已知的F层不规则体的时空分布特征较为一致,说明利用TEC的扰动量来分析电离层F层不规则体结构是可行的.     

电离层不规则结构漂移的GPS测量及其初步结果

本文阐述了利用GPS接收机台阵测量到的闪烁和TEC变化率ROT快速起伏图样估计F层不规则结构漂移的原理和方法,并利用实测数据估计了静日和暴时电离层不规则结构的水平漂移速度.短间距台网和超短间距台链观测实例的计算结果表明,暴时武汉地区引起TEC快速起伏的电离层不规则结构沿纬圈向西漂移,21∶30至03∶00 LT,西向漂移速度在约40 m/s至130 m/s的范围内变化;在桂林地区,磁静日午夜前后引起L波段电波闪烁的电离层不规则结构沿纬圈向东漂移,漂移速度从约70 m/s下降到约55 m/s,磁扰日午夜前不规则结构向西漂移,速度从约150 m/s下降到约50 m/s,午夜后转为向东漂移,速度从约25 m/s上升到约65 m/s.文中还提出了由单站多卫星观测估计F层不规则结构漂移的设想.实例分析与计算结果表明,利用单站多卫星观测估计电离层不规则结构漂移是一种合理可行的方法.     

电离层极风的EISCAT-VHF雷达观测

极风现象从理论上提出已20多年了,实验上一直没有充分地证实这种现象的存在,以及它的形成区域位于高纬顶部电离层中.我们利用欧洲非相干散射协会（EISCAT）的VHF雷达（在挪威Tromsφ）,对H+离子极风进行了首次实验研究,结果表明,实验期间观测到H+离子在顶部电离层中的运动速度始终向上,且随高度的增加而增大,从而证实在高纬顶部电离层中确实存在着一个永久向上的H+离子流,即H+离子极风,其速度在1000km 高度上达到1km/s,其通量在此高度上接近于饱和,达到1012ms（-1）,而温度小于0.26eV.在我们的探测高度上仍未发展成超声速极风.     

利用人工神经网络预测电离层F2层骚扰

利用人工神经网络技术，提出预报离散随机的电离层骚扰事件的新方案.本文重点讨论了预报电离层骚扰的人工神经网络的构造，采用模糊理论和模式识别的思想构造了网络的输入层和输出层.将与电离层骚扰相关的日面现象如太阳耀斑、黑子等的日面位置、强度等参量作为网络的输入，该方案预报结果检验中，使传统方法难以预报的小型和中型电离层(骚扰达到80%以上)的预报准确率有所提高.最后还提出了利用人工神经网络识别单一型别骚扰事件的方案，预报准确率在95%以上。     

论稳定电流场的入射、反射、透射间的关系

根据分界面上稳定电流场的边界条件，解稳定电流场Ｌａｐｌａｃｅ方程，给出椭球形分界面入射场、反射场及透射场的表达式，并导出圆柱形、球形分界面上入射角、反射角及透射角的关系式后，指出，只在少数特殊情况下三者才相等，对一般形状的大多数光滑连续分界面情况，它们是不相等的．其值取决于分界面的具体形状．     

高纬电离层中非麦克斯韦分布等离子体的非相干散射谱的模拟

使用一个修正的双麦克斯韦分布函数,通过最小均方适应技术使它与高纬电离层Ｆ区中离子的非麦克斯韦速度分布函数相适配．结果表明,使用这样的分布函数可以简化非相干散射谱的计算,并有助于简化高纬地区电离层非相干散射谱的反演．     

高纬电离层中非麦克斯韦分布等离子体的非相干散射谱的模拟

使用一个修正的双麦克斯韦分布函数，通过最小均方适应技术使它与高纬电离层Ｆ区中离子的非麦克斯韦速度分布函数相适配．结果表明，使用这样的分布函数可以简化非相干散射谱的计算，并有助于简化高纬地区电离层非相干散射谱的反演．     

高纬电离层中非麦克斯韦分布等离子体的非相干散射谱的模拟

使用一个修正的双麦克斯韦分布函数，通过最小均方适应技术使它与高纬电离层Ｆ区中离子的非麦克斯韦速度分布函数相适配．结果表明，使用这样的分布函数可以简化非相干散射谱的计算，并有助于简化高纬地区电离层非相干散射谱的反演．     

低纬哨声通过低电离层传播的透射特征——全波解

本文利用全波解方法研究了低纬哨声通过低电离层传播的过程。文中主要计算了哨声波的透射损失和反射系数随投射角与方位角的变化,并结合哨声多站同时观测结果进行了简要的讨论。全波解数值计算结果表明,透射损失随投射角的变化具有南北不对称性,当波矢沿磁力线方向时透射损失最小,且这种不对称性随磁倾角的减小而明显加剧。计算结果还表明,下行哨声的内反射系数基本上不随投射角而变化;但随波频率的升高而减小,并伴有数个相间的极大和极小值,这可能导致哨声回波频谱畸变。     

甚低纬哨声低电离层透射过程的数值模拟

利用全波解算法模拟哨声波束在甚低纬地区黎明前低电离层透射的三维能量分布，依据波场能量和偏振分布及其对波参量和电子浓度剖面的依赖特征，分析了哨声透射、反射及与大地－电离层波导耦合过程．结果表明，哨声模波存在于９０ｋｍ以上高度，吸收、反射、波束扩展及波模转换主要发生于电离层底部８０－９０ｋｍ区间；到达地面的透射能量密度衰减２０ｄＢ以上，透射衰减随频率变化不大，但随波入射角呈不对称变化；距透射区１５０ｋｍ以外区域的测向方位角有很大偏差；入射波能量的很少一部分（对５ｋＨｚ约为－２５ｄＢ）被反射并激发起哨声模波，反射波束能量集中于入射波束附近，并随频率下降而迅速增强．计算也表明，地面接收到的甚低纬哨声回波可能与使回波向极侧偏移的电离纬向梯度有关．     

反射波法检测桩的完整性、中断桩的识别与解释

结合反射波法检测桩的完整性的工程实例，对打入预制桩和夯扩灌注桩的断桩类型的识别、解释及其可能的形成原因作了分析归纳。     

EISCAT雷达观测到的极区电离层等离子体反常对流

综合分析EISCAT雷达与卫星当地测量数据,并利用磁层磁场模式对磁力线进行追踪,研究了发生在极光椭圆朝极盖边界附近电离层中,一例反常的背离太阳流动的强等离子体对流事件,及相关的太阳风-磁层-电离层耦合过程.结果表明,磁暴期间IMFBz指向南时观测到这一反常高速对流,及其相应的等离子体性态特征,很可能是向阳侧磁层顶磁重联过程在电离层中的印记.