大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动

本文研究了大气重力波产生的大尺度赤道电离层扰动的性质．当重力波的传播方向与磁场方向倾斜相交时,重力波在Ｆ区产生行进电离层扰动．当重力波垂直于磁场传播时,能触发等离子体Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性,形成大尺度赤道扩展Ｆ不均匀体．重力波引起的扩展Ｆ主要出现于晚上,行进电离层扰动则可能出现于任何时间．本文建立了行进电离层扰动和大尺度赤道扩展Ｆ的统一理论模型,深入全面地揭示了电离层扰动的性质．     

大气重力波产生大尺度赤道扩展F的理论

本文提出了大气重力波触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性并导致大尺度赤道扩展Ｆ的理论．重力波作为外部扰动派触发等离子体扰动，这种扰动在Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的作用下继续增长，经过４００ｓ扰动幅度就能增长到５０％，经过７００ｓ后幅度趋近１００％，即为完全的等离子体泡．由于Ｅ区的影响，赤道扩展Ｆ主要出现于晚上．本文的理论阐明了重力波与Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性相互作用的性质，揭示了大尺度赤道扩展Ｆ的产生机制．     

大气重力波产生大尺度赤道扩展F的理论

本文提出了大气重力波触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性并导致大尺度赤道扩展Ｆ的理论．重力波作为外部扰动派触发等离子体扰动,这种扰动在Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的作用下继续增长,经过４００ｓ扰动幅度就能增长到５０％,经过７００ｓ后幅度趋近１００％,即为完全的等离子体泡．由于Ｅ区的影响,赤道扩展Ｆ主要出现于晚上．本文的理论阐明了重力波与Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性相互作用的性质,揭示了大尺度赤道扩展Ｆ的产生机制．     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明，重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性，这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰，到达Ｆ区顶部，形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时，产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论，解释了大量电离层观测现象．     

大气重力波触发的Rayleigh－Taylor不稳定性的时空演变

对大气重力波触发的赤道电离层Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的时空演变进行了数值模拟．结果表明,重力波能在Ｆ区底部触发Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性,这种等离子体不稳定扰动穿过Ｆ峰,到达Ｆ区顶部,形成等离子体泡结构．等离子体泡出现向西倾斜和分岔等特征．当夜Ｆ区较高时,产生等离子体泡的时间仅１９００ｓ．数值模拟结果证实了重力波触发．Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性的理论,解释了大量电离层观测现象．     

中纬电离层大尺度扰动的数值模拟

利用计算机模拟研究了不同条件下中纬电离层F区大尺度扰动的时空演变.当存在幅度约为5％的初始扰动时,Perkins不稳定性能发展成为大尺度电离层不均匀体.大气重力波能触发Perkins不稳定性,在更短时间内增长成为大幅度电离层振荡.非均匀局部电场结构也能产生局部电离层的大幅度扰动.本义的模拟表明,中纬电离层大尺度扰动主要表现为磁通管内等离子体沿磁力线的振荡.模拟结果与观测现象符合得很好.     

中纬电离层大尺度扰动的数值模拟

利用计算机模拟研究了不同条件下中纬电离层F区大尺度扰动的时空演变.当存在幅度约为5％的初始扰动时,Perkins不稳定性能发展成为大尺度电离层不均匀体.大气重力波能触发Perkins不稳定性,在更短时间内增长成为大幅度电离层振荡.非均匀局部电场结构也能产生局部电离层的大幅度扰动.本义的模拟表明,中纬电离层大尺度扰动主要表现为磁通管内等离子体沿磁力线的振荡.模拟结果与观测现象符合得很好.     

利用中国GPS站网对地震波引发的大尺度电离层扰动的观测

地震瑞利波在沿地表传输时衰减很慢,其能量在远离震中的区域仍然能够激发大气和电离层扰动.本文利用中国境内的GPS接收机网络观测电离层总电子含量（total electron content,TEC）,分析了2011年日本地震后在中国区域上空产生的电离层扰动.研究发现,瑞利波的能量从地面经大气耦合传输到电离层高度,导致在中国区域上空电离层出现与瑞利波传播同步的TEC扰动.利用中东部的稠密接收机网络,还揭示了扰动的大尺度二维空间结构：瑞利波经过后产生的TEC扰动呈条带状,在中纬度地区沿西北-东南方向排列,而在低纬度大致为东西方向.条带的转向可能与地磁场作用下的中性-离子耦合过程有关,大气波动导致的等离子扰动倾向于沿磁力线方向（向南）传播,从而形成垂直磁力线方向（东西）的波前结构.这是首次在远离震中的区域使用GPS站网研究地震波耦合电离层扰动的大尺度二维空间结构.

     

地球磁尾中重联产生的磁流通管的运动

本文通过MHD理论研究了细磁流通管在二维静止平衡介质中的运动.用地球磁尾中的一维细丝来表示流通管,通过数值模拟可以得到细丝随时间变化的一些性质.重联产生的细丝磁场比周围磁场偶极性更强,运动时表现出了很强的地向流.结果还显示了阿尔芬波、慢激波等MHD波从磁层的赤道面传播到地球电离层上并部分地反射回来.细丝在电离层上的足点的赤道向运动滞后于赤道面上的地向运动.虽然在模拟中细丝的初始等离子体压强低于周围压强,但是当它开始迅速向地球方向运动时,它的等离子体压强很快上升到与周围压强相当,甚至有时候大于周围压强的值.     

Role of overshielding electric field on the development of pre-midnight plume event: Simulation results

An investigation involving nonlinear numerical simulation has been undertaken based on the observations of two events involving the reversal of nighttime zonal electric field to eastward direction over equatorial region due to the overshielding effect associated with interplanetary electric field. In one of the events, the ionospheric alterations brought forth by the prompt penetration event lead to the triggering of an equatorial spread F (ESF) event around 2040 IST and a plume structure during pre-midnight hours due to overshielding effect. In another observation, the ESF was found to be absent. The two-dimensional modeling investigation revealed that the storm-induced eastward electric field during nighttime over equatorial region is a necessary but not a sufficient condition for the development of the pre-midnight plume structure in the lower F-region altitude. The large scale size (240 km) perturbation amplitude of 5% is found to be insufficient for the development of late night plume event within 2000 s. A pre-seed in varying degrees in a localized altitude region depending upon the background ionospheric conditions, is found to be required for the development of the pre-midnight plume event. The confined ESF irregularities developed in the post-evening hours in a limited altitude range are suggested to provide such seed perturbation. The importance of the pre-seeded structure for the development of pre-midnight plume event is brought out from this investigation. The roles of the electron density scale length and the peak height of the F layer in deciding the required amplitudes of perturbation are also evaluated. This, in turn, can throw light on the night-to-night variability of storm-time ESF when a typical eastward perturbation electric field is operative during pre-midnight hours. The role of off-equatorial E region conductivity is also discussed.     

非单一电离层扰动场的台阵探测分析

真实的ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动是非平稳和色散的,而且是统计非单一的．本文首先给出了描述这种真实扰动场的数学模型,进而导出了联系台阵探测可测量与扰动场传播参量的观测方程,在此基础上提出了求解观测方程的时频分析方法．这一台阵探测数据分析的新方法,既能分离出非单一电离层扰动场中各种准单一扰动成分,又能获得准单一扰动成分传播参量随时间的演变和随频率的色散．分析实例表明,本文方法分辨率好,精度高,结果可靠,是适用于ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动台阵探测数据分析的有效方法．     

非单一电离层扰动场的台阵探测分析

真实的ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动是非平稳和色散的，而且是统计非单一的．本文首先给出了描述这种真实扰动场的数学模型，进而导出了联系台阵探测可测量与扰动场传播参量的观测方程，在此基础上提出了求解观测方程的时频分析方法．这一台阵探测数据分析的新方法，既能分离出非单一电离层扰动场中各种准单一扰动成分，又能获得准单一扰动成分传播参量随时间的演变和随频率的色散．分析实例表明，本文方法分辨率好，精度高，结果可靠，是适用于ＴＩＤ一类大尺度电离层扰动台阵探测数据分析的有效方法．     

用数字测高仪漂移测量研究电离层声重波扰动

数字测高仪Digisonde中的漂移测量,常用来研究小尺度电离层扰动,如电离层小不均匀体的漂移。文中提出一种新的分析方法,利用漂移测量数据中多普勒频移和到达角参量的最大熵动态功率谱,估算声重波一类大尺度电离层扰动的水平传播速度和传播方向。作为实例,研究了Millstone Hill测高仪站的漂移观测资料,并对处理结果进行了初步分析。分析结果表明,从数字测高仪漂移测量数据中,可有效地提取声重波一类大尺度电离层扰动的传播参量,在电离层动力过程的研究中很有意义。