分层电离层模型中的L电流体系

本文分析了电离层风发电机理论中影响电流分布的几种主要因素,认为电离层电导率模型是最主要的影响因素。在计算太阴日变化（L）电流体系时,本文放弃了过去习惯采用的无限薄球壳的电导率模型,使用了分层电导率模型。考虑电导率随高度的变化以及电导率极大值的高度随纬度的变化,得到了与观测结果较为符合的理论L电流体系。本文的结果还指出,在处理某些全球性发电机理论问题时,不能简单地假定电离层为距地面等高度的无限薄球壳,而必须同时考虑大气潮汐振荡的特性及电导率随高度的变化。由此得出结论:发展三维电导率模型对于电离层风发电机理论是必要的。     

磁扰日的L电流体系

用电离层风发电机理论,对不同的电导率模型分别计算了磁静日和磁扰日期间不同月相的理论L电流体系。磁静日的L电流主要分布在纬度0°—60°之间的白天一侧,与平均太阴月的L电流相比,白天一侧的电流强度增大了1.2—1.7倍,而夜间减小到十分之一。磁扰日的L电流体系在高纬度区形成特征的电流分布（Lp）。磁扰日期间,极光带电导率的增大不仅影响极光带和高纬度地区的电流分布,而且使中低纬度的L电流增强了20—30％,使赤道电急流增强约20％,并使中低纬电流涡的焦点向高纬移动了4°左右。     

磁扰日的L电流体系

用电离层风发电机理论,对不同的电导率模型分别计算了磁静日和磁扰日期间不同月相的理论L电流体系。磁静日的L电流主要分布在纬度0°-60°之间的白天一侧,与平均太阴月的L电流相比,白天一侧的电流强度增大了1.2-1.7倍,而夜间减小到十分之一。磁扰日的L电流体系在高纬度区形成特征的电流分布（L^p）。磁扰日期间,极光带电导率的增大不仅影响极光带和高纬度地区的电流分布,而且使中低纬度的L电流增强了20-30％,使赤道电急流增强约20％,并使中低纬电流涡的焦点向高纬移动了4°左右。     

极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法,在行星际磁场具有较小的北向分量,且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时,对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况,分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明,极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变,当Ｂｙ＞０时,无论是磁扰还是磁静日,极隙区电场具有显著的北向分量;等离子体对流有较大的西向分量;电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时,电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反;电离层电流在磁抗日有西向分量,但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显,磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移,与静日相比,磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显,但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

极隙区场向电流对高纬电离层电场和电流体系的影响

用Ｋａｍｉｄｅ－Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ方法，在行星际磁场具有较小的北向分量，且｜Ｂｙ｜＞＞｜Ｂｋ｜时，对磁语和磁扰状态以及Ｂｒ＞０和Ｂｙ＜０等不同情况，分别计算了场向电流引起的电离层电势、电场和电流体系．结果表明，极隙区场向电流的存在使高纬向日面区域的电势发生畸变，当Ｂｙ＞０时，无论是磁扰还是磁静日，极隙区电场具有显著的北向分量；等离子体对流有较大的西向分量；电离层电流为东向电流．当Ｂｙ＜０时，电场和等离子体对流的方向与Ｂｙ＞０时相反；电离层电流在磁抗日有西向分量，但在磁静日没有西向分量．电导率对电场和电流体系的影响十分明显，磁扰极光带电导率增强使电流涡从背阳面向向阳而漂移，与静日相比，磁扰时极隙区场向电流引起的电场畸变更为明显，但电场和电流强度的大小却基本保持不变．     

中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性

本文在Hibberd方法的基础上提出了一种分离变化磁场几种主要成分的方法,使用这种方法可以定量地给出每天Sq型变化、Dst变化和其他不规则变化。用东亚地磁台链资料进行了检验,结果表明:中低纬度电离层Sq型电流体系的空间结构相当稳定,即使在磁暴期间,该电流体系的结构也无十分明显的变化;磁扰期间复杂的地磁变化主要来自磁层环电流、场向电流和高纬度电离层电流:Sq逐日变化主要表现在幅度上,这反映了电离层发电机电流体系具有较稳定的空间结构和逐日变化的强度。     

中低纬度电离层大尺度电流体系空间结构的稳定性

本文在Hibberd方法的基础上提出了一种分离变化磁场几种主要成分的方法,使用这种方法可以定量地给出每天S_q型变化、D_st变化和其他不规则变化。用东亚地磁台链资料进行了检验,结果表明:中低纬度电离层S_q型电流体系的空间结构相当稳定,即使在磁暴期间,该电流体系的结构也无十分明显的变化;磁扰期间复杂的地磁变化主要来自磁层环电流、场向电流和高纬度电离层电流:S_q逐日变化主要表现在幅度上,这反映了电离层发电机电流体系具有较稳定的空间结构和逐日变化的强度。     

二维电离层发电机理论模式及其初步应用

在地理坐标系下推导出二维电离层发电机理论方程,采用逐线迭代法求解得到全球二维电离层发电机电流函数,进而得到电离层发电机电流和电场.模式中使用的电导率是根据外部经验模式给出的背景大气和电离层参数,采用理论公式计算得出;输入的中性风场和磁场分别由HWM93和IGRF2000模型给出,该电离层发电机理论模式很好地给出了全球Sq电流形态及电离层E层发电机电场的基本特征.利用该模式研究了外部模式风场以及地磁场随高度的变化对模拟结果的影响,发现在90~180 km高度上,风场随高度变化对电流影响较大,而地磁场影响较小;重点模拟研究了地磁平静时期,Sq电流涡旋中心位置和总电流强度的变化规律,初步研究发现,电流中心位置在地理纬度±30°附近,不同的地方时电流随地磁纬度线平行移动,且南北半球两个电流涡中心电流强度之和变化不大.分析发现这种规律与发电机高度上的磁场总强度及地磁倾角的全球分布有很好的相关性.     

磁层亚暴期间高纬地区三维电流体系

确定亚暴期间高纬地区的三维电流体系是磁层和电离层物理的基本问题之一,本文简述了近年来发展的根据地面地磁活动的记录及演三维电流体系的两种较新的方法:KRM（Kamide-Richmond-Matsushita）方法和K（Kisabeth）方法.在KRM方法和许多其它类似的计算中,都假定磁力线是垂直于电离层沿地球径向的直线.本文介绍了一种递推方法,可计算场向电流沿弯曲的偶极子场线流动的情况。同时,还介绍了高纬三维电流体系对亚暴期间中低纬度地磁扰动的贡献。最后介绍了在计算电流体系时所需的电离层电导率模式。     

电离层S_q发电机理论的研究和数值模拟

本文回顾了近百年来（１８８９－１９９０）电离层发电机理论中Ｓｑ电流体系的研究进展，分别阐述了Ｓｑ电流体系的研究意义、获得Ｓｑ等效电流体系的正演和反演方法、给出了主要代表学者的研究成果及方法，并对Ｓｑ发电机理论存在的问题和需要进一步研究的课题进行了讨论，可以看出Ｓｑ等效电流体系研究虽然取得了很大进展，二维理论也在日渐完善，但三维发电机研究无论在理论上和计算方法上都还有改进的余地，如何最大程度上合理地解释Ｓｑ的变化规律，并与磁层物理和大气动力学联合起来综合考虑是今后三维理论工作所必须解决的问题。     

极区地磁亚暴等效电流体系的本征模分析

亚暴是空间天气预报非常关注的磁层事件一般来说, 每一次亚暴事件都包含“直接驱动过程”和“卸载过程”两物理机制的贡献, 它们分别对应磁层大尺度对流过程和亚暴电流楔形成过程为了定量地分离这两种过程所对应的电流体系, 本文使用自然正交分量法对每一时刻的极区电流体系进行本征模分析, 试图得到两种过程所对应的特征电流图案及其随时间的变化分析结果表明, 第一本征模的电流图案呈双涡结构, 对应于“直接驱动过程”, 第二本征模的电流图案反映了极光带西向电集流的基本特征, 对应于“卸载过程”前者无论在平静期间, 还是亚暴期间始终存在, 其强度从亚暴增长相开始增加, 膨胀相期间快速增长, 恢复相期间逐渐减小; 后者在平静期间几乎为零, 亚暴增长相期间变化不大, 直到膨胀相开始才迅速增长, 恢复相期间逐渐减小根据上述分解, 可以对目前普遍用来描述亚暴强度的ＡＥ指数进行修正, 得到分别反映对流过程和电流楔形成过程的相应指数     

K-H不稳定性在多电流片系统磁场重联中的效应

等离子体系统中存在两个或多个电流片时,电流片中发生的不稳定性可能会相互作用．行星际磁场北向时,背阳面碰层顶电流片与磁尾等离子体片之间可能发生相互作用,高纬边界层强烈的流场剪切可能促进磁场重联,产生磁层亚暴．本文运用二维可压缩磁流体模拟研究具有强流场剪切的多个电流片系统中磁场重联的演化．结果表明,Kelvin－Helmholtz不稳定性使多电流片系统的磁场重联过程明显加快;相邻电流片之间的距离越近,两者相互作用越强,重联增长率越大;在三电流片系统中,超Alfven速度强流场导致外侧两个电流片中出现强烈的磁场重联,并引发中心电流片的磁场重联．行星际磁场北向时,也可能发生磁层亚暴．     

K-H不稳定性在多电流片系统磁场重联中的效应

等离子体系统中存在两个或多个电流片时，电流片中发生的不稳定性可能会相互作用．行星际磁场北向时，背阳面碰层顶电流片与磁尾等离子体片之间可能发生相互作用，高纬边界层强烈的流场剪切可能促进磁场重联，产生磁层亚暴．本文运用二维可压缩磁流体模拟研究具有强流场剪切的多个电流片系统中磁场重联的演化．结果表明，Kelvin－Helmholtz不稳定性使多电流片系统的磁场重联过程明显加快；相邻电流片之间的距离越近，两者相互作用越强，重联增长率越大；在三电流片系统中，超Alfven速度强流场导致外侧两个电流片中出现强烈的磁场重联，并引发中心电流片的磁场重联．行星际磁场北向时，也可能发生磁层亚暴．     

利用人工神经网络建立我国南海地区电离层模式

为了解决我国南海地区短波无线电通信信道的选择问题,本文建立了该区域一种新的电离层模式．模式中使用了人工神经网络技术,神经网络选用了５个预报变量,并用南海地区的６个电离层站的观测资料训练网络．结果表明：这个模式能够反映我国低纬电离层随太阳活动水平、经纬度和时间的变化,它适用于我国南海和东南海地区高频通信的频率预报．     

地电阻率观测系统稳流电源技术的发展

详尽地分析了地电阻率观测系统的供电电源的发展过程。对几种电源的技术指标和性能作出了评价。在对几种电源的若干技术问题进行了分析和讨论后，指出对地电阻率观测系统的稳流电源的设计应用高频开关电源技术。介绍了作设计的主电路图。     

用理论模式研究电离层F1－ledge的变化

利用一个时变电离层理论模式，研究武昌地区（３０．５°Ｎ，１１４．４°Ｅ）电离层Ｆ_１－ｌｅｄｓｅ现象．表明利用当前关于中性气体和太阳辐射的经验模式，观测到的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ出现与演化的基本规律将可基于现有电离层理论加以再现．指出较明显的Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ结构同较低的中性原子－分子含量比有直接关系，并同原子－分子成份的过渡高度、背景温度及其垂直分布形态有一定联系．同Ｆ_１－ｌｅｄｇｅ形态相关联的Ｆ_１－Ｆ_２谷，其出现主要是由于亚稳态氧离子参与光化过程，以及电离气体参与具有一定垂直变化的输运过程．     

用理论模式研究电离层F1－ledge的变化

利用一个时变电离层理论模式,研究武昌地区（３０．５°Ｎ,１１４．４°Ｅ）电离层Ｆ１－ｌｅｄｓｅ现象．表明利用当前关于中性气体和太阳辐射的经验模式,观测到的Ｆ１－ｌｅｄｇｅ出现与演化的基本规律将可基于现有电离层理论加以再现．指出较明显的Ｆ１－ｌｅｄｇｅ结构同较低的中性原子－分子含量比有直接关系,并同原子－分子成份的过渡高度、背景温度及其垂直分布形态有一定联系．同Ｆ１－ｌｅｄｇｅ形态相关联的Ｆ１－Ｆ２谷,其出现主要是由于亚稳态氧离子参与光化过程,以及电离气体参与具有一定垂直变化的输运过程．