电离层的直接探測研究

本文叙述了利用地球物理火箭和人造地球卫星研究电离层和无綫电波传播的各种实驗方法,对各方法之間的关系及其所能解决的問题作了說明,并綜述了在这方面已經得到的重要研究成果。最后扼要地指出了今后研究的主要趋向。     

极区冬季电离层加热实验研究（三）——低电离层分析

使用低电离层加热条件下,非麦克斯韦碰撞等离子体非相干散射的理论模型,我们对我国2008年1月进行的极区冬季电离层加热实验进行了分析.分析结果表明,本次实验在低电离层区域得到了显著的电子温度增强现象,最大增幅百分比达到了168.9%.基于上述理论模型,我们进一步反演了非麦克斯韦指数,并由其计算出了加热电场强度,这对电离层加热的精确数值仿真有着重要的意义.     

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现ne（E层）>e（F层）的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。     

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现n_e（E层）>_e（F层）的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。     

火星电离层电子浓度昼夜变化特性研究

本文利用MAVEN卫星Langmuir Probe and Waves（LPW）仪器的在轨电子浓度探测数据,研究了火星电离层电子浓度随太阳天顶角（Solar Zenith Angle,SZA）的变化以及昼夜电子浓度变化的异同.基于2014年至2017年期间MAVEN的电子浓度数据,我们发现：在200 km以下,白天电离层电子浓度主要受光化学平衡控制,由于白天光电离过程使得昼夜电子浓度差异较大,此时电离层昼夜传输能影响到的最大范围约在SZA=110°;而在200 km以上,白天电离层受输运过程控制,此时昼夜电子浓度差别较小,电离层昼夜间电子浓度变化较为缓慢.通过研究MAVEN在deep-dip（低高度深入探测）期间的电子浓度数据,我们发现火星磁场会显著影响夜间200 km以下的电子浓度分布结构,强磁场中闭合磁力线对电子沉降过程的阻碍作用使得在夜间该区域的电子浓度小于相邻区域.同时,通过比较deep-dip期间昼夜电子浓度随高度的变化,发现夜间电子沉降作用的影响可能主要集中在160 km以下.

     

关于电离层反射电波频率变化的问题

一般认为高频无线电波经电离层反射后产生的多普勒频移效应可分为两部分:其中一部分只与反射面的状态有关,这部分称为微分效应;另外一部分与电波所经过的路径上介质的状态有关,这部分称为积分效应。本文分析高频无线电波在电离层中的反射过程,认为不存在微分效应,只存在积分效应,并用这结论分析了实验现象,讨论了用多普勒测量法研究电离层行进式扰动时存在的问题。     

南京地区低电离层加热效应的初步模拟

从电子能量方程和连续性方程出发,利用国际参考电离层(IRI-2007)和中性大气模型(NRLMSISE-00)得出背景参数,数值计算了大功率无线电波加热南京地区低电离层的电子温度和电子密度扰动幅度,并对比了不同加热条件下的电离层扰动效应.结果表明,大功率无线电波入射到电离层后,与等离子体相互作用,能够有效造成电子温度的升高而产生电子温度扰动;由于电子温度升高,等离子体碰撞频率增加且电子的复合系数减小,导致电子密度扰动;电子温度和电子密度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动逐渐趋于饱和;电子温度扰动的弛豫时间尺度为微秒量级,电子密度扰动的弛豫时间尺度为毫秒量级;在欠密加热条件下,X波模比O波模更容易吸收.     

我国极区冬季电离层加热实验研究

通过对非相干散射雷达观测数据的处理分析,研究了2008年1月我国在挪威Troms进行的冬季电离层加热实验效应.研究结果表明,电离层临界频率大于泵波频率的O波加热事件扰动效应明显,电子温度存在60%~120%的增强,扰动范围从150 km一直延伸到400 km,电子密度扰动不显著,最大可以观察到12%的密度衰减.受加热影响,离子声波频率有1~2 kHz的增加,离子线谱峰谷比增加,有时伴随有高阶谐振线出现.离子线和等离子线功率存在过冲现象,等离子线的功率剖面存在单峰、双峰和三峰结构,等离子线的功率增强幅度随频率负指数衰减.     

九江地震前DEMETER卫星观测到的电离层异常

通过对法国DEMETER卫星观测的电磁场、电子和离子浓度及温度数据的分析,表明2005年11月26日江西九江Ms5.7地震前存在空间电离层异常现象,其中2005年11月17日、18日和21日在单个半轨道上存在较明显的异常变化,异常同步出现在电磁场和等离子体部分参量上,2005年11月22日、23日在20°～30°N范围内出现大面积的升温现象.此外,除震中区上空附近有异常变化外,在南纬的震中磁共轭区也观测到相应的扰动.     

关于电离层反射电波频率变化的问题

一般认为高频无线电波经电离层反射后产生的多普勒频移效应可分为两部分:其中一部分只与反射面的状态有关,这部分称为微分效应;另外一部分与电波所经过的路径上介质的状态有关,这部分称为积分效应。本文分析高频无线电波在电离层中的反射过程,认为不存在微分效应,只存在积分效应,并用这结论分析了实验现象,讨论了用多普勒测量法研究电离层行进式扰动时存在的问题。     

THE APPLICATION OF LINEAR FILTER THEORY TO THE DIRECT INTERPRETATION OF GEOELECTRICAL RESISTIVITY SOUNDING MEASUREMENTS*

Koefoed has given practical procedures of obtaining the layer parameters directly from the apparent resistivity sounding measurements by using the raised kernel function H(λ) as the intermediate step. However, it is felt that the first step of his method—namely the derivation of the H curve from the apparent resistivity curve—is relatively lengthy. In this paper a method is proposed of determining the resistivity transform T(λ), a function directly related to H(λ), from the resistivity field curve. It is shown that the apparent resistivity and the resistivity transform functions are linearily related to each other such that the principle of linear electric filter theory could be applied to obtain the latter from the former. Separate sets of filter coefficients have been worked out for the Schlumberger and the Wenner form of field procedures. The practical process of deriving the T curve simply amounts to running a weighted average of the sampled apparent resistivity field data with the pre-determined coefficients. The whole process could be graphically performed within an quarter of an hour with an accuracy of about 2%.     

福建东部地区大地电磁测深研究

1986年至1987年我们在福建东部做了深部大地电磁测深,取得以下主要结果: 1.福州、漳州两地区存在上地幔软流层的隆起（底辟）,岩石层变薄,并有次级底辟发育于20-30km深度,说明地幔热活动强烈,两地热田有深部热背景. 2.惠安至龙海一线大致呈北60°东为一低阻断面,该断面的地下电性结构和洋壳地电结构相似,推测该断面是向上仰冲的古洋壳与陆缘的缝合线. 3.永春、同安地区壳内高导层埋深明显比其它地区浅,是有希望的地热远景区,需进一步做工作.     

中纬度电离层电子总量冬夜增长研究

本文研究太阳活动低年期间英国South Uist、Hawick和Aberystwyth三台站电离层电子总量的冬夜行为特性。法拉第旋转记录分析表明,中纬度电离层电子总量冬夜增长幅度和出现率同季节和台站纬度有关。文中详细考察了冬夜增长的发生时刻和持续时间的分布状况,电子总量冬夜极大值位置,冬夜电子总量W型特征面貌,冬夜增长的运动速度与方向等,发现电离层电子总量冬夜值和冬夜增长同地磁活动指数之间存在着负相关关系。对冬夜增长的机制,本文提出一种磁共轭电离迁移与等离子层电离库原理。指出在冬夏至期间,由于南北半球的太阳天顶角、日照时间、大气温度和电离密度的显著差别,在全球范围内依次于各地傍晚时分,发生一种从夏半球中纬度电离层沿高空磁力线并经等离子层电离库的调节,而朝向冬半球中纬度电离层共轭区的电离迁移和电离层贸易风,以此来解释电离层电子总量的夜间行为。     

中纬度电离层电子总量冬夜增长研究

本文研究太阳活动低年期间英国South Uist、Hawick和Aberystwyth三台站电离层电子总量的冬夜行为特性。法拉第旋转记录分析表明,中纬度电离层电子总量冬夜增长幅度和出现率同季节和台站纬度有关。文中详细考察了冬夜增长的发生时刻和持续时间的分布状况,电子总量冬夜极大值位置,冬夜电子总量W型特征面貌,冬夜增长的运动速度与方向等,发现电离层电子总量冬夜值和冬夜增长同地磁活动指数之间存在着负相关关系。对冬夜增长的机制,本文提出一种磁共轭电离迁移与等离子层电离库原理。指出在冬夏至期间,由于南北半球的太阳天顶角、日照时间、大气温度和电离密度的显著差别,在全球范围内依次于各地傍晚时分,发生一种从夏半球中纬度电离层沿高空磁力线并经等离子层电离库的调节,而朝向冬半球中纬度电离层共轭区的电离迁移和电离层贸易风,以此来解释电离层电子总量的夜间行为。     

福建东部地区大地电磁测深研究

1986年至1987年我们在福建东部做了深部大地电磁测深,取得以下主要结果: 1.福州、漳州两地区存在上地幔软流层的隆起（底辟）,岩石层变薄,并有次级底辟发育于20—30km深度,说明地幔热活动强烈,两地热田有深部热背景. 2.惠安至龙海一线大致呈北60°东为一低阻断面,该断面的地下电性结构和洋壳地电结构相似,推测该断面是向上仰冲的古洋壳与陆缘的缝合线. 3.永春、同安地区壳内高导层埋深明显比其它地区浅,是有希望的地热远景区,需进一步做工作.     

A STUDY ON THE DIRECT INTERPRETATION OF DIPOLE SOUNDING RESISTIVITY MEASUREMENTS OVER LAYERED EARTH *

Dipole sounding resistivity measurements over layered earth can be interpreted directly by adapting the procedure given by Koefoed (1968) for Schlumberger system. To carry out the first step of the interpretation leading to the determination of the raised kernel function, partial resistivity functions for the dipole method are derived and given in the form of standard curves. The second step involving the derivation of layering parameters from the kernel being independent of the electrode configurations remains unaltered. The applicability and limitations of the method are discussed.     

A STUDY ON THE DIRECT INTERPRETATION OF RESISTIVITY SOUNDING DATA MEASURED BY WENNER ELECTRODE CONFIGURATION*

This paper describes certain procedures for deriving from the apparent resistivity data as measured by the Wenner electrode configuration two functions, known as the kernel and the associated kernel respectively, both of which are functions dependent on the layer resistivities and thicknesses. It is shown that the solution of the integral equation for the Wenner electrode configuration leads directly to the associated kernel, from which an integral expression expressing the kernel explicitly in terms of the apparent resistivity function can be derived. The kernel is related to the associated kernel by a simple functional equation where K₁(λ) is the kernel and B₁(λ) the associated kernel. Composite numerical quadrature formulas and also integration formulas based on partial approximation of the integrand by a parabolic arc within a small interval are developed for the calculation of the kernel and the associated kernel from apparent resistivity data. Both techniques of integration require knowledge of the values of the apparent resistivity function at points lying between the input data points. It is shown that such unknown values of the apparent resistivity function can satisfactorily be obtained by interpolation using the least-squares method. The least-squares method involves the approximation of the observed set of apparent resistivity data by orthogonal polynomials generated by Forsythe's method (Forsythe 1956). Values of the kernel and of the associated kernel obtained by numerical integration compare favourably with the corresponding theoretical values of these functions.     

电离层赤道异常对返回散射电离图的影响

本文给出了太阳黑子高年冬季跨电离层赤道异常区传播试验的高频返回散射电离图.经过分类研究,指出了有一类双回波区组合型P ′（f）返回散射电离图是一种新的形态.通过射线追踪合成技术分析,表明了这类型实验返回散射电离图是沿探测路径存在双峰电子浓度分布的反映,时序电离图的变化特征显示了赤道异常区的电子浓度变化规律,因而证明了高频返回散射技术在研究赤道异常区电离层峰运动的可能性及其潜力.     

电离层赤道异常对返回散射电离图的影响

本文给出了太阳黑子高年冬季跨电离层赤道异常区传播试验的高频返回散射电离图.经过分类研究,指出了有一类双回波区组合型P ′（f）返回散射电离图是一种新的形态.通过射线追踪合成技术分析,表明了这类型实验返回散射电离图是沿探测路径存在双峰电子浓度分布的反映,时序电离图的变化特征显示了赤道异常区的电子浓度变化规律,因而证明了高频返回散射技术在研究赤道异常区电离层峰运动的可能性及其潜力.