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。     

电离层人工调制在水平分层电离层中所激发的ELF波辐射

通过大功率ELF/VLF调幅高频波能有效地扰动低电离层,形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,用来辐射ELF/VLF波,所辐射出的低频信号可以进入中性大气层形成地球-电离层波导.本文基于调制加热模型,采用全波有限元算法计算由人工调制电离层所形成的电偶极矩所辐射出的ELF波在水平分层电离层中的波场,计算结果将与地面观测结果进行比较.模拟结果表明,所辐射出的ELF波在电离层中形成一个窄的准直波束,海面所能接收到的ELF信号强度为pT量级,并且频率越低,海面所接收到的场强就越小,与HAARP实验数据一致.结果还表明,低纬电离层对低频信号的传播衰减较大,并且所能透射出电离层的角度小,因此高纬地区更适合地球-电离层波导的激发.     

Alfven波在低纬电离层中的传播研究

Alfven波在低纬地区电离层的传播有其特殊性,一方面,低纬地区同样存在Alfven速度梯度的巨大变化,导致电离层Alfven谐振器(Ionospheric Alfven resonator, IAR)的形成;另一方面,由于在低纬地区磁倾角很小,所以剪切Alfven波在传播的过程中纬度方向跨度很大,不同纬度电离层参数将共同对其产生影响;并且,由于电离层水平分层,故磁力线与电离层不正交.本文选取双流体力学模型,在忽略场向电场的条件下,利用非正交坐标系,结合IRI07模型与MSISE00模型模拟低纬地区Alfven波的传播,得到其反射及耦合特性.结果表明,低纬地区同样存在电离层Alfven谐振现象,由耦合产生的压缩模有向磁赤道方向传播的趋势,夜间电离层状态相对于白天更适合IAR的形成,谐振频率沿磁力线L值增大单调递增.     

电离层等离子体漂移的振荡

根据中纬Ｗａｋｋａｎａｉ站与低纬Ｏｋｉｎａｗａ站的垂测数据，得出电离层峰区垂直漂移的频谱结构．结果表明，漂移除具有周期在２４ｈ之内的潮汐分量外，低纬站还呈现出值得特别注意的２．１ｄ的周期振荡．作者认为，低纬垂直漂移的振荡行为，主要是电场的波动分量引起；这种波动电场包含潮汐振荡与行星波两日振荡的成分．峰值电子浓度的振荡最直接地是由中性大气温度控制；而峰高的波动起伏，则主要是电场振荡的结果．     

中国大陆地壳上地幔电性特征

根据大地电磁测深调查结果，编制了中国大陆３０，９０，１５０ｋｍ三个深度的电阻率图以及壳内低阻层和上地幔低阻层的顶面深度图。在９０ｋｍ深度的电阻率图上发现了一个自松辽盆地直到扬子地台西南缘的北东－南西向巨大低阻异常带．１５０ｋｍ深度的电阻率图上显示出在低阻的背景上镶嵌着一些高阻块体．中国大陆的壳内低阻层深度国基本上反映了地温场的特征，壳内低阻层上隆区基本上对应于高地温区．中国大陆的上地幔低阻层深度变化大．最浅处仅５０－６０ｋｍ，大多位于构造活动地区；最深处达２００ｋｍ以上，大部分对应于稳定地区．中国大陆的上地幔低阻层平均深度为１００－１２０ｋｍ，东部浅，西部深。     

从雷电脉冲谱推算出低电离层等效结构

从低电离层-地面波导中电波传播的波导模理论出发,分析了雷电产生的电磁脉冲（LEP）谱随距离变化与低电离层结构之间关系。利用LEP谱中干扰最小值时的频率与指数电离层模式参量的关系得出低电离层等效模拟参量。从我们观测出的LEP数据得出指数电离层等效参量是:在白天β=0.3km^-1,h_i=70km;在夜间β=0.5km^-1,h_i=88km。并指出使用这种方法可以观测出低电离层在时间上和地理位置上的变化。     

地球同步轨道附近哨声湍流对“种子电子”的加速

本文在等离子体准线性理论下研究了地球同步轨道附近哨声湍流对亚暴“种子电子”的波-电子共振相互作用. 当发生这种共振时，“种子电子”的动量分布函数经动量扩散而随时间演化，部分低能电子数减少了，而高能尾部分的相对论电子（能量大于1MeV）数增加了，说明“种子电子”得到了哨声湍流的有效加速，且哨声湍流的能量越高，其加速效率越高. 另外，哨声湍流的频率越低（或波数越小），共振电子的能量越高（或单位质量的动量越大）；频率范围越宽，共振电子的能量范围越宽，被加速的电子数也越多. 磁层哨声湍流加速“种子电子” 大约在30h内就可以造成相对论电子数显著增加，这正好和大多数磁暴期间观测到的相对论电子通量的增长时间相当.     

电离层人工调制激发的VLF波在磁层的传播特性及应用研究

电离层人工调制可以激发甚低频（VLF）波,其中向上传播进入磁层的VLF波,不但能够用来研究磁层中的各种物理现象,且具有人工沉降高能粒子,消除辐射带等实际用途.本文使用射线追踪方法,模拟电离层调制激发的VLF波在磁层的传播路径,分析激发纬度和调制频率对传播路径和传播特性的影响;并基于低频波的色散方程和波粒共振条件,分析VLF波传播路径上与磁层高能粒子的最低共振能及其分布.研究表明,VLF波通过在磁层来回反射向更高的L-shell传播,最终稳定在某一L-shell附近.以较低的调制频率或者从较高的纬度激发的VLF波能够传播到更高的L-shell,但是,当激发纬度过高时,低频波也可能不发生磁层反射而直接进入电离层和大气层.低频波在磁层的传播过程中,在较高的纬度或者较低的L-shell能够与较高能量的电子发生共振相互作用,在较高的L-shell并且低纬地区,能够与较低能量的电子发生共振相互作用.共振谐数越高,能发生波粒共振的电子能量越高.     

硬戈壁沙漠杂波研究

对新疆库尔勒地区硬戈壁沙漠地杂波进行了研究．得到了Ｃ波段低擦地角（０．１°－７°）下有色杂波值，其值范围为－６０－－２０ｄＢ；并进行了白化处理，得到相应此有色杂波的白色杂波值，其值为一常数－２５ｄＢ，其电压幅度为±０．８Ｖ，不随擦地角变化．     

极区电离层加热的数值模拟与实验对比

大功率无线电波能加热电离层等离子体,可以引起电离层电子温度和密度的扰动,实现电离层的人工变态.从电子的连续性方程、动量方程和能量方程出发,我们给出了地面人工大功率无线电波加热电离层的数值模型.通过对方程的数值求解,计算了极地电离层条件下,电子温度、电子密度的加热效应,讨论了泵波参数对加热效应的影响.研究结果表明,电子温度几乎在整个高度上表现为一致性的幅度增强,且在反射高度附近形成温度增强峰很平缓.电子密度在峰上高度附近形成密度谷,谷两侧存在密度增强.加热效应基本随加热功率的增大而增大,随加热频率的增大而减小.使用我国2008年1月在挪威进行的电离层加热实验的电离层参量作为仿真初值,对6个O波加热时刻进行了数值仿真,仿真结果与实验观测基本保持一致.     

电离密度分布对中低纬非导管哨声波传播的影响

本文在偶极子地磁模型和各种电离密度分布模型中,对中低纬非导管哨声波的传播特性进行了射线追踪研究。结果表明,地磁场位形及其引起的磁层等离子体的各向异性是决定哨声射线几何特征及速度结构的主要因素,而电离密度仅在一定程度上改变上述特征;电离层是形成哨声射线聚焦的主要原因;赤道异常和电离层显著地影响哨声波的到达纬度;哨声群时延和色散值主要决定于电离密度;中低纬非导管哨声近似符合Eckersley定律;电离层是决定波法线角能否满足透射条件的主要因素。     

赤道异常区内非导管哨声的射线跟踪

本文利用射线跟踪技术研究了电离层赤道异常区内地面哨声非导管传播的可能性。考察了负电离纬向梯度对非导管哨声传播的影响,并检验了哨声射线路径参数和群时延对频率的依赖关系。计算结果证明,夜间在赤道异常区内的电离层中,存在一些地面可检测哨声的非导管传播通道;沿位于通道内的射线路径传播的哨声波,透出电离层后,可同时激发电离层-地面波导的朝极和朝赤道方向传播;在磁纬10°附近,到达共轭电离层底部的射线有明显的“聚焦”效应。本文结果比较满意地解释了近年来在我国南部地区地面台网（磁纬19.4°N至5.5°N）同时观测到的一部分哨声的传播特征。     

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...     

Ionospheric response to the partial solar eclipse of March 29, 2006, according to the observations at Nizhni Novgorod and Murmansk

The results of observations of the solar eclipse ionospheric effects on March 29, 2006, are presented. The observations were conducted using the partial reflection method near Nizhni Novgorod and the vertical sounding method at the automatic ionospheric station near Murmansk. It has been obtained that the electron density at altitudes of 77 and 91 km decreases by a factor of more than 4; in this case the response of the ionosphere at an altitude of 91 km lags behind the eclipse maximum phase on the Earth by approximately 20 min. It has been established that the eclipse in the E and F1 regions of the polar ionosphere causes a change in the electron density by 15–20%. The delay time of this effect varies from 12 to 24 min depending on the altitude. It has been registered that the reflection virtual altitude at altitudes of the ionospheric F region increases in Murmansk and Nizhni Novgorod.     

Ionospheric effects of ground motion: The roles of magnetic field and nonlinearity

Transformation of infrasound to magnetic sound upon propagation from ground level up to the ionosphere is considered. It is shown that upon entering the ionospheric layers at altitudes of order 150–170 km, the wave dynamics changes sharply. Nonlinear effects, including shock formation, are also considered. The shocks are typically formed in a relatively narrow range of altitudes, or not formed at all. Generalization of the model to a case of oblique propagation is briefly considered, and the effects of atmospheric profile variation and of finite plasma conductivity are estimated. Along with providing qualitative insight, the model gives some realistic estimates for waves generated by earthquakes.     

Frequency band of mirroring and bands of increased transmissivity of ULF waves through the ionosphere

Summary Using methods of numerical modelling of the propagation of ULF waves through the ionosphere, the characteristics of the vertical flux of electromagnetic energy are analysed in the ULF range — at the outer boundary of the modelled ionosphere (altitude 1000 km) the reflexibility and penetrability of the energy, at the Earth's surface the transmissivity of the energy. The existence of two frequency bands is proved within the ULF range with different forms of ionospheric wave filtration: a) The band of extremely low frequencies, f<0.1–0.2 Hz (pc3–5 and Pc2 pulsation ranges) with a mirroring effect of the ionosphere-Earth system, but with small absorption; b) the band f>0.2 Hz (the Pc1 range) with increased absorption, but with resonance windows and wave emissions with a very well defined frequency structure.