极区夏季中层顶尘埃分层的锐边界结构研究

火箭探空实验观测结果显示,极区夏季中层顶尘埃等离子体分层中存在着稳定的锐边界结构。本文采用了流体力学方程组和尘埃粒子自洽电荷变化模型,从尘埃等离子体电动力学的角度出发,利用数值模拟研究了尘埃分层结构中尖锐边界形成的物理过程。物理分析和数值模拟结果表明,中层顶区域存在的带电冰晶粒子在等离子体及电磁力等相互作用下,很容易形成一种在时间和空间上存在长时间,稳定的局域结构,这个结构可以用来解释我们观测到的一些实验现象。     

浅谈极区空间物理学的科学革命

极区空间物理学重要的研究方向之一是剖析南北两极的热层、电离层和磁层的耦合问题。本文简明扼要地描述了极区空间物理学的一场革命——即理论框架的革新。这场科学革命是用磁流体力学理论取代电机工程理论,目前进行得比较缓慢,但将在今后的30～50年彻底改变人们对于热层-电离层-磁层的认知。     

常用极区海图投影直接变换的闭合公式

针对新形势下北极航行对海图保障的迫切需求,研究了常用极区海图投影的直接变换问题。视地球为球体,引入余纬度,给出了极球面投影、横墨卡托投影和日晷投影等常用极区海图投影的正反解公式,在此基础上,系统地推导出了三种投影中任意两种投影间的直接变换公式。该公式为形式简单的闭合公式,可供极区海图投影变换和航海导航参数计算使用。     

等距圆量距法在海图上的扩展应用研究

为了解决双重极球面投影极区航海图上准确便捷量距的问题,根据等角纬度和大地纬度的关系,从理论和数值方面分析了将等距圆量距法推广应用到双重极球面投影海图的可行性、误差水平并给出了修正公式,以满足双重极球面投影航海图的极区导航应用需要。并研究了将等距圆量距法扩展到基于大地纬度应用的可行性,以满足双重极球面投影极区航海图上便捷准确的量距需要。误差分析表明,双重极球面投影海图上,基于大地纬度的等距圆量距法可行,量距误差可按相应公式修正。     

北极区低电离层加热效应的数值模拟研究

从等离子体能量守恒方程和连续性方程出发,以国际参考电离层(IR I2000)和大气模型(MSIS)为背景,通过数值方法模拟研究大功率无线电波对北极低电离层的电子密度和电子温度的扰动效应。结果表明,在外加强电磁场作用下,电离层等离子体中的带电粒子(主要是电子)动力学温度得以升高而产生等离子体温度扰动;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,诱发电子密度扰动;电子密度和电子温度的扰动幅度随着加热时间的推移而减小,即扰动趋于饱和;电子密度扰动的弛豫时间较电子温度扰动的弛豫时间大;在泵波频率大于电离层临界频率的条件下,泵波频率越高,其激发的电子温度和电子密度扰动效应也就越弱。     

PMSE人工电子加热和过冲实验的初步研究

极区中层夏季回波(PMSE)是发生在极区中层顶附近的一种异常强大的雷达回波,它具有明显的分层现象,加热有时能引起过冲现象.电波环境特性及模化技术国家重点实验室从2006年开始开展PMSE加热实验,通过三年的PMSE观测及加热实验,观察到PMSE回波强度具有明显的分层现象,并且层数之间变化迅速.另外本文也得到PMSE加热特征曲线OCC(Overshoot Characteristic Curves)图,回波功率随高度变化的剖面图、回波强度随时间的变化图,存在明显的过冲现象.本文开展的PMSE加热实验研究,为将来我国独立开展PMSE研究打下了一定的基础.     

南北极冬季F2层电离层特性对比研究

利用南极中山站和北极Tromso站1996、1997、1998及2002年的测高仪观测数据,对中山站(6月份)和Tromso站(12月份)上空冬季foF2的日变化特性进行了对比研究,结合数值模拟结果,分析了中山站和Tromso站F2层电离层的极区特征,进一步揭示了极区电离层特征的形成机理。结果表明,中山站和Tromso站虽然地理纬度接近,foF2日变化形成机理不完全相同。由于地磁纬度的差异,极区对流与日侧光致电离的相互作用造成了两站日侧电离层的不同变化形态,中山站foF2日变化主峰出现在磁地方时中午附近,而Tromso站foF2日变化主峰出现在地方时正午附近;两站日侧foF2受太阳辐射流量影响较大,极光沉降粒子电离在太阳活动低年对中山站foF2日变化形态影响显著。     

南极中山站极区空间环境观测系统

中国南极中山站位于极隙区纬度,可以观测到丰富的日地能量传输过程的电离层征兆和极光现象,非常适合开展极区空间环境观测研究。自1989年开始建设以来,中山站极区空间环境观测系统经历了观测设备的不断完善和发展,现已建立了涵盖地面极光、电离层和地磁观测多要素、多手段的自主观测体系,实现了极区空间环境的连续监测并建立了数据库。所有观测设备的运行状态可实时监控,地磁、宇宙噪声吸收等数据实现了准实时远程传输。最后展望中国极区空间环境观测研究的发展前景。     

极区极夜期间E层占优电离层的分布特征

E层占优电离层是指E层的峰值电子密度大于F层的峰值电子密度（N_mE>N_mF）时的电离层,记为ELDI（E-Layer Dominated Ionosphere）。针对ELDI,利用2007-2010年的COSMIC (Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate satellite)掩星数据,在修正地磁纬度-磁地方时标系下统计分析了它在南北极区极夜期间（南北半球的冬至日前后30天）的分布特征,结果表明极夜期间电离层ELDI特征明显,其分布与极光椭圆位形基本一致,而且其在夜侧的发生率较高,特别是磁子夜之后,北极为70%左右,而南极为90%左右;另外南极的ELDI特征在磁纬度分布上要略宽于北极的分布范围。在ELDI高发区,电离层峰值电子密度要高于其两侧地区,特别是在夜侧,尤其是磁子夜前的峰值电子密度要接近甚至大于磁正午的峰值电子密度,在南极地区格外明显;而且ELDI高发区内的E层的电子含量（TECE）、电离层总电子含量（TECI）及TECE占TECI的比重（TECEI）都高于其两侧地区,北极TECE和TECI大于南极,而TECEI则是南极大于北极。这些现象主要是由于极夜期间极区高能粒子沉降引起底部电离层电离率增大所致;同时,由于地磁轴偏离地理轴的程度在南极要大于北极,使得极夜期间南极地区的电离层的电子密度,特别是在F层要相应地小于北极地区,从而导致了极夜期间南北半球极区电离层ELDI特征之间差异。