中低纬电离层电场理论模式

介绍了一个电离层电场理论模式. 该模式从电离层发电机理论的基本方程出发, 采用地磁偶极坐标系, 推导出电离层电势满足的微分方程作为电场理论模式的出发方程. 模式的主要输入参量为电离层背景中性风(由经验模式HWM93给出)和电导率(由经验模式IRI90, MSISE90分别给出的电子和离子的浓度、温度以及中性大气的浓度、温度计算得出). 采用松弛迭代法求解电势的偏微分方程得出电势, 进而获得中低纬电离层电场、电流随时间、高度和地磁纬度的分布. 模式很好地再现了电离层电势、电场和赤道电急流的基本结构和形态, 可应用于对高层大气和电离层的电动力学过程的研究.     

2000年7月15~16日磁暴期间高纬地磁场的响应

根据IMAGE台链的地磁资料, 对2000年7月15~16日磁暴期间高纬电离层等效电流和极光带电集流进行了分析. 结果表明在磁暴期间, 高纬地区出现大尺度等效电流的涡旋结构, 午后一侧的电流涡可能对应行星际磁场北向时NBZ场向电流、Ⅰ区和Ⅱ区场向电流共同作用形成的4涡等离子体对流的图像. 当行星际磁场转南后, 电离层恢复双涡对流, 因此在清晨一侧仅可观测到单涡的等效电流体系. Harang不连续带出现在IMAGE台链磁当地时子夜之前, 从高纬到低纬该不连续带内电流流向的结构为西向-东向-西向. 磁暴初相期间, 东向电集流的中心所处纬度往低纬迁移, 在修正地磁坐标系(CGM)中, 其最低到达58~59°纬度. 主相开始后西向电集流迅速增强, 其电流中心到达、甚至超过观测台链的最南端(56.45°).     

2000年7月磁暴期间120°E附近低纬电离层响应

2000年7月15～16日发生了一次特大地磁暴, 其Dst最小值达到-300 nT. 利用东亚中坜、武汉、Kokubunji和Anyang等电离层台站的数字测高仪数据, 分析了此次磁暴期间120°E附近地磁低纬地区的电离层响应. 总体来看, 2000年7月16日f_oF₂为负相暴, 并出现了G现象; 2000年7月17日起为正相暴特征, 且持续时间很长. 赤道异常2000年7月16日很弱, 但7月17日却非常强, 且持续到子夜后. 低纬电离层出现了夜间增强现象. 7月磁暴低纬电离层另一特征是在武汉和Kokubunji两地区间暴变分量日变化存在一个分界, 分界南北的日变化等明显不同. 分析认为, 7月16日负相暴和G现象很可能由磁暴引起中性成分的改变, 特别是[O₂]/[O]和[N₂]/[O]增加导致. 热层暴时环流及由此引起的中性成分改变可解释7月16日赤道异常很弱. 7月17日的正相暴和非常强的赤道异常, 标示着存在很强的喷泉效应, 但此期间中坜等峰高相对暴前变化不大, 可见非常强的赤道异常不是由暴变东西向电场引起. 持续正相暴和f_oF₂夜间增强表明与暴相关的动力学、电动力学过程在起作用.     

中纬度电离层暴负相期间F2层临界频率(f0F2)变化的模式

本文提出了一个负相电离层暴的模式。假设磁暴主相期间在极光椭圆区上空出现了含有较多分子成份的气体。这些富含分子成份的气体被热层风携带到中纬,同时向外扩散。当气体到达电离层台站上空时,F₂层中电子损失系数β增大,因而电子密度下降。文中对满州里站、Freiburg站和Maynard站分别计算了磁暴主相后f₀F₂的变化。计算结果能够解释磁纬中纬电离层暴负相f₀F₂变化的一般统计特性,并与实测的典型事例以及平均形态符合较好。     

电离层层析成像及数值模拟

利用正则化反演法,对电离层层析成像技术进行了数值模拟.模拟结果表明,正则化反演法能够准确反演出电离层赤道异常的电子密度分布.对正则化反演误差的原因进行了分析,定义了代表重建结果精度的参数并研究其随信号数量的变化,结果显示造成反演误差的主要原因是信息量不足,在提供充足的数据条件下,正则化反演法能够得到很高精度的重建结果.数值模拟实验进一步证明了电离层层析技术在反演电离层电子密度分布中有很大的应用价值.     

日球子午面内背景太阳风流场和磁场的相互作用

本文应用非守恒型控制方程和简单适用的 MacCormack Ⅱ型差分格式,模拟日球子午面内大阳风流动同磁场作用演化趋于定态以及日球中性片的形成过程.文中验证了有关的日冕基本流场与磁场相互作用机制的理论,并提供了日球子午面中背景大阳风的动力学和磁场参量的可能分布。     

网络RTK电离层误差研究现状分析

近年来,网络RTK电离层延迟改正成为高精度实时定位中最感兴趣的研究课题之一,对基准站电离层延迟改正和改正数内插算法两个方面的主要研究内容、研究方法和研究进展进行了讨论,并探讨了目前存在的问题及探索性解决方法.     

大气潮汐运动对大气电性能的影响

本文详细考察了大气潮汐振荡所产生的大气电学扰动。从而说明了中性大气状况对大气电性能的耦合影响。结果表明,大气潮汐振荡产生的大气密度波动所导致的大气电离率的波动,在35kin以下不到1％,而40km以上则有4％左右的相对起伏,大气潮汐能导致大气导电率幅度比电离率起伏更小的相对起伏,只有45km以上的相对改变量才超过1％,且其符号与电离率相反,潮汐发电机区所产生的电离层电位的周日变化能够造成中、低层大气晴天垂直电场有百分之几的相对变化,大气潮汐振荡所引起的导电率和电场的波动,连同潮汐风场所造成的对流电场一道能产生出最大幅度达百分之几到百分之几十的大气垂直电流的相对起伏,本文所述的公式和分析方法,原则上也可用于计算其他原因所造成的中性大气状况的变动所产生的大气电性能变动。     

2000年7月14日特大耀斑引起的电离层TEC突然增强现象

利用GPS网观测研究太阳耀斑爆发引起的电离层电子浓度总含量的突然增强(SITEC)现象. 首先, 根据电离层的Chapman电离理论, 分析得出耀斑爆发引起的TEC时间变化率与太阳耀斑的有效辐射通量成正比、与太阳天顶角的Chapman函数成反比的结论. 为了验证Chapman电离理论的这一简单推论, 利用2000年7月14日特大太阳耀斑爆发期间中国、东南亚及澳大利亚的GPS网观测的TEC资料, 统计分析了TEC的时间变化率与天顶角的Chapman函数的倒数间的相关性, 发现两者确有很好的正比关系, 从而证明了Chapman电离理论的正确性与可用性. 结果表明, 将GPS的观测用于太阳耀斑爆发等引起的电离层突然骚扰的研究, 可以发挥GPS观测精度高、空间范围大、时间连续性好等优点, 从而定量地揭示出与太阳爆发相关的电离层扰动过程. 对电离层中的空间天气的监测与研究具有重要意义.     

南极中山站对1998年4~5月太阳活动事件的多手段地面观测

给出1998年5月1~7日南极中山站日地物理多种仪器的系统观测结果, 并与卫星观测数据相结合, 讨论了极区电离层对1998年4~5月太阳活动事件的响应. 在磁暴的起始阶段, 极区电离层F₂层的高度急剧增加, 地磁场H分量开始负向偏移, 地磁Pc₃脉动的强度开始明显增强. 电离层扰动对轰击到磁层顶的太阳风变化有1 h量级的时延, 在5月2日0639UT左右有一个高达2.9 dB的宇宙噪声的吸收峰, 这可能与磁层亚暴在晨侧所加速的能量粒子大量注入有关. 在整个磁暴期间, 高纬电离层处于剧烈扰动状态, 表现为经常发生地磁场急剧起伏; 不时出现宇宙噪声吸收事件和强烈的ULF波; 电离层吸收很强, 以致于数字测高仪在多数时间收不到回波, 但从有限的回波数据中仍能推断出F₂层电子密度大为降低, F₂层的峰值高度上下起伏高达200 km. 还讨论了日地事件的时序因果关系.     

太阳表面新磁通量的喷发和环形日冕瞬变

观测表明,日冕瞬变大多和日面物质向外喷发有关。由于冻结效应,物质喷发将伴随着磁场喷发,并且一般会在背景磁场和新喷发磁场之间形成中性电流片。在磁场喷发过程中,电流片不断向外扩张变形。另一方面,电流片根部附近的电流密度最大,磁场重联将首先在该处发生。当新喷发磁通量超过背景磁通量时,磁场重联将使电流片向外扩张;否则电流片将随着重联往里收缩。本文在线磁荷简化模型下论证了上述电流片的演化性质,指出扩张的电流片和环形日冕瞬变的高密度区有类似的几何形状,它可能是产生这类瞬变的主要机制。     

尘埃等离子体中的低频电荷密度涨落

从等离子体动力论出发,推导尘埃等离子体介电张量表达式,用它研究尘埃等离子体的低频电荷密度涨落.结果表明描述尘埃粒子“浓度”的参量P,及反映尘埃粒子电荷可变性的参量:尘埃粒子充电频率Ω_c,决定了尘埃等离子体中的低频电荷密度涨落的特征.对于P>>l的尘埃等离子体,当Ω_c远大于ω_d时,电荷密度涨落强度小,且涨落具有宽的频谱.将此结果用于讨论地球电离层,计算结果表明当电离层中存在的尘埃粒子的密度和尘埃粒子的半径在一定的范围内时,电离层中存在强度大的并具有尘埃粒子声波本征模频谱特征的甚低频电荷密度涨落.     

中国中部地区大尺度电离层行扰的传播特性

利用位于中国中部地区的高频Doppler台阵观测数据, 对太阳活动峰年(1989年) 期间的大尺度电离层行扰(LSTID, 周期为40～250 min)进行了分析, 得到了这类扰动的周期、相速度、传播方位角、波长等主要传播参量及其统计分布情况. 分析结果揭示出地处中低纬的中国中部地区LSTID的主要传播特性：首先, 观测到的LSTID的传播方向基本为南北向, 其中南向扰动占绝大部分, 且主要出现在冬季, 北向扰动仅占次要部分, 且主要出现在夏季; 其次, 大部分LSTID具有表面波模(L₂模)的色散特性, 另一小部分具有长周期重力波模(G模)的色散特性, 这两种模式的相速分别为200和450 m/s左右. LSTID是与太阳活动及空间磁暴等密切相关的一种重要电离层扰动, 对研究空间天气特别是中低纬地区电离层空间天气的特性具有重要意义.     

1999年5月11日太阳风几乎消失时的极区电离层

1999年5月11日太阳风几乎消失, 其等离子体密度不到1 cm^-3, 动压不到0.1 nPa, 而行星际磁场持续北向. 对这一特殊事件日和控制日(1999年5月14日)南极中山站极区电离层多手段观测结果进行了对比分析. 结果表明中山站在1999年5月11日地磁活动极为宁静, 通常在地磁当地时的中午前后出现的地磁脉动在这一天几乎没有; 电离层成层明显而稳定, F₂层扩展很小; 日侧F₂层临界频率明显高于控制日, 且f_oF₂的峰值早约2 h出现; 电离层漂移速度有所减小; 在地磁当地时的中午附近出现了很强的极光E_s层, 这一切都说明极区电离层异常平静, 地磁场的偶极化更为明显. 但子夜前出现有类似极光亚暴的征兆, 如地磁H分量明显的负扰, 同时伴随着极光E_s和微弱的Pc₃脉动等.     

压电固体中弹性波传播的数学模型

依据动量定理、电荷守恒定律建立了弹性波在压电固体中传播的数学模型.不仅考虑了压电效应,也同时考虑了电流效应.在压电固体中同时存在机械位移场、极化电势场和电流场.求解波动方程,发现不考虑电流效应时,弹性波是非色散的;考虑电流效应后,弹性波是色散的.不仅如此,电流效应还导致弹性波的衰减.通过数值模拟,揭示了平衡载流子浓度对色散和衰减的影响规律.     

全球大气重力波联测期间电离层扰动的台阵观测

本文利用武汉电离层观象台的加密频高图和三站Doppler图记录及新近提出的短波扰动反演方法,分析了1985年全球大气重力波联测(WAGS)期间10月18日这天白天的重力波扰动,发现在该日扰动中有两列不同形态的波列分别属于中尺度的内重力波和大尺度的导制重力波。本文还进一步估算了这两列重力波的水平传播参量,深入分析了它们的频谱结构的高度变化特征,发现了重力波功率谱谱峰的分裂和偏移等重要现象。本文结果表明,新的反演方法使电离层无线电汉诊断的简易短波实验系统,也能成为探测和研究重力波一类大尺度电离层动力过程的有效手段。     

基于风速随机变量的植物种子风传播距离概率模型

种子风传播过程是植被地理分布及其对环境变化响应的关键.植物种子风传播距离是种子风传播能力的重要特征.建立种子风传播距离模型对准确预测植被地理分布变化十分关键.首先基于物理学中动力学原理,推导出了种子风传播动力学方程,基于风速对数正态分布和维布尔分布模式,推导出了植物种子风传播距离概率模型,并给出了计算步骤.同时,以6种蒲公英为例,分析了不同植物在不同地点和不同月份种子风传距离的概率密度特征.算例表明,不同植物、不同地点和不同时间种子风传播距离概率密度不同,并且种子风传播距离概率密度在风速为对数正态分布下比维布尔分布下要高,传播距离概率密度较高最大传播距离在维布尔分布下比对数正态分布下要远.未来研究种子风传播距离模型需要考虑近地面层空气动力学参数和风速分布其它模式.     

植物种子风传播核的概率模型

种子风传播过程是植被地理分布及其对环境变化响应的关键.植物种子风传播核是种子风传播能力的重要特征.建立种子传播核模型对准确预测植被地理分布十分关键.基于风速的对数正态分布和维布尔分布模式,推导出了植物种子风传播核的两种概率模型,并指出了计算步骤.同时,以6种蒲公英为例,分析了不同植物在不同地点和不同月份种子风传播核特征.算例表明,不同植物、不同地点和不同时间种子风传播核的差异,并且种子风传播强度在风速为对数正态分布下比维布尔分布下要高,传播核强度较高最大传播距离在维布尔分布下比对数正态分布下要远.种子风传播模型研究未来需要考虑近地面层空气动力学参数和风速分布其它模式.     

天波的多跳传播模型研究

介绍了短波无线电传播的相关背景知识,详细讨论了无线电波在传播过程中的各种损耗,包括自由空间传播损耗、电离层吸收损耗、反射损耗和额外系统损耗等,并给出了具体的计算方法,建立了电波最远传播距离的数学模型.根据该模型的计算结果,分析了无线电波在海洋和地面上的传播情况.最后选取5月份的青岛作为发射点,由最佳工作频率和不同的发射仰角,给出了白天和晚上无线电波的最远传播距离.     

非中性流动稳定性的弱非线性分析方法

本文分析了非中性流动稳定性的弱非线性理论之困难所在,对适用于中性流动的经典方法进行修正,使之能自然地推广到非中性流动情形.特别,对中性流动,本文方法完全等价于经典渐近分析方法,这是别的一些非中性流动理论所不具备的优点之一.