人工电离层洞形态调制及其对短波传播的影响

本文在电离层中性气体点源扩散近似解的基础上,给出了多源释放动力学模型.分析了释放物质、释放高度、释放模式和释放量等因素对人工电离层洞形态调制的影响,并利用电离层短波三维数字射线追踪技术,对不同调制电离层洞的电波传播效应进行了数值模拟和分析. 关键词： 化学物质释放 人工电离层洞 形态调制 电波传播效应     

基于试验粒子模拟的电离层人工调制激发的极低频和甚低频波对磁层高能电子的散射效应

电离层调制加热能够有效激发极低频和甚低频(ELF/VLF)波,其中向上传播进入磁层的ELF/VLF波能够与高能电子发生共振相互作用,具有人工沉降高能电子、消除辐射带等潜在实际用途.本文综合运用射线追踪和试验粒子方法模拟电离层人工激发的单频ELF/VLF波在电离层和磁层的传播,以及在外辐射带层与高能电子的共振相互作用过程,通过投掷角和能量散射系数评估人工ELF/VLF波对磁层高能电子的共振散射效应.研究表明,电离层人工ELF/VLF波传播到磁层后呈现高倾斜性,传播所能跨域的空间范围主要取决于加热的纬度位置和调制频率.在内辐射带,与～100 keV到几个MeV高能电子发生一阶共振相互作用的为10 kHz的VLF波段;在外辐射带,为几百Hz到1 kHz的ELF波段.对于L=4.5的外辐射带,试验粒子模拟结果显示,单个粒子在人工ELF波作用下投掷角和能量(α,E)的改变具有随机性,而所有试验粒子平均化的?α2和?E2随时间呈现出近似线性的增大,说明波粒共振散射过程体现出整体性.基于试验粒子模拟得到的共振散射系数表明,幅度为10 pT的人工ELF波可在外辐射带的磁赤道局地对1 MeV电子产生较强的投掷角散射效应,进而影响高能电子的损失、沉降等动力学过程.当人工ELF/VLF波在传播过程中变得高度倾斜,不仅最基本的一阶共振十分重要,高阶共振散射也具有较大效应.这些定量分析结果表明,通过电离层加热激发人工ELF/VLF哨声波来沉降、消除辐射带高能电子具有可行性.     

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟

基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词： 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量     

钡和铯释放的电离层扰动效应对比

碱金属或碱土金属在电离层释放后,迅速在太阳辐射作用下发生光电离,产生正离子和电子,形成人工等离子体云团.本文基于三维双成分流体模型,考虑释放区域水平风场的影响,探讨了钡和铯在电离层释放后的时空演化规律,并对钡和铯的电离层扰动效应进行了对比.模拟结果表明,不考虑中性风场时,生成的等离子体云团逐渐沿磁场被拉伸成椭球形结构,同时,膨胀的等离子体云会推开背景氧离子,在释放中心形成氧离子密度空洞,并在两侧产生两个对称的密度尖峰;水平风场的存在会使得生成的离子云逆风侧的密度梯度变陡,释放物质对背景氧离子的扰动也更大;对比钡与铯的释放结果发现,由于铯的扩散系数较小,钡云的膨胀更为迅速,Ba+云团的覆盖区域更广;而由于光电离率较大,释放相同质量下铯的离子产率更高;此外,Cs+的扫雪机效应比Ba+扫雪机更强,氧离子密度空穴和凸起处的扰动也更大.     

有限振幅声波间的非线性相互作用对声源远场指向性的影响

根据Fenlon理论推导得到了多频声源的辐射声压.基于单频声源谐波指向性的求解方法,得到了二阶近似下的双频声源辐射出的声波相互作用时的远场指向性.分别研究和讨论了在初始辐射声压和频率不同情况下,两列波的相互作用对其中一列波的一阶波和二阶波远场指向性的影响.结果表明,声波间的相互作用对声源远场指向性的影响根据各波之间的相对初始辐射声压和相对频率的不同而有所变化. 关键词： 有限振幅声波 非线性相互作用 远场指向性     

武汉多功能电离层探测系统

武汉大学电离层实验室研制的短波电离层探测系统是一部单站雷达,发射长编码调相脉冲串信号获得高脉冲压缩增益,并在脉冲间隔期间接收回波.在系统中加入了高精度频率源和GPS接收机,以实现系统间的频率和时间同步.单台系统可用于单站斜向返回探测和垂直入射探测,两台系统配合工作可实现双站斜向返回探测和斜入射探测.经多次实验得到了高质量的单站和双站斜返电离图、斜测电离图和垂测电离图.     

空中核爆炸电离效应的数值模拟

根据电离平衡方程组和射线在大气中的能量沉积方程，在完善中性大气层模型基础上，通过数值模拟方法得到了空间核爆炸电离效应的时空分布.数值分析结果表明：低空核爆炸产生的自由电子的密度最大值要高于高空核爆炸；对于瞬发核辐射的影响，低空核爆炸和高空核爆炸有着显著的差异；而缓发核辐射的持续时间、影响范围，高空核爆炸情况要大于低空核爆炸. 关键词： 核爆炸 低空 高空 电离效应     

磁倾角对电离层Alfven谐振器影响的初步研究

研究了在考虑磁场倾斜情况下,ULF波（0.1—10 Hz）从磁层到地面的传播,得到此情况下ULF波的解析解.分析了倾斜磁场对电离层Alfven谐振器各种参数如反射系数、谐振频率、衰减率的影响.数值模拟分析结果表明,磁倾角的变化导致标高以及电离层电导率的改变,进而影响IAR的参数.随着磁倾角的减小,谐振频率与IAR的衰减降低,并且衰减最大值对应的电离层电导率也减小. 关键词： ULF波 倾斜磁场 电离层Alfven谐振器     

中低纬电离层加热大尺度场向不均匀体的二维数值模拟

大功率高频泵波加热电离层中,泵波反射高度区域是除了D,E层外的另一个主加热区.文中将在磁子午面内建立中低纬度地区泵波加热电离层中泵波反射高度处的二维模型,分别给出早晚两个时间模拟加热结果.根据模拟结果可知,整个泵波反射高度区域电子温度强烈上升,而泵波反射点周围电子浓度反而下降,该电子浓度空洞沿磁力线上下区域内电子浓度小幅上升,呈现出明显的场向特征.夜间模拟加热效应比早上更加明显,夜间、早上模拟平面内最大电子浓度变化率分别为-13%和-36%,电子温度变化率分别为88%和22%.另外在早晚的模拟加热中,电 关键词： 中低纬度 高频加热 数值模拟     

大气风场和温度对无线电声波探测系统探测高度影响的数值研究

从声波扰动介质中的电波波动方程出发, 使用时域有限差分(FDTD)方法, 结合声波传播的FDTD 模型, 构建了描述声波和电波相互作用的数值模型, 并运用该模型分析风场和温度对无线电声波探测系统的探测高度的影响. 数值模拟结果表明: 温度与风场剖面的存在改变声波和电波散射回波的传播轨迹; 温度梯度剖面主要影响声波的传播速度, 风场剖面导致作为电波散射体的声波波阵面的偏移, 降低电波散射回波的强度并改变回波路径, 使得接收数据减少, 限制无线电声波探测系统的探测高度; 在强风背景下, 若降低声波散射体高度, 电波散射回波“聚束点”的偏移会有较大的改善, 但同时意味着探测高度的降低. 为了改善风场背景下无线电声波探测系统的探测高度, 可以使用双基地雷达或者增大接收天线面积等方法来实现.