用数字测高仪漂移测量研究电离层声重波扰动

数字测高仪Digisonde中的漂移测量,常用来研究小尺度电离层扰动,如电离层小不均匀体的漂移。文中提出一种新的分析方法,利用漂移测量数据中多普勒频移和到达角参量的最大熵动态功率谱,估算声重波一类大尺度电离层扰动的水平传播速度和传播方向。作为实例,研究了Millstone Hill测高仪站的漂移观测资料,并对处理结果进行了初步分析。分析结果表明,从数字测高仪漂移测量数据中,可有效地提取声重波一类大尺度电离层扰动的传播参量,在电离层动力过程的研究中很有意义。

武汉地区中尺度电离层声重波扰动的变化特性

利用武汉电离层观象台高频多普勒台阵的覆盖太阳活动高、低年份，长达５年的连续观测数据，采用小波分析等方法估算电离层声重波扰动（ＴＩＤ）的传播参量，通过这些参量对武汉地区电离层扰动形态和变化规律进行了系统分析研究．结果表明，观测到的中尺度电离层声重波扰动（ＭＳＴＩＤ）存在二个显著季变化，在传播速度和周期上有明显差异的优势传播方向：一个指向东北方，传播的方位角主要分布在３０°─７０°之间（０°为正北，以顺时针方向表示传播方位角），它在夏季出现率最大，冬季基本消失；另一个优势方向指向正南，方位角主要分布在１５０°─２２０°范围，主要出现在冬季．文中还给出了ＭＳＴＩＤ的年、日变化，并进一步探讨了其变化特性的可能形成机理．

声重波激发的赤道 Spread—F 不稳定性

本文导出了声重波扰动与赤道电离层扩展Ｆ层相互作用的基本方程，并对数值模拟结果进行了讨论．结果表明当声重波扰动与Ｋａｖｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ不稳定性共同作用于赤道Ｆ层时，将导致大尺度波状结构的Ｓｐｒｅａｄ－Ｆ．其特征为以一定速度漂移的准周期不规则性，发展到后期伴有羽柱形状的ｂｕｂｂｌｅ（电子密度低区）产生．这种现状的ｂｕｂｂｌｅ可上升至Ｆ层顶部并发生倾斜．声重波波矢量的方向决定着羽柱的倾斜方向．这些结果与实验观测特征相符，说明声重波扰动不仅是大尺度Ｓａｒｅａｄ－Ｆ的触发源，而且对其整个形态发展过程起着重要的作用．

电离层声重波扰动的高频无线电诊断

为了充分发挥现代数字式电离层探测仪在电离层结构与优动研究中的潜力,必须在传统的频高图真高换算的基础上,发展新的反演理论和算法.本文介绍了随时空缓变的各向异性电离层介质中无线电波包传播的广义射线方程组,讨论了计算波包射线几何路径以及计算波包参数,如频移、波矢、群时延等沿射线路径变化的传播正问题,并详细讨论了根据波包参量的测定值反演介质结构和扰动伏态的传播反问题.文中若干实验实例表明,这种反演理论和算法可用于数字式电离层探测仪记录的分析,它使高频无线电波探测技术成为研究全球电离层声重波一类扰动的有力工具。

强震前异常电场激发声重波对电离层的影响

震前地震孕育期地表异常增强的电场,通过大气电导率传输到电离层高度.该异常电场通过非稳态局部加热,可以在电离层高度激发声重波.基于该理论,利用一维时变中纬电离层物理模型,模拟了该扰动源对电离层电子密度的影响.结果表明,重力波引起的中性风速度扰动对电离层电子密度分布影响甚微,该机理无法解释震前电离层异常扰动现象.

日食声重波效应

介绍了 1 997年 3月 9日日食期间 ,首次利用地跨主食带区两侧的电离层台阵 ,食甚前后采用 1 min 1次的同步加密观测的资料。观测证实 :日食期间在主食带区日食确有可能诱发声重波所致的电离层行扰现象 ( TID)。并对其运动学特征作了粗浅的讨论。

电离层声重波引起的高频多普勒频移

本文给出了电离层中存在电离运动时的高频无线电波的多普勒频移的表达式,讨论了用高频多普勒阵研究电离层声重波扰动有关的若干电波传播问题。

声重波激发的赤道Spread—F的拓扑特性研究

本文对声重波激发的Spread-F扰动的非线性制约方程的拓扑特性进行了定性讨论和数值计算．研究了Spread-F的混沌特征及参数范围．结果表明声重波在不同条件时对Spread-F的激发作用有本质的不同．

声重波激发的ESF的波长效应

通过对赤道地区产重波激发的Ｓｐｒｅａｄ－Ｆ扰动的非线性制约方程的拓扑特性。在不同扰动波长和扰动振幅的条件下进行数值计算，以及对原始非线性方程组在不同参数范围内进行数值模拟，显示了声重波的垂直扰动分量对ＥＳＦ演化的影响，为赤道地区Ｓｒｅａｄ－Ｆ形态的多样性提供了一种非线性的解释．

磁声重波在地球磁层中的传播

本文讨论了赤道附近地球磁层中磁声重波沿重力场方向的传播特征。结果表明,当波动频率小于截止频率ω_c时,磁声重波将在磁层中被反射。对于典型的磁层等离子体参数,ω_c的极大值约为0.3秒^(-1)。我们还讨论了磁声重波与地磁微脉动之间的关系,沿着重力场方向向下传播的磁声重波,可能直接引起赤道附近的P_c1磁脉动。

大气声重波的激发

本文讨论三种重要的大气声重波的激发机制,即冲击波激发的大气声重力波;火球/烟云到达稳定高度时,在平衡点附近振荡激发的声重波;以及流体动力源激发的大气声重力波。本文还提出了计算有限时间脉冲的冲击波源在真实大气中激发和传播声重力波的模拟方法,给出三种源的计算机模拟结果和估计它对无线电波传播的影响。

极光带电急流产生声重波的效率

对大气中声重波的产生源的效率作了分析计算．结果显示，不同源的效率相差很大，而且还随频率、离原的距离和方向，以及不同的波动参量而变。对于极光带电急流产生声重波的源，即洛伦兹力和焦耳加热两个源来说，产生近场声重波的效率以洛伦兹为高、对于沿极光带电急流平面的运场区声重波而言，焦耳加热的效率高得多。但对垂直于极为带电流平面的速度波动则洛伦兹力的产生效率高得多；对于沿极光带电急流平面的法向的远场区内的所有声重波参量而言，洛地兹力的产生效率高得多。

垂直切变风场中声重波的Burgers-KdV方程研究

本文从可压缩流体的原始动力学方程出发,利用二维约化摄动方法推导出垂直切变风场中考虑曳引效应的二维声重波的Burgers-KdV方程,并对其非线性性态作了一些研究.主要结果:1.声重波在远场处能激发起孤波和多周期波列等非线性波动;2.给出上述非线性波动与大气背景风场、密度等的制约关系;3.进一步推测大气风剪切是E_s形成的可能机制.从本文推导出的方程出发,可进一步研究声重波远场处的相互作用、能量转换、不稳定性和定源等问题.

中层顶高度微量成分和温度场对声重波传播的响应

低热层中光化过程是能量传输的基本形式，对上受太阳活动调制的辐射驱动，对下受重力波传播驱动．它对相反方向驱动力的响应相互耦合．基于线性重力波理论，给出了所有成分的耦合关系通式，比“Ｋｒａｓｓｏｖｓｋｙ比η”有更明确的物理含义．对中层顶高度求得了耦合相变表达式，确立了区分同相或反相的判据．结果表明，动力控制为主的成分与动力控制及化学控制同时起作用的成分的相位行为是不同的，但两者均强烈随成分的密度标高及重力波的尺度变化．结果还表明，氧原子的数密度的剖面陡度对化学活性成分。

低频大气声重波的非线性Schrdinger方程

本文采用多重时空尺度展开的方法,对于不可压缩等温大气,导出了二维情况下低频声重波的非线性Schrdinger方程,讨论了声重波的非线性性质.在垂直方向上,声重波具有可传播性和幅度随高度增长的特性;在水平方向上,声重波能表现为孤子包络调制的波列.

核爆炸产生的声重波在地球大气中的传播

以往声重波在地球大气中传播的研究,多为将大气分成许多个等温层,利用边界条件联系各层中的声重波参量,而在同一等温层中,忽略了声速随高度(温度)的变化.本文在前人工作的基础上,提出了线性分层的模式.考虑了同一层中声速随高度的变化对声重波的影响,计算了声重波相速度与群速度随周期变化的曲线,并与前人的结果进行了比较,得出了较好的数值结果.

剪切流动中短周期声重波的产生与发展

本文根据可压缩情况下的流体力学方程组,采用局域近似理论,建立了剪切流动中扰动的发展方程。本文还导出了剪切流动中声重波的色散关系,给出了参数空间中稳定与不稳定的分界图象,文中还给出了不稳定波增长率和振荡频率随切变强度和波长的分布,发现剪切不稳定性倾向于激发短周期的波动,其本征振荡周期的范围是1—6min按照色散关系和扰动的发展方程,本文讨论了白噪声形式的初始扰动在剪切流动中的演变过程。

关于声-重波色散关系及特征频率

对给定的大气模式，由牛顿运动方程，连续性方程及绝热方程导出了声－重波的色散关系，并阐明声－重波的两个特征频率及其物理意义．

扰动电离层对短波通信影响的研究

本文利用数字式测高仪的观测资料,表明了扰动电离层对短波通信的影响,包括声重波的影响,E_s 层不均匀结构的影响和太阳地磁活动的影响。观测资料表明,电离层行扰使 MUF(3000)下降了30%左右,f_0F_2下降了20%—25%,而且在9分钟的时间内 F_2层临界频率附近的高度上升30多公里。E_s 层电离云块的不均匀结构,造成反射回波幅度起伏,在不到三分钟的时间内,回波幅度相差15db。三月十三日的太阳活动,在三月十四日白天,MUF(3000)下降35%,f_0F_2下降20%—30%,中午电离层的吸收在频率为3.8MHz 时,达42db。

电离层对台风响应的全过程的特例研究

作为特例研究,本文对1988年和1990年两次强台风影响期间的电离层多普勒记录及相应的台风资料进行了细致的相关分析,目的是利用多普勒记录的连续性优点来了解电离层对登陆(或近海)强台风通过声重波响应的演化全过程.分析表明,在这两次台风影响期间,电离层形态中除有明显的波状扰动(中尺度声重波)出现外,还有一些值得注意的新现象:波动的时间演化表现出明显的幅度逐渐增加以及频率由高频向低频转变,在振幅很大的情况下日落后同时出现扩展F(Spread-F)现象,显示了声重波在激发电离层不规则结构方面的种子作用.这一演化过程与电离层中TIDs的线性传播理论一致,文中开展了对这一现象的非线性数值模拟,模拟结果基本上也与上述观测现象相吻合.