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Numerical Simulation of Ionospheric Electron Concentration Depletion by Rocket Exhaust 被引量:2
1
作者 黄勇 时家明 袁忠才 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第4期446-450,共5页
In terms of the diffusive process of the gases injected from rocket exhaust into the ionosphere and the relevant chemical reactions between the gases and the composition of ionosphere, the modifications in ionosphere ... In terms of the diffusive process of the gases injected from rocket exhaust into the ionosphere and the relevant chemical reactions between the gases and the composition of ionosphere, the modifications in ionosphere caused by the injected hydrogen and carbon dioxide gas from the rocket exhaust are investigated. The results show that the diffusive process of the injected gases at the ionospheric height is very fast, and the injected gases can lead to a local depletion of electron concentration in the F-region. Furthermore, the plasma 'hole' caused by carbon dioxide is larger, deeper and more durable than that by the hydrogen. 展开更多
关键词 ionospheric modification rocket exhaust ionospheric hole diffusion process
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释放化学物质耗空电离层电子密度的研究 被引量:13
2
作者 黄勇 时家明 袁忠才 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期1-5,共5页
电离层作为电波传播的主要通道和载体,影响着无线电通信的质量,因此人工电离层扰动具有广阔的应用前景.在电离层中释放具有较强电子亲和力的化学物质可以耗空电离层F区的电子密度,是人工电离层扰动的有效手段之一.本文通过对CO_2和SF_6... 电离层作为电波传播的主要通道和载体,影响着无线电通信的质量,因此人工电离层扰动具有广阔的应用前景.在电离层中释放具有较强电子亲和力的化学物质可以耗空电离层F区的电子密度,是人工电离层扰动的有效手段之一.本文通过对CO_2和SF_6气体在电离层中的扩散和离子化学反应过程的分析,理论计算了在我国北京地区上空释放这两种气体后电离层电子密度的时空演变过程.结果表明:(1)在电离层高度上释放100 kg的CO_2或SF_6气体后,电离层电子密度迅速减少,释放点周围局部区域的电子密度被耗空,能够形成一定尺度的电离层空洞,上述现象能够维持数小时之久;(2)与CO_2气体相比,SF_6气体具有扩散慢且化学反应快的优点,对电离层的影响较大,具有更好的电离层扰动效果. 展开更多
关键词 化学释放 电离层扰动 电离层空洞 扩散
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释放不同化学物质对电离层扰动的比较 被引量:9
3
作者 黄勇 时家明 袁忠才 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期33-39,共7页
在电离层F区释放氢(H_2)、水(H_2O)、二氧化碳(CO_2)、六氟化硫(SF_6)、三氟溴甲烷(CF_3Br)、羰基镍(Ni(CO)_4)可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反... 在电离层F区释放氢(H_2)、水(H_2O)、二氧化碳(CO_2)、六氟化硫(SF_6)、三氟溴甲烷(CF_3Br)、羰基镍(Ni(CO)_4)可以损耗局域等离子体电子密度,形成电子空洞,电离层电子密度的改变主要取决于释放物质的气态分子与电离层之间的离子化学反应.在电离层人工主动扰动实验中,应根据发射成本和扰动效果对释放物质进行选择.通过热力学原理和有限元模拟方法计算比较了上述6种物质对电离层的扰动影响.计算结果表明,6种物质中水的气化率最低,约为19%,其余5种物质都在60%以上,选择密度小的物质,例如H_2和CO_2,可以有效降低发射成本.另外,扩散较慢且化学反应较快的物质,例如SF_6和Ni(CO)_4,能够使得电离层电子密度减少得更多,并且受扰动区域更广、持续时间更长. 展开更多
关键词 化学释放 电离层扰动 热力学特征 气化率 有限元模拟 扩散过程 电子空洞
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化学物质SF_6和H_2O释放扰动电离层比较研究 被引量:7
4
作者 汪四成 方涵先 +1 位作者 杨升高 翁利斌 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2012年第6期2464-2469,共6页
基于包含扩散方程和离子化学反应方程.的化学物质释放二维动力学模型,利用有限元方法进行了数值模拟,并比较了两类性质不同的气体(SF6和H2O)的扰动特性,结果表明:1)与H2O相比,SF6的扩散速度较慢,反应速率较快,对电离层影响的程度和区域... 基于包含扩散方程和离子化学反应方程.的化学物质释放二维动力学模型,利用有限元方法进行了数值模拟,并比较了两类性质不同的气体(SF6和H2O)的扰动特性,结果表明:1)与H2O相比,SF6的扩散速度较慢,反应速率较快,对电离层影响的程度和区域更大更广,更能有效地造成电离层"空洞";2)10kg的H2O,SF6,H2和CO2分别在电离层高度释放,在10min内SF6对电离层临界频率的影响幅度最大,H2O,H2和CO2的影响依次减弱. 展开更多
关键词 化学物质释放 电离层人工改变 临界频率
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H_2释放扰动电离层的数值模拟 被引量:4
5
作者 汪四成 方涵先 +1 位作者 杨升高 翁利斌 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期499-503,共5页
由于电离层中分子性离子与电子的复合要比氧离子与电子的复合快得多,因此H2在电离层高度释放可有效地引起电子的消耗。本文基于一个包括中性气体扩散方程和离子化学反应方程的二维动力学模型,对H2在电离层高度释放过程进行了数值模拟研... 由于电离层中分子性离子与电子的复合要比氧离子与电子的复合快得多,因此H2在电离层高度释放可有效地引起电子的消耗。本文基于一个包括中性气体扩散方程和离子化学反应方程的二维动力学模型,对H2在电离层高度释放过程进行了数值模拟研究,并分析了不同释放条件下的电子扰动特性。结果表明:1)500mol H2释放后,迅速向周围空间扩散,释放中心处的电子密度30s内下降了近4%,F2层临界频率下降了1%左右;2)在不同高度处释放H2时,最大的电子密度相对变化率并不是在峰值高度附近处释放时出现的;3)释放化学物质的量越多,电子密度的扰动幅度也越大,但两者之间并不存在线性关系;4)相同量的H2在电离层峰值高度处释放,白天的电子密度扰动幅度要大于夜间的扰动幅度。 展开更多
关键词 化学物质释放 电离层人工改变 电离层foF2
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化学物质释放人工改变电离层 被引量:18
6
作者 黄文耿 古士芬 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期254-258,共5页
考虑中性气体在电离层高度的扩散过程和相应的电离层离子化学过程,研究了利用主动化学物质释放来改变电离层的方法,理论计算了H2O和SF6两种气体释放后电离层随时间的响应过程.结果表明,在电离层高度上气体的扩散过程非常迅速,电离层F区... 考虑中性气体在电离层高度的扩散过程和相应的电离层离子化学过程,研究了利用主动化学物质释放来改变电离层的方法,理论计算了H2O和SF6两种气体释放后电离层随时间的响应过程.结果表明,在电离层高度上气体的扩散过程非常迅速,电离层F区的电子密度有很大程度的减少,而扩散慢且化学反应快的气体对电离层的影响更大,就更加有利于电离层洞的形成. 展开更多
关键词 化学释放 电离层扰动 扩散过程
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中性气体释放人工产生气辉 被引量:7
7
作者 黄文耿 古士芬 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期81-85,共5页
电离层中分子性的离子与电子的复合要比氧离子与电子的辐射性复合快得多,因此火箭发动机产生的尾气和空间等离子体主动实验中主动释放的中性气体会对电离层有很大的影响,这么大的电离层扰动现象在过去的实验中经常可以观测到,根据中性... 电离层中分子性的离子与电子的复合要比氧离子与电子的辐射性复合快得多,因此火箭发动机产生的尾气和空间等离子体主动实验中主动释放的中性气体会对电离层有很大的影响,这么大的电离层扰动现象在过去的实验中经常可以观测到,根据中性气体在热层背景中的扩散方程,考虑电离层F区主要的离子化学反应,研究了H2,H2O和CO2气体在电离层高度上的扩散过程和电离层对所释放气体的响应,计算了气辉的体发射系数和发射强度.结果表明,中性气体在电离层高度上扩散非常迅速,在F区的一些高度上,主要正离子成分由O+ 转变为其他分子离子,且在释放过程中伴随气辉发射,发射气辉的波长和特征与释放物质的种类有关。 展开更多
关键词 化学释放 电离层F区 扩散 气辉
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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 被引量:1
8
作者 项薇 赵正予 胡耀垓 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期2201-2212,共12页
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... 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SF_6都能对电离层产生明显的空洞,空洞半径约为25~50 km,电子密度的损耗率10%以上,在释放点附近有时能达到90%.不同摩尔数的化学物质释放能带来不同的效果.在300km高度释放100mol的水分子并且高频电波频率为15 MHz时聚焦效果最好.聚焦后电波能量吸收可增加10 dB左右,增幅达两倍左右.加热后的温度可以提升约20%. 展开更多
关键词 聚焦加热 电离层空洞 化学物质释放 高频加热 数字射线追踪 电波传播
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电离层H_2O释放扰动效应的数值模拟研究 被引量:1
9
作者 高泽 方涵先 汪四成 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期39-49,共11页
为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果,基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型,通过电离层H_2O的释放,研究电子e,H_2O,O^+和H_2O^+共4种粒子的分布状态,分析点源、多源和线源释放对电离... 为充分研究化学物质在电离层释放的扰动效应和后期发展效果,基于化学物质在电离层的扩散模型、化学反应和电离层扩展F的控制模型,通过电离层H_2O的释放,研究电子e,H_2O,O^+和H_2O^+共4种粒子的分布状态,分析点源、多源和线源释放对电离层的扰动效果,比较不同高度、不同量和不同时间释放的影响结果,模拟夜间释放后期所激发的扩展F发展差异.结果表明,H_2O在电离层释放后,能有效耗散背景电子形成空洞,O^+和H_2O^+数密度呈椭圆形分布;点源、多源和运动目标线源等不同释放方式对电离层的扰动效果不同,证实了人工影响一定形态和区域电离层的可能性;H_2O释放扰动幅度,低层大于高层,白天强于夜晚,释放量越多扰动越突出;夜间化学释放能激发扩展F,并且释放量越多,激发效果越好. 展开更多
关键词 化学物质释放 电离层扰动 电离层洞 扩展F
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Radio Wave Propagation Effects Produced by Chemical Releases in the Ionosphere 被引量:3
10
作者 HU Yaogai ZHAO Zhengyu XIANG Wei 《Wuhan University Journal of Natural Sciences》 CAS 2011年第3期249-254,共6页
As an effective means to actively modify the ionosphere, chemical release can produce artificial ionospheric holes as a consequence of ionization depletion, which can greatly impact on radio wave propagation. In this ... As an effective means to actively modify the ionosphere, chemical release can produce artificial ionospheric holes as a consequence of ionization depletion, which can greatly impact on radio wave propagation. In this paper, on the basis of the pre-study results on ionospheric disturbances produced by some representative chemical releases, the radio waves propagation effects of ionospheric holes that are produced by two different release species, water (H2O) and sulfur hexafluoride (SF6), had been investigated and simulated by the three-dimensional (3-D) numerical ray tracing. The results show that 1 the appearance of various artificial ionospheric holes can lead to certain decrease of critical frequency in the ionosphere, and 2 when the wave frequency exceeds the critical frequency, the rays should be multiple reflections or penetrate through the ionospheric hole and focus afterwards with the focus altitude elevated for higher frequencies. This work may provide the necessary theoretical support for chemical release experiments and the evaluation of radio wave propagation effects. 展开更多
关键词 chemical releases ionospheric hole ray tracing radio wave propagation
原文传递
三种典型化学物质释放变态电离层的数值模拟研究
11
作者 吕慧娟 方涵先 +2 位作者 汪四成 高泽 孟兴 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期544-556,共13页
电离层人工变态会影响短波通信及卫星通信,对空间物理研究具有重要意义.基于中性气体扩散方程、离子化学反应方程及等离子体扩散方程,模拟了三种典型化学物质(氢气H_2、二氧化碳CO_2和三氟溴甲烷CF_3Br)经点源和多源释放后导致的电离层... 电离层人工变态会影响短波通信及卫星通信,对空间物理研究具有重要意义.基于中性气体扩散方程、离子化学反应方程及等离子体扩散方程,模拟了三种典型化学物质(氢气H_2、二氧化碳CO_2和三氟溴甲烷CF_3Br)经点源和多源释放后导致的电离层三维扰动变化,并利用自适应变步长的三维数字射线追踪技术讨论了化学释放变态电离层对不同频率短波传播的影响.结果表明:点源释放时产生的"空洞"在水平面上沿磁场线方向的轴长略大于其垂直方向;在释放量及释放高度相同的前提下,H_2扩散最快,CF_3Br扩散最慢,但就t=100s时电子密度最大相对变化率而言,CF_3Br最大,CO_2次之,H_2最小;CF_3Br释放形成的"空洞"垂直范围最小,开始发生穿透现象所需的短波频率最高;H_2扰动下"空洞"边界的电子密度梯度最小,射线聚焦点明显偏高,聚焦效应最弱;多源释放产生类抛物线管状的电离层"空洞"结构,射线的传播路径更加多样,此时仍有聚焦效应出现,且聚焦点随射线频率增加而升高,聚焦效应减弱. 展开更多
关键词 化学物质释放 形态调制 短波传播 人工扰动电离层 数值模拟
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人工电离层洞形态调制及其对短波传播的影响 被引量:6
12
作者 胡耀垓 赵正予 +1 位作者 项薇 张援农 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期862-872,共11页
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... 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. 展开更多
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
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不同释放高度的化学物质的电离层扰动特性 被引量:3
13
作者 胡耀垓 赵正予 张援农 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第20期567-580,共14页
在电离层释放H2O,CO2,H2和SF6等中性气体能导致释放区域电子损耗,形成明显的人工电离层洞,是电离层人工变态的重要而有效的手段之一.本文在改进电离层化学物质释放三维动力学模型的基础上,对不同释放量级的H2O和SF6在不同释放高度下产... 在电离层释放H2O,CO2,H2和SF6等中性气体能导致释放区域电子损耗,形成明显的人工电离层洞,是电离层人工变态的重要而有效的手段之一.本文在改进电离层化学物质释放三维动力学模型的基础上,对不同释放量级的H2O和SF6在不同释放高度下产生的电离层洞形态结构及其时空演化规律进行了系统对比研究,探讨了释放高度对化学物质释放电离层扰动效果、电离层洞形态及其动力学特性等的影响,并对其成因进行了分析. 展开更多
关键词 化学物质释放 电离层扰动 人工电离层洞 三维动力学模型
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