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相似文献
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1.
电离层人工调制激发的下行ELF/VLF波辐射   总被引:2,自引:2,他引:0       下载免费PDF全文
常珊珊  赵正予  汪枫 《地球物理学报》2011,54(10):2458-2467
通过大功率ELF/VLF调幅高频波对电离层进行加热,形成电离层虚拟天线,可以作为发射ELF/VLF波的一种有效手段.本文使用汪枫(2009)的调制加热模型,计算高频加热电离层产生的低频辐射源强度,采用全波解算法分析辐射的低频波向下传播过程中的衰减和反射问题,并采用HAARP实验参数,模拟出在海面上接收到的低频信号强度为...  相似文献   

2.
地面VLF波穿透电离层的能量衰减变化   总被引:3,自引:1,他引:2       下载免费PDF全文
地面VLF人工源可以导致辐射带高能粒子沉降.为研究辐射带粒子加速和沉降机制,乃至实现对辐射带电子"人工控制"的设想,需要在精确计算得到VLF人工源在电离层激发电磁场能量分布的基础上,计算哨声波对辐射带电子的调制作用.以往计算VLF人工源在电离层中激发的电磁场能量分布多基于Cary给出的波导中VLF波衰减率和Helliwell提出的经典电离层吸收曲线,但近期研究表明,这些模型结果存在较为明显的误差.本研究建立了地面VLF信号穿透电离层传播的全波计算模型,将计算结果与DEMETER卫星记录的NWC通讯台激发的电磁响应进行对比.虽然模型没有考虑电离层参数水平不均匀性,但模型计算结果与卫星观测值也有较好的一致性.利用经过验证的全波模型计算了不同地磁参数、电离层参数情况下,不同辐射特性的地面VLF辐射在波导中的衰减和穿透电离层时D/E区的吸收值,探讨了上述参数对电磁波能量在波导和D/E区中衰减的影响规律.  相似文献   

3.
正人工地基VLF电磁发射信号已经被很多近地卫星探测并研究。这些人工电磁波信号通过大气层,到达电离层和磁层,能够散射被束缚在地磁场中的高能电子,进而引起电子沉降到更低的大气层中,因此,能够帮助减轻粒子辐射对飞行器和宇航员的伤害。VLF电磁波在电离层、磁层中的传播模式分为两种:波导管传播(由于受等离子体密度不均匀分布的限制,近似沿着地磁场的场向传播,即ducted mode)和非波导管传播(不沿着地磁场  相似文献   

4.
太阳风—磁层耦合过程会产生各种等离子体波,其中超低频波的频率最低(1 mHz~1 Hz)、波长最长(与内磁层磁力线长度相当)、能量密度最大.超低频波在磁层粒子加速、物质输运和能量转化中起着重要作用.以往的研究主要关注超低频波的全球性传播和分布特征以及这些波动与磁层能量粒子(辐射带电子和环电流离子)的相互作用过程.最近几...  相似文献   

5.
通过大功率ELF/VLF调幅高频波能有效地扰动低电离层,形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,用来辐射ELF/VLF波,所辐射出的低频信号可以进入中性大气层形成地球-电离层波导.本文基于调制加热模型,采用全波有限元算法计算由人工调制电离层所形成的电偶极矩所辐射出的ELF波在水平分层电离层中的波场,计算结果将与地面观测结果进行比较.模拟结果表明,所辐射出的ELF波在电离层中形成一个窄的准直波束,海面所能接收到的ELF信号强度为pT量级,并且频率越低,海面所接收到的场强就越小,与HAARP实验数据一致.结果还表明,低纬电离层对低频信号的传播衰减较大,并且所能透射出电离层的角度小,因此高纬地区更适合地球-电离层波导的激发.  相似文献   

6.
等离子体波动与带电粒子的共振相互作用一直是磁层物理学的研究热点.作为一种常见的宽频、右旋极化等离子体波动,等离子体层嘶声在地球磁层电子的损失过程中起到了重要作用.其中,嘶声波对电子的回旋共振散射被认为是辐射带槽区形成的主要机制,而人们对嘶声波与电子的弹跳共振机制的理解却相对匮乏.本文旨在细致研究嘶声波与槽区电子的弹跳共振相互作用,明确其对槽区电子动态演化过程的影响.研究发现,嘶声波与电子的弹跳共振可以造成槽区电子在高投掷角(80°~90°)处明显的投掷角扩散.相比于低能(<~100 keV)电子,嘶声波引起的高能(>~100 keV)电子的弹跳共振效应明显更强.槽区电子的弹跳共振投掷角扩散系数对于L-shell、地磁活动条件和共振阶数都有着很强的依赖性.随着L-shell的增大和地磁活动的增强,嘶声波对电子的弹跳共振散射效应显著增强.对于低能电子,共振阶数对总散射系数的贡献随阶数的升高而增大;而对于低L-shell处的高能电子,共振阶数对总散射系数的贡献随阶数的升高而呈现先增大后减小的趋势.嘶声波与槽区电子的弹跳共振相互作用可以有效地将高投掷角电子散射到较低的投掷角上,进而...  相似文献   

7.
超低频波在日地能量传输和磁层—电离层耦合过程中都扮演着十分重要的角色,其在调节整个太阳—地球系统的能量流方面的研究一直是空间物理领域最重要的研究方向之一.超低频波是带电粒子在内磁层辐射带中加速和扩散的主要原因之一,磁层中的带电粒子具有典型的垂直于磁场的漂移运动和平行于磁场的弹跳运动,超低频波的频率范围能够覆盖带电粒子的...  相似文献   

8.
低纬地区电离层电流的人工调制数值模拟   总被引:6,自引:3,他引:3       下载免费PDF全文
利用高频泵波能对低电离层进行有效的人工扰动.采用ELF/VLF调幅高频电波对电离层进行加热,电子温度会随着调制频率振荡,并引起电导率周期性变化,从而使加热区内电离层电流周期性变化,形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,辐射调制频率范围内的无线电波.早期的电离层人工调制研究主要集中在高纬和极区,本文讨论低纬地区电离层人工调制的可能性.本文的理论研究和数值模拟结果表明,低纬地区低电离层电导率在周期性加热的条件下能有效地被调制,使加热区域形成ELF/VLF波的电流辐射源,并分析了不同加热参数和入射条件对调制效果的影响.  相似文献   

9.
本文在等离子体准线性理论下研究了地球同步轨道附近哨声湍流对亚暴“种子电子”的波-电子共振相互作用. 当发生这种共振时,“种子电子”的动量分布函数经动量扩散而随时间演化,部分低能电子数减少了,而高能尾部分的相对论电子(能量大于1MeV)数增加了,说明“种子电子”得到了哨声湍流的有效加速,且哨声湍流的能量越高,其加速效率越高. 另外,哨声湍流的频率越低(或波数越小),共振电子的能量越高(或单位质量的动量越大);频率范围越宽,共振电子的能量范围越宽,被加速的电子数也越多. 磁层哨声湍流加速“种子电子” 大约在30h内就可以造成相对论电子数显著增加,这正好和大多数磁暴期间观测到的相对论电子通量的增长时间相当.  相似文献   

10.
地球表面的人工甚低频台站信号可以穿透电离层泄漏进地球磁层导致内辐射带电子沉降到两极大气.因此研究人工甚低频台站信号的空间全球分布特性对于分析辐射带电子的损失具有重要科学意义.本文使用范阿伦双星从2013年到2018年共计6年的高质量的波动观测数据,统计了 NWC(19.8 kHz)、NAA(24.0 kHz)两个人工VLF台站信号的全球分布,分析了台站信号的电场功率谱密度对地理经纬度、磁壳值L、磁地方时MLT、地磁活动水平的依赖性.结果表明,在内磁层中,人工台站VLF信号主要沿着台站位置对应的磁力线传播,夜侧强度高于日侧,冬季高于夏季.这种日夜和夏冬差异的形成是因为夜侧和冬季的日照强度较弱,电离层电子密度较低,VLF信号较容易穿透电离层进入磁层.此外人工VLF台站信号的全球分布受地磁活动的影响很弱.这些统计观测结果给出了 NWC和NAA两个重要人工VLF台站信号强度的全球分布特征,为进一步分析人工VLF台站信号与地球辐射带电子的波粒相互作用提供了关键信息.  相似文献   

11.
等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高LJ、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35~75个木星半径、磁纬为|λ|≤30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着LJ的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随LJ和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响.  相似文献   

12.
Ultra low frequency (ULF) waves incident on the Earth are produced by processes in the magnetosphere and solar wind. These processes produce a wide variety of ULF hydromagnetic wave types that are classified on the ground as either Pi or Pc pulsations (irregular or continuous). Waves of different frequencies and polarizations originate in different regions of the magnetosphere. The location of the projections of these regions onto the Earth depends on the solar wind dynamic pressure and magnetic field. The occurrence of various waves also depends on conditions in the solar wind and in the magnetosphere. Changes in orientation of the interplanetary magnetic field or an increase in solar wind velocity can have dramatic effects on the type of waves seen at a particular location on the Earth. Similarly, the occurrence of a magnetospheric substorm or magnetic storm will affect which waves are seen. The magnetosphere is a resonant cavity and waveguide for waves that either originate within or propagate through the system. These cavities respond to broadband sources by resonating at discrete frequencies. These cavity modes couple to field line resonances that drive currents in the ionosphere. These currents reradiate the energy as electromagnetic waves that propagate to the ground. Because these ionospheric currents are localized in latitude there are very rapid variations in wave phase at the Earth’s surface. Thus it is almost never correct to assume that plane ULF waves are incident on the Earth from outer space. The properties of ULF waves seen at the ground contain information about the processes that generate them and the regions through which they have propagated. The properties also depend on the conductivity of the Earth underneath the observer. Information about the state of the solar wind and the magnetosphere distributed by the NOAA Space Disturbance Forecast Center can be used to help predict when certain types and frequencies of waves will be observed. The study of ULF waves is a very active field of space research and much has yet to be learned about the processes that generate these waves.  相似文献   

13.
《Journal of Atmospheric and Solar》2000,62(17-18):1719-1733
Attention is focused here on the quasilinear and nonlinear physics of cyclotron interactions between magnetospheric whistler mode waves and energetic electrons on dipolar geomagnetic flux tubes. These interactions can lead to the generation of noise-like emissions or phase-coherent discrete signals in the frequency-time domain. In the magnetosphere noise-like emissions called hiss are accompanied by a smooth electron precipitation pattern. Examples of discrete emissions are ELF/VLF chorus or VLF emissions triggered by whistlers from lightning or by radio transmitters on the ground. The rapid temporal variations of these signals are associated with fine structure of the distribution function of the radiation belt electrons, such as a transient step-like deformation or a well-organized beam, which are prepared by initial noise-like emissions or by a quasimonochromatic whistler–wave packet, respectively. These cause the properties of the electrons, which may be observed on a satellite, to evolve rapidly in time and on relatively short spatial scales. Bursts of precipitating electrons occur, and can contribute significantly to depleting the radiation belts. Recent results on improvements in the theoretical understanding of such processes and on new observations of magnetospheric electrons and whistler-mode waves are presented.  相似文献   

14.
Alfven波在低纬地区电离层的传播有其特殊性,一方面,低纬地区同样存在Alfven速度梯度的巨大变化,导致电离层Alfven谐振器(Ionospheric Alfven resonator, IAR)的形成;另一方面,由于在低纬地区磁倾角很小,所以剪切Alfven波在传播的过程中纬度方向跨度很大,不同纬度电离层参数将共同对其产生影响;并且,由于电离层水平分层,故磁力线与电离层不正交.本文选取双流体力学模型,在忽略场向电场的条件下,利用非正交坐标系,结合IRI07模型与MSISE00模型模拟低纬地区Alfven波的传播,得到其反射及耦合特性.结果表明,低纬地区同样存在电离层Alfven谐振现象,由耦合产生的压缩模有向磁赤道方向传播的趋势,夜间电离层状态相对于白天更适合IAR的形成,谐振频率沿磁力线L值增大单调递增.  相似文献   

15.
甚低纬哨声低电离层透射过程的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
利用全波解算法模拟哨声波束在甚低纬地区黎明前低电离层透射的三维能量分布,依据波场能量和偏振分布及其对波参量和电子浓度剖面的依赖特征,分析了哨声透射、反射及与大地-电离层波导耦合过程.结果表明,哨声模波存在于90km以上高度,吸收、反射、波束扩展及波模转换主要发生于电离层底部80-90km区间;到达地面的透射能量密度衰减20dB以上,透射衰减随频率变化不大,但随波入射角呈不对称变化;距透射区150km以外区域的测向方位角有很大偏差;入射波能量的很少一部分(对5kHz约为-25dB)被反射并激发起哨声模波,反射波束能量集中于入射波束附近,并随频率下降而迅速增强.计算也表明,地面接收到的甚低纬哨声回波可能与使回波向极侧偏移的电离纬向梯度有关.  相似文献   

16.
Physical mechanisms of man-made influences on the magnetosphere   总被引:3,自引:0,他引:3  
Since the discovery of the Luxembourg effect in the 1930s, it is clear that man-made activities can perturb the ionosphere and the magnetosphere. The anthropogenic effects are mainly due to different kinds of waves coming from the Earth's surface. Acoustic-gravity waves are generated by large explosions, spacecraft launches, or flight of supersonic planes. Electromagnetic waves are active in different frequency ranges. Power line harmonic radiation which is radiated in the ELF range by electrical power systems can be observed over industrial areas. At VLF and HF, the ground-based transmitters used for communications or radio-navigation heat the ionosphere and change the natural parameters. A large variety of phenomena is observed: wave-particle interaction, precipitation of radiation belt electrons, parametric coupling of EM whistler waves, triggered emissions, frequency shift, and whistler spectrum broadening. This paper will review the different physical mechanisms which are relevant to such perturbations. The possibility of direct chemical pollution in the ionosphere due to gas releases is also discussed.  相似文献   

17.
ZH-1卫星观测的VLF人工源信号特征分析与全波模拟   总被引:3,自引:0,他引:3       下载免费PDF全文
中国地震电磁监测试验卫星张衡一号(ZH-1)已于2018年2月2日成功发射,正在开展卫星数据在轨测试,并对卫星数据质量进行判定.本文对ZH-1卫星2018年5月至6月夜侧的VLF频段电场功率谱数据进行了分析.通过分析位于不同L值、具有不同发射频率的多个VLF人工源上空的卫星重访轨道观测数据,发现ZH-1卫星记录的人工源信号电场变化标准差与DEMETER卫星记录电场变化标准差几乎一致,说明ZH-1卫星观测数据具有较好的稳定性.通过重访轨道均值与全波模型计算结果对比,发现两者在数值上较为接近,在形态上较为一致,说明ZH-1卫星VLF频段电场功率谱数据具有一定的可靠性.此外,研究了VLF人工源上空及共轭区的电场分布特征和电波传播规律,并与DEMETER卫星的结果进行了对比,结果表明VLF人工源产生的电磁辐射穿透电离层后以导管或者非导管的哨声波模向共轭区传播,因为传播过程中的朗道阻尼,共轭区的电场能量比辐射源顶空更小.VLF人工源位于L1.5时,电磁波传播更容易发生非导管传播,VLF人工源信号导管传播模式在共轭区的电场响应相对于共轭点会发生一定程度北向偏移.  相似文献   

18.
The magnetospheric magnetic field may be conveniently described by two scalar functions (α, β), known as the Euler potentials. They are not uniquely defined, and they may be difficult to derive for configuration more complex than a simple dipole. We propose here a simple numerical method to compute one possible pair (α, β). In magnetospheric regions of closed field lines, α can be chosen as a function of the tube volume of unit magnetic flux. The method can be applied to a wide class of magnetic fields which describe the magnetospheric domain of closed field lines and the conjugated ionosphere. Here, it is used with the T87 Tsyganenko model. The results coincide with the dipolar potentials at close distances from the Earth. At larger distances, they display an increasing distortion with the radial distance (or the invariant latitude in the ionosphere) and the magnetic activity. In the magnetosphere, the contours of α and β are stretched towards the nightside. In the ionosphere, they also extend towards the nightside and present major distortions in a narrow ring at the polar cap boundary, which mapsdistant boundary layers in the magnetosphere.  相似文献   

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