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1.
通过求解中性大气Navier Stokes动量方程建立了一个时变的三维风场理论模式，利用目前新版的中性大气模式NRLMSISE 00及国际电离层参考模式IRI2000作为输入参数给出热层风场. 基于该模式，计算得到中等太阳活动年磁静日风场的变化形态及其受电场和离子曳力的影响. 同时，将Navier Stokes动量方程作不同形式的简化，并利用简化模式与本文的模式计算结果的对比，分析中性大气Navier Stokes动量方程中黏性项以及非线性项(U·Δ)U的作用. 结果表明，本文所建立伪三维风场模式给出的结果更为合理，而简化模式在某些地区尤其在低纬和赤道区不适用，黏性项及非线性项的作用不可忽略. 本文所建立的风场模式将对研究电离层动力学过程、电离层与热层的耦合过程以及空间天气学研究都有着重要意义. 相似文献
2.
本文利用通量管积分方法,对磁南北半球分别沿磁力线积分,研究背景电离层南-北半球不对称以及中性风场和磁偏角随经度的变化对广义瑞利-泰勒不稳定性和电离层不规则结构生成和发展的影响.结果表明,通量管积分广义瑞利-泰勒不稳定性线性增长率存在显著的半球不对称,南北半球不对称的中性风场是导致电离层不规则结构呈南北分布不对称的重要因素;随经度变化的中性风场和磁偏角对瑞利-泰勒不稳定性的经度变化有重要影响,它们可能是导致不规则结构出现率经度变化的主要控制因素. 相似文献
3.
本文导出了中低纬地区电离层F区中的Rayleigh-Taylor不稳定性的线性增长率,并对一些典型情况进行了数值模拟研究.结果表明,Ravleigh-Taylor不稳定性的线性增长率随纬度的增加而降低,在中纬度地区,如果没有合适的东西向水平外电场,纯Rayleiyh-Taylor模难于增长,初始扰动将被稳定化.在这些区域,线性增长率的表达式还表明,外电场导致的E×B模的增长率虽然随纬度的增加而减小,但其减小的速率慢于R-T模增长率的减小.非线性的数值模拟则显示,中纬非线性E×B漂移不能象在赤道地区那样使电子密度减小的区域抬升到F区顶部以上,亦即在中纬地区,F顶部以上通常不出现电离层泡,但在F区较低部分可以演化出较大范围的电子密度增强区,这与中低纬地区Spread-F的某些观测特征一致.这说明Rayleigh-Taylor不稳定性与东向水平外电场一起可以成为导致中纬Spread-F发展的一种机制. 相似文献
4.
为构建赤道-低纬电离层不规则结构和闪烁活动出现率的理论模型,本文根据分析赤道-低纬电离层的广义Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性得到的三维线性增长率的表达式,计算分析了线性增长率随地方时的变化特征.并选取计算得到的每日增长率的极大值表征每日的线性增长率,分析增长率随季节、太阳活动和地理经度的变化特征以及逐日变化特征,建立三维广义R-T不稳定性线性增长率的理论统计特征模型,发现增长率表现出显著的随地方时、季节、太阳活动和地理经度以及逐日变化特征.通过比较分析增长率的变化特征与不规则结构和闪烁活动的变化特征,发现三维广义R-T不稳定性的线性增长率能较好地反映不规则结构和闪烁活动随季节、太阳活动、地理经度以及逐日变化规律.本文建立的R-T不稳定性的三维线性增长率的统计特征模型可用于构建赤道-低纬电离层不规则结构和闪烁出现率的理论形态特征模型. 相似文献
5.
本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h. 相似文献
6.
重力波、中性风场、电场是激发电离层扩展F的主要影响因子,本文基于中低纬电离层扩展F发展的物理模型,通过电场强度、背景风场对扩展F影响作用的分析和经验对比,首先验证了模型的有效性,后借助该模型数值模拟了给定背景环境下三种尺度初始电子密度扰动条件下扩展F的发展情况,同时研究了利用化学物质释放实现一定尺度扰动,进而激发扩展F的过程.结果表明,较强的背景电场、东向风场有利于扩展F的形成和抬升,与经验结论相吻合;电离层从被作用初始扰动到激发扩展F的过程中存在拐点效应,拐点之后扩展F被激发形成并且抬升迅速,同时短波长扰动相对于长波长扰动更有利于扩展F的激发和发展;化学物质H_2O释放通过耗散电子密度,形成了一定尺度扰动并诱发了扩展F的形成,该方法可作为一种人工激发扩展F的探索手段. 相似文献
7.
本文研究了中纬电离层Rayleigh-Taylor不稳定性和漂移不稳定性的基本性质.如果不存在中性风和背景电场,中纬Rayleigh-Taylor不稳定性的增长率比赤道相应条件下的小.中性风和电场对中纬Rayleigh-Taylor不稳定性有重要影响.当中性风速度达到10m/s时,其作用就超过了重力.漂移不稳定性也受到重力、中性风和电场的影响,离子-中性粒子碰撞能降低漂移不稳定性的增长率.本文的分析表明,在赤道电离层容易产生大尺度的Rayleigh-Taylor不稳定性,在中纬电离层易产生小尺度的漂移不稳定性. 相似文献
8.
本文利用北美、南美和大洋洲三个地区的电离层TEC数据,分析了磁偏角为零的经度线两侧中纬电离层TEC的差异.结果表明,在2001年至2010年的几乎所有季节,在磁偏角为零的经度东西两侧,北美、南美和大洋洲中纬电离层TEC都存在规则性的差异;中纬电离层TEC的这种经度差异显著地依赖地方时,对季节和太阳活动水平也有不同程度的依赖.地磁场影响下电离层与热层动力学耦合的分析表明,磁偏角的经度变化和热层风的地方时变化两者的共同作用是引起磁偏角为零的经度两侧中纬电离层TEC差异的重要原因之一. 相似文献
9.
热层大气风场、温度场对热层-电离层耦合研究、热层环流特性研究以及太阳活动和地磁活动研究等有着重要意义,同时其也是航天器飞行环境预报的重要物理基础.目前,由于热层所处位置较高,大气非常稀薄,风场探测难度较大,因此针对热层大气风场的探测手段非常少.Fabry-Perot（FP）光学干涉仪可通过观测气辉来进行风场探测,其对成像系统像质要求不高,在设计中无需过分追求像质,已经成为热层风场测量的重要工具.由于风场观测气辉的辐射强度非常微弱,因此必须进行FP干涉仪测量系统优化,获得相对较强的辐射强度,以提高风场测量精度.但目前,对FP干涉仪系统优化方面的研究较少,且在测风误差评价方面的工作也不充实.本文通过热层测风用固定间距标准具地基FP干涉仪数值模型的建立,解决FP干涉仪设计过程中各参量的优化问题,并提出一种新的测风误差估算方法.数值模型结果分析表明,在目前探测器观测技术水平下,采用全部干涉环参与计算并结合像元合并技术进行风速反演可最大限度地提高测量精度.此外,由于气辉辐射强度是影响热层大气风场测量精度的重要因素,因此在仪器测风精度性能评价时需确定观测对象强度,即气辉的辐射强度. 相似文献
10.
近年来,地球高层大气与电离层之间的耦合研究为众多学者所关注.在回顾这一领域国际上若干研究方向进展的基础上,着重介绍了中国学者的近期研究工作与贡献.首先,扼要介绍了中国高层大气观测的新发展,包括激光雷达、FP干涉仪、全天空气辉成像仪等光学探测,MST雷达、全天空流星雷达等无线电探测手段.在高层大气变化特性研究中,介绍了高层大气的气候学及各种大气波动的研究进展.在高层大气与低电离层的耦合研究方面,介绍了突发钠层及低热层钠层的观测研究和钠层模式的研究进展,以及突发E层与大气行星波之间的耦合研究工作.在高层大气波动过程与电离层F2层耦合研究中,着重介绍了电离层四波经度结构与高层大气非迁移潮汐之间的耦合特性与机理研究.在热层与电离层耦合的研究方向上,介绍了热层背景大气风场和重力波对电离层的作用、带电粒子对赤道热层的影响与热层赤道异常的形成机理研究等热层电离层相互耦合工作.综合认为,近年来中国学者在高层大气与电离层耦合的研究领域进行了大量工作,包括实验观测及数据分析、模式化与理论研究等.中国学者取得的研究成果为这一领域近年来的进展与突破做出了重要贡献. 相似文献
11.
The plasma instability process during internal gravity wave propagation through the ionospheric E region is considered. The growth rate of the instability has been found and it has been shown that it depends on perturbation wavelength, gravity wave parameters and direction of propagation. The conditions for the instability are favorable when the vorticity of the associated neutral motion becomes antiparallel to the geomagnetic field. In the proposed instability mechanism plasma irregularities could seed the large-scale sporadic E layer structuring because they are generated in situ as a part of the same neutral wind structure that serves to initiate the formation of the layer. 相似文献
12.
电场穿透作为强烈地磁活动期间太阳风-磁层-电离层电动力学耦合的重要形式,近年来一直是空间物理学最为活跃的课题之一.在过去的近40年里人们一直关注于观测证据的寻找以及物理过程的模拟,“电场穿透效率”这一重要定量化指标直到最近几年才得到重视.本文定义赤道电场增量与对应的行星际电场增量的比值为穿透效率,通过数值模拟的方法对穿透效率的地方时变化以及与中性风发电机的关系做了实验性讨论,在一定简化条件下结果表明：（1）不考虑跨极盖电势饱和的情况下,赤道电场增量与行星际电场增量呈线性关系,且中性风发电机并不影响电场穿透效率;（2）恒定重联线长度L的限定下,穿透效率具有明显地方时依赖性.例如对于L=2.6 RE,在9LT至23LT之间,穿透效率维持在10％左右;0LT至7LT之间,穿透效率迅速从2％上升至30％后又迅速回落到原始水平,形成尖峰.这些结果基本符合观测特征. 相似文献
13.
The measurements of the critical frequencies of the ionospheric F2 layer based on vertical radiosounding, which was performed with a CADI digital ionosonde at the Voeykovo magnetic–ionospheric observatory in February 2013, have been considered. The observations have been compared with the upper atmosphere numerical model (UAM) data for three days that differ in the amplitude and the character of solar and magnetic activity and correspond to quiet and moderately disturbed states of the ionosphere. The work was performed in order to improve the methods for determining the ionospheric state by vertical sounding ionograms. The time variations in the F2 layer critical frequency, electric field vector zonal component, and thermospheric wind velocity meridional component have been analyzed. Calculations were performed with three UAM variants. The UAM version providing the best agreement with the CADI ionosonde data was the version in which the neutral temperature, neutral composition, and pressure gradients are calculated according to the MSIS empirical model and the horizontal neutral wind velocity is determined by the equation of motion with pressure gradients from MSIS. The calculated values corresponded to the measurements, except those for the evening, because the electron density at the ionospheric F2 layer maximum depends more strongly on electric fields and thermospheric wind velocities during this period. Thus, the indicated UAM version with the above limitations can be used to determine the state of the subauroral ionosphere. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2002,64(12-14):1479-1486
This paper discusses the physical nature of neutral wind-induced processes. A simple “pictorial” explanation of the neutral-wind-driven gradient drift and thermal instabilities, originally suggested by Kagan and Kelley (Geophys. Res. Lett. 25 (1998) 4141; J. Geophys. Res. 105 (2000) 5291), is developed for the first time. A formula for the growth rate of a neutral-wind-driven gradient drift instability applicable for an arbitrary latitude is presented. The effectiveness of the neutral wind approach to the problem of midlatitude backscatter in the ionospheric E region is discussed. The paper concludes that there are cases when one may experimentally distinguish between electric field- and neutral wind-driven processes and shows that the backscatter character is defined by either the neutral behavior or the structure of ionization clouds but not by the gradient drift process itself. 相似文献
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The electron cyclotron waves that originate at low altitudes (<0.5 RE) and observed by ground facilities have been studied in the presence of a weak parallel electric field in auroral magnetoplasma consisting of trapped energetic auroral electrons and cold background electrons of ionospheric origin. The model distribution for auroral trapped electrons is taken as Maxwellian ring distribution. An expression for the growth rate has been obtained in the presence of parallel electric field assuming that the real frequency in the whistler mode is not affected by the presence of the electric field. The results show that waves grow (or damp) in amplitude for a parallel (or antiparallel) electric field. The influence of the electric field is more pronounced at a shorter wavelength spectrum. An increase in population of energetic electrons increases the growth rate and thus, plays a significant role in the wave excitation process in the auroral regions. 相似文献
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Space observations in the solar wind and simulations of high Mach number bow-shocks have detected particle populations with two coexisting nongyrotropic ion species. We investigate the influence of these two sources of free energy on the stability of parallel (with respect to the ambient magnetic field) and perpendicular propagation. For parallel modes, we derive their dispersion equation in a magnetoplasma with protons and alpha particles that may exhibit stationary nongyrotropy (SNG) and discuss the characteristics of its solutions. Kinetic simulations study the behaviour of perpendicular electrostatic (Bernstein-like) waves in a plasma whose ion populations (positrons and fictitious singly-charged particles with twice the electron mass, for the sake of simulation feasability) can be time-varying nongyrotropic (TNG). The results show that the coexistence of two gyrophase bunched species does not significantly enhance the parallel SNG instability already found for media with only one nongyrotropic species, whereas it strongly intensifies the growth of Bernstein-like modes in TNG plasmas. 相似文献