中性气体释放人工产生气辉

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.      

中性风和垂直漂移对低纬F区电离层影响初析

利用二维低纬电离层－等离子体层时变理论模式,模拟太阳活动高年春分条件下垂直漂移和中性风强度改变对低纬F区电离层参量的影响.模式在所考察的磁子午面内求解等离子体输运方程,给出离子浓度和速度随纬度、高度、地方时的变化.模式计算结果显示,调整垂直漂移和中性风强度对低纬F区电离层电子浓度的影响与电离层所处磁纬、垂直漂移和中性风作用时段等有关,呈现出一些新特点.结果对分析不同条件下垂直漂移和中性风对低纬F区电离层影响具有一定的指导意义.      

高纬极区离子速度分布函数多项式解及非相干散射谱计算

为更准确描述高纬极区电离层离子分布函数, 分别采用弛豫碰撞模型和麦克斯韦分子碰撞模型描述玻耳兹曼方程的碰撞项, 通过求解两种模型下的输运方程, 分别得到两种模型基于麦克斯韦分布下离子分布函数的13矩近似和基于双麦克斯韦分布下离子分布函数的16矩近似. 进一步根据Sheffield理论, 利用两种模型下离子分布函数的13矩和16矩近似, 计算了非相干散射谱, 并对结果进行对比分析. 结果表明, 相对于弛豫碰撞模型, 麦克斯韦分子碰撞模型能更好地描述电离层E层中离子与中性成分的相互作用. 相对于离子分布函数的13矩近似, 16矩近似更适合描述由于电场增加导致的离子温度各向异性特征.      

磁暴对赤道地区L波段电离层闪烁的影响研究

利用赤道地区Vamimo站闪烁数据, 选取两次典型大磁暴时段重点分析, 对比磁暴发生前、发生时以及发生后连续几天电离层幅度闪烁强度和发生率的变化, 引入瑞利elax-elax泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor, R-T不稳定性)线性增长率γ₀, 对磁暴影响闪烁的机制进行初步探讨. 结果表明, 磁暴可能触发闪烁发生, 也可能抑制闪烁发生, 这既与观测季节有关, 也与磁暴不同发展阶段的地方时有关. 触发发生于闪烁少发季节磁暴主相所在的午夜至黎明时段, 可能是磁层穿透电离层的东向电场所致; 抑制发生于闪烁多发季节磁暴恢复相所在的午夜前时段, 可能是西向电场作用的结果. 磁暴发生时的电场变化可能是抑制或触发闪烁的主导因素, 但仍需进一步分析研究.      

赤道地区和中纬度地区扩展F的特点和比较

通过数值模拟研究了赤道地区和中纬度地区扩展F的触发机制间的联系,发现相同的触发机制在不同纬度的条件下所演化出的结构形态不相同,因此观测上会有所不同;研究了西向电场在赤道地区的作用,发现在适合的电离层参数组合下会产生观测到的电离层F区顶部扰动出现率高于底部扰动出现率的状况;在数值模拟的基础上提出了一个中纬度地区电波散射的模型,用以解释观测到的中纬度地区电波散射的出现率高于线性理论预期的现象.      

大功率高频无线电波对赤道E区双流不稳定性的影响--PIC静电粒子模拟研究

地面入射的大功率高频无线电波(泵波)和电离层等离子体之间的参数相互作用，能够引起静电波的激发，在一定条件下，产生不稳定性．本文用PIC静电粒子模拟方法，研究泵波与赤道电离层E区等离子体的相互作用．研究结果表明，泵波能够控制双流不稳定性的发生，在不同条件下，泵波对双流不稳定性起着稳定与不稳作用，模拟结果定性地与理论研究结果相符合，这为我们对不规则体产生的地面人工控制提供了依据．     

利用聚类算法区分小尺度电离层行扰事件与赤道等离子体泡事件

利用Swarm卫星2015年1月1日至2019年12月31日的50Hz高频磁场数据，根据阈值判断垂直于主磁场方向的扰动，对磁纬45°N-45°S之间的小尺度电离层行扰事件进行探测.为避免混淆而产生的干扰，可以根据阈值判断平行于主磁场方向是否发生扰动，从而排除典型的赤道等离子体泡事件.但对于较弱的赤道等离子体泡事件，扰动阈值判断无效.为避免弱赤道等离子体泡事件的污染，根据小尺度电离层行扰事件和赤道等离子体泡事件在不同参数空间中的密度分布差异，利用基于密度的聚类算法将赤道等离子体泡事件进一步甄别提取.结果表明，聚类算法能够有效地将赤道等离子体泡事件从小尺度电离层行扰事件中甄选出来，并使小尺度电离层行扰事件聚类与赤道等离子体泡事件聚类形成清晰的边界.由聚类算法导出的弱赤道等离子体泡事件主要分布在磁纬15°N-15°S，地理经度20°-60°W，月份10至3月之间，并且在20:00MLT-24:00MLT存在高发生率，同时依赖于太阳活动，这也验证了前人的相关研究结果.      

夏季强对流活动对东亚低纬电离层不规则体影响的事件分析

利用海南台站和东南亚地区的多种地基和天基观测手段,对2014年7月28日夜间观测到的东亚低纬F区不规则体事件的时空变化及其物理过程进行分析。结果表明,海南台站观测到了罕见的长时间持续的F区电离层不规则体,不同手段观测到的电离层不规则体存在明显的形态差异。不同台站观测到的电离层不规则体活动存在明显的差异。海南台站经度区南北异常峰附近的TEC起伏活动在日落后至午夜附近明显增强,在午夜后明显减弱。C/NOFS卫星轨迹午夜后逐渐接近于磁赤道,且处于较低高度上,几乎总会观测到弱等离子体扰动/泡的发生,与该区域地基观测的弱电离层不规则体活动存在明显的联系。SWARM卫星在黎明海南台站附近经度区仍观测到较强的赤道异常双峰结构,且西侧异常峰区附近仍存在明显的等离子体密度耗空/泡结构。海南台站西侧磁赤道区附近（中南半岛）强对流活动（MCC）激发的重力波种子扰动对东亚低纬区等离子体泡及准周期结构的产生发挥了重要作用。      

基于伴随理论的Spread-F最优初值扰动提取研究及数值模拟

通过讨论Spread-F扰动初值对于研究R-T不稳定性的必要性,分析初值扰动提取在人工诱导电离层方面的重要作用, 首次提出了应用伴随理论将电离层不稳定性基本方程与Spread-F观测资料相结合提取其扰动初值的方法. 推导了电离层不稳定性方程的伴随模式并进行数值模拟实验, 结果表明电离层不稳定性方程能够较好描述 Spread-F的发展过程; 伴随模式在利用不同迭代初值以及不同时刻观测资料进行反演时, 均能得到较为理想的结果, 表明利用伴随模式反演电离层 Spread-F初始扰动是可行的.      

瞬态空气等离子体场的全息术研究

采用双波长双脉冲激光全息术,对有激波存在下的空气放电现象进行了研究。建立了双波长电弧折射率场方程,推导出冲击波区的压强同折射率之间的关系式,得出电弧场的压强分布.曲线及等离子体区的温度分布和电子、离子、原子、分子等粒子的数密度分布。     

Post-midnight equatorial irregularity distributions and vertical drift velocity variations during solstices

Longitudinal distributions of post-midnight equatorial ionospheric irregularity occurrences observed by ROCSAT-1 (1st satellite of the Republic of China) during moderate to high solar activity years in two solstices are studied with respect to the vertical drift velocity and density variations. The post-midnight irregularity distributions are found to be similar to the well-documented pre-midnight ones, but are different from some published distributions taken during solar minimum years. Even though the post-midnight ionosphere is sinking in general, longitudes of frequent positive vertical drift and high density seems to coincide with the longitudes of high irregularity occurrences. Large scatters found in the vertical drift velocity and density around the dip equator in different ROCSAT-1 orbits indicate the existence of large and frequent variations in the vertical drift velocity and density that seem to be able to provide sufficient perturbations for the Rayleigh-Taylor (RT) instability to cause the irregularity occurrences. The need of seeding agents such as gravity waves from atmospheric convective clouds to initiate the Rayleigh-Taylor instability may not be necessary.     

部分球壳分布离子流激发的电磁不稳定性

在离子环束流和低频电磁波相互作用的过程中廓了环束流将演化成具有投掷角展宽的部分球壳速度分布离子流,其投掷角展宽随时间增大,低频右旋电磁不稳定性增长率峰值,总的说来也逐渐增大,并向高频短波方向移动,与此相反,低频左旋电磁不稳定性增长率峰值,当投掷 角展宽等于０时,大于右旋不稳定性峰值,但随着投掷角展宽增加而迅速低于右 性增长率峰值,并向工波方向移动。     

Super rogue wave catalysis in Titan’s ionosphere

Super rogue ion-acoustic waves are proposed as a physical catalyst for the heavy hydrocarbon ions formation in the Titan ionosphere. We justified that analytically and numerically by probing a Titan referenced plasma system, consists of the most abundant positive ions and superthermal electrons. A solution of the nonlinear Schrödinger equation (NLSE) has provided us by the plasma (un) stable regions at altitude 900–1200 km from the Titan surface with superthermal parameter values, relative ion to electron densities, and temperature ratio variations. Our results are not only agreed with the Cassini data but also predict a chemistry independent approach for the heavy hydrocarbons’ formation conditions.     

Empirical model of the composition of the Venus ionosphere: Repeatable characteristics and key features not modeled

In-situ measurements of positive ion composition of the ionosphere of Venus are combined in an empirical model which is a key element for the Venus International Reference Atmosphere (VIRA) model. The ion data are obtained from the Pioneer Venus Orbiter Ion Mass Spectrometer (OIMS) which obtained daily measurements beginning in December 1978 and extending to July 1980 when the uncontrolled rise of satellite periapsis height precluded further measurements in the main body of the ionosphere. For this period, measurements of 12 ion species are sorted into altitude and local time bins with altitude extending from 150 to 1000 km. The model results exhibit the appreciable nightside ionosphere found at Venus, the dominance of atomic oxygen ions in the dayside upper ionosphere and the increase in prominence of atomic oxygen and deuterium ions on the nightside. Short term variations, such as the abrupt changes observed in the ionopause, cannot be represented in the model.     

参量激励过程中三波耦合的一般色散关系(Ⅱ)一般色散关系以及泵场阈值和增长率

本文讨论了各向同性的均匀有耗电离层背景下激励参量不稳定性的三波耦合过程．首先推导有耗情况下参量激励过程中的一般色散关系,然后针对文献得出的两种频率和波矢匹配条件计算激励参量不稳定性所需要的泵波阈值场强和受激励的等离子体波的增长率．结果表明,过密加热时泵场阈值与电子碰撞频率和离子碰撞频率的乘积成正比,不同于以前的一些理论模型得到的泵场阈值与碰撞频率的一次方成正比的结论;欠密加热比过密加热需要能量更高的高频泵波来激励参量不稳定性．     

Model calculations of the dayside ionosphere of Venus

Model calculations of the dayside ionosphere of Venus are presented. The coupled continuity and momentum equations were solved for O₂⁺, O⁺, CO₂⁺, C⁺, N⁺, He⁺, and H⁺ density distributions, which are compared with measurements from the Pioneer Venus ion mass spectrometer. The agreement between the model results and the measurements is good for some species, such as O⁺, and rather poor for others, such as N⁺, indicating that our understanding of the dayside ion composition of Venus is incomplete. The coupled heat conduction equations for ions and electrons were solved and the calculated temperatures compared with Pioneer Venus measurements. It is shown that fluctuations in the magnetic field have a significant effect on the energy balance of the ionosphere.     

Plasma effects of active ion beam injections in the ionosphere at rocket altitudes

Data from ARCS rocket ion beam injection experiments will be primarily discussed in this paper. There are three results from this series of active experiments that are of particular interest in space plasma physics. These are the transverse acceleration of ambient ions in the large beam volume, the scattering of beam ions near the release payload, and the possible acceleration of electrons very close to the plasma generator which produce intense high frequency waves. The ability of 100 ma ion beam injections into the upper E and F regions of the ionosphere to produce these phenomena appear to be related solely to the process by which the plasma release payload and the ion beam are neutralized. Since the electrons in the plasma release do not convect with the plasma ions, the neutralization of both the payload and beam must be accomplished by large field-aligned currents (milliamperes/square meter) which are very unstable to wave growth of various modes. Future work will concentrate on the wave production and wave-particle interactions that produce the plasma/energetic particle effects discussed in this paper and which have direct application to natural phenomena in the upper ionosphere and magnetosphere.