低热层臭氧含量振荡和温度起伏间的耦合关系

本文求出了声重波传播过程中,低热层臭氧含量振荡和温度场起伏间的耦合关系。首次揭示出其正负相关性的内在原因和判据——动力扰动尺度。在中小尺度声重波扰动范围内,臭氧含量振荡与温度场起伏是正相关的,且相关幅度可达或超过7;而在大尺度或行星尺度波范围内,则一般为负相关。此发现可解释低热层中臭氧含量快速变化及臭氧含量长时间纬圈平均值变化与温度场成负相关的观测事实。本文还在声重波尺度范围内比较了线性和非线性理论的结果,结果表明两者没有太大的差异。     

声重波激发的ESF的波长效应

通过对赤道地区声重波激发的Ｓｐｒｅａｄ－Ｔ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一进行数值计算,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Ｓｐｒｅａｄ－Ｆ形态的多样性提供了一种非线性的解释。     

非相干雷达探测低电离层的结果分析

位于波多黎各的Arecibo非相干雷达可以获得低电离层电子和离子密度, 利用此非相干雷达数据对中纬度低电离层的运动特征进行研究. 得到了电子密度随时间和高度的变化 情况, 结果显著呈现出周日变化特征, 并分析了电子密度随高度的变化规律. 进一步对数据进行频谱分析, 深入研究低电离层电子密度的周日变化效应. 得到电子密度的高度剖面, 发现从F层底部到E层有明显的等离子体沉降. 低电离层的层结构特征及电子密度变化表明, 在该区域还存在不同程度的等离子体扰动, 由此对低电离层的作用因素 进行分析, 认为大气潮汐或声重波可能对低电离层产生扰动, 即低电离层与大气存在一定程度的耦合作用.      

大气重力波与电子密度扰动的耦合

本文从相互耦合的大气流体方程和双流体等离子体方程出发, 导出了赤道F区大气重力波和电子密度扰动的耦合色散关系, 据此对两者的共振相互作用作了进一步的理论分析。结果表明, 大气重力波可以通过共振耦合将部分能量转换给带电粒子, 为赤道扩展F提供初始电子密度扰动;在这过程中, 等离子体不稳定性对共振条件和共振耦合有着重要的影响。      

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．     

低纬地区TEC观测的初步分析

1985年6、7月间在低纬地区进行了TEC观测。发现赤道异常的北峰在广州江门一带,峰的位置有波动,低纬地区本地产生的声重波周期低于20—48分钟且随纬度而异;极地产生的大尺度声重波可以传播到广州、香港一带,难于传到海南岛;低纬地区的不均匀结构的出现,集中在2000—0400之间,其尺度不大,漂移没有明显的东向优势。本文还给出了由视速求真实速度的方法,在接近太阳活动低年的1985年夏季仅在三亚看到电离层汽泡。      

声重波在垂直切变风场中的传播与演变

本文根据时空变化风场中声重波演变的基本方程,详细讨论了声重波的基本参量在垂直切变风场中的变化方式。结果表明,沿群路径上波长、相速和传播方向的变化取决于风场的垂直结构以及波风之间的相对方位。声重波扰动动能的变化与波空间尺度的变化存在一定的关系。对于上行重力波分支,波包动能的增加伴随着波长变长,波包动能减小伴随着波长变短;对于上行的声波分支,情况则相反。文中还讨论了常定的声重波波列在垂直切变风场中的传播问题,分析表明,声重波能量密度增加伴随着本征频率减小,能量密度减小伴随着本征频率增加。      

Aura/MLS与TIMED/SABER观测全球重力波特性

大气重力波是临近空间环境主要大气波动之一,对全球环流具有重要影响。卫星上搭载的临边探测器能够探测临近空间大气温度,可用于临近空间大气重力波研究。利用2012－2014年Aura的微波临边探测器（MLS）和TIMED的红外临边探测器（SABER）的探测数据,对20~50 km高度的大气重力波扰动分布特征开展了分析研究,两种观测重力波活动基本一致,重力波随季节、纬度及高度的变化显著。冬季半球高纬度重力波扰动较强,赤道和夏季半球近赤道地区上空也存在明显重力波活动区域,夏季半球高纬度重力波扰动最弱。重力波扰动强度随高度增加。TIMED/SABER重力波扰动强度数值比 Aura/MLS略强。      

中高层大气对低层大气脉冲扰动的响应

从基本的大气运动方程出发,采用二维全隐欧拉格式(FICE)建立极坐标下二维声重波传播的数值模式.对小振幅高斯形态声重波传播过程的模拟结果表明,该数值模式能够再现声重波波包向上的稳定传播过程.应用此数值模式模拟了在没有背景风场和存在背景风场条件下中高层大气对10km高空处近似脉冲点源扰动的响应过程,获得了中高层大气对低层大气脉冲扰动响应的图像.结果表明,电离层高度对重力波扰动的响应不但出现在激发源激发之后,还与激发源具有较大距离,扰动的幅度随高度的增大而增大;有背景风时,顺风情况下重力波波动传播路径较逆风情况下平缓,且传播的水平距离比逆风情况下远,波动的振幅较逆风情况下弱,逆向背景风场能够加速重力波向上传播.同时,模拟还表明脉冲扰动正上方可以激发产生一种以6 min为主要周期,具有声学分支特性的快速波动.本文模拟的扰动结果与2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震引起的电离层TEC扰动具有类似的图像.      

基于COSMIC的平流层重力波参数分析

基于COSMIC卫星观测的2006年12月29日到2008年1月3日30°-40°N纬度内的温度剖面,分别利用垂直滑动窗、双滤波器和单滤波器三种方法计算低平流层重力波的扰动和势能,获得重力波扰动和势能随高度、经度的分布以及多时间尺度变化特性,分析重力波扰动势能与背景温度及风场的变化趋势和特点.比较三种方法得到的结果发现:垂直滑动窗方法只能去除大垂直尺度的背景,无法抑制小尺度的扰动,其得到的结果误差较大;双滤波器法对温度剖面中的大尺度背景和小尺度扰动都能很好地抑制;单滤波器法得到的重力波扰动中基本不包含垂直方向的大尺度背景,但是包含一些小垂直尺度的扰动.因此,对于垂直波长为10km左右的重力波,采用双滤波器法合适;如果需要得到小尺度重力波的变化特性,采用单滤波器法合适.采用双滤波器法无法得到势能随高度的变化,而采用单滤波器法能够给出每月势能随高度的分布.对30°-40°N纬度内的重力波参数进行统计分析得到重力波扰动、势能与背景温度和水平风场的关系.      

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.      

Ground and satellite-based observations of ionospheric plasma bubbles and blobs at 5.65° latitude in the Brazilian sector

This investigation uses simultaneous observations from all-sky imager system and an ionosonde collocated at Araguatins (5.65° S, 48.07° W and dip-latitude of 4.17° S), a near-equatorial region in Brazil. These simultaneous observations were used to investigate the occurrence of plasma bubbles and blobs in the field of the imaging system and their association with atypical range Spread-F signature in ionograms. Also, in-situ observation of plasma density from Swarm satellites were used to support the ground-based observations. Using a few cases, a methodology will be established to identify in the plasma blobs (atypical ESF) in the ionograms when there is the simultaneous observation of plasma bubbles and blobs in the field of view of the ionosonde. For this purpose, simultaneous sequence of OI 630.0 nm nightglow images and ionograms are presented for different case studies; 1. when there is the absence of a plasma bubble or blob, 2. when there is only the occurrence of plasma bubbles and 3. when there is the occurrence of plasma bubbles and blobs, in order to compare traces in the ionogram in all these case studies. With these we can cover all kinds of signatures in the ionograms corresponding to no irregularities, plasma bubbles only and plasma bubbles-blobs. These OI 630.0 nm nightglow and ionograms recorded simultaneously make it possible to establish a novel methodology to recognize in ionograms cases when there is the occurrence of Spread-F signature associated with bubble-blob in the FOV of the ionosonde.     

台风激发的声重力波的可探测性研究

通过对北京大学高频多普勒台站(39.4°N,116.2°E)多年的观测资料及相关台风资料的统计分析,着重研究了高频多普勒探测手段对由台风引起的扰动电离层响应的可探测性问题.通过对台风登陆前后的高频多普勒观测记录的细致分析及与宁静条件下记录的对比研究,表明高频多普勒观测手段可以很好地探测由台风激发的声重力波,尤其是对台风登陆前后所激发的扰动具有较高的可探测性.在所分析的24次台风事件中有明显扰动记录的高达22次(22/24).结合观测事实与Huang等的统计结果(2/12)进行了比较,并进行了可能的原因分析.通过数值模拟的方法对观测到的主要扰动的非线性传播过程进行了模拟再现,结果基本上与观测结果及线性传播理论一致.确认了一般情况下高可探测性这一事实,但同时也表明可探测性和台风激发源与探测位置及中尺度TIDs在电离层中的传播模式有密切关系.      

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.      

磁暴对海南地区电离层扩展F的影响

利用2002年2月至2007年12月海南地区DPS-4测高仪观测数据, 用统计分析方法研究了磁暴对电离层扩展F的影响. 结果认为磁暴从整体上抑制了扩展F现象的发生. 但若把扩展F分为不同类型, 则结果却有所不同. 对于频率型(FSF), 在2002年和2003年磁暴对其有促发作用, 在2004---2007年有抑制作用; 对于区域型(RSF), 在2002---2005年磁暴对其有抑制作用, 在2006年和2007年, 对其有弱促发作用; 对于混合型(MSF), 在2002年磁暴对其有抑制作用, 在2003年和2004年有促发作用, 从2005年开始, 磁暴对其有抑制作用; 对于强区域型 (SSF), 在2002---2004年磁暴对其有抑制作用, 在2005年和2006年有促发作用, 2007年有弱抑制作用.      

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．     

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。      

Indo-German low-latitude project deos: plasma bubbles in the post sunset and nighttime sector

Two spread-F flights were performed under equinox conditions in April and September 1998 from the Indian low-latitude station SHAR. Both flights detected plasma bubbles confined to a narrow longitudinal extent. Plasma parameters are measured under two different conditions in the post-sunset ionosphere; when the F-layer is moving upward (19:21 IST launch) and when the F-layer is stationary (20:41 IST launch). Low altitude bubbles during upwelling of the F-region in the prereversal current enhancement phase are characterized by turbulent, non Maxwellian regions. Transitional scale waves with k=−3.6 are observed in the bubbles. This flight also detects strong sharp E-layers during downleg and an intermediate layer at 170km. Nighttime bubbles during almost stationary F-layer conditions show turbulent, Maxwellian features with moderate cooling compared to the undisturbed environment. Transitional scale waves in the bubble region show a spectral index k=−3.1. The spectral power is reduced by around 20dB compared to the sunset flight.     

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。