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.     

高纬极区电离层中离子声波谱线增强的解释

大量的实验研究表明, 在顶部极光区电离层, 利用EISCAT非相干散射雷达和Millstone Hill雷达可以观测到不对称、增强的离子声波谱线. 考虑到低能H+离子束沉降到背景电离层, 以及电离层顶部O+离子的外流事件, 采用含有场向热流项的双麦克斯韦分布描述H+离子束的分布函数, 进而基于离子－离子双流不稳定性理论来解释增强的离子声波谱线. 场向热流的引入可以减小离子声波谱线的不对称现象, 这样得到的结果更符合实际.     

环电流区能量离子分布特性研究

为了考察环电流区离子的分布情况,采用环电流粒子理论模式,对环电流中10-100 keV的离子进行了模拟研究.这个模式能够根据近地注入区外边界处离子的分布函数得出磁暴主相期间环电流中的主要成分H+,O+,He+3种离子的通量分布.计算结果分析表明,在其他条件相同的情况下,不同种类离子的通量分布的形态结构十分相似.电场强度对环电流离子通量的空间分布具有决定性的作用;晨昏电场强度越强,离子的通量越高;晨昏电场越强,环电流离子的内边界越接近地球.10keV的离子在电场相当弱的时候还是存在着连续的通量分布,但他们的形态和结构随着电场的变化有明显的变化.电场很弱时,离子分布主要集中于内外两个环带,离子通量在晨侧的更多一些,离子通量的最大值基本上是在比较靠近地球的环带上;随着电场的增强,离子分布的内外两个环带逐步合并,离子的分布逐渐靠近地球,通量分布的最大值也移动到了昏侧.环电流离子投掷角分布具有各向异性,投掷角在90°左右的时候,离子通量能达到最大值.      

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

汞离子微波钟技术研究进展

汞离子微波钟利用四极线型阱实现离子囚禁，通过汞光谱灯完成汞离子态的制备，易于集成和小型化；通过离子阱和汞光谱灯及其光路等关键组件优化设计，使汞光谱灯发出的抽运光与离子阱囚禁的离子充分作用，完成态的制备；40.5 GHz微波通过喇叭发射至离子阱中心，完成离子数反转；利用弱荧光信号探测系统完成汞离子超精细能级跃迁谱线的探测，实测跃迁谱线线宽约1 Hz;通过伺服控制环路完成汞离子微波钟的闭环锁定，经实验测试，频率稳定度可达■。     

电离层Es离子分布数值建模

从离子连续性方程和动量方程出发,比较全面地考虑了太阳光电离、星光电离、地冕电离、星际背景电离和流星离子流等电离源,综合分析Es层的主要动力学过程和光化学过程,以风剪切理论为基础,研究中性成分碰撞、电场作用、金属离子作用和分子离子作用等机制对离子分布的影响,建立了一维时变电离层Es物理模型.对离子产生率、垂直方向的离子速度在高度和时间上的变化进行仿真和计算,得到了在电场及风剪切作用下的离子密度剖面24h内的变化规律.根据建立的模型,以昆明相干散射雷达观测的径向风结果作为模型输入参考,仿真并得到了电离层Es电子密度的时空分布,据此反演出电离层Es临界频率f₀E_s.与昆明站电离层测高仪同时间观测的情况进行对比,结果比较一致,验证了建立的Es层物理模型正确性.     

太阳风中低频离子静电孤波

本文给出在太阳风超声速流动条件下,离子静电孤波的传播特性,结果与Helios1,2卫星观测的静电离子噪声做了比较。离子声波扰动的非线性发展使太阳风等离子体呈规则的小尺度起伏,离子声波在马赫锥外传播,因此理论预言密度起伏不沿着太阳风速度方向,而是在横向方向.     

热流效应对场向电流确定的影响

给出了任意速度分布函数条件下复频率的介电函数和色散关系的求解方法. 讨论了16矩近似条件下, 场向热流对电子速度分布函数, 介电函数实部与虚部, 以及离子与电子谐振频率和阻尼率的影响, 并与平衡态时麦克斯韦分布等离子体的计算结果进行了比较. 忽略场向热流效应, 正向电子漂移速度条件下, 上行等离子线探测, 会过高估计场向电流; 负向电子漂移速度条件下, 上行等离子线探测会过低估计场向电流. 对上下行等离子线同时探测情况, 忽略热流效应同样会过高估计场向电流.     

背景条件对低电离层预加热幅度调制的影响

基于电离层连续性方程和能量方程,建立了预加热模式下低电离层幅度调制加热理论模型,研究预加热阶段电离层电子密度和调制阶段电流随预加热时间的变化,探讨不同背景条件对幅度调制产生的极低频/甚低频（ELF/VLF）电磁波强度的影响.结果表明,预加热调制在90~100km高度效果较好,在夜间进行预加热调制激发的ELF/VLF强度增幅不明显,各季节中在春季调制强度增幅最大,太阳高年预加热调制比太阳低年的效果好,低纬地区强度增幅远大于中纬地区强度增幅.在一定加热条件下（有效辐射功率200MW,频率1kHz）,不同背景条件（除夜间外）下的预加热幅度调制模式在考虑能耗情况下,均在预加热10s时效果最好.     

基于PIC方法的离子发动机光学系统粒子模拟

采用单元内粒子(PIC, Particle-In-Cell)方法对离子发动机光学系统进行了等离子体粒子模拟.PIC方法可有效地对等离子体进行粒子模拟,其中电场求解采用SOR(Successive Over Relaxation)方法,离子加速方法采用蛙跳格式.推进剂采用氙,模拟粒子为单核离子.模拟得到了栅极间电势分布、电场强度分布及栅极间氙离子数密度分布.计算结果表明,在所取的光学系统电压参数和几何参数下,粒子束能够顺利通过栅极孔,不会撞击到栅极孔壁上.粒子模拟为今后开展离子发动机光学系统腐蚀机理分析及寿命评估提供了有效的数值方法.      

电离层人工加热实验中等离子体线的涨落

为研究高频电磁波在电离层等离子体中激发的等离子体线的涨落,一组电离层加热实验完成于波多黎各的Arecibo射电天文台。激发的等离子体线的强度随时间的涨落与平均加热功率有关。当等离子体受到充分激发时,随平均加热功率增加,涨落的重复频率增加,涨落减弱且变得无规则。当峰值功率或脉冲长度改变时,涨落的改变表现为重复周期的汇合或分裂。离子线的涨落与等离子体线的涨落相关,但重复频率较高。对所观测的现象提出了一种解释。     

Simulation and analysis of chemical release in the ionosphere

Ionospheric inhomogeneous plasma produced by single point chemical release has simple space-time structure, and cannot impact radio wave frequencies higher than Very High Frequency (VHF) band. In order to produce more complicated ionospheric plasma perturbation structure and trigger instabilities phenomena, multiple-point chemical release scheme is presented in this paper. The effects of chemical release on low latitude ionospheric plasma are estimated by linear instability growth rate theory that high growth rate represents high irregularities, ionospheric scintillation occurrence probability and high scintillation intension in scintillation duration. The amplitude scintillations and the phase scintillations of 150?MHz, 400?MHz, and 1000?MHz are calculated based on the theory of multiple phase screen (MPS), when they propagate through the disturbed area.     

强震前异常电场激发声重波对电离层的影响

震前地震孕育期地表异常增强的电场,通过大气电导率传输到电离层高度.该异常电场通过非稳态局部加热,可以在电离层高度激发声重波.基于该理论,利用一维时变中纬电离层物理模型,模拟了该扰动源对电离层电子密度的影响.结果表明,重力波引起的中性风速度扰动对电离层电子密度分布影响甚微,该机理无法解释震前电离层异常扰动现象.     

参量激励过程中三波耦合的一般色散关系（Ⅰ）最容易激励参量不稳定性的频率和波矢条件

讨论了在各向同性的均匀无耗电离层背景下激励参量不稳定性的三波耦合过程.首先从波的非线性耦合理论出发,分析入射电磁波和多个等离子体本征波模间的耦合情况;然后得到了无耗情况下参量激励过程满足的色散关系,在激励等离子体波的临界情况下表现为两种频率和波矢匹配条件,进而从理论上证明最容易激励参量不稳定性的条件是耦合生成电子Langmuir波和离子声波.     

Effects of adiabaticity and non-adiabaticity of dust charge fluctuation on the propagation of the dust ion acoustic waves in inhomogeneous dusty plasma

A theoretical investigation has been made for adiabatic positive and negative dust charge fluctuations on the propagation of dust-ion acoustic waves (DIAWs) in a weakly inhomogeneous, collisionless, unmagnetized dusty plasmas consisting of cold positive ions, stationary positively and negatively charged dust particles and isothermal electrons. The reductive perturbation method is employed to reduce the basic set of fluid equations to the variable coefficients Korteweg–de Vries (KdV) equation. Either compressive or rarefactive solitons are shown to exist depending on the critical value of the ion density, which in turn, depends on the inhomogeneous distribution of the ion. The dissipative effects of non-adiabatic dust charge variation has been studied which cause generation of dust ion acoustic shock waves governed by KdV-Burger (KdVB) equation. The results of the present investigation may be applicable to some dusty plasma environments, such as dusty plasma existing in polar mesosphere region.     

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[1]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.     

高频电波在背景备向异性和不均匀的随机起伏电离层中的传播

运用波动理论,讨论背景为各向异性、不均匀的随机起伏电离层中高频电波的传播和散射问题,给出了电离层不均匀体散射引起的反射回波波场的起伏,并在垂测条件下计算了接收波场的相位与振幅起伏的谱分布。     

南京地区斜向加热电离层效应数值模拟

与垂直加热相比,斜向加热电离层具有灵活性高、影响范围广和便于实际操作等优势.在非偏区考虑欧姆吸收,基于电子能量方程和连续性方程构建电波斜向加热低电离层的物理模型,并利用IRI-2007和NRLMSISE-00经验模型提供的背景参数对南京地区斜向加热低电离层进行数值模拟,对比不同加热条件下电子温度和电子密度的扰动情况.研究结果表明：电波加热效果随入射仰角和有效辐射功率的增大而增大;电子温度和电子密度增幅随电波频率增大而减小;X波模比O波模造成的电子温度扰动幅度和电子密度扰动幅度更大,同时X波模比O波模能更快地使电子温度和电子密度达到稳定状态;一定范围内较小仰角、较低频率、较大有效辐射功率的电波能使电子密度更快达到稳定,后两者还能加快电子温度达到稳定的过程;电子温度达到稳定所需时间随入射电波仰角呈单峰变化,仰角为62°时达到最大.

     

电离层H2O释放扰动效应的数值模拟研究

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H₂O的释放,研究电子e,H₂O,O⁺和H₂O⁺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,H₂O在电离层释放后,能有效耗散背景电子形成空洞,O⁺和H₂O⁺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;H₂O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.     

Effects of variations of geomagnetic field on VLF waves induced by beating of two HF waves

Beat wave (BW) high frequency (HF) ionospheric heating experiments were conducted to generate very low frequency (VLF) waves. The VLF waves were registered with a VLF receiver located ～15?km east of the European Incoherent Scatter (EISCAT) heating facility in Tromsø, Norway. A fluxgate magnetometer was used to monitor auroral electrojet current, and ionospheric conditions were measured using a Dynasonde. Correlation coefficients between VLF amplitudes and the deviation of geomagnetic north–south components were calculated. Experimental results show that strong and positive correlation exists the majority of the time, but sometimes no correlation or even a negative correlation occurred. This is consistent with similar past experiments that took place with exclusively AM generation. These results therefore support the conclusion that BW generation of VLF waves is no different than with AM, likely occurring in the D or lower E ionospheric region.