赤道反向电射流中不均匀性的对流放大特性及对某些观测特性的解释

本文分析了反向赤道电射流条件下的不均匀性的对流放大特性。根据电射流不稳定性的线性理论,对一个分层均匀的电射流的模式的数值计算表明:在反向电射流条件下,电射流不均匀性有如下的特性:在波的传播过程中,在上电射流区内,波矢向下旋转,在下电射流区内,波矢向上旋转;在驱动电场E_D数值相同的情况下,反向电射流条件下的射线路径积分增长率r比正常电射流情况的要小得多。这是由于波的群速度方向是向下的,而电子密度梯度起稳定化作用。对于电子密度的特征长度L_N=6km和│E_D│=0.8mV/m,波长λ=10m,高度h≥105km,有r<20。在这一高度范围,波可能是不饱和的,增大L_N,使波在h=105km饱和的临界电场│E_D│值减小。上述计算结果可解释某些在反向电射流条件下,在Addis-Ababa观测到的10m波长雷达回波的特性。      

重力波非线性传播过程中的饱和与破碎

采用水平方向的显式算法与垂直方向的隐式算法相结合的时间分裂法,建立了二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式.用本模式对小振幅重力波传播过程的模拟结果与线性重力波理论预测的结果吻合很好,从而验证了本模式的正确性.我们用此模式模拟了有限振幅重力波在非线性传播过程中的饱和与破碎,结果表明,(1)翻转出现在饱和之前,但向破碎演化仍需要一段时间,由于非线性波-波和波-流相互作用使得非线性数值模拟的饱和高度(出现时间)高(早)于线性饱和理论预测的结果;(2)重力波在不稳定之前已经有能量向背景场中转移,破碎直接导致非线性波-波相互作用,造成能量向小尺度短波上转移;(3)背景风场的加速方向,形成射流的方向与重力波的水平传播方向一致,表明重力波与背景流的非线性相互作用加剧了背景风剪切和不稳定性的发展.      

基于激光雷达实测和动力学仿真方法研究中间层顶垂直风扰动特性

利用中国廊坊台站钠荧光多普勒激光雷达82h垂直风和水平风观测数据,统计得到中间层顶区域中存在10m·-1量级的垂直风扰动和纬向风扰动,其中垂直风扰动远远超过平均风速为-0.015m·-1的背景垂直风速.根据三维准单色重力波的极化关系和色散关系,对高中低三种频率重力波产生的垂直风扰动进行仿真,结果显示在满足短周期、大纬向风扰动条件下,高频重力波能够产生最大10m·-1量级的垂直风扰动,中频重力波能够产生10m·-1以内的垂直风扰动,低频重力波能产生1m·-1以内的垂直风扰动.理论条件下准单色重力波能够产生10m·-1量级的垂直风扰动,钠激光雷达观测到的最大10m·-1量级的垂直风扰动真实存在.研究结果可对高层大气垂直风场探测、垂直风场模拟和重力波参数化提供依据.      

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.      

中纬度地磁暴期间热层垂直风响应机制的模拟

基于TIMEGCM模型,研究了2005年9月10日中纬度地磁暴期间热层(100～650 km)水平风场变化对垂直风的影响.通过连续性方程诊断分析了暴时引起垂直风场变化的机制,结果表明:250 km以上的垂直风场取决于水平风场的变化,而250 km以下的垂直风场由较高高度的垂直风拉动;在地磁暴初相开始时,经向风场相比纬向...     

在轨发动机射流的电离层效应

卫星等航天器在轨运行期间,通过喷气实现姿态控制、轨道调整等特定需求.喷气射流与电离层相互作用,能够引起电离层环境改变,对星载设备产生重要影响.通过研究航天器在轨发动机喷气射流在电离层中的动力学及化学反应过程,建立射流的电离层效应物理模型,模拟了不同射流量及高度条件下喷气射流的运动过程、密度分布及电离层扰动效应.仿真结果表明,相同高度下,随着射流量增加,电离层扰动效应逐渐增强;相同射流量条件下,随着高度增加,电离层扰动效应逐渐减弱,扰动区域逐渐扩大.      

引导场对无碰撞电流片低频电磁不稳定性的影响

通过数值求解无碰撞电流片中可压缩磁流体力学模型下得到的一般形式的色散关系,讨论了无碰撞电流片中引导场对低频电磁波不稳定性的影响.结果表明,平衡态磁场中的引导场,对于三维扰动传播的波不稳定性有很强的影响.(1)在电流片中间平面上(z=0),无引导场时,没有不稳定性发生,但若存在引导场,不稳定性便发生,并随着引导场的增强,不稳定性明显增强,不稳定的波模可能是低混杂模.(2)在中间平面附近(z=0.2),电流片是不稳定的.随着引导场的增强,不稳定性增长率明显地增强,不稳定的波模从平行和反平行两个方向传播变为反平行方向一个方向传播,并且是斜传播的,具有低频哨声模或低混杂模的特征.(3)在电流片边缘附近(z=0.8),引导场对不稳定的波模和增长率没有明显影响,不稳定的波模都是准平行的哨声波.      

低温射流抑制空间液氢储罐温度分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱甚至完全抑制,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流会出现环绕漏热源的温度分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全.利用低温射流抑制温度分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化.本文采用全充满的二维缩比储罐模型,对微重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的温度分层现象进行数值模拟,分析低温射流条件对于消除微重力条件下液氢储罐内部温度分层效果的影响.      

涡轮叶片尾缘复合通道隔板结构对流动的影响

涡轮叶片尾缘隔板结构的优化可以强化换热,其机理是破坏附面层的形成,并形成脉动效果.本试验通过流道中打入粒子,在激光片光源的照射下使用高速摄像头拍摄涡轮叶片尾缘带隔板的复合通道内的流动形式.主要试验了2种不同结构的隔板(矩形隔板与120°波形隔板)在射流孔全部打开和单个射流孔打开时的流动形式,以及波形隔板在不同条件下对流动形式的影响.结果表明:矩形隔板和波形隔板都对射流有所影响;波形隔板射流有其特有的震荡效果,在固定几何条件下,主要与进口雷诺数相关.     

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.      

Gravity waves and wind-shear in the MLT at 23°S

We have used the technique suggested by Hocking [Hocking, W. A new approach to momentum flux determinations using SKiYMET meteor radars. Ann. Geophys. 23, 2005.] to derive short period wind variances in the 80–100 km region from meteor radar data. We find that these fluctuating winds, assumed to correspond to gravity waves and turbulence, are closely correlated with the vertical shear of the horizontal tidal winds. This close correlation suggests that in situ wind shear may be a major source of gravity waves and turbulence in the MLT. If this is the case, gravity waves generated in the troposphere and propagating up to the MLT region, generally assumed to constitute an important influence on the climatology of the region, may be a less important source of energy and momentum in the 80–100 km region than has been hitherto believed.     

热毛细效应对细丝薄膜流动不稳定性的影响

根据重力与热毛细力耦合作用薄膜在细丝上的流动情况,采用长波近似推导了界面的演化方程.通过色散关系分析热毛细作用对Rayleigh-Plateau稳定性的影响;通过时空模式的稳定性分析,研究了系统的绝对对流不稳定性特性;通过直接数值模拟,研究了薄膜破裂和绝对对流稳定性的关系.      

The relation of gravity waves and turbulence in the mesosphere

VHF radar observations of the mesosphere generally reveal that the structure of turbulence is intermittent in space and time. Some examples of such turbulence layers and the concurrent gravity wave oscillations, observed in the low latitude mesosphere over the Arecibo Observatory/Puerto Rico are discussed. This turbulence structures which are intermittent on short time scales but persistently recur over periods of many hours at almost the same height are evidently not related to the simultaneously occurring short period gravity waves. These kinds of persistent turbulence structures are assumed to be related to very long period (inertia-) gravity waves, where instability takes place only by the wave induced shear in a narrow critical level. However, the short period gravity waves occasionally break into turbulence by overturning and convective instability. These interpretations offer a way to understand the generation mechanisms of the different kinds of turbulence structures, namely blobs, sheets and layers, which were reported in the early days of mesospheric VHF radar observations.     

Changes in thermospheric density caused by turbulence variations

Seasonal and geomagnetic density variations in the thermosphere can be explained either by a system of thermally driven winds or, equally well, by changes in the turbulence structure. Observations show that both processes take place, but their relative importance has not yet been established. In this paper, a model incorporating both mechanisms is presented. Whereas seasonal changes may be generated by changes in the turbopause height, geomagnetic perturbations may be associated with a turbulent layer above the homopause region.     

VHF radar observation of wave instability and turbulence in the mesosphere

At mesospheric heights, VHF radar measurements reveal strong signal power bursts which have the same period as simultaneously observed short-period velocity oscillations. Both the power bursts and the velocity oscillations occur in layers of maximum vertical wind shear generated by tidal or long-period gravity waves with apparent vertical wavelengths of the order of 10 km. A comparison with similar power bursts measured in the troposphere during a jet stream passage leads to the conclusion that the short-period velocity oscillations are due to a Kelvin-Helmholtz instability. This instability in turn generates superadiabatic lapse rates so that strong turbulence can occur which produces the observed signal power bursts.     

大气重力波引起的突发钠层的模拟研究

应用钠原子和中性大气分子的质量连续性方程来模拟突发纳层（SSL），垂直风场采用接近实际大气重力波的正弦行波模式，结果较好地反映了SSL的形成过程。SSL的形成时刻在5－15min之间并可持续到30min之后，形成高度大约在90－100km之间，峰宽为0.5-2km之间，这些都与实际观测SSL的特点相符，同时还进一步地研究了当重力波参数（主要指垂直波长和周期）、风速以及常态钠层半宽度发生变化时SSL的变化趋势。     

Implications of the VEGA balloon results from Venus atmospheric dynamics

The VEGA Venus Balloon Mission returned data on the themodynamic state of the atmosphere together with wind and cloud information. In this invited paper we review possible explanations for three aspects of the data: 1) the large amplitude atmospheric vertical winds encountered by the VEGA balloons; 2) the observed 6.5 K temperature difference consistently measured between the two VEGA balloons; and 3) the apparent influence of surface topography on atmospheric motions seen by the VEGA-2 balloon as it flew over the mountainous terrain known as Aphrodite.     

用电离层特性参量提取等效风场信息

导出了利用中低纬电离层特性参量获取电离层F层峰区高度上等效风场（包含电场和风场信息在内）的基本方程，并尝试用该方法从电离层特性参量（峰高和临频）提取等效风场信息，利用武汉站DGS-256电离层数字测高仪数据及由美国Massachusetts Lowell大学最新版的剖面反演程序换算得到F层峰高，获得了武汉地区夏季至日点附近，冬季至日点附近，冬季地磁特别宁静的九天和冬季平均等效风场的初步特征，并利用Fejer经验电场模式计算冬季电场引起的垂直漂移，估计电场和风场对武汉地区的垂直等效风场的贡献大小，结果表明：等效风场呈现出白天与夜晚幅度和方向的差异。至日点附近冬季与夏季白天的幅度差异以及明显的凌晨凹陷现象；平均情况下，垂直等效风场幅度和方向的变化主要是由中性风引起，受电场的影响不大。     

重力波波包在三维非等温大气和水平风场中非线性传播的数值研究

采用全隐欧拉格式（FICE）对重力波波包在三维非等温大气、均匀和剪切风场中的非线性传播进行了数值模拟，给出了重力波波包三维非线性传播的全过程，分析了重力波的传播特性及背景温度场、风场对重力波传播的影响。结果表明：波包扰动速度振幅的增长比在WKB条件下振幅的增长要慢；波包非线性传播的路径、能量传输速度不同于WKB近似下的结果，非线性效应导致了重力波的传播特性的改变；温度场的非均匀性会改变重力波传播的路径和速度；剪切风场使扰动速度振幅的增加变得缓慢，使垂直波长减小。