太陽紫外線輻射能導(dǎo)致地面海拔高度60km以上的高層大氣產(chǎn)生電離形成電離層。高緯電離層易受太陽風(fēng)、行星際磁場（IMF）以及當(dāng)?shù)匕l(fā)生的一系列動態(tài)物理過程的影響,這些過程會導(dǎo)致極光、磁擾動甚至是磁寧靜期間高緯電離層的擾動。另外,高能粒子沉降、中性風(fēng)和電場漂移等一些物理過程的影響都有可能影響電離層的電子濃度分布。極區(qū)電離層和磁層通過對流電場、粒子沉降以及場向電流緊密耦合在一起,在太陽風(fēng)-磁層-電離層-熱層耦合系統(tǒng)中扮演著重要角色。電離層標(biāo)高是研究電離層電子濃度剖面的固有特征參量,它能夠反映電離層電子濃度剖面的形狀和梯度變化,這些變化又與電離層動力學(xué)、等離子體溫度、等離子體成分組成等有關(guān)。雖然對于電離層HmF2的變化特性,人們己經(jīng)做了大量研究工作,但是對于極區(qū)HmF2特性的相關(guān)工作仍然十分有限。為了深入了解極區(qū)電離層的特性以及極區(qū)電離層-等離子體層-磁層耦合的機(jī)制,我們做了如下幾個方面的研究:（1）基于EISCATESR雷達(dá)的大量觀測數(shù)據(jù),我們對極區(qū)電離層頂部電子濃度剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行了最小二乘法擬合,提出并驗證了計算極區(qū)電離層HmF2的新方法。（2）基于EISCATESR雷達(dá)1997至2008年間的... 

【文章來源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．３沉降電子和離子在電離層中引起的電離??１．１．３電離復(fù)合和粘附過程??，

ｓ＇１??圖１．３沉降電子和離子在電離層中引起的電離??１．１．３電離復(fù)合和粘附過程??如果電離層中只有電離過程的話，那么高層大氣最終肯定會完全電離。實際??上電離層中存在著抵消電離且維持平衡的兩種物理過程：離子和電子組合重新形??成中性原子，電子粘附在中性原子或分子上形成負(fù)離子。在形式上這兩個過程可??以用復(fù)合系數(shù)■和粘附系數(shù)＆來表示，這兩個系數(shù)分別表示每秒有多少電子和離??子復(fù)合、每秒有多少電子粘附在中性粒子上。復(fù)合和粘附都是有效的電離粒子損??失過程，它們對電離過程有著逆向的影響。復(fù)合率與能夠復(fù)合的離子密度和電子??密度有關(guān)，而粘附率則僅僅與可粘附在中性粒子上的電子的數(shù)量有關(guān)。人們觀察??到在平衡狀態(tài)下，電離層等離子體是呈電中性的，即，因此推出電子密度??的連續(xù)性方程如下：??ｄｉｎ．?〇?１??批—Ｑｖｆｅ?＿?—?Ｐｒ＾ｅ?（１－１２）??式（１．１２）右邊第一項為太陽紫外線輻射產(chǎn)生的電離和沉降粒子碰撞產(chǎn)生的??電離項，它是電離層中電子密度的來源，另外兩項為損失過程。系數(shù)和＆包含??一系列復(fù)雜的光化學(xué)過程

?性也是必須考慮的因素�；谝陨弦蛩�，地球電離層的電子密度呈現(xiàn)出三個不??同的分層：Ｄ層，Ｅ層和Ｆ層，如圖１．５所示。??１０００?廠?｜?＼?Ｉ?＼??８００?＾?強(qiáng)太陽活動??６００－?弱麵動??１?）?／?２??６０【???Ｉ?１?！?１?＾??１０８?１０９?１０１０?１〇１１?１０１２?１０１３??電子濃度（ｎｆ３）??圖１．５電離層電子濃度垂直分層結(jié)構(gòu)示意圖??６０ｋｍ到９０ｋｍ高度范圍內(nèi)的低電離層被稱為Ｄ層，電子濃度白天大致為１０２??？１０４?ｃｍ＇夜間則會變得非常小，該層對無線電波的吸收起主要作用。Ｄ層電離??率很低，并由于中性氣體動力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)過程占主導(dǎo)使其振蕩頻率過高，因而??不能視為等離子。??９０ｋｍ以上高度范圍的電離層因為中性氣體提供了電離的來源，上至５００ｋｍ??高度仍然是部分電離的狀態(tài)。上層電離層又可分為兩部分：９０ｋｍ到１４０ｋｍ高度??范圍內(nèi)、峰值高度在１１０ｋｍ左右的Ｅ層以及１４０ｋｍ以上高度范圍內(nèi)、峰值高度??在３００ｋｍ左右的Ｆ層。??Ｅ層的電子濃度隨太陽紫外線入射天頂角及太陽活動強(qiáng)度有規(guī)律地變化，電??子濃度在白天大致為１０４?－?１０５?ｃｍ－３，在夜間則會降低至少一個數(shù)量級，該層的帶??電粒子足以反射頻率為幾兆赫茲的無線電波。Ｅ層主要由于波長較長的紫外線到??達(dá)１５０ｋｍ高度左右的電離層之后與氧分子作用引起電離而形成，因而Ｅ層電離??層主要組成為氧離子。隨著高度增加

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Statistical characteristics of the polar ionospheric scale height around the peak height of F2 layer with observations of the ESR radar: Quiet days[J]. QIAO Zheng,YUAN Zhi Gang,QI Feng,HUANG Shi Yong,LI Hai Meng,LI Hui Min,LI Ming,WANG De Dong.  Science China（Technological Sciences）. 2015(04)
[2]基于Millstone Hill非相干散射雷達(dá)觀測的電離層電子濃度剖面的經(jīng)驗正交函數(shù)分析[J]. 梅冰,萬衛(wèi)星.  地球物理學(xué)報. 2008(01)
[3]極隙區(qū)極光粒子沉降對電離層影響的模擬研究[J]. 陳卓天,張北辰,楊惠根,劉瑞源.  極地研究. 2006(03)
[4]高緯電離層氣候?qū)W特征研究——EISCAT雷達(dá)觀測及與IRI模式的比較[J]. 蔡紅濤,馬淑英,K.Schlegel.  地球物理學(xué)報. 2005(03)



本文編號：3546162