發(fā)布時(shí)間：2021-09-05 11:28

　　電離層和熱層是空間天氣系統(tǒng)的重要組成部分,涵蓋了地球上空60-1000km的大氣區(qū)域。磁暴期間,有大量來自太陽(yáng)風(fēng)與磁層的能量注入。這些能量以粒子沉降和焦耳加熱的形式進(jìn)入到極區(qū)高層大氣,導(dǎo)致全球熱層大氣成分、密度、溫度以及環(huán)流產(chǎn)生劇烈擾動(dòng),電離層參量也隨之發(fā)生顯著的變化。同時(shí),受暴時(shí)電離層-熱層相互耦合作用的影響,磁暴期間電離層和熱層呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化特征。磁暴及其電離層天氣效應(yīng)一直是空間物理和電離層物理學(xué)界的研究熱點(diǎn),許多科學(xué)問題尚需深入研究。本文圍繞磁暴期間電離層和熱層對(duì)電動(dòng)力學(xué)和輻射冷卻的響應(yīng)展開研究,利用電離層-熱層耦合模式分別研究電離層-熱層系統(tǒng)在磁暴主相和恢復(fù)相期間的變化特征,并利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)磁暴期間熱層NO輻射變化建模。本論文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:1.探究磁暴期間夜間電離層擾動(dòng)的機(jī)制磁暴主相期間,穿透電場(chǎng)和大氣行擾引起的風(fēng)場(chǎng)變化會(huì)導(dǎo)致電離層出現(xiàn)劇烈擾動(dòng)。以往的研究主要關(guān)注白天電離層對(duì)磁暴的響應(yīng),而對(duì)夜間電離層的變化特征還缺乏深入的認(rèn)識(shí)。本文利用TIEGCM模式重現(xiàn)了 2003年10月28-29日電離層測(cè)高儀觀測(cè)到的夜間電離層變化的主要特征。通過模式控制實(shí)驗(yàn),甄別電場(chǎng)和風(fēng)... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：99 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１熱層垂直分層結(jié)構(gòu)和溫度剖面，以及電離層電子濃度剖面

輻射變得與Ｃ０２同等重要。??在太陽(yáng)活動(dòng)活躍時(shí)期，ＮＯ輻射會(huì)增強(qiáng)并成為最為重要的冷卻源。在高度更高的區(qū)域，??分子熱傳導(dǎo)成為熱層損失能量最重要的方式。??．丨，．丨．．％??Ｉ??：Ｗ；＃費(fèi)辦薄丨��？〇〇ｉｉ?ｉ?ｉ??１……■…ｕ．ｍ．１?．?？，?，?．?，?，?＂ｒｒｒ?Ｊ??５?８０?６０?４０?２０?０?２０?６０?８０?Ｎ?Ｓ?？？?６０?４〇?２０?０?２０?４０?６０?ＣＯ?Ｎ??ＬＡＴＩＴＵＤｒ?ｍｅｑｒｅｔｉ）?ＬＡＴＩＴＵＤＥ?（Ｏｒｅ”｜??圖１．２熱層風(fēng)場(chǎng)在分點(diǎn)（左）和至點(diǎn)（右）沿徑向的環(huán)流示意圖。從上到下分別是太陽(yáng)活動(dòng)低年、??中年和髙年。圖片取自Ｒｏｂｌｅｅｔａｌ．?（１９７７）。??１．１．３熱層大氣環(huán)流??熱層主要的熱源太陽(yáng)輻射集中在日側(cè)，特別是正午區(qū)域，導(dǎo)致日側(cè)和夜側(cè)存在顯??著的溫度梯度。午后的高壓會(huì)推動(dòng)熱層中性風(fēng)吹向夜側(cè)和高緯度地區(qū)，形成跨極區(qū)的??晝夜大氣環(huán)流。大氣的環(huán)流結(jié)構(gòu)會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。在春秋分，太陽(yáng)直射地球赤道??時(shí)，氣壓梯度將會(huì)推動(dòng)大氣從赤道吹向極區(qū)。而在夏至或冬至?xí)r，夏季半球相較于冬??季半球溫度更高，壓力梯度從夏季半球指向冬季半球，從而產(chǎn)生從夏季半球吹向冬季??半球的跨赤道風(fēng)常在地磁活動(dòng)活躍時(shí)期，極區(qū)能量注入對(duì)熱層大氣環(huán)流有重要影響。??３??

?第一章緒論???產(chǎn)生率和〇＋損失率隨高度降低。層的ｙｖｏ＋密度隨高度降低，而〇＋密度隨高度增加??（如圖１．３所示）。由于分子離子能與電子發(fā)生快速的復(fù)合反應(yīng)，當(dāng)太陽(yáng)照射消失后，??夜間Ｆ！也隨之消失。Ｆ２層覆蓋了?２００－１０００ｋｍ的區(qū)域。Ｆ２層同時(shí)受到化學(xué)過程和輸運(yùn)??過程的控制。Ｆ２層區(qū)域的中性粒子主要是０，?Ｆ２的主要成分０＋就是０通過光電離產(chǎn)生的。??在Ｆ２層區(qū)域由于中性分子較少，０＋通過電荷交換的損失率很小，這就導(dǎo)致了?Ｆ２層電??子濃度遠(yuǎn)大于其他區(qū)域，成為了電離層電子濃度的峰值區(qū)域。電離層電子濃度的峰值??高度大約在２００到４００ｋｍ。在Ｆ２層峰高以上，擴(kuò)散過程的時(shí)間尺度遠(yuǎn)小于化學(xué)過程的??時(shí)間尺度，擴(kuò)散過程變得更為重要，在電離層頂部趨于擴(kuò)散平衡。在約１０００ｋｍ以上，??〇＋含量減少，Ｈ＋開始占主導(dǎo)。Ｆ２層電子濃度峰值在白天大約為０．５－２?ｘｌＯ６?ｃｍ－３。??不同于電離層其他區(qū)域，Ｆ２層不僅受化學(xué)過程控制，還會(huì)受到擴(kuò)散過程的作用，在夜??晚雖然光化學(xué)作用減弱，但是由于擴(kuò)散過程的存在，？２層電子濃度仍能保持在２?－??５?ｘ?１０５?ｃｍ－３。??３．?３００－?Ｊ?—??：?；??ｌ０Ｔ?，?，?Ｉ?，?，?￣??Ｉ０２?１０ｓ?Ｉ０４?Ｉ０５?Ｉ０６??ＮＵＭＢＥＲ／ｃｍ３??圖１．３白天電離層成分。圖片取自Ｊｏｈｎｓｏｎ?（１９６６）。??５??


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