海南地区电离层扩展F现象与Dst变化关系研究

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[整理]中国电波研究简史.

简要回顾了我国电波传播研究从1936年到2007年，约70年的发展概况。

全文分为我国学者早期的一些出色研究贡献、电离层结构探测、对流层结构探测、电离层传播特性研究、对流层传播特性研究、长波和超长波传播研究、地面地下和水面水下传播特性研究、特殊媒质中的传播研究、计算电磁学在电波传播中的应用等部分。

1 引言我国最早的电波传播试验是1936年，梁百先教授等在上海进行的，观测日食对电离层的影响。

1937年，桂质庭教授开始在武汉大学开展电离层常规观测。

1944年，重庆站开始了日常的电离层垂直探测。

从1936年算起，至今正好70年。

电波传播研究在我国大规模地开展，是在1949年新中国成立后。

更严格地说，是在1956年，中央提出向科学进军的号召之后。

这一年，制订了《十二年科学技术发展规划》。

电波传播研究列入了国家的科研规划，在吕保维先生领导下，正式成立了电波传播研究室。

武汉大学，西北电信工程学院，成都电信工程学院等高等学府，正式地培养电磁波和电波传播专业人才，成立了相应的电波传播研究机构，从此电波传播研究才在我国大规模地开展。

在这70年的历史长河中，1962年中国电子学会电波传播分会的成立，1965年中国电波传播研究所的建立，1986年《电波科学学报》的正式发行，都有力地推动和促进了我国电波传播事业的发展。

电波传播研究的发展，和整个科学技术的发展密切不可分。

大致可以划分为，20-30年代以远距离通信为目标的，研究短波电离层传播时代；40-50年代超短波、微波技术兴起，电波传播进入了对流层传播研究期，研究各种类型的散射传播现象，以达到微波超视距传播的目的；50年代后期，人造卫星上天，卫星通信出现，电波传播研究围绕地空电路传播，开展了用卫星信标研究整个大气层的时代；70-80年代以来，计算机技术飞速发展，特别是微型机的出现，带动了计算电磁学的发展，从而给电波传播提供了一种极其有力的研究方法和工具。

传统的电波传播研究只有试验和理论分析两种方法。

海南省农垦实验中学2024-2025学年高三上学期8月开学摸底考试物理试题

海南省农垦实验中学2024-2025学年高三上学期8月开学摸底考试物理试题一、单选题1．物理学在长期的发展进程中，形成了一整套系统的研究问题的思想方法。

例比值定义法、极限思想、等效替代法、类比法、微元法等。

这些思想方法极大地丰富了人们对物质世界的认识，拓展了人们的思维方式。

如图中的曲线是某一质点的运动轨迹。

若质点在一段时间内从B 点运动到A 点，当B 点越来越靠近A 点时，质点的平均速度方向将越来越接近A 点的切线方向。

当B 点与A 点的距离接近0时，质点在A 点的速度方向沿过A 点的切线方向。

下列说法中不正确的是（）A ．平均速度和瞬时速度的方向总是一致的B ．平均速度的方向与位移方向总是一致的C ．当∆t →0时，平均速度趋于瞬时速度D ．瞬时速度的定义用到极限的思想方法2．某高速公路自动测速装置如图甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射脉冲电磁波，相邻两次发射时间间隔为t 。

当雷达向汽车发射电磁波时，在显示屏上呈现出一个尖形波；在接收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现出第二个尖形波。

根据两个波在显示屏上的距离，可以计算出汽车至雷达的距离。

显示屏如图乙所示，根据图中12t t t 、、的意义，结合光速c ，则汽车车速为（）A ．()12212c t t v t t t -=+- B ．()12212c t t v t t t +=+- C ．()12212c t t v t t t -=++ D ．()122122c t t v t t t -=+-3．让质量为1kg 的石块1P 从足够高处自由下落，1P 在下落的第1s 末速度大小为1v ，再将1P 和质量为2kg 的石块绑为一个整体2P ，使2P 从原高度自由下落，2P 在下落的第1s 末速度大小为2v ，g 取210m /s ，则（）A ．15m /s v =B ．110m /s v =C ．2/s 15m v =D ．230m /s v =4．篮球比赛前，常通过观察篮球从一定高度由静止下落后的反弹情况判断篮球的弹性。

6赤道扩展F

电波闪烁是不规则结构地基测量的主要手段。VHF 现同样的特征，即当移去驱动力之闪烁由同样的散射体内的不规则结构所引起。后，最短尺度特征最先消失。
赤道扩展 F 和等离子体泡生成理论
一般认为，产生赤道扩展 F(ESF) 或等离体体泡 (plasma bubbles) 等不规则体的最重要的机制是重力瑞利 - 泰勒 (Rayleigh-Taylor)不稳定性（简称 R-T 不稳定性)。在流体中，出现重力 R-T 不稳定性的一个例子是：较轻的流体臵于较重的流体之下，比如油臵于水之下。此种情形下，称作流体 R-T 不稳定性的过程可能发生。在电离层 F 层底部，向上的锐电离密度梯度与重力方向相反，类似于较轻的流体（电子和离子）臵于较重的流体之下，系统是不稳定的，R-T 不稳定性的过程可能发生。
TIME，UT
左图显示同时的 AE-E 卫星等离子体密度测量和 Altair 雷达数据。该图显示，卫星基本上水平地穿过羽状烟云。可以看到，AE-E 卫星和 Altair 雷达测量到的非常结构化的等离子体区域位于相同地点，在这种结构化的等离子体区域内等离子体密度比其外部低得多。
从 ALTAIR 开始的磁东距离，km
kr k s km ，
式中 k r 是雷达入射波矢， k s 是雷达返回散射波矢， k m 是介质中不规则体的波矢。波数和波长之间满足关系， k 2 因为 kr k s ，所以 k m 2 k r 或 m 0.5r ，即介质中不规则体的尺度（波
左图显示等离子体密度的波数功率谱。数据是沿 PLUMEX 火箭轨道测量得到的。这些数据表明，与扩展 F 有关的结构，其空间尺度达 6 个量级，从
10 5 m

我国电离层闪烁初步观测结果

第１９卷增刊２００４年１０月电波科学学报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＤＩＯＳＣＩＥＮＣＥＶ０１．１９，Ｓｕｐ．Ｏｃｔｏｂｅｒ，２００４我国电离层闪烁初步观测结果陈丽甄卫民马宝田（中国电波传播研究所青岛分所，ｃｈｅｎｌｉ．ｑｄ＠１６３．ｃｏｒｎｃｒｉｒｐ—ｚｗｍ＠１６３．ｃｏｍ，山东青岛２６６０７１）摘要电离层闪烁观测是研究电离层闪烁现象及其效应的实验基础。

本文中利用自行研制的电离层闪烁监测仪，开展了在我国中低纬地区的闪烁观测，初步的结果表明电离层闪烁在中低纬地区发生频繁，且对ＵＨＦ频段通信卫星的影响十分严重。

关键词电离层闪烁，观更’通信影响１引言２电离层闪烁监测仪的简介电离层闪烁的效应之一是导致信号幅度的衰落，使信道的信噪比下降，误码率上升，严重时使卫星通信链路中断。

这种现象在低纬度地区的夜间尤为频繁，影响也最严重。

我国长江（上海、武汉、重庆）以南的低纬度地区，特别是台湾、福建、广东、广西、海南及南海地区都是电离层闪烁的高发区，对通信的影响也比较严重。

通过对ＵＨＦ频段用户的调研得知，信号在夜间经常出现干扰（特别是在南方地区）甚至出现信号中断的现象。

进行电离层闪烁的观测是研究电离层闪烁现象及其效应的实验基础。

我们利用自行研制的电离层闪烁监测仪，建立了覆盖我国中低纬重点地区的电离层闪烁监测网，开展了电离层闪烁的观测。

电离层闪烁监测仪分为Ｌ频段和ＵＨＦ频段电离层闪烁监测仪，都是由工控计算机、卫星信号采集测量单元、接收天线及运行于主机的监控软件组成，如图１。

Ｌ频段电离层闪烁监测仪监测ＧＰＳ卫星信号，ＵＨＦ频段电离层闪烁监测仪监测某ＵＨＦ频段卫星信号。

卫星信号监测仪以工控机为中心，卫星信号采集板以２０Ｈｚ的频率监测卫星信号强度的变化，并通过串行数据端口将实时测得的信号送至计算机，由实时监测软件求出信号的平均值、增强最大值、衰落最小值及闪烁指数，并完成相关的显示、存贮、回放、闪烁判别等功能。

仪器在使用中无需人工干预，全天候工作，具有全自动功能。

利用COSMIC掩星数据分析电离层扩展F层现象

ｖａｌａｓｏｎｔｒｇＳｒａｃｎｉａｉｎｏｌｂｌａｉ．ｉｂｅｍｅｎｆｍｏｉｉｐｄＦｓｉｔｌｔｎａｇｏａｓｓｏｎｅｌｏｂＫｅｒｓ：ｐｅｄＦ；ＣＭＩｙｔｍ；ｒｄｏｏｃｌｔｎ；ｓｉｔｌｔｎｙｗｏｄＳｒａＯＳＣｓｓｅａｉｃｕｔｉａｏｃｎｉａｉｌ０
（ｃｏｌｆＥｅｔｎｎｉｅｒｎｔａｉｎｕｌｎｖｒｏＥｃｏｉＴｃｎｌｙＧｉｎ５１０，ｈｎ）ＳｈｏｌｃｏｉＥｇｎｅｄＡｕｍｔ，ＧｉｎＵｉｓｆｌｔｎｅｈｏｏ，ｕｌ４０４Ｃｉｏｒｃａｏｏｉｅｅｒｃｇｉａ
观测手段获得的结果较为一致．明ＧＳ掩星技术可以作为观测全球扩展Ｆ层的一种有效手段。说Ｐ
关键词：展Ｆ层；ＯＭＩ系统；无线电掩星；闪烁扩ＣＳＣ中圈分类号：３２７Ｐ５．文献标识码：Ａ文章编号：１７ — ２６２１）１００ — ４６４６３（０１ｌ－１６０
２０．ｃｒｎｅｉｒｄｍｉａｔｉｈｏｔｓｎｅｏｍｉｎｇｔｌｃｌｔｅｔｒ，ｕａｘｅｄｉｔｈｏｔｍｉｎｇｔ０９Ｏｃｕｒｃｓｐｅｏｎｎｎｔｅｐｓ・ｕｓｔｔｄｉｈｏａｍｅｓｃｏｂｔｃｎｅｔｎｎｏｔｅｐｓｄｉｈｅｉｓ
研究全球范围内扩展Ｆ层的出现随地理位置、方时变化的统计特征。步分析结果表明。地初扩展Ｆ层在３月份主要出

磁暴不同相位期间低纬海南地区电离层扩展F分布特性研究

路的保障，也具有重要应用价值。
不论是由于太阳风能量向磁层一电离层一热层系
夜间磁赤道地区的电离层，并发现在电离层回波的
电离图上经常会有散乱不清的现象，并定义为扩展Ｆ现象。已有的观测表明，当扩展Ｆ现象出现时，无线电信号穿过这些不规则体，其相位和振幅经常会产生显著扰动，而这些扰动会降低ＧＰＳ导航的精确
无急始型磁暴，它们都会极大地改变电离层的电动
力学特性Ｊ，从而对电离层不规则体造成显著影响。就低纬地区而言，Ｌｙｏｎ等利用１９５９年测高
仪数据，发现在磁扰期间扩展Ｆ发生率有明显的下
降。不过他们的资料仅有一年，并且没有对扩展Ｆ
＠
２０１３Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
地球科学
磁暴不同相位期问低纬海南地区电离层扩展Ｆ分布特性研究
王国军史建魁王霄罗智贤＇
（中国科学院空间科学与应用研究中心，空间天气学国家重点实验室，北京１００１９０；解放军理工大学气象学院，南京２１１１０１）
第一作者简介：王国军，男。博士。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｊｗａｎｇ＠ｓｐａｃｅｗｅａｔｈｅｒ．
ａｃ．ｃｎ。
科
学
技
术
与
工
程
１３卷
影响，但当磁暴Ｄｓｔ指数最小值出现在午夜后时，磁暴会有利于不规则体的产生，而Ｄｓｔ最小值出现在白天的磁暴则会抑制当晚的扩展Ｆ。Ａｂｄｕ研究了由磁暴产生的扰动风和电场对赤道扩展Ｆ的影响，他发现赤道扩展Ｆ的激发或者抑制取决于所在磁暴的相位。此外，Ｈｕａｎｇ等利用太阳高年附近ＤＭＳＰ卫星的观测数据，发现与赤道扩展Ｆ密切相关的等离子体泡在磁暴期间有规律地出现，特别是在初相和主相，而在恢复相，午夜前的等离子体泡将受到抑制。这些研究根据不同仪器和地区的探测数据分析给出了不尽相同的结果，这恰恰反映了低纬地区电离层不规则体对磁暴响应的区域性和复杂性。在东亚低纬地区，Ｍａ等根据日本ＧＰＳ．ＴＥＣ观测网的探测数据分析了２０００年２月１２日强磁暴触发的超大尺度赤道扩展Ｆ现象事件。王国军等¨ 对２００４年强磁暴期间的强区域型扩展Ｆ事件进行了研究。最近，罗智贤等 ¨ 利用海南地区的资料对不同类型扩展Ｆ在中强磁暴中的响应进行了统计分析，认为磁暴对扩展Ｆ总体上有抑制作用，但并未对不同相位期间的扩展Ｆ分布进行研究。本文将进一步对海南低纬地区各类扩展Ｆ在磁暴

北京大学学报(自然科学版)2021年第57卷总目次

北京大学学报( 自然科学版 )2021年第57卷总目次基于语义对齐的生成式文本摘要研究 ·········································································· 吴世鑫黄德根李玖一 (1)一种基于多任务学习的多模态情感识别方法 ···························································· 林子杰龙云飞杜嘉晨等 (7)中文机器阅读理解的鲁棒性研究 ············································································· 李烨秋唐竑轩钱锦等 (16)基于细粒度可解释矩阵的摘要生成模型 ···································································· 王浩男高扬冯俊兰等 (23)基于Masked-Pointer的多轮对话重写模型 ·································································· 杨双涛符博于晨晨等 (31)开放域对话系统的抗噪回复生成模型 ···················································································· 朱钦佩缪庆亮 (38)具有选择性局部注意力和前序信息解码器的代码生成模型 ············································ 梁婉莹朱佳吴志杰等 (45)基于分层序列标注的实体关系联合抽取方法 ··························································· 田佳来吕学强游新冬等 (53)基于Transformer局部信息及语法增强架构的中文拼写纠错方法 ············································· 段建勇袁阳王昊 (61) . All Rights Reserved.复述平行语料构建及其应用方法研究 ···································································· 王雅松刘明童张玉洁等 (68)融合物体空间关系机制的图像摘要生成方法 ······························································ 万璋张玉洁刘明童等 (75)无监督的句法可控复述模型用于对抗样本生成 ························································ 杨二光刘明童张玉洁等 (83)基于深度学习的实体链接研究综述 ······································································· 李天然刘明童张玉洁等 (91)海域天然气水合物开采的4C-OBC时移地震动态监测模拟 ················································ 朱贺何涛梁前勇等 (99)微观剩余油赋存状态的矿物学机制探讨——以鄂尔多斯盆地中部中‒低渗砂岩储层为例 ·················································· 王哲麟师永民潘懋等 (111) 不同分辨率下青藏高原对大西洋经向翻转流影响的耦合模式研究·····································邵星杨海军李洋等 (121)深圳河湾流域溢流污染规律及其对海湾水质的影响 ······················································ 程鹏李明远楼凯等 (132)中国东部水稻土壤丁酸互营降解微生物的地理分布格局 ·················································· 费媛媛焦硕陆雅海 (143)1982—2014 年华北及周边地区生长季NDVI变化及其与气候的关系 ······························· 张新悦冯禹昊曾辉等 (153)模型结构与参数化差异对蒸散发估算的影响 ························································· 赵文利熊育久邱国玉等 (162)基于需求的京津冀地区生态系统服务价值时空变化研究 ············································· 唐秀美刘玉任艳敏等 (173)2007—2016年中国省域碳排放效率评价及影响因素分析——基于超效率SBM-Tobit模型的两阶段分析 ························································ 宁论辰郑雯曾良恩 (181)I北京大学学报(自然科学版) 第 57 卷第 6 期 2021 年 11 月II 环境规制对工业绿色全要素生产率的影响——短期偿债能力的中介效应 ·········································································· 刘锦慧邹振东邱国玉 (189) 胰岛炎症导致的2型糖尿病发病过程的动力学模型及治疗策略······································ 林智立雷蕾李长润等 (199) 内部充放电监测器仿真及地面实验研究 ································································ 宋思宇于向前陈鸿飞等 (209) 保定‒雄安地区近地面大气流动与轨迹输送特征 ························································· 栗涵舸蔡旭晖康凌等 (215) 巢湖地区早三叠世晚斯密斯亚期含鱼化石碳酸盐岩结核的地球化学特征及其地质意义 ········ 于鑫孙作玉孟庆强等 (225) 结合序贯平差方法监测地表形变的 InSAR 时序分析技术·················································王辉曾琪明焦健等 (241) 北方农牧交错带草地土壤微生物量碳空间格局及驱动因素 ········································ 陈新月姚晓东曾文静等 (250) 基于 GIS 的全球农业开发潜力和人口承载力分析 ······················································· 梁书民刘岚崔奇峰等 (261) 短程硝化–厌氧氨氧化在实际垃圾渗滤液处理工程中的启动运行研究 ······························ 初永宝赵少奇刘生等 (275) 唐河地下水有机氯农药(OCPs)的分布特征及风险评估 ······················································ 张敏王婷杨超等 (283) 城市市政基础设施投资与经济发展的空间交互影响 ···················································· 储君刘一鸣林雄斌等 (291) 碳纳米管对天然有机质氯化消毒副产物生成的影响 ················································· 李慧敏陈学姣尤明涛等 (299) 利用简化空气质量模型快速构建臭氧生成等浓度曲线及其应用······································ 杜云松黄冉王馨陆等 (311) 基于深度神经网络的城市典型乔木日内蒸腾特征模拟研究 ········································ 赵文利邱国玉熊育久等 (322) 黄河上游重金属元素分布特征及生态风险评价 ·····························································张倩刘湘伟税勇等 (333) 化工企业污染物影子价格的估计——基于参数化的方向性距离函数 ··················································································· 陈醒徐晋涛 (341) 汉江流域河网分级特征研究 ··················································································· 黄子叶王易初倪晋仁 (351) 植物残体输入改变对樟子松人工林土壤呼吸及其温度敏感性的影响····························· 何可宜沈亚文冯继广等 (361) 那仁郭勒河流域地表水与地下水储量变化响应研究 ························································ 王玥王易初倪晋仁 (371) 生境维持服务供给量与需求量研究——以京津冀地区为例 ······················································································ 王雅琳牛明爽宋波 (381) 寒武纪化石胚胎 Markuelia 的肌肉组织 ··································································· 刘腾段佰川刘建波等 (390) 果子狸多态性微卫星位点的筛选及特性分析 ······························································· 王迪张丹熊梦吟等 (395) 惠斯通电桥式磁阻传感器的零位温度漂移研究 ························································· 于向前刘斯肖池阶等 (401) 碳离子注入辅助在 6H-SiC 表面制备石墨烯··························································· 陈钰焓赵子强赵云彪等 (407) 石家庄市秋冬季大气环流型下的气象和PM 2.5污染特征 ·················································· 肖腾林廷坤严宇等 (414) 基于大数据量的初至层析成像算法优化 ·································································· 吕雪梅张献兵康平等 (425) 天然气水合物相关的 Slipstream 海底滑坡体速度结构模型反演············································ 蓝坤朱贺何涛等 (435) . All Rights Reserved.第 57 卷(2021年)总目次III 矽卡岩中石榴子石的稀土配分特征及其成因指示 ···································································· 王一川段登飞 (446) 鄂尔多斯盆地长 7 段页岩油优质储层特征分析 ·························································· 王晓雯关平梁晓伟等 (459) 下刚果盆地中段挤压带盐底辟构造形成演化分析——基于物理及离散元模拟 ················································································ 程鹏李江海刘志强 (470) 滇池溶解氧浓度变化的氮磷循环响应模拟研究 ························································· 胡梦辰朱滔蒋青松等 (481) 长江中下游武安段生态航道评价 ················································································ 刘念李天宏匡舒雅 (489) 冬奥会申办成功对北京旅游目的地感知形象的影响 ························································ 丛丽徐琳琳方小雨 (496) 沸石载体恢复受饥饿影响厌氧氨氧化菌的性能研究 ················································ 余道道孙敬起霍唐燃等 (507)1.5ºC 和 2ºC 目标下中国交通部门2050年的节能减排协同效益 ······································· 陆潘涛韩亚龙戴瀚程 (517) 嗜热蓝细菌 PKUAC-E542 藻蓝蛋白耐热性以及不同光照条件对其含量影响研究 ············ 李俐珩梁园梅李玫锦等 (529) 我国海岸带城市化系统耦合协调时空动态特征——以东海海岸带城市为例 ················································································ 徐煖银李枝坚曾辉 (536) 丙酸盐对厌氧氨氧化除氮性能及群落结构的影响 ··························································· 张立羽乔雪姣余珂 (545) 农户生计资本特征及对生活满意度的影响——基于中国 13 省 25 县抽样调查数据的分析······················································· 卢志强曹广忠李贵才 (556) 城市化对哺乳动物丰富度影响的研究——以长三角城市群为例 ··········································································································· 林萍 (565) 黄河下游花园口至艾山河段滩区洪水漫滩风险度评估研究 ·········································· 孙煜航程舒鹏张祺等 (575) 磁性 CoFe 2O 4/g-C 3N 4 复合纳米材料对环丙沙星的光催化降解研究 ······························ 陶虎春邓丽平张丽娟等 (587) 格密码关键运算模块的硬件实现优化与评估 ································································· 陈朝晖马原荆继武 (595) 基于时空建模的动态图卷积神经网络 ················································································ 李荆刘钰邹磊 (605) 核磁共振波谱法结合化学计量学判别油菜蜜的成熟蜜、非成熟蜜和加工蜜························· 陈辉张佳琳鞠晶等 (614) 黄铁矿型 FeS 2 纳米微球的制备及其超级电容性能研究 ····························································· 李搛倬传秀云 (623) 全球变暖背景下内蒙古地区沙尘暴频次变化的预估 ································································· 杨诗妤闻新宇 (632) 利用人工智能神经网络预测广州市 PM 2.5日浓度 ········································································ 李泽群韦骏 (645) 基于多方向识别的三维断层增强方法 ·································································· 安圣培陈彦阳罗红梅等 (653) 尖峰岭次生林和原始林林下灌木叶氨基酸对氮添加的响应 ······································· 李修平安丽华倪晓凤等 (660) 城市电动自行车违规充电隐患的空间分布及其影响因素 ··················································· 廖聪邬伦蔡恒等 (671) 深圳近海环境重金属空间分布特征与风险评价 ······················································ 张海军史本宁焦学尧等 (679) 生态系统文化服务供需关系量化方法研究——以平陆大天鹅景区为例 ············································································· 杨丽雯王大勇李双成 (691). All Rights Reserved.。

中低纬电离层现象2015

• 地球电离层指地球高层大气中被部分电离的区域，通常指地面以上 60-1000 公里的高度范围。按照国际无线电工程师协会 (IRE) 的定义，电离层是地面60km以上到磁层顶之间的整个空间，在那里“存在着大量的自由电子，足以影响无线电波的传播”；而磁层则是“地磁场对电子运动有决定性影响的那部分电离层”。电离层与磁层没有明确的分界，通常把1000公里作为电离层上边界。
中低纬电离层环境
电离层环境及其变化的理论基础是等离子体电动力学和光化学。电离层在很大程度上是以规则的可预测的方式变化的。不过，即便是规则变化有时也与理论的预期不一致（电离层异常现象）。而且，由于地球空间环境的复杂和多变性，在现实中，有许多偶发因素起作用，使电离层环境更为复杂化。比如：电离层的时空结构，除了规则变化，还经常包含随机出现的扰动和不规则结构，电离层暴这种重要的扰动现象随时可能发生。这一章将讨论两个主题：中纬和低纬赤道区电离层的规则变化和异常；随机出现的扰动和不规则结构。
电离层的发现
电离层的定义电离层探测
都与电波传播有非常密切的联系
电离层的发现
• 自从1901年Marconi成功进行了跨越大西洋的无线电传输试验，科学工作者就开始解释电波传播的方式。 • 1902年，Kennely与Heaviside独立提出，存在一个由自由电荷组成的、能反射电磁波的导电层。对于这种导电层的理论，存在了近20年的争议。 • 1924年Appleton和Barnet利用无线电波实验，证明电离层的存在，并确定了电离层的高度。1925 年Breit和Tuve确认了Appleton的实验，并研制出最早的电离层无线电探测设备：垂测仪，一直沿用至今。
H T / mg 。标高 H

1947年诺贝尔物理学奖——电离层的研究

1947年诺贝尔物理学奖——电离层的研究1947年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦科学与工业研究部的阿普顿（Sir Edward Victor Appleton，1892—1965），以表彰他对上层大气物理的研究，特别是发现了所谓的阿普顿层。

电离层的研究对通讯事业有极大意义。

电离层是从离地面约50km开始一直伸展到约1000km高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

阿普顿从1924年后半年就开始了一系列实验，证明上层大气有所谓的电离层存在。

在英国广播公司的合作下，从波内茅斯（Bournemouth）发送台发射电波到上层大气，检验是否会被反射并折返回来。

实验取得了完全的成功，证明确有反射。

再有，使波长稍微改变，就测出了电波射向上层大气再返回所需的时间，由此确定了反射层的位置和高度。

所用的方法现在称为“频率调制雷达”。

电离层就成了无线电定位技术探测到的第一个“目标”，以后这项技术取得了很大发展，到第二次世界大战在军事上显示了极大的应用价值。

作为大气层研究的先驱，阿普顿不仅证实了前人对电离层存在的科学判断，发现了新的电离层，而且创造了一系列用无线电波探测电离层的方法。

他的经验在他1947年获诺贝尔物理学奖的领奖词中有很好的说明。

早在19世纪末，就有证据提示人们上层空气可能是导电的。

一个证据是地磁场有微小周期性变化，斯图瓦特（B.Stewart）在1882年提出过一个假设，认为地磁场这一微小周期性变化可能是由于高处有电流的磁影响。

斯图瓦特把这一电流描绘成是由导电层的周期性运动切割地球的永久磁场产生的电动势所引起。

他认为，这些运动在性质上很像潮汐，所以，应该是由于太阳和月亮的引力引起的。

第二个证据来自无线电波的长距离传播。

马可尼1901年在英国和美国之间成功的通讯激励许多人对电波围绕圆球形地球弯折进行了理论研究。

电离层

电离层• 研究简史• 电离层的形成• 电离层结构•电离层扰动• 电离层和电波传播电离层（Ionosphere）是地球大气的一个电离区域。

60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，电离层是部分电离的大气区域，完全电离的大气区域称磁层。

也有人把整个电离的大气称为电离层，这样就把磁层看作电离层的一部分。

除地球外，金星、火星和木星都有电离层，土星、天王星、海王星和冥王星的电离层结构，有待进一步探测研究。

研究简史19世纪时，为解释地磁场的变化，C.F.高斯和开尔文等提出高空存在导电层的设想。

1924年，Sir E.V.阿普尔顿等通过对无线电波回波的接收，证实了电离层的存在。

1926年，R.A.沃森-瓦特首先提出“电离层” 这一名称。

1925年，G.布雷特和M.A.图夫发明的电离层垂直探测仪，是地面探测电离层的基本设备，为后来积累了大量的实测资料，为电离层研究起了重要的作用。

1949年，首次在V-2火箭上安装朗缪尔探针直接探测电离层，开创了直接探测的先例。

1925 ～1932年，阿普尔顿和D.R.哈特里等人创立的磁离子理论，为研究电波在电离层中的传播奠定了理论基础。

1931年，S.查普曼提出电离层形成理论，极大地推动了电离层的研究。

电离层研究极大地促进了短波通信的发展。

电离层的形成地球高层大气的分子和原子，在太阳紫外线、Χ射线和高能粒子的作用下电离，产生自由电子和正、负离子，形成等离子体区域即电离层。

电离层从宏观上呈现中性。

电离层的变化，主要表现为电子密度随时间的变化。

而电子密度达到平衡的条件，主要取决于电子生成率和电子消失率。

电子生成率是指中性气体吸收太阳辐射能发生电离，在单位体积内每秒钟所产生的电子数。

电子消失率是指当不考虑电子的漂移运动时，单位体积内每秒钟所消失的电子数。

带电粒子通过碰撞等过程又产生复合，使电子和离子的数目减少；带电粒子的漂移和其他运动也可使电子或离子密度发生变化。

电离层结构可用电离层特性参量电子密度、离子密度、电子温度、离子温度等的空间分布来表征。

我国中低纬地区电离层扩展F的统计特征及预测模型研究

我国中低纬地区电离层扩展F的统计特征及预测模型研究我国中低纬地区电离层扩展F的统计特征及预测模型研究一、引言电离层是地球大气层中电离气体区域，具有广泛的应用价值，其中电离层F区是电离层中最重要的区域之一。

电离层F区的扩展现象对于无线电通信和卫星导航等技术设备都会产生重要的影响。

因此，研究和预测电离层F区的扩展特征具有重要的意义。

二、电离层F区的基本特征电离层F区是位于电离层中较高纬度的区域，其特征主要有以下几个方面：1. 季节性差异较大。

电离层F区的扩展现象在不同季节会有明显的变化，夏季和冬季的电离层F区扩展特征差异较大。

2. 日变化规律明显。

电离层F区的扩展现象在一天中呈现出显著的日变化规律，一般在夜晚达到峰值。

3. 空间特性差异较大。

电离层F区的扩展程度与地球磁场、地理位置等因素有关，在不同地区表现出差异性。

三、电离层F区扩展特征的统计分析为了深入了解电离层F区的扩展特征，我们对我国中低纬地区的电离层F区数据进行了统计分析。

研究发现，电离层F区的扩展程度在不同季节和地区之间存在明显的差异。

具体来说，夏季和冬季的电离层F区扩展程度较大，而春季和秋季较小。

此外，我国中低纬地区的电离层F区扩展程度普遍较高，这可能与该地区的地理位置和地球磁场强度等因素有关。

四、电离层F区扩展特征的预测模型为了更好地预测电离层F区的扩展特征，我们建立了一种基于机器学习算法的预测模型。

首先，收集了大量的历史电离层F 区数据作为训练集。

然后，利用机器学习算法对数据进行处理和分析，得到了一组预测模型。

最后，通过对预测模型进行验证和优化，得到了一种较为准确的电离层F区扩展特征预测模型。

五、预测模型的应用与评价我们将该预测模型应用于我国中低纬地区的电离层F区数据，并与其他已有的预测模型进行了比较。

结果显示，我们的预测模型在准确性和稳定性方面都有较好的表现，能够较为准确地预测电离层F区的扩展特征。

六、结论本研究对我国中低纬地区电离层F区的扩展特征进行了统计分析，并建立了一种准确率较高的预测模型。

电离层物理学的最新研究

电离层物理学的最新研究电离层物理学是一门研究地球大气层中的电离层的学科。

电离层是位于地球大气层上部的一层高度不均匀的电离气体区域，它的存在对于无线通信、导航系统和空间天气预报等领域具有重要意义。

近年来，随着科学技术的不断进步和测量仪器的大幅提升，电离层物理学的研究也取得了一系列新的成果和突破。

首先，关于电离层的层结研究。

电离层在不同高度具有不同的物理特性，层结是指电离层中具有明显性质不同的水平界面。

过去，人们对于电离层层结的认识主要依靠观测和理论模型的结合，但这种方法有一定的局限性。

近年来，科学家们利用卫星等新技术和新设备对电离层层结进行了更加精确和全面的研究。

他们发现，电离层中的层结并不是简单的平面界面，而是具有复杂的三维结构。

电离层中存在着多个复杂的小尺度结构，如电离层泡和电离层矩阵等。

电离层泡是指空间中存在高等离子浓度的区域，它们一般呈球状或椭球状，具有一定的大小和形状。

电离层矩阵是泡的一种小尺度结构，它们呈无规则的分布，类似于海绵状的结构。

这些小尺度结构的存在使得电离层的层结更加复杂，研究者们通过对层结的观测和模拟研究，揭示了电离层的内部结构和动态演化过程。

其次，关于电离层异常现象的研究。

电离层异常是指电离层中存在的异常气象现象，如电离层闪烁、电离层切断等。

电离层闪烁是指电离层中的电离浓度发生剧烈变化，导致无线信号传播的不稳定性增加。

电离层切断是指电离层中的电离浓度减小到一定程度，导致电波无法穿过电离层传播。

这些异常现象对于无线通信系统和导航系统都带来了一定的影响。

最新的研究表明，电离层异常现象与太阳活动的关系密切。

太阳活动是指太阳表面的活动，如太阳黑子的数量和活动性等。

科学家们通过对电离层异常现象和太阳活动的长期观测和分析，发现二者存在着一定的相关性。

太阳活动的周期性变化会影响电离层中的电离浓度和层结的性质，从而引发电离层异常现象的发生。

研究者们还利用数学模型和物理推导，揭示了太阳活动与电离层异常现象之间的具体机制。

电离层对高频电波传播的影响研究

电离层对高频电波传播的影响研究1. 本文概述本文旨在深入研究电离层对高频电波传播的影响。

电离层，作为地球大气层的一部分，由太阳紫外线、射线和太阳风等太阳活动引起的气体电离形成。

这一区域的存在对高频电波（如无线电波、微波等）的传播特性具有显著影响，尤其在无线通信、雷达探测、卫星通信等领域具有广泛的应用价值。

本文将首先介绍电离层的基本结构和特性，包括其形成机制、电子密度分布、以及在不同时间和地点的变化规律。

接着，本文将重点分析电离层对高频电波传播的主要影响，包括信号衰减、折射、散射等现象，以及这些现象对电波传播路径、传播速度和信号质量的影响。

本文还将探讨电离层变化对高频电波传播的影响，包括电离层扰动、电离层暴等极端天气事件对电波传播的影响，以及这些影响对无线通信、雷达探测等实际应用的影响。

2. 电离层特性及其动态变化电离层，也称为电离层或电离大气层，是地球大气层的一部分，其中气体分子和原子因太阳紫外线、射线和太阳风等太阳活动的影响而被电离。

这层电离的大气对高频电波传播有着重要的影响。

电离层的主要特性包括其电子密度、离子密度、温度、压力和高度等。

电子密度是决定电离层对电波吸收和折射性质的关键因素。

电离层的电子密度会随着时间、地理位置、太阳活动等因素的变化而变化，这种变化对高频电波的传播特性有着直接的影响。

电离层的动态变化主要包括昼夜变化、季节变化、太阳活动周期变化等。

昼夜变化是由于太阳照射引起的电离层电子密度的日变化和夜变化。

季节变化则是由于地球围绕太阳旋转，导致不同地区在不同季节受到太阳照射的影响不同，从而影响电离层的电子密度。

太阳活动周期变化则是指太阳活动的强弱对电离层的影响，通常在太阳活动高峰期，电离层的电子密度会增加，对电波传播的影响也会增强。

电离层的动态变化不仅会影响高频电波的传播路径，还会引起电波的衰减、折射、散射等现象。

例如，电离层中的电子会对电波产生吸收作用，导致电波能量衰减电离层中的电子密度梯度会导致电波发生折射，改变电波的传播方向电离层中的不规则结构则会引起电波的散射，使电波的能量分布更广。

电离层对电波传播影响的相关问题研究

电离层对电波传播影响的相关问题研究电离层对电波传播影响的相关问题研究引言电离层是地球大气层中的一部分，包括电离层D层、电离层E 层、电离层F层等不同的离子层。

电离层对电波传播具有重要影响，尤其是在无线电通信、卫星导航等领域。

本文将探讨电离层对电波传播的相关问题，包括电离层结构、电离层异常和对电波传播的影响机制。

一、电离层结构电离层是由太阳辐射中的紫外光和X射线将地球大气层中的气体分子离解形成的。

电离层D层位于60-90公里高度之间，E 层位于90-150公里高度之间，而F层则分为F1层和F2层，分别位于150-250公里和250-1000公里高度之间。

这些离子层会随着太阳活动的变化而发生相应的电离层异常。

二、电离层异常电离层异常是指在特定的时间段和空间区域内，电离层中的离子浓度变化异常，造成电波传播中的多路径传播、衍射、散射等现象。

电离层异常包括日变化和季节变化。

日变化是指在白天和夜晚，电离层中的离子浓度会发生明显变化，导致电波传播的特性也随之改变。

季节变化是指在不同季节，电离层的结构和离子浓度会有所差异，从而对电波传播产生不同影响。

三、对电波传播的影响机制1. 多路径传播：电离层中的离子会对电波进行折射、反射等，导致电波沿多条路径传播到达接收地点，从而引起多路径传播。

多路径传播会导致传播路径的延长和主导路径的改变，影响信号的传输质量和速度。

2. 衍射和散射：电离层对电波的传播路径产生衍射和散射。

衍射是指电波在电离层边界发生弯曲的现象，使电波能够绕过障碍物传播到阻塞区域；散射则是指电波与电离层中的离子相互作用后，沿其他方向进行传播。

衍射和散射会导致信号的弱化和延迟。

3. 消光：消光是指由于电离层中的吸收和散射作用，电波强度逐渐减弱的现象。

电离层中的气体分子和离子能够吸收频率较高的电波，导致信号逐渐减弱甚至完全消失。

4. 频延：频延是指电离层对不同频率的电波传播速度的影响。

电离层会对低频电波进行较大程度的频延，而对高频电波的频延较小。

消电离层组合观测方程推导

消电离层组合观测方程推导电离层是指地球大气层中电离分子和自由电子较多的区域。

电离层的存在对通信、导航和天文观测等领域都具有重要影响。

为了更好地理解和研究电离层的特性，科学家们提出了许多观测方法和推导方程。

本文将对消电离层组合观测方程进行推导。

消电离层组合观测是一种通过利用多个卫星信号同时观测电离层的方法。

通过测量卫星信号在电离层中传播时的相位差，可以推导出电离层的电子密度分布。

首先，我们需要了解一些基本的物理概念和模型。

电离层可以用一个电离层电子密度的模型来描述，常用的模型是Chapman层电离层模型。

该模型假设电离层电子密度沿着高度方向呈指数分布。

在推导方程之前，我们先定义一些符号。

假设电离层中的电子密度为Ne，电离层厚度为H。

我们可以用电离层的电子数密度N来描述电离层的电子密度，N与Ne之间的关系为：N = Ne × H接下来，我们考虑卫星信号在电离层中传播的情况。

卫星信号在电离层中传播时会发生折射，从而导致信号的传播速度变化。

信号的相位差可以用来推导电离层的电子密度分布。

设有两个卫星信号同时通过电离层，分别是卫星1和卫星2的信号。

我们定义两个信号的相位差为Δφ = φ1 - φ2，其中φ1和φ2分别为卫星1和卫星2的信号相位。

根据电离层的折射原理，信号在电离层中传播时的相位差Δφ与电离层的电子密度分布有关。

假设卫星1和卫星2的信号在电离层中传播的距离分别为d1和d2，电离层的电子密度分布为N(h)，其中h为高度。

根据电离层的折射原理，信号在电离层中传播的速度与电离层的电子密度有关。

信号在电离层中传播的速度为c/n，其中c为光速，n为电离层的折射率。

折射率与电子密度的关系为：n(h) = 1 - (40.3 × 10^16 × N(h))^(-2)根据以上假设和关系，可以推导出卫星信号的相位差与电离层的电子密度分布之间的关系。

推导过程如下：Δφ = (2π/λ) × (d1/d2) × (n(h1) - n(h2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (1 - (40.3 × 10^16 × N(h1))^(-2) - (1 - (40.3 × 10^16 ×N(h2))^(-2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (40.3 × 10^16)^2 × (N(h1)^(-2) - N(h2)^(-2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (40.3 × 10^16)^2 × (H/Ne(h1))^2 × (H/Ne(h2))^2 × (N(h1)^(-2) - N(h2)^(-2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (40.3 × 10^16)^2 × (H^2) × (1/Ne(h1))^2 × (1/Ne(h2))^2 × (N(h1)^(-2) - N(h2)^(-2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (40.3 × 10^16)^2 × (H^2) × (1/N(h1))^2 × (1/N(h2))^2 ×(N(h1)^(-2) - N(h2)^(-2))= (2π/λ) × (d1/d2) × (40.3 × 10^16)^2 × (H^2) × (N(h2)^2 - N(h1)^2) / (N(h1)^2 ×N(h2)^2)通过以上推导，我们得到了消电离层组合观测方程。

电离层

电离层dianliceng电离层ionosphere从离地面约50公里开始一直伸展到约1000公里高度的地球高层大气空域，其中存在相当多的自由电子和离子，能使无线电波改变传播速度，发生折射、反射和散射，产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

大气的电离主要是太阳辐射中紫外线和X射线所致。

此外，太阳高能带电粒子和银河宇宙射线也起相当重要的作用。

太阳辐射使部分中性分子和原子电离为自由电子和正离子，它在大气中穿透越深，强度（产生电离的能力）越趋减弱，而大气密度逐渐增加,于是,在某一高度上出现电离的极大值。

大气不同成分，如分子氧、原子氧和分子氮等，在空间的分布是不均匀的。

它们为不同波段的辐射所电离,形成各自的极值区,从而导致电离层的层状结构。

在电离作用产生自由电子的同时，电子和正离子之间碰撞复合，以及电子附着在中性分子和原子上，会引起自由电子的消失。

大气各风系的运动、极化电场的存在、外来带电粒子不时入侵，以及气体本身的扩散等因素，引起自由电子的迁移。

电离层内任一点上的电子密度，决定于上述自由电子的产生、消失和迁移三种效应。

在不同区域，三者的相对作用和各自的具体作用方式也大有差异。

在55公里高度以下的区域中，大气相对稠密，碰撞频繁，自由电子消失很快，气体保持不导电性质。

在电离层顶部，大气异常稀薄，电离的迁移运动主要受地球磁场的控制，称为磁层。

电离层的主要特性，由电子密度、电子温度、碰撞频率、离子密度、离子温度和离子成分等基本参数来表示。

研究概况 1902年，O.亥维赛和A.E.肯内利为了解释无线电信号跨越大西洋传播这一实验事实，提出了高空存在能反射无线电波的“导电层”的假设，当时称为肯内利-亥维赛层。

1925年，和M.A.F.巴尼特用地波和天波干涉法最先证明了电离层的存在。

次年，和M.A.图夫用一部雏型雷达测量了无线电脉冲从电离层垂直反射的时间，验证了上述结论。

随着对电离层及其对电波传播影响的深入了解，30年代初，S.查普曼提出电离层形成的简单理论（查普曼层理论）。

电离层加热激发受激布里渊散射研究

电离层加热激发受激布里渊散射研究马广林;闫玉波;杨巨涛;吕立斌【摘要】研究了电离层加热激发受激布里渊散射效应.利用受激布里渊散射匹配条件,结合国际地磁场参考模型,模拟计算了离子声波(Ion Acoustic,IA)与静电离子回旋波(Electrostatic Ion Cyclotron,EIC)频率随地理纬度、加热频率、波束指向、电子温度等参数变化特性,并以我国海南与美国高频主动极光研究项目(High Frequency Active Auroral Research Program,HAARP)为例,研究IA与EIC频率随纬度的变化.模拟结果表明:随着纬度的增加,IA与EIC频率增大;与IA频率相比,EIC频率随加热频率、波束指向及电子温度的变化相对较小;随加热频率的增加高纬地区IA频率增大,而低纬地区基本不变;随加热波束指向从南到北变化,海南IA 频率单调下降,HAARP则为先上升后下降的形态,EIC具有相反的变化;电子温度越高,IA与EIC频率越大.本文模拟结果可为我国将来开展同类实验提供参考.%The stimulated Brillouin scattering (SBS) in ionospheric modification by high power HF radio waves is studied.Based on momentum and energy conservation equations and dispersion relations,the SBS matching conditions are given briefly.The variations of frequencies of ion acoustic (IA) and electrostatic ion cyclotron (EIC) stimulated by SBS are calculated with different parameters including altitudes,heating frequency,the direction of pumping wave and electron temperature at perturbed region.The different of IA and EIC frequency between low and high latitude are compared taking Hainan and HAARP as examples.The simulation results showthat:the stimulated electrostatic low frequency increases as the latitude increases;the frequency of EIC changes less than IA with the variation ofheating frequency,the direction of pumping wave and electron temperature at perturbed region;along with increased pump frequency,the IA frequency at high latitude increases,but at low latitude the IA frequency almost keep constant;as the direction of pump wave changes from south to north,the IA frequency in Hainan decreases,but in HAARP it increases until the geomagnetic direction,and the EIC frequency is reverse;the increased electron temperature will increase IA and EIC frequency.These results provide support for our future experiments.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2016(031)006【总页数】7页(P1029-1035)【关键词】电离层加热;受激布里渊散射;离子声波;静电离子回旋波【作者】马广林;闫玉波;杨巨涛;吕立斌【作者单位】中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室,青岛266107;中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室,青岛266107;中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室,青岛266107;中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室,青岛266107【正文语种】中文【中图分类】P352;TN011+.2受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)是指入射到介质中的电磁波(称为泵波)衰变为散射的电磁波与声波．SBS最早由法国科学家布里渊提出,相关学者在多个领域实现此散射过程的观测与研究．在激光核聚变中,SBS的激发会增强后向散射光,造成入射光能量吸收效率的下降[1];利用SBS相位共轭、慢光及滤波等特性,SBS在光纤通信方面具有较大的应用前景[2];Fejer[3-4]理论预测并证实了大功率的非相干散射雷达可在电离层中激发SBS,并造成离子功率谱的非对称性,引入额外的漂移运动速度反演误差．大功率高频电波加热电离层作为人工调控局部电离层的主要手段,自20世纪70年代以来,在实验观测与理论研究方面取得了重要进展[5],并实现了SBS效应的实验观测与研究．SBS散射过程与电离层加热激发的最常见的朗缪尔参量不稳定性相比具有明显的差异性．首先,二者泵波转化过程不同,虽然它们均为三波相互作用,但朗缪尔参量不稳定性使高频泵波衰变为高频朗缪尔波与低频离子声波等两种静电波,离子声波频率一般在kHz量级,而SBS使高频泵波转化为散射的高频电磁波与低频静电波,静电波频率在几十Hz量级．其次,二者激发功率阈值存在差别,朗缪尔参量不稳定性在小功率情况下即可激发,而 SBS在辐射功率达百兆瓦量级时产生．再次,两种过程发生高度存在差异,朗缪尔参量不稳定性主要发生在高频泵波的等离子体共振高度,而SBS发生在等离子体共振高度与上混杂共振高度．SBS激发的低频静电波,除了常规的离子声波(Ion Acoustic,IA)外,在电离层磁化等离子体中还会激发另一种称为静电离子回旋波(Electrostatic Ion Cyclotron, EIC)的静电波模．Cragin[6]认为SBS中泵波与散射波电场共同作用于电子形成的有质动力与热压力是人工扩展F形成的主要原因,但未有直接的实验观测证据．最近,利用高纬地区欧洲非相干散射联合会[7](Europe Incoherent SCAtter, EISCAT)与美国高频主动极光研究项目[8](High Frequency Active Auroral Research Program,HAARP)的电离层加热实验装置,实现了SBS效应的直接观测．Norin[9] 在HAARP实验中观测到强度接近泵波反射信号的窄带受激电磁辐射现象,首次实验证实了电离层加热可激发SBS．Bernhardt[10]利用电磁波的准纵近似条件,结合测量的IA频率计算了加热区域电子温度,并理论预测EIC的激发．Mahmoudian[11]通过HAARP 泵波功率步进实验,获得了激发SBS的最低有效辐射功率,其中IA的激发功率阈值约为140 MW,EIC的激发功率阈值约为800 MW．Fu[12]首次给出EISCAT加热实验中SBS观测结果并与HAARP电子回旋谐波加热时观测结果进行了比较,证实两地SBS特性基本一致．Mishin[13]仿真研究了加热激发强等离子体湍流效应,寻常电磁波在SBS作用下形成了强朗缪尔湍流．研究电离层加热SBS效应对了解泵波在电离层中的波模转化过程及加热区域电离层状态具有重要作用,如基于IA频率估算加热区域电子温度,利用EIC频率确定电离层特别是E层的离子成分[14]．目前,国外学者侧重于高纬地区电离层加热激发SBS的实验观测,而对SBS特性尚未进行系统的理论研究,且未开展中低纬电离层加热激发SBS特性分析．本文基于SBS理论,利用数值模拟计算方法,对比研究高纬与低纬地区SBS激发的IA与EIC频率随加热频率、波束指向、电子温度等参数的变化特性．模拟结果可为我国未来开展同类实验观测研究提供参考．大功率高频电波与等离子体的非线性相互作用会激发参量不稳定性,在SBS不稳定性作用下高频泵波直接转化为散射的电磁波与低频静电波．SBS主要发生在泵波的上混杂共振高度与等离子体共振高度,在电离层中寻常波可到达上述共振高度, 而异常波在共振高度之前发生反射[15],且目前尚未有异常波加热激发SBS实验报道,因此,本文主要研究在上混杂共振高度上寻常波加热激发SBS情况,并假定泵波功率达到SBS激发阈值．受激布里渊散射过程中的高频泵波、散射电磁波与低频静电波三波频率与波传播方向可以由所示的动量与能量守恒方程确定．式中:ω为波的角频率; k是波矢量;下标0代表泵波;下标s代表散射的电磁波;下标L代表低频的静电波．低频静电波色散方程如所示[10],它可看作为的一元二次方程,方程的两个根如式(3)所示:式中: +代表EIC;-代表IA波; θ是波传播方向与地磁场夹角; Ωi为离子回旋角频率; kL为低频静电波的波数; cIA为离子声速,其表达式如式(4)所示[16]:式中: kB为玻恩斯坦常数; mi为离子质量; α是电子与离子温度之比; Te为电子温度．在电离层中传播的寻常波高频泵波与散射电磁波色散关系如式(5)所示[10]:式中:ωP是电离层等离子体频率; Ωe为电子回旋角频率．SBS中低频静电波频率一般为几十Hz,而高频泵波与散射电磁波的频率均为MHz 量级,散射电磁波频率几乎与高频泵波频率相等,故有k0=-ks,将其代入式(1),得到kL=2k0,利用此关系式,式(3)可改写为由式(5)与式(6)可进行数值计算,获得一组离子声速情况下低频离子声波频率随电离层等离子体频率变化曲线,此曲线即为SBS的匹配条件．利用SBS匹配条件,结合实验测量的IA频率可用于估算加热区域内电子温度．在高纬地区,高频泵波在上混杂共振高度处满足准纵近似,式(5)可简化为另外,在此高度上,泵波频率与等离子体频率具有如下关系式:将式(8)代入式(7)得到结合式(4)与式(9),可得到满足准纵近似条件下IA频率与电子温度之间的解析表达式:在低纬地区,高频泵波在上混杂共振高度处不满足准纵近似条件,无法获得电子温度与IA频率的解析表达式．在利用IA频率估算加热区域电子温度时,必须首先应用SBS匹配条件的数值计算方法确定离子声速,使测量的IA频率与模拟计算的上混杂高度上的IA频率一致,然后再利用式(4)得到加热区域电子温度．在不具备非相干散射雷达情况下,利用该方法获得加热区域的电子温度对中低纬度电离层加热模型的验证和发展有重要意义．由匹配条件计算公式(5)、(6)可以看出,SBS激发的低频静电波频率主要受地磁场、加热频率、加热波束与地磁场夹角、离子声速等影响．下面分别从地理纬度、加热频率、波束指向、电子温度等方面研究高纬与低纬SBS特性．2.1 地理纬度文献[10]给出了加热频率为4.5 MHz、寻常波垂直入射加热,cIA=1 600 m/s时位于高纬的HAARP(62.39°N,145.15°W,地磁倾角75.5°)激发SBS的匹配条件．为便于比较,本文采用同样的实验参数模拟计算了位于低纬的我国海南(19°N,108°E,地磁倾角约25.6°)地区的匹配条件,并与文献[10]进行对比,模拟结果如图1所示．其中,频率负值代表下移SBS线,又称为斯托克斯线,正值代表上移SBS线,又称为逆斯托克斯线,在不考虑电离层运动情况下,上下移SBS线对称．从图1可以看出：随着频率的增加IA与EIC频率均降低; 在泵波频率等于等离子共振频率的位置,IA频率接近于0,EIC频率接近当地离子回旋频率; 与高纬HAARP 相比,海南IA频率曲线更加陡峭,EIC频率变化范围更大,上混杂共振高度上的IA与EIC频率均小于HAARP对应数值．利用国际地磁场参考模型(International Geomagnetic Reference Field,IGRF)输出的地磁场强度与地磁倾角,模拟了寻常波加热时上混杂共振高度处低频静电波频率随纬度的变化,其中,所选取的位置位于HAARP所在位置的经线上,纬度范围从10°～80°间隔2°,加热波束垂直向上,频率为4.5 MHz、cIA=1 600 m/s,模拟计算结果如图2所示．其中HAARP所在纬度处的IA频率约为25.7 Hz,EIC频率约为50.1 Hz,文献[11]给出HAARP实验测量上混杂高度处IA频率在26 Hz,EIC频率在50 Hz附近,本文计算结果与HAARP实验结果基本一致．从图2可以看出, 随纬度的增加IA与EIC频率均随之增大,IA频率从3.6 Hz变化到27.5 Hz,增加近6倍,EIC频率由30 Hz 增加到51 Hz,增加约0.7倍．在图2中低频静电波频率随纬度呈单调增加形态,因此,在后续的模拟中,以海南与HAARP为例模拟计算SBS特性及低纬与高纬差异．2.2 加热频率图3为加热频率在4～10 MHz垂直加热时海南与HAARP在上混杂共振高度上激发的低频静电波频率,同样,cIA设为1 600 m/s．从图3可以看出,随着加热频率的增加低频静电波频率增大,但低纬与高纬受影响程度不同．处于低纬地区的海南IA与EIC频率受加热频率的影响较小,其数值变化小于1%,而HAARP受加热频率的影响较大,特别是IA频率,其数值由24.05 Hz变化到34.88 Hz,增加近50%,EIC频率从50.08 Hz变化到51.23 Hz,其变化约为2.2 %．根据图3模拟结果,其加热频率变化对海南IA与EIC频率影响不大,因此,如在我国开展SBS激发实验,在实验设计中可综合考虑加热天线阵增益与加热高度,选择在加热高度处能流密度较大的加热频率,以利于SBS的激发．2.3 波束指向在上述的计算中,均假定加热波束垂直向上辐射,本小节模拟加热波束倾斜对SBS的影响．图4给出波束在磁子午面内从偏南20°(以北为正)到偏北20°变化时HAARP与海南激发低频静电波频率的变化．从图4可以看出,加热波束指向对IA与EIC的影响不同,IA频率随波束指向变化范围较大,而EIC变化范围较小．高纬与低纬的变化趋势存在差别,海南IA波频率随波束指向由10.97 Hz单调下降到1.09 Hz,下降约90%, EIC频率基本不变; HAARP 低频静电波呈抛物型变化,随着波束指向增加, IA波频率先增大,当波束指向偏南14°即接近地磁场方向后逐渐减小,其数值由26.97 Hz增加到27.31 Hz,之后降低至18.07 Hz,而EIC变化趋势与IA相反,其数值由原先的49.69 Hz先下降至49.59 Hz,之后上升至51.45 Hz．HAARP与海南变化趋势出现差异的原因是两地的地磁倾角不同,海南地磁倾角约为25.5°,加热波束从偏南20°至偏北20°变化时,加热波束与地磁场夹角单调增加,而HAARP的地磁倾角约为76°,从偏南20°至偏北20°时,加热波与地磁场夹角为先减小后增大的变化趋势．加热波束沿地磁场方向时IA波频率最大,EIC频率最小．在我国海南地区地磁倾角较小,很难实现沿地磁场方向加热,根据IA与EIC增长率比值之间的关系[14],海南加热波束与地磁场的夹角较大,更易激发EIC波模,因此,实验可重点关注位于当地离子回旋频率(～38 Hz)附近谱线测量结果．2.4 电子温度根据式(4)离子声速主要由电离层电子与离子温度决定,为研究离子声速对SBS影响,假定电子温度从1 000 K变化到3 000 K,电子与离子温度比α为3．在上述参数条件下,加热波束垂直向上、频率为4.5 MHz时,HAARP与海南模拟结果如图5所示．根据图5,随着电子温度的增加,HAARP与海南SBS激发的IA与EIC频率均增大,但IA比EIC更明显,HAARP的IA频率随电子温度变化曲线的斜率要小于海南,因此,在应用SBS估算电子温度中,要获得相同的电子温度估算精度,则海南对频率分辨率的要求高于HAARP．如在图5中,假定要获得100 K的电子温度估算精度,HAARP对测量频率分辨率要求为0.58 Hz,海南对频率分辨率的要求则为0.12 Hz．本文分析了电离层加热激发SBS效应,给出了SBS匹配条件数值模拟方法,并结合IGRF模型研究了高纬与低纬电离层加热中激发IA与EIC频率受参数变化的影响．模拟结果表明:1) 随着纬度的增加,IA与EIC频率越大,IA频率增加更明显,纬度从10°到80°,IA频率增加近7倍,我国海南地区IA频率小于10 Hz,EIC频率约为40 Hz．2) 随着加热频率的增加低频静电波频率增大,但低纬与高纬受影响程度不同．加热频率在4～10 MHz时,海南IA与EIC频率增加不超过1%; HAARP的IA频率增加接近50%,EIC频率增加约2.2 %．我国中低纬度地区的IA和EIC频率随加热频率的变化较小．3) 随着加热波束由南向北变化,IA频率具有比EIC频率更大的变化范围,且高纬与低纬具有不同的变化形态．在加热波束从南向20°到北向20°,海南IA频率随之单调下降近90%, HAARP的IA频率呈现先上升后下降的变化,变化约30%; 海南与HAARP的EIC变化小于3%．我国中低纬地区EIC波模更易激发．4) 电子温度越高,IA与EIC频率越大．在利用SBS估算电子温度中,要得到相同的电子温度估算精度,则要求海南SBS的频率分辨率比HAARP高．上述模拟结果可为未来我国开展电离层加热激发SBS的实验设计提供参考,如选择能流密度较大的加热频率开展实验、优先选择EIC波模作为观测对象、提出估算加热区域电子温度对实验测量设备的频率分辨率要求等．下一步将研究电离层加热激发SBS的门限条件、增长率及利用EIC频率确定电离层特别是Es层离子种类等问题．马广林 (1984-),男,河南人,中国电波传播研究所工程师,硕士,研究方向为电离层加热理论仿真．闫玉波 (1973-),男,山东人,中国电波传播研究所研究员,博士,研究方向为计算电磁学、目标散射特性等．杨巨涛 (1982-),男,湖南人,中国电波传播研究所高级工程师,在职博士,研究方向为电波传播和电离层加热理论仿真等．吕立斌 (1982-),男,河南人,中国电波传播研究所高级工程师,在职博士,研究方向为电离层加热及其效应等．【相关文献】[1] BODNER S E, COLOMBANT D G, GARDNER J H, et al. 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一阶海杂波电离层多普勒频移和展宽

一阶海杂波电离层多普勒频移和展宽李宁;赵正予【摘要】为研究天波超视距雷达一阶海杂波电离层多普勒频移和展宽的变化规律,从电离层斜向返回探测海杂波功率谱中提取出不同电离层传播模式下的多普勒数据,对宁静地磁条件和发生磁暴2种情况分别进行了分析.结果表明,宁静地磁条件下,Es 层多普勒频移绝对值和多普勒展宽比F层小,并且稳定得多,更有利于天波超视距雷达对海面舰船目标进行检测和跟踪;磁暴发生期间,电离层多普勒频移绝对值及其不稳定度显著增加,多普勒展宽及其不稳定度也有所增加,从而导致天波超视距雷达对海面舰船目标的检测和跟踪能力下降.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2018(048)009【总页数】6页(P793-798)【关键词】天波超视距雷达;电离层斜向返回探测;多普勒频移;多普勒展宽【作者】李宁;赵正予【作者单位】中国电子科技集团公司第二十七研究所,河南郑州450047;武汉大学电子信息学院,湖北武汉430079【正文语种】中文【中图分类】P3520 引言高频电波倾斜投射到电离层时，经电离层反射到达远方地球表面，因地球表面的不平坦和电气不均匀特性而产生散射作用，使得一部分电波能量沿着原路径返回而被接收到，这种无线电波传播过程称为天波后向散射传播[1]。

天波超视距雷达利用天波后向散射传播机制来实现空中和海面目标的远程超视距探测，单跳最大探测距离超过3 500 km，受2次电离层传输的影响，其回波信号会产生多普勒频移和展宽，严重影响海面舰船目标的探测性能[2-4]。

一方面，电离层多普勒频移会影响目标速度的估计精度，还会进一步影响目标跟踪性能；另一方面，天波超视距雷达信号经过2次电离层传输之后会使海杂波展宽，严重的时候会导致目标回波信号淹没在海杂波当中，无法被检测出来。

因此，研究电离层多普勒频移和展宽的变化规律对提升天波超视距雷达海面目标的检测和跟踪能力具有重要意义。

电离层斜向返回探测设备利用天波后向散射传播机制来实现对远距离、大范围的电离层状态进行实时监测，是天波超视距雷达频率管理系统的重要组成部分[5-6]。

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第８卷
第１８期
２００８年９月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ１８Ｎｏ１Ｓｐｏ．．８ｅ．２００８
１７ —８９２０）８５４ —４６１１１（０８１— １１０
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｇｎｅｉｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｎｉｅｒｎ
⑥
２０ＳｉｅｈＥｇｇ０８ｃ．Ｔｃ．ｎｎ．
海南地区电离层扩展Ｆ现象与Ｄｔｓ变化关系研究
罗智贤高太长史建魁王国军王霄方涵先
（解放军理工大学气象学院，南京２１０；中国科学院空间科学与应用研究中心，１１１北京１０９０１０）
关系进行了讨论。
关键词
磁暴
Ｄｔｓ变化Ｐ５．；３２５
电离层扩展Ｆ文献标志码Ｂ
中图法分类号
赤道和低纬电离层对磁暴的响应是电离层的
８ｕ等利用ＳＭ— 数（分钟Ｄｔ数值）究ＹＨ指一ｓ指研
南大西洋地区２０００年７月１５日的大磁暴，现在发
Ｄｔｓ数据来自于日本的世界资料中心（Ｃ）选取ＷＤ，
摘
要
利用２００２年２月—２ｏ０７年１２月海南地区ＤＳ＿Ｐ＿＇４型测高仪探测数据，统计分析研究了海南地区磁暴期间电离层扩
展Ｆ现象与Ｄｔｓ指数下降值的关系。主要结果为：海南地区磁暴期间，在如果Ｄｔｓ指数下降最快值出现在白天，午夜前扩展Ｆ现象的发生会被强烈地抑制；如果Ｄｔｓ指数下降最快值出现在晚间，晚扩展Ｆ现象的发生会被激发。这是对海南站电离层夜观测数据分析，得到的一个新结果。本文还对磁暴期间电离层扩展Ｆ现象的发生与电离层扰动发电机电场、层渗透电场的磁
用海南地区ＤＳ型电离层测高仪数据来分析研Ｐ —４
究２００２年２月＿２００７年１２月期间扩展Ｆ现象与磁
暴的关系。
第一作者简介：罗智贤，１８一）湖南人，（９４，硕士生，究方向：研电离
层物理。Ｅａｌｚｌｏ６１３ｃｒ。ｍｉｘｕ２＠６．ｏ：ｎ
渗透电场出现，而激发了日落后ＥＦ的出现。从Ｓ
到２世纪６年代，ｙｎ等最早指出磁暴期间赤００Ｌｏ道扩展Ｆ简称ＥＦ将受到抑制。随后国外学者纷（Ｓ）
纷开展研究扩展Ｆ现象的暴时特性，中突破性进其
展是Ａｒｎ的研究成果，来被称为 “ ａｏｓ准ａｏｓ后Ａｒｎ
风和电场对ＥＦ的影响，Ｓ发现ＥＦ的激发或者抑制Ｓ取决于所在的磁暴相位。Ｈｕｎ等利用卫星观测ａｇ数据，断当Ｄｔ数变化率小于一Ｔｈ且持续推ｓ指５ｎ／
两小时以上时，道地区不规则体将被激发。ｓＢ一赤．ａ
１数据选取
本研究所用的扩展Ｆ现象的观测数据来自于
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科
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技
术
与
工
程
８卷
海南野外站中的Ｄｓ型数字化电离层垂直测高Ｐ仪，仪器探测数据具有很高的精度和可靠性。该
地区Ｄｔ数最小值出现的地方时（Ｔ）不规则ｓ指Ｌ对
观测和气辉观测，而不同仪器观测到的扩展Ｆ空间
尺度和类型有所不同；是电离层的扰动变化特性二具有强的区域性，同区域中扩展Ｆ往往有着不同不
扰动变化研究中的一个重要问题。而磁暴如何影响扩展Ｆ现象的发生与发展是这些研究中的一个重要方面¨ 。磁暴期间扩展Ｆ现象的研究可追溯Ｊ
２０－２０Ｕ００１ＯＴ期间ＳＭ— ＹＨ指数的快速变化代表着
２００８年６月５日收到解放军理工大学预研基金资助
一
海南地区扩展Ｆ现象与磁暴的关系已经有了
定的研究基础，南空间天气国家野外观测海
研究站（称海南野外站）离层测高仪能够探测简电不同类型的扩展Ｆ现象，可获得比卫星观测、ＰＧＳ闪烁观测和气辉观测更多的扩展Ｆ信息。本文即利
对于电离层扩展Ｆ现象与磁暴的关系，前人已
经开展了大量的研究工作，但结果却不尽相同。主
要原因有两方面：是观测仪器有所不同，展Ｆ一扩现象的观测通常有测高仪观测、星观测、Ｐ卫ＧＳ闪烁
则” 。利用两个太阳高年闪烁数据，分析赤道在
的特性。
体的影响时发现：１当Ｄｔ数最小值出现在白天（）ｓ指乃至日落前一段时间，规则体在夜晚将受到抑不
制；２当最小值出现在午夜后，（）将激发不规则体；
（）３当最小值出现在日落后至午夜前，对扩展Ｆ的出现没有影响。Ａｄ＿研究了由磁暴产生的扰动ｂｕ４