余涛[1]2003年在《中低纬电离层电场的模拟研究及电场对电离层年度变化的影响》文中研究说明电离层中的电场、电流及其相关电动力学过程对电离层的形态、结构与变化有着十分重要的影响。过去数十年中人们借助地磁观测、相干散射雷达(HF与VHF雷达)、非相干散射雷达,探空火箭以及人造地球卫星等手段,对电离层和高层大气中的电场与电流等进行了广泛的探测和卓有成效的研究,但是迄今为止,我们对电离层电场与电流的特性和演变规律的了解仍然非常有限。计算机数值模拟为我们深入研究电离层电场提供了一种新的方法,利用这种办法,我们可以更加方便有效地了解电离层中与电场相关的许多电动力学现象,并揭示其对电离层的影响。在另外一方面,大量的研究工作表明,在电离层及其背景大气中广泛存在着各种时间尺度的变化行为,例如典型的周日变化、逐日变化、准27天变化、半年变化、周年变化、准两年变化以及随太阳活动周期的11年、甚至更长周期的变化等等。在这些变化现象中,对于我们着重关注的电子浓度的半年和周年变化现象,已经有一些解释,例如“几何解释”、“热学解释”和“化学成分解释”等等,虽然它们可以部分地解释中高纬度地区电子浓度的周年和半年变化现象,但对低纬和赤道地区电离层中普遍出现的半年变化现象的解释却不能令人满意。众所周知,和电场相关的电动力学抬升效应是“赤道异常”现象的主要成因,因此,一种非常值得考虑的思路是:电离层电场对低纬度和赤道地区电离层的半年变化可能具有重要的影响。本文首先从数据分析入手,研究并讨论了电离层中两个最主要的参量NmF2和TEC的周年和半年变化现象及其在全球范围的地域分布特性,并详细考察了现有的理论在多大程度上可以解释这些现象。在此基础上,初步提出电场可能是中低纬和赤道地区电离层半年变化现象的重要成因。然后,为了验证这个新的思路,我们建立了一个中低纬度电离层电场理论模式,利用该理论模式模拟发现了中低纬度电离层电场具有明显的半年变化现象,并提出沿磁力线南北半球耦合效应可能是电场半年变化现象的重
余涛[2]2000年在《一个中低纬电离层电场理论模式》文中提出电离层电场在电离层动力过程中有着极其重要的作用。在当前相应的探测手段非常有限的情况下，采用理论模式研究电离层电场不失为一种有效方法。本文在评述了现有电离层发电机理论的基础上，提出了一个新的电离层电场理论模式，希望以此为电离层电场及电离层动力过程的研究提供一种新的手段。首先，我们根据电离层发电机理论的基本方程，采用地磁偶极坐标系，推导了电离层电场对应的电势满足的偏微分方程，该方程即为新的电场理论模式的出发方程。其次，电离层理论模式出发方程系数中的参量就是该模式的外部输入参量，主要有背景中性风场和电导率。其中，电导率输入参量采用Forbes(1975)的处理方式获得，即将电导率表示为地磁赤道上空正午时刻的电导率垂直剖面与周日变化因子和纬度变化因子的乘积，从而使新的电场理论模式可给出不同当地时间、地磁纬度和高度等情况下的电离层电场。而中性风场输入参量则直接由大气水平风模式HWM93算出，从而通过在风模式计算中输入的不同参量，使新的电场理论模式可进一步用于计算不同季节及不同太阳和地磁活动参数条件下的电离层电场。最后，采用谱分解方法求解新的电场理论模式的出发方程，即将出发方程中的待求电势场以及方程系数随当地时间(或地磁经度)的变化分解为基本周期为周日(或360度)的傅利叶级数，从而将偏微分形式的出发方程化为容易求解的常微分方程组。总之，新的电离层电场理论模式可以在不同太阳与地磁活动情况下，计算中低纬电离层电势、电场、电流等随时间(当地时间、季节)、高度和地磁纬度的分布。利用新提出的电离层电场理论模式，我们研究了极化电场的时空结构、赤道电集流在高度上和子午面内的分布，以及其周日变化的规律，并考察了垂直高度上积分后的水平电流的形态。初步的计算结果显示：(1)极化电场的空间不均匀性和电导率的空间不均匀性，导致积累电荷的出现，在空间形成电场的源和汇；(2)赤道电集流在垂直高度上可形成双峰分布，在赤道两侧则可出现反向电流的现象；(3)沿高度积分的水平电流显示出与Sq电流体系对应的水平结构，并且在夜间时段出现了由北半球流向南半球的电流。上述结果与现有文献报道的观测和模拟结果吻合，说明新电场模式在原理描述上的正确性和数值求解的可靠性。新的电离层电场理论模式可以直接用于研究与电场相关的各种中低纬电离层动力学现象，从而在当前普遍关心的电离层空间天气、电离层模式描述以及我国电离层地区特性成因等方面的研究工作中都将可能找到重要应用。
参考文献：
[1]. 中低纬电离层电场的模拟研究及电场对电离层年度变化的影响[D]. 余涛. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2003
[2]. 一个中低纬电离层电场理论模式[D]. 余涛. 中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）. 2000