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ESR IPY观测与PMSE现象研究

杨李  
【摘要】: 极区电离层通过对流电场、粒子沉降和场向电流与磁层紧密耦合在一起,在太阳风-磁层-电离层以及热层耦合过程中起着重要作用。而试验观测可以获得较为全面、准确的空间科学数据,加速人们对电离层的认识,这对于深入研究电离层物理过程以及磁层-电离层间等离子体输运和能量交换有着重要意义。 本文介绍了极区电离层的气候学特征、基本物理过程、极区电离层环境探测手段、PMSE现象及其特性。通过中值处理ESR于国际极地年(IPY)2007年3月至2008年1月(太阳活动低年)的非相干散射雷达探测数据,得到Svalbard地区(78°N,16°E)电离层电子密度、峰值电子密度、电子温度、临界频率、临界高度的日变化与四季变化特点。对比发现,其电离层变化特征主要受太阳远紫外辐射和粒子沉降控制。另外,我们将ESR观测结果与国际参考电离层模型(IRI)预测结果进行对比,从变化图像上来看,IRI无法体现出Nm两分季磁正午现象以及冬季双峰结构。从数值上来看,夏季符合的较好,而冬季偏差较大。 极区中层夏季回波(PMSE)是在高纬中层顶附近探测到的异常强烈的雷达回波。本文根据Shukla的尘埃粒子充电理论,建立尘埃充电方程,基于玻尔兹曼方程和广义欧姆定律,推导了弱电场条件下尘埃等离子体的介电常数和电导率。最后利用分层媒质理论,讨论了中层对电磁波的反射特性,并与火箭探空实验ECT-02的实测结果进行对比。结果表明:利用分层媒质理论得到的信噪比结果与实验实测结果符合较好,说明分层媒质理论是解释PMSE产生机制的一种重要方法。


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