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高纬极区电离层非相干散射功率谱的模拟

房朝峰  
【摘要】: 本文根据非相干散射理论,对处于非平衡态下的高纬极区电离层等离子体的非相干散射功率谱进行了一系列的理论及实验研究。现有的非相干散射雷达都是采用标准的麦克斯韦分布来分析和处理雷达数据,然而事实上,高纬极区电离层等离子体由于粒子沉降,双流不稳定性等,以及人工加热电离层使得电离层等离子体偏离了平衡态,从而导致采用非相干散射雷达反演得到的一系列电离层等离子体参数存在一定的误差,甚至错误。由此可见,作为研究工作的基础,非麦克斯韦分布的高纬极区电离层非相干散射谱的模拟,将为提高非相干散射雷达反演精度提供强有力的理论支持。本文基于非相干散射探测的基本原理及欧洲非相干散射雷达的基本状况,主要开展了如下工作: 第一,根据非相干散射理论,研究了处于平衡态(麦克斯韦分布)下由多种离子成分组成的电离层非相干散射功率谱。 第二,从波尔兹曼方程出发,给出了离子分布函数在弛豫碰撞模型下的积分解,环形分布以及广义正交多项式解,并根据得到的非麦克斯韦分布的离子分布函数对非相干散射功率谱进行了模拟。 第三,基于在高纬极区经常出现的离子声波增强这一现象(NEIALsNatural Enhanced Ion Acoustic lines),采用场向电流不稳定性,离子-离子双流不稳定性,以及朗谬尔参量衰减理论对这一现象进行了理论上的讨论分析。 第四,阐述了EISCAT的数据处理及分析软件的使用,以发生离子声波增强时的EISCAT观测数据为例,分析了发生离子声波增强时的功率谱的特征,对非平衡态下的电离层等离子体参数提取做了初步研究。


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